DE60124653T2

DE60124653T2 - System mit Hybridventil und Verfahren zur Flussigkeitshandhabung

Info

Publication number: DE60124653T2
Application number: DE60124653T
Authority: DE
Inventors: James E. Sebastopol Johnson; Mitchel J. Knoxville Diktycz; Neil R. Petaluma Picha
Original assignee: UT Battelle LLC; Innovadyne Technologies Inc
Current assignee: UT Battelle LLC; Innovadyne Technologies Inc
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: US20090074625A1; US7497995B2; JP4229605B2; US6852291B1; JP2002206994A; EP1197693B1; CA2358622C; EP1197693A3; CA2358622A1; DE60124653D1; EP1746316A2; EP1197693A2; EP2333387A3; ATE346256T1; EP2333387A2; US20050129584A1; EP1746316A3

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Fertigung, Vorrichtungen, System und Verfahren, um Arrays von Proben, Reagenzien oder Lösemitteln aus einer Quelle oder einem Speicher zu einem Bestimmungssubstrat zu manipulieren, und betrifft insbesondere ein hybrides Ventilsystem, das verwendet wird, um während großmaßstäblicher chemischer oder biochemischer Durchmusterungsuntersuchungen, Synthesen, während eines Arraying und Plattentüpfelns Fluide anzusaugen, zu spenden und umzuschalten.
STAND DER TECHNIK
Fortschritte in Life Sciences, insbesondere in der Gentechnik und Proteintechnik, haben die potentielle Anzahl von Reaktionen und Analysen, die von der Biotechnologie- und pharmazeutischen Industrie durchgeführt werden müssen, stark vergrößert.
Geschätzte 30 Millionen Versuche sind erforderlich, um die Verbindungsbibliothek einer typischen pharmazeutischen Gesellschaft nach Ziel- bzw. Empfängerrezeptoren zu durchmustern. Die typische Anzahl von Versuchen wird dramatisch zunehmen, wenn Informationen aus der Sequenzierung des menschlichen Genoms zusammengetragen werden. Um diese zunehmenden Durchsatz-Anforderungen in einer wirtschaftlich durchführbaren Weise zu erfüllen, ist eine Miniaturisierung von Versuchen zwingend.
Technologische Fortschritte ermöglichen die Demonstration und Verwendung von mikromaßstäblichen chemischen/biochemischen Reaktionen zur Ausführung verschiedener Arten von Analysen. Eine Durchführung dieser Reaktionen auf solchen kleineren Maßstäben bietet Einsparungen, die von konventionellen Ansätzen nicht übertroffen werden. Geringere Volumina können die Kosten um eine Größenordnung senken, jedoch versagen konventionelle Flüssigkeitshandhabungsvorrichtungen bei den geforderten Volumina. Eine parallele Durchführung liefert sogar noch größere Vorteile, wie durch die Verwendung von Platten hoher Dichte zur Durchmusterung und von MALDI-TOF-Platten hoher Dichte für Massenspektrometrie-Analysen von Proteinen gezeigt wird. Die geschwindigkeitsbeschränkende Hardware ist eine Flüssigkeitsüberführungstechnologie für kleine Volumina, die für interessierende Zusammensetzungen robust und skalierbar ist. Mit wachsender Nachfrage ist die Entwicklung von Fluidhandhabungsvorrichtungen nötig, welche Experten im Manipulieren von Sub-Mikroliter-Volumina von mehreren Reagenzien sind.
Gegenwärtige Systeme zur Handhabung flüssiger Reagenzien verwenden häufig eine "Aufnahme- und Absetz"-Technik, wobei eine Probe aus einer Quellen- bzw. Ausgangsplatte, gewöhnlich einer Mikrotiterplatte, aufgenommen und in einen anderen, als Empfängerplatte bekannten Speicher abgegeben wird. Diese Technik wird häufig zum Replizieren von Platten verwendet, wobei vorteilhafterweise eine Maßstabsverkleinerung zwischen der Quellen- bzw. Ausgangs- und der Empfängerplatte realisiert wird. Typischerweise wird ein ausreichendes Volumen aus einer Quellen- bzw. Ausgangsplatte angesaugt und an einer Empfängerstelle auf einer Mehrfachempfängerplatte abgesetzt.
Bei dieser Anordnung sind für einen höheren Miniaturisierungsgrad verkleinerte Probenvolumina und Probenabstände erforderlich.
Bei anderen Fortschritten unter Verwendung einer "Aufnahme- und Absetz"-Verteilung ist zum exakten Abgeben von Volumina in der Größenordnung von Picolitern eine Tropfen-auf-Anforderung-Tintenstrahl-Technologie übernommen worden. Diese Technologie ist nicht nur zu einer volumetrischen Genauigkeit imstande, sondern auch zu einer Positionsgenauigkeit. Diese Tintenstrahl-Systeme verwenden typischerweise eine thermische, piezoelektrische oder Magnetspulen-Betätigung, um definierte Flüssigkeits-Probenvolumina an genaue Positionen abzugeben, wobei die Arraydichte an der Untersuchungsstelle vergrößert wird.
Insbesondere zwei dieser Ansätze, die thermische und die piezoelektrische Tintenstrahl-Technologie, nutzen mikrobearbeitete Betätigungsmechanismen und Spendeöffnungen, die ein kontaktfreies Spenden aus der Spitze bieten, ohne dass sie für Strömungszwecke einen Kapillarkontakt erforderlich machen. Problematisch an diesen Vorrichtungen ist die Verstopfung von Öffnungen und die Skalierbarkeit. Obwohl diese Drucktechnologie zu einer genauen Abgabe mit geringem Volumen imstande ist, mangelt es den anfänglichen Systemen zum Spenden von chemischen Reagenzien infolge der konventionellen Umschalt-Technologie an Geschwindigkeit und Wirkungsgrad. Gewöhnlich wird ein Spritzenantrieb pro Kanal verwendet, was Systeme auf einen Maßstab einschränkt, dem es nicht gelingt, den geforderten Durchsatz zu liefern. Die gegenwärtigen Systeme sind unfähig, mehrere Kanäle schnell zwischen großmaßstäblichen Dosierungsaufgaben und anschließenden Mikroabgabeaufgaben umzuschalten, wobei es ihnen nicht gelingt, die Vorteile und die hohe Geschwindigkeit auszunutzen, die von dieser berührungsfreien Druck-Technologie geboten werden.
Die WO 00/51736 offenbart ein Doppelverteilersystem, das durch getrennte, durch ein Ventil verbundene Leitungen ansaugt und spendet.
Die US-A4625569 offenbart eine Nahrungsmittel-Handhabungsvorrichtung, umfassend einen Rotor und einen Stator, die in einer Flächenberührungsbeziehung relativ zueinander drehbar sind, wobei eine Mehrzahl von kleinen Öffnungen den mit einer Mehrzahl von Flüssigkeitssystemen kommunizierenden Rotor oder Stator durchsetzt, wobei auf der Berührungsfläche des Rotors oder Stators eine Mehrzahl von Überbrückungsnuten vorgesehen ist, um eine Verbindung zwischen zwei oder mehr der Öffnungen herzustellen, um einen Flüssigkeitsströmungspfad zu bilden.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine hybride Ventilvorrichtung zur Verwendung mit einem Ansaugbetätiger und einem Spendebetätiger bereit, um Fluid aus einem Speicher zu einer Untersuchungsstelle auf einer Substratoberfläche zu überführen bzw. zu übertragen. Das hybride Ventil schließt eine Ventilanordnung ein, die zwischen einem Ansaugzustand und einem Spendezustand beweglich ist, sowie eine Verteilervorrichtung, die mit der Ventilanordnung verbunden ist. Die Verteilervorrichtung enthält einen Fluidansaugkanal, der eine erste Ansaugöffnung in Fluidverbindung mit dem Ansaugbetätiger aufweist. An einem entgegengesetzten Ende des Ansaugkanals befindet sich eine zweite Ansaugöffnung in selektiver Fluidverbindung mit der Ventilanordnung, um selektiv einen Flüssigkeitsprobenpropfen aus dem Speicher in einen diskreten Probenpfad anzusaugen, wenn sich die Ventilanordnung im Ansaugzustand befindet. Die Verteilervorrichtung enthält weiter einen Fluidspendekanal, der eine erste Spendeöffnung in Fluidverbindung mit dem Spendebetätiger aufweist, sowie eine zweite Spendeöffnung in selektiver Fluidverbindung mit der Ventilanordnung. Wenn sich die Ventilanordnung im Spendezustand befindet, ist der Probenpfad fluidisch mit dem Spendebetätiger verbunden, um selektiv mindestens ein Tröpfchen des Flüssigkeitsprobenpropfens daraus zu spenden, während er sich gleichzeitig außer Fluidverbindung mit dem Ansaugbetätiger befindet. Im Gegensatz dazu befindet sich im Ansaugzustand der Probenpfad in Fluidverbindung mit dem Ansaugbetätiger, während er sich außer Fluidverbindung mit dem Spendebetätiger befindet.
Bei einer Ausführungsform schließt das hybride Ventil eine Mehrzahl von Ansaugbetätigern und eine Mehrzahl von Spendebetätigern ein, um Fluid aus einer Mehrzahl von Fluidspeichern zu einer Mehrzahl von Untersuchungsstellen auf der Substratoberfläche zu übertragen. Die Verteilervorrichtung legt eine Mehrzahl von unabhängigen Fluidansaugkanälen fest, von denen jeder eine erste Ansaugöffnung in Fluidverbindung mit einem entsprechenden von der Mehrzahl von Ansaugbetätigern einschließt, sowie eine zweite Ansaugöffnung, die für eine selektive Fluidverbindung mit der Ventilanordnung an einer Statorfläche des Verteilers endet. Wenn sich die Ventilanordnung im Ansaugzustand befindet, kann daher jeder Ansaugbetätiger betätigt werden, um selektiv einen jeweiligen Flüssigkeitsprobenpropfen aus einem entsprechenden Speicher mit Proben-Fluid in diskrete Probenpfade anzusaugen. Die Verteilervorrichtung legt weiter eine Mehrzahl von Fluidspendekanälen fest, von denen jeder eine jeweilige erste Spendeöffnung in Fluidverbindung mit einem entsprechenden von der Mehrzahl von Spendebetätigern aufweist, sowie eine zweite Spendeöffnung, die an der Statorfläche endet. Wenn sich die Ventilanordnung im Spendezustand befindet, kann jeder Spendebetätiger betätigt werden, um selektiv mindestens ein Tröpfchen des entsprechenden Flüssigkeitsprobenpropfens aus dem entsprechenden Probenpfad zu spenden.
Dementsprechend befinden sich zu keinem Zeitpunkt sowohl der Ansaugbetätiger als auch der Spendebetätiger in Fluidverbindung mit dem Probenpfad, wenn sich die Ventilanordnung entweder im Ansaug- oder Spendezustand befindet. Diese Anordnung ist insofern äußerst vorteilhaft, als eine Kontamination der Spendebetätiger ausgeschlossen werden kann, indem man die Ansaugpfade und die Spendebetätiger voneinander trennt.
Außerdem wird jeder Fluidpfad betrieblich zwischen dem Ansaugbetätiger und dem Spendebetätiger umgeschaltet, was die Nutzung von konventionellen Flüssigkeitshandhabungstechniken, wie Luftzwischenräumen, ermöglicht, um das Systemhydraulikfluid während des Ansaugens und des anschließenden berührungsfreien Spendens eines kleinen Volumens der Reagenzien oder des Proben-Fluids auf die Untersuchungsstelle zu isolieren.
Bei der bevorzugten Ausführungsform schließt die Verteilervorrichtung eine Statorfläche ein, die für einen drehenden Verschiebe- bzw. Gleitkontakt mit einer Rotorfläche der Ventilanordnung an einer Rotor-Stator-Grenzfläche ausgebildet ist. Jede von den zweiten Ansaugöffnungen und den zweiten Spendeöffnungen endet zur Verbindung mit der Ventilanordnung an der Statorfläche. Die Verteilervorrichtung schließt weiter eine Mehrzahl von primären Durchlässen ein, von denen jeder mindestens einen Teil ihrer jeweiligen Probenpfade festlegt. Jeder primäre Durchlass weist eine obere Verbindungsöffnung auf, die ebenfalls an der Statorfläche endet. Die obere Verbindungsöffnung bleibt in Fluidverbindung mit dem jeweiligen Probenkanal, wenn er sich im Ansaugzustand und im Spendezustand befindet. Der primäre Durchlass ist daher im Ansaugzustand fluidisch mit dem jeweiligen Ansaugbetätiger verbunden, und im Spendezustand fluidisch mit dem jeweiligen Spendebetätiger verbunden.
Das hybride Ventil kann eine Mehrzahl von abnehmbaren Düsenelementen einschließen, die an der Verteilervorrichtung montiert sind, um das jeweilige Tröpfchen zu spenden. Jede Düse schließt ein Ende ein, das fluidisch mit einem entsprechenden primären Durchlass verbunden ist, sowie ein entgegengesetztes Ende, das an einer Spendeöffnung endet.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Verteilervorrichtung eine Mehrzahl von laminierten Plattenelementen sein, die gemeinsam den Körper des Verteilers festlegen. Mindestens zwei Plattenelemente sind in einer Art und Weise fest zusammenmontiert, in der sie gemeinschaftlich mindestens einen der Ansaugkanäle und der Spendekanäle festlegen bzw. begrenzen. Die zwei Plattenelemente schließen ein erstes Plattenelement mit einer ersten Grenzflächenoberfläche und ein zweites Plattenelement mit einer gegenüberliegenden zweiten Grenzflächenoberfläche ein, die dazwischen an einer ersten Grenzfläche fest verbunden sind. Diese erste Grenzflächenoberfläche legt eine Mehrzahl von ersten Nuten fest, die mit der zweiten Grenzflächenoberfläche des zweiten Plattenelements zusammenwirken, um mindestens die Ansaugkanäle oder die Spendekanäle festzulegen bzw. zu begrenzen.
Die Spendebetätiger können eine Tropfen-auf-Anforderung-Tintenstrahldruck-Ventileinrichtung in Form eines thermischen Tintenstrahlventils, eines Magnetspulen-Tintenstrahlventils oder eines piezoelektrischen Tintenstrahlventils einschließen.
Andererseits können die Ansaugbetätiger eine spritzenartige Dosiervorrichtung einschließen.
In noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren bereitgestellt werden, um eine Flüssigkeitsprobe aus einem Fluidspeicher zu einer Untersuchungsstelle auf einem Empfänger- bzw. Zielsubstrat zu überführen. Das Verfahren schließt ein: Bereitstellen einer Fluidverteilervorrichtung, die einen Fluidansaugkanal mit einer ersten Ansaugöffnung in Fluidverbindung mit einem Ansaugbetätiger und einer zweiten Ansaugöffnung in Fluidverbindung mit der Ventilanordnung festlegt. Die Verteilervorrichtung legt weiter einen Fluidspendekanal mit einer ersten Spendeöffnung in Fluidverbindung mit dem Spendebetätiger und einer zweiten Spendeöffnung in Fluidverbindung mit der Ventilanordnung fest. Das Verfahren schließt ein: Positionieren der Ventilanordnung in einem Ansaugzustand, wobei der Ansaugbetätiger fluidisch mit einem diskreten Probenpfad verbunden wird und wobei der Spendebetätiger fluidisch vom Probenpfad getrennt wird; und Betätigen des Ansaugbetätigers, um einen Flüssigkeitsprobenpropfen aus einem Probenspeicher in den Probenpfad anzusaugen. Das Verfahren schließt weiter ein:
Positionieren der Ventilanordnung in einem Spendezustand, wobei der Spendebetätiger fluidisch mit dem Probenpfad verbunden wird, und der Ansaugbetätiger fluidisch von demselben Pfad getrennt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Anordnung der vorliegenden Erfindung weist andere Ziele und Merkmale von Vorteil auf, die aus der nachfolgenden Beschreibung der besten Vorgehensweise zur Ausführung der Erfindung und aus den beigefügten Ansprüchen besser ersichtlich sind, in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung, in der:
1 eine perspektivische Oberseitenansicht der hybriden Ventilvorrichtung ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist.
2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Oberseitenansicht der hybriden Ventilvorrichtung aus 1.
3 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung, welche die hybride Ventilvorrichtung aus 1 beinhaltet.
4A ist eine perspektivische Oberseitenansicht einer Verteilervorrichtung der hybriden Ventilvorrichtung aus 1 und zeigt die Statorflächen-Grenzfläche.
4B ist eine perspektivische Unterseitenansicht, welche die unteren Verbindungsöffnungen der Verteilervorrichtung aus 4A zeigt.
5 ist eine vergrößerte auseinandergezogene perspektivische Unterseitenansicht von einem Fluidpfad der hybriden Ventilvorrichtung im Ansaugzustand.
6 ist eine vergrößerte auseinandergezogene perspektivische Unterseitenansicht von einem Fluidpfad der hybriden Ventilvorrichtung im Spendezustand.
7 ist eine vergrößerte Oberseitenansicht einer Statorfläche eines Statorelements der Verteilervorrichtung.
8 ist eine vergrößerte Unterseitenansicht einer Rotorfläche eines Rotorelements der Ventilanordnung.
9 ist eine Oberseitenansicht der Verteilervorrichtung, wobei die Rotorfläche der Statorfläche an einer Rotor-/Stator-Grenzfläche überlagert ist, im Ansaugzustand.
10 ist eine vergrößerte Oberseitenansicht der Rotor/Stator-Grenzfläche aus 9, im Ansaugzustand.
11 ist eine Oberseitenansicht der Verteilervorrichtung aus 9 im Spendezustand.
12 ist eine vergrößerte Oberseitenansicht der Rotor/Stator-Grenzfläche aus 11, im Spendezustand.
13 ist eine auseinandergezogene vergrößerte Unterseitenansicht der Verteilervorrichtung aus 4B, wobei sie die Kanäle und Nuten der einzelnen Plattenelemente zeigt.
14 ist eine vergrößerte bruchstückhafte Darstellung der auseinandergezogenen Unterseitenansicht aus 13.
15 ist eine auseinandergezogene perspektivische Unterseitenansicht von einem Fluidpfad einer alternativen Ausführungsform einer hybriden Ventilvorrichtung im Ansaugzustand.
16 ist eine auseinandergezogene perspektivische Unterseitenansicht von einem Fluidpfad der alternativen Ausführungsform der hybriden Ventilvorrichtung aus 15 im Spendezustand.
17 ist eine vergrößerte Oberseitenansicht der Rotor/Stator-Grenzfläche aus 15, im Ansaugzustand.
18 ist eine vergrößerte Oberseitenansicht der Rotor/Stator-Grenzfläche aus 16, im Spendezustand.
19 ist eine vergrößerte Unterseitenansicht der Rotorfläche einer alternativen Ausführungsform eines Rotorelements.
20 ist eine vergrößerte Oberseitenansicht der Statorfläche des Statorelements der alternativen Ausführungsform des Rotorelements.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezugnahme auf einige spezifische Ausführungsformen beschrieben wird, ist die Beschreibung für die Erfindung veranschaulichend und soll nicht als die Erfindung beschränkend angesehen werden. Verschiedene Abwandlungen der vorliegenden Erfindung können vom Fachmann auf dem Gebiet an den bevorzugten Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Ansprüche festgelegt wird. Es wird hier angemerkt, dass für ein besseres Verständnis über die verschiedenen Figuren hinweg gleiche Komponenten durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Nunmehr Bezug nehmend auf die 1-6, 15 und 16 ist eine allgemein mit 20 bezeichnete hybride Ventilvorrichtung zur Verwendung mit einer Ansaugquelle 21 und einer Spendequelle 22 vorgesehen, um Proben- oder Reagenz-Fluid aus einem Speicher 23 zu einer Untersuchungsstelle 25 auf einer Substratoberfläche 26 zu überführen. Allgemein schließt die hybride Ventilvorrichtung 20 eine Ventilanordnung 27 (15 und 16) ein, die zwischen einem Ansaugzustand (5, 9 und 10) und einem Spendezustand (6, 11 und 12) beweglich ist, sowie eine mit der Ventilanordnung verbundene Verteilervorrichtung 28. Die Verteilervorrichtung 28 enthält einen Fluidansaugkanal 30, der eine erste Ansaugöffnung 31 in Fluidverbindung mit der Ansaugquelle 21 aufweist. An einem entgegengesetzten Ende des Ansaugkanals 30 befindet sich eine zweite Ansaugöffnung 32 in selektiver Fluidverbindung mit der Ventilanordnung 27, um selektiv einen Flüssigkeitsprobenpropfen aus dem Speicher 23 in einen diskreten Probenpfad 33 anzusaugen, wenn sich die Ventilanordnung 27 im Ansaugzustand befindet. Die Verteilervorrichtung 28 schließt weiter einen Fluidspendekanal 35 ein, der eine erste Spendeöffnung 36 in Fluidverbindung mit der Spendequelle 22 aufweist, sowie eine zweite Spendeöffnung 37 in selektiver Fluidverbindung mit der Ventilanordnung 27. Wenn die Ventilanordnung 27 im Spendezustand ausgerichtet ist (6, 11 und 12), ist der Probenpfad 33 fluidisch mit der Spendequelle 22 verbunden, um selektiv mindestens ein Tröpfchen 34 des Flüssigkeitsprobenpropfens daraus zu spenden. Es ist wichtig, dass in dieser Ausrichtung die Ventilanordnung 27 den Probenpfad 33 auch fluidisch von der Ansaugquelle 21 trennt. Im Gegensatz dazu verbindet die Ventilanordnung 27 im Ansaugzustand (5, 9 und 10) den Probenpfad 33 fluidisch mit der Ansaugquelle 21, während er sich gleichzeitig außer Fluidverbindung mit der Spendequelle 22 befindet.
Dementsprechend stellt die hybride Ventilvorrichtung ein Umschaltsystem bereit, das eine Fluidverbindung des Ansaugbetätigers und des Spendebetätigers mit dem das Proben- oder Reagenz-Fluid enthaltenden Probenpfad reguliert. Egal, ob sich die hybride Ventilvorrichtung im Ansaugzustand oder im Spendezustand befindet, wird die Ventilanordnung zu keinem Zeitpunkt zulassen, dass sich der Probenpfad gleichzeitig in Fluidverbindung mit sowohl dem Ansaugbetätiger und dem Spendebetätiger befindet. Diese Anordnung ist insofern vorteilhaft, als die Spendequelle wegen der Trennung der Spendequelle vom Probenpfad während der Ansaugung des Fluids in den Probenpfad nicht vom beprobten Fluid kontaminiert werden kann. Außerdem wird jeder Probenpfad betrieblich zwischen dem Ansaugbetätiger und dem Spendebetätiger umgeschaltet, was die mikrodosierte berührungsfreie parallele Verteilung der Reagenzien oder von Probenfluid zur Untersuchungsstelle ermöglicht.
Wie man am besten in der schematischen Darstellung aus 3 sieht, ist die vorliegende Erfindung besonders geeignet, um chemische oder biochemische Proben oder Reagenzien aus einem Array von Speichervertiefungen 38 einer konventionellen Mikrotiterplatte 40, d.h. mit 96 oder 384 Vertiefungen, zu einem Array von Untersuchungsstellen 25 mit höherer Dichte, d.h. einer Mikrotiterplatte mit 1536 Vertiefungen, zu überführen, oder zur Fertigung eines zur Durchführung von Genexpressions- oder anderen Durchmusterungsversuchen verwendeten chipbasierenden biologischen Sensors (gewöhnlich als "Mikroarray" bezeichnet). Kurz gesagt, lässt sich die hybride Ventilvorrichtung zum Drucken von Arrays anpassen, bei denen der Abstand zwischen benachbarten Untersuchungsstellen 25, oder der Untersuchungsstellenabstand, im Bereich von etwa 1 Mikron (μm) bis etwa 10 000 Mikron (μm) liegt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform schließt daher die Verteilervorrichtung 28 eine Mehrzahl von Fluidansaugkanälen 30, entsprechenden Fluidspendekanälen 35 und entsprechenden Probenpfaden 33 ein, die für die parallele Überführung von Fluid aus dem Fluidspeicher 23 zu den entsprechenden Untersuchungsstellen 25 zusammenwirken (3, 4, 13 und 14). Kurz gesagt, schließt jeder Fluidansaugkanal 30 eine erste Ansaugöffnung 31 in Fluidverbindung mit einer entsprechenden Ansaugquelle oder einem entsprechenden Ansaugbetätiger ein, sowie eine entgegengesetzte zweite Ansaugöffnung 32, die an einer Statorflächenoberfläche 41 der Verteilervorrichtung 28 endet. Außerdem schließt jeder Fluidspendekanal 35 eine erste Spendeöffnung 36 in Fluidverbindung mit einem entsprechenden Spendebetätiger 22 ein, sowie eine entgegengesetzte zweite Spendeöffnung 37, die ebenfalls an der Verteiler-Statorfläche 41 endet.
Wenn sie im Ansaugzustand (5, 9 und 10) ausgerichtet ist, erlaubt die Ventilbetätigeranordnung 27 eine selektive Fluidverbindung der Probenpfade 33 mit den entsprechenden zweiten Ansaugöffnungen 32 der Ansaugkanäle 30 an der Statorfläche 41, während gleichzeitig eine Fluidverbindung mit den entsprechenden zweiten Spendeöffnungen 37 der Spendekanäle 35 verhindert wird. Umgekehrt werden, wenn die Ventilanordnung im Spendezustand (6, 11 und 12) ausgerichtet ist, die Probenpfade 33 in selektive Fluidverbindung mit den entsprechenden zweiten Spendeöffnungen 37 an der Statorfläche bewegt, während sie gleichzeitig außer der Fluidverbindung mit den zweiten Ansaugöffnungen 32 bewegt werden.
Vorzugsweise schließt die vorliegende Erfindung zwölf (12) unabhängige Ansaugkanäle 30 und Spendekanäle 35 ein, die mit entsprechenden Probenpfaden 33 kommunizieren. Inhärent kann daher die hybride Ventilvorrichtung 20 gleichzeitig Proben- oder Reagenz-Fluid an zwölf Untersuchungsstellen abgeben. Andere Ausbildungen, die eine größere oder kleinere Anzahl von unabhängigen Kanälen enthalten, sind möglich. Es wird jedoch ersichtlich, dass das System für eine Eins-zu-Eins-Überführung von Fluid ausgebildet werden kann, d.h. aus jedem Reagenz-Speicher zu einer bestimmten Untersuchungsstelle. Eine solche Flexibilität eignet sich auch für zahlreiche Veränderungen des bevorzugten Gebrauchs. Insbesondere kann die hybride Ventilvorrichtung ausgebildet werden, um Proben- oder Reagenz- Fluide aus einer gegebenen Anzahl von Speichern zu einer anderen Anzahl von Untersuchungsstellen zu überführen. Zum Beispiel kann die Umschalttechnologie der hybriden Ventilverteilervorrichtung 28 so ausgelegt werden, dass Fluid-Proben aus mehreren Ansaugspeichern 23 auf eine einzige Untersuchungsstelle abgegeben werden. Umgekehrt kann diese Verteileranordnung angepasst werden, um Fluid aus einem einzigen Speicher 23 an mehreren Untersuchungsstellen abzusetzen.
Kurz gesagt, wie in den 1 und 2 dargestellt, ist die Verteilervorrichtung 28 für eine stabile Halterung derselben vorzugsweise sandwichartig zwischen einen unteren Statordeckel und einen oberen Statorring 43 eingefügt. Diese Anordnung wirkt mit einem Spur- oder Transportmechanismus (nicht dargestellt) zusammen, der die Relativbewegung zwischen Verteilervorrichtung 28, den Fluidspeichern 23 und den Untersuchungsstellen 25 bewirkt (1 und 3).
Vorzugsweise wird die gesamte hybride Ventilvorrichtung 20 zwischen den Miktrotiterplatten 40 und dem Array von Untersuchungsstellen 25 transportiert.
Obwohl die hybride Ventilvorrichtung 20 angepasst ist, um gleichzeitig mehrere Fluidproben- oder Reagenz-Volumina zu mehreren Chip-Untersuchungsstellen zu überführen, kann ein besseres Verständnis der Erfindung durch eine Beschreibung ihrer Funktionsweise bezüglich der Überführung der Fluide aus einem einzigen Probenpfad 33 in der Verteilervorrichtung 28 erlangt werden. Kurz gesagt, wird in dieser Beschreibung der Ansaugbetätiger 21 über die Ventilanordnung 27 fluidisch mit dem Verteilerprobenpfad 33 verbunden, um Proben-Fluid aus dem einzigen Speicher 23 in den Probenpfad anzusaugen. Anschließend wird der Probenpfad 33 für eine fein gesteuerte Abgabe des im Probenpfad 33 enthaltenen Proben-Fluids in Fluidverbindung mit dem Spendekanal 35 umgeschaltet. Dementsprechend zeigen die 5, 6 und 9–12 absichtlich eine einzige Gruppe von Fluidüberführungselementen.
Wieder Bezug nehmend auf die 5 und 6, schließt bei dieser Ausführungsform jeder Probenpfad 33 einen primären Durchlassteil 45 ein, der durch die Verteilervorrichtung 28 festgelegt wird. Dieser primäre Durchlassteil 45 erstreckt sich im Wesentlichen vertikal durch diese hindurch, in einer Richtung, die im Wesentlichen parallel zu einer Achse 44 der hybriden Ventilvorrichtung 20 ist. Weiter schließt jeder primäre Durchlass 45 eine an der Statorfläche 41 endende obere Verbindungsöffnung 46 sowie eine untere Verbindungsöffnung 47 ein.
Wie am besten in den 5 und 6 dargestellt, schließt vorzugsweise jeder primäre Durchlass 45 ein entsprechendes Düsenelement 48 ein, das sich aus einer der unteren Verbindungsöffnungen 47 nach außen erstreckt. Wie unten ausführlicher beschrieben wird, ist jedes Düsenelement abnehmbar an der Verteilervorrichtung 28 montiert, was (im Ansaugzustand) eine individuelle Ansaugung des Proben-Fluids darin oder (im Spendezustand) eine individuelle Abgabe des Proben-Fluids daraus gestattet. Außerdem erstreckt sich ein Düsendurchlass 50 der Länge nach durch das Düsenelement 48, was inhärent das volumetrische Fassungsvermögen des entsprechenden Probenpfades 33 vergrößert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung schließt jeder der Ansaugkanäle 30, der Spendekanäle 35 und der primären Durchlässe 45 eine jeweilige Öffnung 32, 37 und 46 ein, die zur Fluidverbindung mit einer Rotorfläche 51 eines Rotorelements 52 der Ventilanordnung (8) an der Statorfläche 41 (7) endet. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die oberen Verbindungsöffnungen 46 der primären Durchlässe 45 im gleichen Abstand voneinander angeordnet und sind radial im Abstand voneinander um eine Drehachse des Rotorelements 52 herum angeordnet. Entsprechend ist auch jede von den zweiten Ansaugöffnungen 32 und jede von den zweiten Spendeöffnungen 37 im gleichen Abstand voneinander und im radialen Abstand um die Drehachse 44 herum angeordnet. 7 zeigt jedoch am besten, dass jede von den zweiten Ansaugöffnungen 32, die übrigens eine Fluidverbindung mit dem entsprechenden Ansaugbetätiger 21 gestatten, in einem Radius von der Drehachse 44 angeordnet sind, der kleiner als derjenige der oberen Verbindungsöffnungen 46 ist, während jede von den zweiten Spendeöffnungen 37 in einem Radius angeordnet ist, der größer als derjenige der oberen Verbindungsöffnungen ist. Schließlich sind die oberen Verbindungsöffnungen 46, ihre entsprechenden zweiten Ansaugöffnungen 32 und Spendeöffnungen 37 vorzugsweise fluchtend mit einer radialen Linie ausgerichtet, welche die Drehachse 44 kreuzt.
Es wird jedoch ersichtlich, dass die entsprechenden Öffnungen auf alternative Weise im Abstand angeordnet und ausgerichtet werden können, ohne den wahren Geist und die wahre Natur der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Obwohl die fluchtende Ausrichtung zwischen den entsprechenden Öffnungen 32, 37 und 46 bevorzugt wird, ist sie zum Beispiel kein Erfordernis für die Funktionalität der Verteilervorrichtung, wie ersichtlich sein wird. Weiter ist es nicht entscheidend, ob sich die zweiten Spendeöffnungen 37 und die zweiten Ansaugöffnungen 32 in einem radialen Abstand befinden, der kleiner als oder größer als der radiale Abstand der oberen Verbindungsöffnungen 46 der primären Durchlässe 45 von der Drehachse 44 ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Ventilanordnung 27 und Verteilervorrichtung 28 besonders geeignet zur Anwendung der Scherventil- oder Geradflächenventil-Technologie, obwohl ein rotierender Stopfen, eine Bank von 3-Wege-Magnetventilen oder eine MEMS-Vorrichtung verwendet werden könnte. Wendet man sich nunmehr den 2, 5, 6 und 8 zu, ist daher die Ventilanordnung 27 mit einem Rotorelement 52 dargestellt, das die an einer Rotor-Stator-Grenzfläche in gegenüberliegendem Verschiebe- bzw. Gleitkontakt mit der Statorfläche 41 stehende Kontakt- oder Rotorfläche 51 liefert. Dieser Hochdruck-Verschiebe- bzw. Gleitkontakt zwischen der Statorfläche 41 und der Rotorfläche 51 sorgt für eine selektive Umschaltfunktion zwischen jedem der Probenpfade 33 (d.h. dem primären Durchlass 45 und dem Düsendurchlass 50) und den entsprechenden Ansaugbetätigern 21 oder Spendebetätigern 22, je nachdem, ob sich das Rotorelement 52 der Ventilanordnung 27 im Ansaugzustand oder im Spendezustand befindet.
Kurz gesagt, sind sowohl das Rotorelement 52 und das Statorflächenelement 53 aus konventionellen Scherventil- oder Geradflächenventil-Materialien zusammengesetzt, die angepasst sind, um den Hochdruckkontakt an der Stator-Rotor-Grenzfläche auszuhalten. Typische dieser Materialien schließen keramische und synthetische Zusammensetzungen ein, von denen viele von gesetzlich geschützter Art sind. Das Rotorelement 52 ist drehbar an einer Welle montiert, die wiederum mit einem Untersetzungsgetriebe innerhalb des Betätigerkörpers 54 verbunden ist. Das Untersetzungsgetriebe ist dann mit der Motorwelle 55 eines konventionellen Elektromotors 56 verbunden, der bei der Scherventil- oder Geradflächenventil-Technologie verwendet wird.
Wie am besten in 8 dargestellt, stellt das Rotorelement 52 der Ventilanordnung 27 eine Mehrzahl von im Abstand angeordneten Ansaugkanälen 57 und Spendekanälen 58 bereit, die in seine im Wesentlichen planare Rotorfläche 51 eingekerbt sind. Jeder Ansaugkanal 57 und jeder Spendekanal 58 weist eine längliche Gestalt auf und erstreckt sich allgemein entlang einer radialen Linie, welche die Drehachse 44 der Rotorfläche 51 kreuzt. Weiter sind die Ansaugkanäle 57 und die Spendekanäle 58 in gleichen Abständen angeordnet und sind in Bezug zueinander in abwechselnder Art und Weise ausgerichtet. Dementsprechend bewegt sich das Rotorelement 52 an der Rotor-Stator-Grenzfläche (d.h. dem Hochdruck-Verschiebe- bzw. Gleitkontakt zwischen der Statorfläche 41 und der Rotorfläche 51) entweder hin und her oder bewegt sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn, um die Ventilanordnung im Ansaugzustand oder im Spendezustand auszurichten.
Wenn sich das Rotorelement 52 um die Drehachse 44 in den Ansaugzustand dreht, werden die in die Rotorfläche 51 eingekerbten Ansaugkanäle 57 in Ausrichtung mit der entsprechenden oberen Verbindungsöffnung 46 der primären Durchlässe 45 und den zweiten Ansaugöffnungen 32 der Ansaugkanäle 30 der Statorfläche 41 gedreht, um einen Fluidverbindungspfad dazwischen bereitzustellen (5, 9 und 10). Folglich wird vom Ansaugkanal 57 zwischen dem entsprechenden Probenpfad 33 und dem entsprechenden Ansaugbetätiger 21 ein Fluidpfad erzeugt. Dies gestattet eine selektive Ansaugung des Proben- oder Reagenz-Fluids über den Ansaugbetätiger 21 aus dem Probenspeicher 23 in den Probenpfad 33 durch das Düsenelement. Gleichzeitig werden im Ansaugzustand die zweiten Spendeöffnungen 37 der Spendekanäle 35 in der Rotorfläche 51 des Rotorelements 52 tot gelegt. Daher befinden sich die Spendebetätiger 22 außer Fluidverbindung mit den entsprechenden Probenpfaden 33.
Wie die 6, 11 und 12 zeigen, kann das Rotorelement 52 anschließend selektiv um die Drehachse 44 in den Spendezustand gedreht werden. Die radial verlaufenden Spendekanäle 58, die ebenfalls in die Rotorfläche 51 eingekerbt sind, werden folglich in fluchtende Ausrichtung mit den entsprechenden oberen Verbindungsöffnungen 46 und den zweiten Spendeöffnungen 37 der Spendekanäle 35 gedreht, um dazwischen einen Fluidverbindungspfad bereitzustellen. Die Spendekanäle 48 vervollständigen daher den Fluidpfad zwischen dem entsprechenden Probenpfad 33 und dem entsprechenden Spendebetätiger 22, um über den Spendebetätiger 22 eine selektive Abgabe der Fluidprobe oder des Reagenz zu gestatten, die/das im jeweiligen Probenpfad 33 enthalten ist. Entsprechend werden im Spendezustand die zweiten Ansaugöffnungen 32 der Spendekanäle 35 in der Rotorfläche 51 des Rotorelements 52 tot gelegt. Daher befinden sich die Ansaugbetätiger 21 außer Fluidverbindung mit ihren entsprechenden Probenpfaden 33. Weiter wird ersichtlich, dass durch alle zwölf Probenpfade 33, oder eine beliebige Anzahl von Probenpfaden 33, gleichzeitig angesaugt oder gespendet werden kann.
Dementsprechend stellt die Scherventil- und Verteilervorrichtungs-Anordnung der vorliegenden Erfindung eine exakte Umschaltfunktionalität zwischen den Ansaugbetätigern und den Spendebetätigern bereit. Wie oben angegeben, ist ein solches Umschaltvermögen insofern vorteilhaft, als das volle Potenzial der Hochgeschwindigkeits-Präzisions-Tintenstrahl-Spendebetätiger ausgenutzt werden kann, um die Proben-Fluide oder Reagenzien aus den Probenpfaden zu spenden bzw. abzugeben. Außerdem erleichtert die modulare Systemparallelität die Fertigung von berührungsfreien Vorrichtungen, z.B. mit 24, 48, 96 Spitzen, die für die expandierenden Bedürfnisse des Marktes geeignet sind.
Es versteht sich, dass obwohl die Ventilanordnungs-Funktionalität der vorliegenden Erfindung besonders gut für Geradflächen- oder Scherventile anpassbar ist, andere Ventiltechnologien geeignet sind, wie Magnetventile, Quetschventile und mikrobearbeitete Ventile, die durch mechanische, elektrische oder pneumatische Mittel betätigt werden.
Außerdem schließt jeder Spendekanal 35 eine unabhängige Spendequelle 22 ein, die fluidisch mit seiner entsprechenden ersten Spendeöffnung 36 verbunden ist. Wie am besten in den 1 und 2 dargestellt, sind die Spendebetätiger 22 vorzugsweise an einer entsprechenden Spendebetätiger-Verteilervorrichtung 28 montiert. Diese zwei entgegengesetzten Spendebetätiger-Verteiler trennen die einzelnen Spendebetätiger und richten diese in zwei Gruppen von sechs Betätigern aus, die als Einheit lösbar an der Statorverteilervorrichtung 28 montiert sind. Jeder Spendebetätiger 22 schließt eine Abgabeöffnung 60 ein, die fluidisch mit einer entsprechenden ersten Spendeöffnung 36 des Spendekanals 35 verbunden ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform gibt jeder Spendebetätiger 22 typischerweise einen dosierten Druckimpuls ab, wobei ein Druck im Bereich von etwa 6,9(10)³ N/m² bis etwa 138(10)³ N/m² verwendet wird, und mit einer Dauer im Bereich von etwa(10)^–6 Sekunden bis etwa 10 Sekunden. Vorzugsweise wird der Spendebetätiger 22 von einem konventionellen Tintenstrahl-Druckventil oder einer konventionellen Tintenstrahl-Pumpe bereitgestellt, die zum Tropfen-auf-Anforderung-Drucken ausgelegt ist. Tintenstrahldruckventile/-pumpen zum Tropfen-auf-Anforderung-Drucken, die thermische, Magnetspulen- und piezoelektrische Typen einschließen, sind kommerziell erhältlich und auf dem Fachgebiet wohlbekannt. Zum Beispiel stellt die Lee Company aus Essex, Connecticut ein Tintenstrahlventil auf Magnetspulen-Basis (Modell Nr. INKX0502600AB) her, das zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Alternativ können zur Dosierung auch konventionelle Spritzenpumpen verwendet werden.
Der Einschluss der Tintenstrahl-Tropfen-auf-Anforderung-Drucktechnologie in die Spendeanordnung der vorliegenden Erfindung liefert signifikante Vorteile gegenüber bekannten Systemen zum Drucken von Mikroarrays. Insbesondere ermöglicht die mit Tintenstrahl-Druckventilen verbundene Fähigkeit, unabhängige Druckimpulse von kurzer Dauer abzugeben, die berührungsfreie abstimmbare Abgabe von Reagenzprobenvolumina im Bereich von etwa (10)¹⁰ bis etwa (10)^–12 Litern. Bei Beaufschlagung mit einem Druckimpuls wird aus dem Verteiler-Probenpfad mindestens ein Tröpfchen Proben- oder Reagenz-Fluid durch das entsprechende Düsenelement 48 auf die Substratoberfläche 26 ausgestoßen. So, wie er hier verwendet wird, bezieht sich der Begriff "berührungsfrei" auf das Fehlen einer Berührung zwischen Spendeverteiler und Düsen und dem Ziel- bzw. Empfängersubstrat während des Absetzens. Typischerweise wird bei diesen Konstruktionen das Fluid durch Kanäle geleitet, die durch Mikrobearbeitung in einen Tintenstrahl-Druckkopf eingearbeitet sind – wie diejenigen, die gewöhnlich in Schreibtisch- und Industrie-Druckern verwendet werden.
Vorzugsweise sind diese Tintenstrahl-Tropfen-auf-Anforderung-Spendebetätiger mit digital geregelten hydraulischen Drucksystemen (nicht dargestellt) verbunden. Diese Systeme ermöglichen eine präzise Manipulation des zu den Spendebetätigern zugeführten Hydraulikdrucks, was den dynamischen Bereich des Systems erweitert. Ein zusätzlicher Vorteil ist die Fähigkeit, den Druckbereich schnell zu verändern, um Unterschiede bei Proben infolge von teilchenförmigen Feststoffen oder Viskosität auszugleichen.
Andererseits werden die Ansaugquellen 21 vorzugsweise von einzelnen Ansaugbetätigern 21 bereitgestellt, die durch Schlauchleitungen 61 fluidisch mit einer entsprechenden ersten Ansaugöffnung 31 verbunden sind. Diese Schläuche 61, die vorzugsweise aus inertem Kunststoff oder dergleichen mit einem Innendurchmesser im Bereich von 0,2 mm bis etwa 3,0 mm bestehen, sind ebenfalls in zwei Bänke von sechs Einheiten getrennt und weisen jeweils ein distales Ende auf, das mit einem Schlauchleitungsarrayverteiler 62 verbunden ist. Diese entgegengesetzten Schlauchleitungsarrayverteiler 62 sind wiederum als Einheit an der Statorverteilervorrichtung 28 montiert.
Es wird ersichtlich, dass mehr als einer oder sämtliche der Ansaugkanäle 30 fluidisch mit einem einzigen Ansaugbetätiger 21 verbunden werden können. Bei der bevorzugten Form wird der Ansaugbetätiger 21 von einer externen Dosiervorrichtung bereitgestellt, wie einer spritzenartigen Pumpe oder einer Membranpumpe, oder von einer unter Druck stehenden Quelle, die einen Über- oder Unterdruck an die Ansaugkanäle 30 abgibt. Typisch für diese Ansaugvorrichtungen ist das Modell # 2009D, das von Innovadyne Technologies, Inc., Rohnert Park, CA, geliefert wird.
Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht die Verteilervorrichtung 28 aus einer Mehrzahl von übereinander gestapelten Plattenelementen 63-66, die gemeinschaftlich zusammenwirken, um die Proben-Fluide aus den Speichervertiefungen über die Ventilanordnung 28 zu den bezeichneten Untersuchungsstellen 25 zu kanalisieren. Wie oben angegeben, legt die Verteilervorrichtung 28 eine Mehrzahl von primären Durchlässen 45, Ansaugkanälen 30 und Spendekanälen 35 fest, von denen jeder eine Verbindungsöffnung einschließt, die zur Verbindung mit der Ventilanordnung 27 an der Statorfläche endet.
Da diese einzelnen Kanäle voneinander unabhängig sind, ist die Fertigung für einen solch kleinen Maßstab schwierig. Typischerweise liegt der Durchmesser dieser Fluiddurchlässe in der Größenordnung von etwa 0,001 mm bis etwa 1,0 mm. Außerdem müssen diese Kanäle und Durchlässe imstande sein, den relativ hohen Druckimpulsen der Spendebetätiger 22 Rechnung zu tragen, die, wie erwähnt, einen Bereich von etwa 6,9(10)³ N/m² bis etwa 138(10)³ N/m² aufweisen und eine Dauer im Bereich von etwa (10)^–6 Sekunden bis etwa 10 Sekunden aufweisen.
Die Plattenelemente 62–66 (4 und 13) sind vorzugsweise rechteckig geformt, wobei jedes eine im Wesentlichen ebene Oberseite und eine entgegengesetzte Unterseite aufweist. Insbesondere schließt die Verteilervorrichtung 28 ein erstes Plattenelement 63 mit einer Oberseitenoberfläche 67 ein, auf der das scheibenförmige Statorflächenelement 53 abgestützt ist, das die Statorfläche 41 festlegt. Auf einer zur Oberseitenoberfläche 67 des ersten Plattenelements 63 entgegengesetzten Seite befindet sich eine Unterseitenoberfläche 68, auf der eine Mehrzahl von horizontal verlaufenden Spendenuten 70 ausgebildet sind. Diese Nuten sind vorzugsweise etwa 0,3 mm breit und erstrecken sich etwa 1,0 mm tief in die Unterseitenoberfläche 68, in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung. Eine entsprechende erste Spendeöffnung 36 erstreckt sich von der Oberseitenoberfläche 67 aus vertikal in das erste Plattenelement 63 bis zu Unterseitenoberfläche 68, wo sie ein Ende einer entsprechenden Spendenut 70 kreuzt. In ähnlicher Weise erstreckt sich eine entsprechende zweite Spendeöffnung 37 von der Statorfläche 41 aus vertikal in das Statorflächenelement 53 und das erste Plattenelement 63 bis zur Unterseitenoberfläche 68, wo sie ein entgegengesetztes Ende einer entsprechenden Spendenut 70 kreuzt.
Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine im Wesentlichen ebene Oberseitenoberfläche 71 des zweiten Plattenelements 64 an einer Grenzfläche erste Platte/zweite Platte durch Laminierungs- oder Diffusionsbonding fest mit der Unterseitenoberfläche 68 des ersten Plattenelements 63 verbunden. Die diffusionsgebondete Oberseitenoberfläche 71 des zweiten Plattenelements dichtet daher wirkungsvoll die Spendenuten 70 ab, die sich in die Unterseitenoberfläche 68 des ersten Plattenelements 63 erstrecken, um die entsprechenden Spendekanäle 35 zu bilden.
Es wird ersichtlich, dass die Nutformation, welche die horizontalen Teile der Spendekanäle 35 bildet, sowohl von der Unterseitenoberfläche 68 des ersten Plattenelements 63 und der Oberseitenoberfläche 71 des zweiten Plattenelements 64, oder alternativ nur von der Oberseitenoberfläche des zweiten Plattenelements, bereitgestellt werden könnte. Es versteht sich weiter, dass die Ausrichtung und Orientierung von ersten Spendeöffnungen 36 an einer Mehrzahl von Stellen entlang der Oberseitenoberfläche des ersten Plattenelements angeordnet werden kann, ohne den wahren Geist und die wahre Natur der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Unter Verwendung einer ähnlichen Technik könnten die Ansaugkanäle 30 auch an der Grenzfläche erste Platte/zweite Platte festgelegt werden. Um jedoch einen ausreichenden Abstand zwischen benachbarten Kanälen sicherzustellen, um der Hochdrucknatur der Fluidabgabe Rechnung zu tragen, werden die Ansaugkanäle 30 vorzugsweise an einer separaten Grenzfläche zweite Platte/dritte Platte zwischen dem zweiten Plattenelement 64 und einem dritten Plattenelement 65 ausgebildet. Die Unterseitenoberfläche 72 des zweiten Plattenelements enthält daher vorzugsweise eine Mehrzahl von horizontal verlaufenden Ansaugnuten 73 (13 und 14), die vorzugsweise etwa 0,5 mm breit sind und etwa 0,25 mm tief sind.
Eine entsprechende erste Ansaugöffnung 31 erstreckt sich von der Oberseitenoberfläche 72 aus vertikal in das zweite Plattenelement 64 bis zu dessen Unterseitenoberfläche 72, wo sie ein Ende einer entsprechenden Ansaugnut 73 kreuzt. Es wird ersichtlich, dass das zweite Plattenelement ein Paar entgegengesetzte Flügelteile 75 einschließt, die sich über den Umfangsrand des ersten Plattenelements 63 hinaus erstrecken. Kurz gesagt, sind diese Flügelteile 75 angepasst, um der Montage des Schlauchleitungsarrayverteilers 62 daran Rechnung zu tragen. Was jedoch die zweiten Spendeöffnungen 37 angeht, erstrecken sich diese ausgerichteten vertikalen Durchlässe von der Statorfläche 41 des Statorflächenelements 53 aus sowohl durch das erste Plattenelement 63 und das zweite Plattenelement 64 bis zu dessen Unterseitenoberfläche 72, wo sie ein entgegengesetztes Ende einer entsprechenden Ansaugnut 73 kreuzen.
Ähnlich wie bei der Bildung der Spendekanäle 35 wird eine im Wesentlichen planare Oberseitenoberfläche 76 des dritten Plattenelements 65 an der Grenzfläche zweite Platte/dritte Platte fest mit der Unterseitenoberfläche 72 des zweiten Plattenelements 64 verbunden. Wiederum kann die Oberseitenoberfläche 76 der dritten Platte unter Verwendung konventioneller Laminierungs- oder Diffusionsbonding-Techniken an der Unterseitenoberfläche 72 der zweiten Platte festlaminiert werden, um die Ansaugnuten 73 wirkungsvoll abzudichten, um die entsprechenden Ansaugkanäle 30 zu bilden.
Wie man am besten in den 4A und 13 sieht, erstreckt sich das kreisförmige Muster der oberen Verbindungsöffnungen 46 vertikal durch das Statorelement 53. Das erste Plattenelement 63, das zweite Plattenelement 64 und das dritte Plattenelement 65 enthalten auch entsprechende, koaxial ausgerichtete Durchlasskomponenten, um gemeinschaftlich die primären Durchlässe 45 der Probenpfade 33 zu bilden, wenn die Verteilerplattenelemente zusammenlaminiert werden. Typischerweise liegt die Querschnittsfläche der primären Durchlässe 45 von der Statorfläche 41 bis zu einer Unterseitenoberfläche 77 des dritten Plattenelements 65 in der Größenordnung von etwa 0,2 mm² bis etwa 0,8 mm².
Um das kreisförmige Muster der oberen Verbindungsöffnungen 46 an der Unterseitenoberfläche 77 des dritten Plattenelements 65 in ein rechteckiges Muster der unteren Verbindungsöffnungen 46 umzuorientieren, welches der Abstandsanordnung des Arrays von Speichervertiefungen 38 der Mikrotiterplatte 40 und der Untersuchungsstellen 25 entspricht, ist ein viertes Plattenelement 66 erforderlich. Wie in den 10, 12 und 13 dargestellt, enthält eine vierte Oberseitenoberfläche 76 der vierten Platte eine Mehrzahl von horizontal verlaufenden Umpositionierungsnuten 79. Diese Nuten 79 sind vorzugsweise etwa 0,5 mm breit und erstrecken sich etwa 0,25 mm tief in die Oberseitenoberfläche 76 des vierten Plattenelements 76. Eine entsprechende untere Verbindungsöffnung 47 erstreckt sich von einer Unterseitenoberfläche 80 aus vertikal in das vierte Plattenelement 66 bis zu dessen Oberseitenoberfläche 78, wo sie ein Ende einer entsprechenden Umpositionierungsnut 79 kreuzt. Das andere Ende der Umpositionierungsnut 79 ist mit dem entsprechenden primären Durchlass 45 ausgerichtet, der an der Unterseitenoberfläche 77 des dritten Plattenelements 65 endet. Wiederum kann die Oberseitenoberfläche 78 der vierten Platte unter Verwendung konventioneller Laminierungs- oder Diffusionsbonding-Techniken an die Unterseitenoberfläche 77 der dritten Platte diffusionsgebondet werden, um die Umpositionierungsnuten 49 wirkungsvoll abzudichten, um einen anderen Teil des Probenpfades 33 zu bilden.
Wie oben erwähnt, und wie in den 2, 5 und 6 dargestellt, ist fluidisch mit jeder unteren Verbindungsöffnung 47 des primären Durchlasses 45 ein entsprechendes Düsenelement 48 verbunden, das einen durchgehenden Düsendurchlass 50 aufweist. Das langgestreckte Düsenelement 48 schließt einen distalen Spitzenteil 81 ein, der passend bemessen ist, um sich im Ansaugzustand in eine angesteuerte Speichervertiefung 38 zu erstrecken, um Proben- oder Reagenz-Fluid in den Probenpfad 33 anzusaugen. Außerdem ist das 2 × 6-Array von Düsen im Abstand angeordnet, so dass es zur gleichzeitigen Ansaugung und Abgabe mit dem Array von Speichervertiefungen und Untersuchungsstellen 25 übereinstimmt. Sie können auch auf andere Formate, wie 1 × 12 umverteilt werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform verändert sich der Durchmesser der Durchlässe der Düsen 50 mittels einer Öffnung, wie einer Spitzenöffnung, auf einen kleineren Durchmesser. Diese Durchmesseränderung ist in sofern vorteilhaft, als sie ein Ausstoßen der Probenfluide aus der Spitze erleichtert, wenn vom entsprechenden Spendebetätiger 22 ein Druckimpuls abgegeben wird.
Wie in 3 dargestellt, sind Systemfluidspeicher 82, 83 vorgesehen, die ein konventionelles Fluid 85, 86 einer mobilen Phase enthalten, das als Treibfluid zu den Ansaugbetätigern 21 und den Spendebetätigern 22 zugeführt wird. Im Ansaugzustand, wenn das Rotorelement 52 der Ventilanordnung 27 gedreht ist, um die entsprechenden Ansaugkanäle 57 mit den entsprechenden oberen Verbindungsöffnungen 46 der primären Durchlässe 45 der Probenpfade 33 und den zweiten Spendeöffnungen 37 der Ansaugkanäle 30 auszurichten, können die Ansaugbetätiger 21 zuerst benutzt werden, um den gesamten Pfad von der ersten Ansaugöffnung 31 des Ansaugkanals aus über die gesamte Strecke bis zur entsprechenden Spendeöffnung der Spitze 81 des Düsenelements 48 zu spülen. Nachdem die Düsenspitzen optional gereinigt worden sind, ersetzt daher sauberes Fluid der mobilen Phase jegliches Proben- oder Reagenz-Fluid aus vorangehenden Arbeitsvorgängen.
Der Transportmechanismus (nicht dargestellt) wird dann betätigt, um die hybride Ventilanordnung 27 an den Speichervertiefungen 38 zu positionieren, wo die ausgewählten Düsenspitzen 81 in den angesteuerten Speichervertiefungen eingetaucht werden. Eine Betätigung von einer oder mehreren der Spritzenpumpen 21 saugt die Proben- oder Reagenz-Fluide in den entsprechenden Probenpfad 33 in der Verteilervorrichtung 28. Das in den entsprechenden Probenpfad 33 angesaugte Fluidvolumen kann daher genau dosiert werden.
Anschließend kann der Transportmechanismus die hybride Ventilanordnung 27 zu den Untersuchungsstellen 25 bewegen, während der Elektromotor 56 und der Antriebsstrang 54 das Rotorelement 52 aus dem Ansaugzustand in den Spendezustand drehen. Wie erwähnt, werden die Ansaugkanäle 57 in der Rotorfläche 51 außer Fluidverbindung mit den oberen Verbindungsöffnungen 46 der primären Durchlässe 45 bewegt, während die Spendekanäle 58 in der Rotorfläche 51 bewegt werden, um die zweiten Spendeöffnungen 37 der Spendekanäle 35 fluidisch mit den entsprechenden Verbindungsöffnungen 46 zu verbinden. Es ist wesentlich, dass im Ansaugzustand die zweite Spendeöffnung 37 des Spendekanals 35 gegen die Rotorfläche 51 tot gelegt wird, während in der Spendeposition die zweite Ansaugöffnung 32 des Ansaugkanals 30 gegen die Rotorfläche 51 tot gelegt wird.
Das Mobilphasenfluid, das demjenigen, das zu den Ansaugbetätigern zugeführt wird, vorzugsweise im Wesentlichen ähnlich ist, wird mit den entsprechenden Spendekanälen 58 in der Rotorfläche 51 fluidisch verbunden, um die Proben-Fluide selektiv aus den entsprechenden Düsenspitzen 81 abzugeben. Dementsprechend wird eine Querkontamination mit den in den entsprechenden Spendekanälen 58 enthaltenen Mobilphasenfluiden minimiert. Dies stellt sicher, dass die Spendekanäle 35 im Wesentlichen frei von einer Kontamination mit irgend welchen Proben- oder Reagenz-Fluiden gehalten werden können.
Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung brauchen die Düsenkanäle 50 und die entsprechenden primären Durchlässe 45 nur verwendet werden, um das Proben- oder Reagenz-Fluid aus dem Probenpfad 33 abzugeben. Anders als bei der oben erwähnten Ausführungsform wird somit das Düsenelement 48 nicht benutzt werden, um das ins Auge gefasste Fluid aus der Ausgangs- oder Quellenplatte in den Probenpfad anzusaugen. Wie in den Ausführungsformen der 15 und 17 sichtbar, kann dementsprechend die hybride Ventilanordnung den Probenpfad 33 durch andere Mittel als die Düsenelemente 48 beschicken, während im Ansaugzustand (15 und 17) die Trennung des Probenpfades vom Spendebetätiger und im Spendezustand (16 und 18) die Trennung des Probenpfades vom Ansaugbetätiger aufrecht erhalten wird.
Kurz gesagt, schließt der Verteilerkörper in dieser Ausbildung eine allgemein mit 87 bezeichnete Ausgangs- bzw. Quellenleitung ein, die eine an der Statorfläche 41 endende obere Verbindungsöffnung 48 aufweist, sowie ein entgegengesetztes Ende in Fluidverbindung mit dem Ausgangs- bzw. Quellenspeicher 23. Wie man am besten in den 15, 17 und 19 sieht, enthält die Kontakt- oder Rotorfläche 51 des Ventilkörpers oder Rotorelements 52 weiter einen Probenkanal 90, der im Ansaugzustand die zweite Ansaugöffnung 32 des Ansaugkanals 30 fluidisch mit der oberen Verbindungsöffnung 88 des Ausgangs- bzw. Quellenkanals 87 verbindet.
Dementsprechend ist im Ansaugzustand der Ansaugbetätiger 21 durch den in der Rotorfläche 51 ausgebildeten Probenkanal 90 fluidisch mit dem Ausgangs- bzw. Quellenspeicher verbunden. Nach Aktivierung des Ansaugbetätigers kann das Reagenz- oder Proben-Fluid durch die Ausgangs- bzw. Quellenleitung 87 im Verteilerkörper 28 in den Probenpfad 33 gesaugt werden. Um den Spendebetätiger 22 vom Probenpfad 33 zu trennen, wird die entsprechende zweite Spendeöffnung 37 des Spendekanals 35 in der Rotorfläche 51 tot gelegt, und befindet sich dadurch außer Fluidverbindung mit dem Probenpfad (17).
Sobald das Reagenz- oder Proben-Fluid über den Ansaugbetätiger 21 in den Probenpfad 33 angesaugt worden ist, kann die Ventilanordnung 27 in die Spendeposition der 16 und 18 bewegt werden. In der bevorzugten Form wird das Rotorelement 52 der Ventilanordnung zur Bewegung aus dem Ansaugzustand in den Spendezustand um die Drehachse 44 gedreht. Der Probenkanal 90, der das Reagenz- oder Proben-Fluid enthält, wird gleichzeitig fluchtend mit der zweiten Spendeöffnung 37 des Spendekanals 35 und der oberen Verbindungsöffnung 46 des primären Durchlasses 45 ausgerichtet und in Fluidverbindung mit diesen bewegt.
Der Spendebetätiger 22 wird daher fluidisch mit dem Probenpfad 33 verbunden, um das Reagenz- oder Proben-Fluid fluidisch aus dem Düsenelement 48 abzugeben. Um den Ansaugbetätiger 21 vom Probenpfad 33 zu trennen, wird außerdem die entsprechende Ansaugöffnung 32 des Ansaugkanals 30 in der Rotorfläche 51 tot gelegt, und befindet sich dadurch außer Fluidverbindung mit dem Probenpfad (18).
Bei dieser Ausführungsform wird daher ersichtlich, dass das spendbare Volumen des Probenpfades 33 im Wesentlichen dasselbe wie dasjenige des Probenkanals 90 ist. Wenn sich das Rotorelement 52 in den Spendezustand (16 und 18) dreht, ist nur das im Probenkanal 90 enthaltene Proben- oder Reagenzfluid für den Spendebetätiger fluidisch zugänglich. Es versteht sich jedoch, dass volumetrische Mengen, die kleiner sind als das volle Volumen des Probenkanals 90, durch eine Präzisionsbetätigung des Spendebetätigers 22 abgegeben werden können.
Wie am besten in 19 dargestellt, ist jeder Probenkanal 90 in die im Wesentlichen planare Rotorfläche 51 des Rotorelements 52 eingekerbt. Weiter weist jeder in gleichen Abständen angeordnete Probenkanal 90 eine längliche Form auf und erstreckt sich allgemein entlang einer radialen Linie, welche die Drehachse 44 der Rotorfläche 51 kreuzt. Dementsprechend bewegt sich das Rotorelement 52 an der Rotor-Stator-Grenzfläche (d.h. dem Hochdruck-Verschiebe- bzw. Gleitkontakt zwischen der Statorfläche 41 und der Rotorfläche 51) entweder hin und her oder dreht sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn, um die Ventilanordnung im Ansaugzustand oder im Spendezustand auszurichten.
Diese Probenkanäle 90 weisen vorzugsweise eine Länge im Bereich von etwa 1,0 mm bis etwa 6,0 mm auf und besitzen eine Querschnittsfläche von etwa 0,3 mm² bis etwa 1 mm². Dementsprechend liegt das volumetrische Fassungsvermögen des Probenkanals 90 vorzugsweise im Bereich von etwa 0,5 μl bis etwa 2,0 μl. Im Vergleich dazu weisen der primäre Durchlass 45 und der Düsendurchlass 50 des Auslasses vorzugsweise ein Volumen im Bereich von 0,1 μl bis etwa 2,0 μl auf.
Die Trennung der Ansaugaufgabe vom Düsenelement 48 hat mehrere funktionale Vorteile. Ein Vorteil besteht darin, dass das Gesamtvolumen der Probe im Probenkanal 90 enthalten ist. Unverbrauchtes Proben- oder Reagenz-Fluid kann während des Spendens (18) über den Ausgangs- bzw. Quellenpfad 23 zum Ausgang bzw. zur Quelle zurückgeführt werden, was die Volumina von Proben- und Reagenz-Abfall bedeutend verringert. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass die Länge des Düsenelements 48 stark verringert werden kann, um den Spendepfad und das Vorspenden zu verkürzen.
Ein anderer Vorteil dieser Auslegung besteht darin, dass ein Abstand und eine Reihenfolge des Ausgangs- bzw. Quellen-Speicherarrays nicht mit denjenigen der angesteuerten Untersuchungsstellen zusammenpassen braucht. Das heißt, weil die Düsenelemente 48 nicht für sowohl die Ansaug- und Spendefunktion verwendet werden, können die fluidisch mit Ausgangs- bzw. Quellenleitungen 87 verbundenen Ansaugeinlässe (nicht dargestellt) in einer Abstandsbeziehung und Reihenfolge (z.B. im 96-Vertiefungs-Format) eingestellt werden, während die Düsenelemente 48 auf eine andere Abstandsbeziehung und Reihenfolge (z.B. im 1536-Vertiefungs-Format) eingestellt werden können. Dementsprechend wird die Ansaugflexibilität beträchtlich vergrößert. Zum Beispiel machen einige Anwendungen eine individuelle Manipulation von Ansaugspitzen erforderlich, wie Anwendungen, die aus einer Vielzahl von positiven und negativen Proben in einer Ausgangs- bzw. Quellenplatte einzelne positive Proben in einer Bestimmungsplatte neu formatieren.
Bei noch einem anderen Vorteil dieser Konstruktion können die Querschnittsabmessungen der Ansaug- und Quellenkanäle 30, 87 auf der Ansaugseite von denjenigen der Spendekanäle 35 und der primären Durchlässe 45 in der Verteilervorrichtung 28 und der Düsendurchlässe 50 des Düsenelements 48 auf der Spendeseite verschieden sein. Zum Beispiel wäre es wünschenswert, eine Ansaugleitung und Ausgangs- bzw. Quellenleitung 87 mit großer Bohrung bereitzustellen, um eine schnelle Probenansaugung in den Probenkanal zu erleichtern. Im Gegensatz dazu wäre es wünschenswert, eine kleinere Bohrung für den Düsendurchlass 50 bereitzustellen, um das Ausstoßen von kleineren diskreten Volumina zu erleichtern. Ansonsten wird, wenn für einen gedrosselten Strom in der Spendedüse eine kleinere Bohrung verwendet wird, wie bei der vorangehenden Ausführungsform, eine wirkungsvolle Ansaugung gefährdet.
Letztlich gestattet die zulässige weitere Querschnittsabmessung des Ansaugeinlasses den Einschluss von Filtervorrichtungen. Zum Beispiel können, indem man auf der Einlassseite einen Filter einschließt, kleine teilchenförmige Festkörper im Reagenz- oder Proben-Fluid, die normalerweise eine Düse mit kleiner Bohrung verstopfen und unbrauchbar machen würden, beseitigt werden. Ein solcher Filter wäre austauschbar und würde eine große Oberfläche aufweisen, was eine Filterung von teilchenförmigen Feststoffen ohne ein häufiges Zusetzen erlaubt. Typischerweise enthalten solche Filtervorrichtungen Fritten, die gewöhnlich bei der Festphasenextraktion oder in Flüssigkeitschromatographievorrichtungen verwendet werden.
Wieder Bezug nehmend auf die 15 und 16, kann diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weiter einen Spüldurchlass 91 in der Verteilervorrichtung 28 einschließen, der eine obere mittige Spülöffnung 92 aufweist, die an der Statorfläche 41 endet, sowie ein entgegengesetztes Ende in Fluidverbindung mit einer Spülquelle 93. Die mittige Spülöffnung 92 ist für eine durchgängige Fluidverbindung mit einem in die Rotorfläche 51 eingekerbten Spülkanal 95 (19) im Wesentlichen koaxial zur Drehachse 44 des Rotorelements 42 ausgerichtet.
Im Ansaugzustand der 15 und 17 verbindet dieser Spülkanal 95 im Rotorelement 52 die Spülöffnung 92 des Spüldurchlasses 91 fluidisch mit der oberen Verbindungsöffnung 46 des entsprechenden primären Durchlasses 45. Während das Reagenz- oder Proben-Fluid in den entsprechenden Probenpfad 33 angesaugt wird, können daher die primären Durchlässe 45 und die Düsendurchlässe 50 gleichzeitig mit Waschmittel-Fluid oder dergleichen aus der Waschmittelquelle 93 gespült oder gereinigt werden. Wenn das Rotorelement in den Spendezustand der 16 und 18 gedreht wird, verbindet im Gegensatz dazu der in die Rotorfläche eingekerbte Spülkanal 95 die Spülöffnung 92 des Spüldurchlasses 91 fluidisch mit der oberen Verbindungsöffnung 88 des Quellen- bzw. Ausgangskanals 87. Wenn das Reagenz- oder Proben-Fluid aus dem Probenpfad 33 durch das entsprechende Düsenelement 48 abgegeben wird, könnte daher unverbrauchtes Proben- oder Reagenz-Fluid zum Ausgangs- bzw. Quellenspeicher 23 zurückgeführt und der Ansaugpfad gespült werden.
Vorzugsweise ist der Spülkanal 95 mit einer Mehrzahl von in gleichen Abständen angeordneten langgestreckten Schlitzen versehen, die sich allgemein entlang einer die Drehachse 44 der Rotorfläche 51 kreuzenden radialen Linie erstrecken. Diese radial verlaufenden Spülkanäle kreuzen sich an der Drehachse 44, so dass die Spülkanäle in stetiger Fluidverbindung mit der mittigen Spülöffnung 92 stehen. Wie in 20 dargestellt, sind die oberen Verbindungsöffnungen 46 der primären Durchlässe 45 und die oberen Verbindungsöffnungen 88 der Quellen- bzw. Ausgangskanäle 87 abwechselnd im Abstand um die Drehachse 44 herum angeordnet. Dementsprechend verändert jede Drehbewegung des Rotorelements 52 zwischen dem Ansaugzustand (15 und 17) und dem Spendezustand (16 und 18) abwechselnd die Fluidverbindung mit den Düsendurchlässen 50 und den Quellen- bzw. Ausgangskanälen 87.
Dementsprechend bewegt sich das Rotorelement 52 an der Rotor-Stator-Grenzfläche (d.h. dem Hochdruck-Verschiebe- bzw. Gleitkontakt zwischen der Statorfläche 41 und der Rotorfläche 51) entweder hin und her oder dreht sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn, um die Ventilanordnung im Ansaugzustand oder im Spendezustand auszurichten.
Obwohl nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen ausführlich beschrieben worden sind, versteht sich, dass die vorliegenden Erfindungen in vielen anderen spezifischen Formen verkörpert werden können, ohne den Umfang der Erfindungen zu verlassen.

Claims

Hybride Ventilvorrichtung (20) zur Verwendung mit einem Ansaugbetätiger (21) und einem Spendebetätiger (22), um eine Übertragung eines Flüssigkeitsprobenpropfens aus einem Speicher (23) zu einer Untersuchungsstelle (25) auf einer Substratoberfläche (26) zu ermöglichen, umfassend: eine Ventilanordnung (27), die zwischen einem Ansaugzustand und einem Spendezustand beweglich ist; eine Verbindungsstruktur (48), die eine Spendeöffnung aufweist; und eine Einzelblock-Fluidverteilungsverteilervorrichtung (28), die einen Flüssigkeitsansaugkanal (30) bereitstellt, der eine Treibflüssigkeit enthält und eine erste Ansaugöffnung (31) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Ansaugbetätiger (21) und eine zweite Ansaugöffnung (32) in selektiver Flüssigkeitsverbindung mit der Ventilanordnung (27) aufweist, um selektiv einen Flüssigkeitsprobenpfropfen aus dem Speicher (23) durch die Spendeöffnung der Verbindungsstruktur (48) anzusaugen, wobei ein diskreter Probenpfad (37) festgelegt wird, der sich zur Flüssigkeitsverbindung mit der Ventilanordnung von der Spendeöffnung (36) aus und durch mindestens einen Teil der Verteilervorrichtung (28) erstreckt, wenn sich die Ventilanordnung im Ansaugzustand befindet, wobei die Verteilervorrichtung (28) weiter einen Flüssigkeitsspendekanal (35) bereitstellt, der eine erste Spendeöffnung (36) in Flüssigkeitsverbindung mit dem Spendebetätiger und eine zweite Spendeöffnung (37) in selektiver Flüssigkeitsverbindung mit der Ventilanordnung aufweist, um selektiv mindestens ein Tröpfchen des Flüssigkeitsprobenpfropfens aus der Spendeöffnung der Verbindungsstruktur zu spenden, wenn sich die Ventilanordnung im Spendezustand befindet, bei der sich im Ansaugzustand der Probenpfad außer Flüssigkeitsverbindung mit dem Spendebetätiger befindet und sich im Spendezustand der Probenpfad außer Flüssigkeitsverbindung mit dem Ansaugbetätiger befindet.
Hybride Ventilvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das durch mindestens einen Teil des Verteilers (28) einen primären Durchlassteil (45) des Probenpfades einschließt.
Hybride Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Verbindungsstruktur (48) ein Düsenelement einschließt, das an einer Spendeöffnung endet, die ausgebildet ist, um den Probenpfropfen anzusaugen und das Tröpfchen abzugeben.
Hybride Ventilvorrichtung nach Anspruch 3, bei der der primäre Durchlassteil (45) von einer Querschnittsfläche von 0,2 mm² bis 0,8 mm² ist.
Hybride Ventilvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Verteilervorrichtung eine die zweite Ansaugöffnung und die zweite Spendeöffnung enthaltende Statorfläche (41) einschließt, und die Ventilanordnung einen Ventilkörper mit einer Kontaktfläche (51) einschließt, welche die Statorfläche an einer Statorkontaktgrenzfläche verschiebbar berührt, für einen abgedichteten Verschiebekontakt zwischen dem Ansaugzustand, der die zweite Ansaugöffnung fluidisch mit dem primären Durchlassteil (45) des Probenpfaden verbindet, und dem Spendezustand, der die zweite Spendeöffnung fluidisch mit dem primären Durchlassteil (45) des Probenpfades verbindet.
Hybride Ventilvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Kontaktfläche (51) des Ventilkörpers einschließt: einen Ansaugkanal (57) der im Ansaugzustand die zweite Ansaugöffnung fluidisch mit dem primären Durchlassteil des Probenpfades durch den Ansaugkanal verbindet, und einen Spendekanal (58), der im Spendezustand die zweite Spendeöffnung fluidisch mit dem primären Durchlassteil (45) des Probenpfades durch den Spendekanal verbindet.
Hybride Ventilvorrichtung nach Anspruch 6, bei der der primäre Durchlassteil (45) des Probenpfades eine an der Statorfläche endende obere Verbindungsöffnung (46) einschließt, die sich im Ansaugzustand in Flüssigkeitsverbindung mit dem Ansaugkanal und im Spendezustand in Flüssigkeitsverbindung mit dem Spendekanal befindet.
Hybride Ventilvorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Verbindungsstruktur (48) ein an der Spendeöffnung endendes Düsenelement einschließt, um den Probenpfropfen anzusaugen und das Tröpfchen abzugeben.
Hybride Ventilvorrichtung nach Anspruch 8, bei der mindestens eines von dem Ventilkörper und der Verteilervorrichtung um eine senkrecht zur Statorkontaktgrenzfläche verlaufende Drehachse drehbar ist, um die Kontaktfläche, den Ansaugkanal und den Spendekanal relativ zur Statorfläche zwischen dem Ansaugzustand und dem Spendezustand zu verdrehen.
Hybride Ventilvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Spendekanal und der Ansaugkanal in einer Richtung radial um die Drehachse verlaufen.
Hybride Ventilvorrichtung nach einem vorangehenden Anspruch, weiter einschließend: ein digital geregeltes hydraulisches Drucksystem in Flüssigkeitsverbindung mit dem Spendebetätiger für einen Präzisionsbetrieb desselben.
Verfahren zum Überführen einer Flüssigkeitsprobe aus einem Flüssigkeitsprobenspeicher (23) zu einer Untersuchungsstelle auf einem Zielsubstrat, umfassend: Bereitstellen einer Einzelblock-Fluidverteilungsverteilervorrichtung (28), die einen Flüssigkeitsansaugkanal (30) festlegt, der eine Treibflüssigkeit enthält und eine erste Ansaugöffnung (31) in Flüssigkeitsverbindung mit einem Ansaugbetätiger (21) und eine zweite Ansaugöffnung (32) in Flüssigkeitsverbindung mit einer Ventilanordnung (27) aufweist, wobei die Verteilervorrichtung weiter einen Flüssigkeitsspendekanal festlegt, der eine Treibflüssigkeit enthält und eine erste Spendeöffnung (36) in Flüssigkeitsverbindung mit einem Spendebetätiger (22) und eine zweite Spendeöffnung (37) in Flüssigkeitsverbindung mit der Ventilanordnung aufweist; Positionieren der Ventilanordnung in einem Ansaugzustand, wobei der Ansaugbetätiger fluidisch mit einem diskreten Probenpfad verbunden wird, der sich von einer einen diskreten Probenpfad festlegenden Verbindungsstruktur (48) aus und durch mindestens einen primären Durchlassteil der Verteilervorrichtung (28) in Fluidverbindung mit der Ventilanordnung erstreckt, und wobei der Spendebetätiger fluidisch vom Probenpfad getrennt wird; im Ansaugzustand Betätigen des Ansaugbetätigers, um einen Flüssigkeitsprobenpfropfen aus dem Probenspeicher (23) durch die Spendeöffnung (36) in den Probenpfad anzusaugen; Positionieren der Ventilanordnung in einem Spendezustand, wobei der Spendebetätiger fluidisch mit dem Probenpfad verbunden wird, und der Ansaugbetätiger fluidisch von demselben Pfad getrennt wird; und im Spendezustand Betätigen des Spendebetätigers, um mindestens ein Tröpfchen des Flüssigkeitsprobenpfropfens durch die Spendeöffnung aus dem Probenpfad heraus abzugeben.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der primäre Durchlassteil der Verteilervorrichtung eine an einer Statorfläche des Verteilers endende obere Verbindungsöffnung (46) aufweist, wobei die Statorfläche weiter die zweite Ansaugöffnung und die zweite Spendeöffnung enthält.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Positionieren der Ventilanordnung in den Ansaugzustand oder den Spendezustand einschließt, eine Kontaktfläche (51) der Ventilanordnung an einer Statorkontaktgrenzfläche verschiebbar in Eingriff gegen die Statorfläche der Verteilervorrichtung (28) zu bringen, um den Ansaugbetätiger fluidisch mit dem primären Durchlassteil des Probenpfades zu verbinden bzw. um den Spendebetätiger fluidisch mit dem primären Durchlassteil des Probenpfades zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das verschiebbar in Eingriff bringen ein Verdrehen eines Ansaugkanals (57) und eines Spendekanals (58) in der Kontaktfläche der Ventilanordnung um eine Drehachse derselben relativ zur Statorfläche einschließt, um im Ansaugzustand die obere Verbindungsöffnung durch den Ansaugkanal fluidisch mit der zweiten Ansaugöffnung zu verbinden, und im Spendezustand die obere Verbindungsöffnung durch den Spendekanal fluidisch mit der zweiten Spendeöffnung zu verbinden.