JP2019510245A - デジタル分注用の流体ルーティングを含むモノリシック支持体構造 - Google Patents

Abstract

デジタル滴定装置は、少なくとも１つの流体分注デバイスと、少なくとも１つの流体分注デバイスに流体的に接続された少なくとも１つのリザーバと、少なくとも１つの流体分注デバイス及びリザーバを支持するモノリシック支持体構造とを含み、モノリシック支持体は、リザーバと流体分注デバイスとの間の流体ルーティングを形成する。
【選択図】図２

Description

背景
滴定の分野において、デジタル滴定が、その効率性と精度の故に、手作業またはアナログの滴定に取って代わっている。高精度の滴定装置は、デジタル分注ホスト装置において配置および交換されることができる交換可能なデジタル滴定カセットを含む。

デジタル滴定カセットは、底部側に流体分注ダイの行、及び上部側に等しい数のリザーバを設けられる。流体分注ダイは、ディスクリートのＭＥＭＳ（Micro-Electro-Mechanical System：微小電気機械システム）とすることができ、この場合、各ダイは、体積（容積）で１１ピコリットルから１０マイクロリットルの液滴を分注する。リザーバは、例えばピペットから流体を受け取るために上部において開いており、底部において個々の流体ディスペンサーに流体を供給するために底部において狭い開口を有することができる。

動作中、分注ダイは、カセットの下に配置されたウェルプレート（例えば、マイクロウェルプレート又はマルチウェルプレート）のウェルに流体滴を分注する。例えば、各ウェルは、後で分析するための試薬を収容することができ、この場合、試薬成分は、デジタル滴定ホスト装置により少なくとも部分的に決定される。一般に、デジタル滴定ホスト装置は、カセット及びウェルプレートを保持する。当該ホスト装置は、流体をウェルへ吐出するためにダイからの流体吐出を制御する。当該ホスト装置は、プレートの各所定のウェルに所望量の流体を分注するために、例えば各分注動作の後に互いに対して分注カセットとウェルプレートを移動させることにより、ウェルプレートに対してカセットを適切に配置することができる。

一例の分注装置の横断正面図である。 一例のデジタル分注カセットの図である。 別の例のデジタル分注カセットの図である。 異なる流体分注ダイアレイの図表例である。 異なる流体分注ダイアレイの図表例である。 異なる流体分注ダイアレイの図表例である。 図４Ａ〜図４Ｃの流体分注アレイに接続するための異なる流体リザーバアレイの図表例である。 図４Ａ〜図４Ｃの流体分注アレイに接続するための異なる流体リザーバアレイの図表例である。 図４Ａ〜図４Ｃの流体分注アレイに接続するための異なる流体リザーバアレイの図表例である。 図４Ａ〜図４Ｃの流体分注アレイに接続するための異なる流体リザーバアレイの図表例である。 リザーバ及び流体ルーティングを含むモノリシック支持体構造の一例を示す上面図である。 図５の例示的なモノリシック支持体構造の細部を示す斜視図である。 デジタル滴定カセットの一例を示す上面図である。 図７の例示的なデジタル滴定カセットの底面図である。 デジタル滴定カセットを製造する方法の一例を示す図である。 デジタル滴定カセットを製造する方法の別の例を示す図である。

説明
図１は、概略横断正面図においてデジタル分注装置１の一例を示す。一例において、デジタル分注装置１は、デジタル滴定カセットである。デジタル滴定カセットは、デジタル滴定ホスト装置へ挿入すること、及び使用後に別のカセットと交換することを意図され得る。デジタル滴定カセットは、分注中、流体を受け取るためにデジタル滴定カセットの下に延びるマイクロウェルプレート又はマルチウェルプレートなどへ流体を分注することができる。一例において、ウェルプレートは、別個の容器において類似する又は異なる成分の別個の試薬を保持することができる。様々な例において、ウェルは数ピコリットルから数マイクロリットルの流体を保持することができる。デジタル分注装置の一例はデジタル処理で付勢可能な流体分注デバイスを含むデジタル滴定カセットであるが、本開示で説明される原理は、高精度のデジタル処理で駆動される流体分注を含む他の応用形態の分野にも適用することができる。

例示された分注装置１は、上部側３および底部側５を有する。本開示は、「上部」および「底部」に言及しているが、これら単語は、互いに対してであると考えられるべきである。分注装置１は、任意の位置関係を有することができ、この場合、いわゆる上部側は、実際には底部上に延びているかもしれない及び逆もまた同じ。一例において、上部および底部は、分注中の装置１の位置関係に関係する。

デジタル分注装置１は、少なくとも１つのモノリシック支持体構造７を含む。支持体構造７は単一の部片として型取り（cast：鋳造）される。モノリシック支持体構造７の例示的な材料は、エポキシ成形材料、ガラス、ＦＲ４、又は任意の適切な成形プラスチックを含む。

デジタル分注装置１は、ほぼ平面状の形状からなることができる。この開示において、平面状は、装置１の長さＬ又は幅（ページの中へ延びる幅）の少なくとも３分の１、又はその長さＬ又は幅の少なくとも５分の１の厚さＴを意味することができる。支持体構造７の長さＬ及び幅は、支持体構造７の仮想の中心平面Ｐに沿って延びることができ、この場合、平面Ｐは、支持体構造７の厚さＴの中を通って延びる。当該例において、モノリシック支持体構造７は一般に平面状であり、一般に平面Ｐに平行に延びる。

カセット１は、流体を分注するための流体分注デバイス１１を含む。カセット１は、流体を受け取るためのリザーバ９、及び流体を流体分注デバイス１１にルーティングするための流体ルーティング１９を含む。本開示の例において、リザーバ９及び流体ルーティング１９は、モノリシック支持体構造７により形成される。リザーバ９は、ピペットのような外部供給源からの流体を受け取ることができる。流体ルーティング１９は、リザーバ９の下流の少なくとも１つの流体分注デバイス１１にその流体を供給することができる。

リザーバ９は、支持体構造７の上部側３において延びることができる。リザーバ９は支持体構造７において予備成形された切り欠きとすることができるか、又は流体分注デバイス１１に流体的に接続する、別個に取り付けられたカップとすることができる。例えば、リザーバ９は、部分的にカップの形状をしていてもよく、即ち上部において、流体を受け取るために開いており且つ底部側５の方へ流体を供給するために流体ルーティング１９に開かれることができる。リザーバ９は上部においてより広くなっており且つ下方向に先細りになる壁または湾曲する壁を有することができる。流体ルーティング１９は、流体分注デバイス１１の流体供給スロットに流体的に接続することができる。

支持体構造７は、その底部側５において流体分注デバイス１１を支持する。各流体分注デバイス１１は、ウェルプレートのウェルへ流体滴を分注するために、液滴生成器１５のアレイを設けられ得る。流体分注デバイス１１は、支持体構造７に埋め込まれるか、又は直接的に付着する又は別の支持体構造を介して間接的に付着することにより、それに取り付けられ得る。一例において、装置１は、流体分注デバイス１１の少なくとも１つの行および少なくとも２つの列を含む。例示的な分注装置１は、分注デバイス１１のアレイの行より多い列を有する。行の長さは、装置１の長さＬに平行に延びることができる。各流体分注デバイス１１は、リザーバ９からの流体を受け取ってノズルの方へ流体を案内するために、広がる態様で少なくとも１つの供給スロット、及び当該供給スロットの下流のマイクロチャネル１３を含むことができる。

各流体分注デバイス１１は、ＭＥＭＳダイの一部分とすることができる。一例において、それぞれ１つの流体分注デバイス１１は、１つの別個のダイにより形成される。別の例において、単一のダイは、複数の流体分注デバイス１１を含む。ダイ３１は、処理されたシリコン及び薄膜層を含む。流体供給スロットは、ダイのシリコン基板を貫通して延びることができる。ダイの構成は、サーマル又はピエゾインクジェットプリントヘッドダイに類似することができる。液滴生成器１５及びマイクロチャネル１３は、薄膜層に延びることができる。液滴生成器１５は、ノズルチャンバ、ノズルチャンバ内の液滴吐出アクチュエータ、及びノズルを含むことができる。ノズルチャンバは、マイクロチャネルから流体を受け取る。アクチュエータは、ノズルを介してノズルチャンバから外へ流体を分注する。ノズルは、流体分注デバイス１１のノズルプレートを貫通して延びる。液滴吐出アクチュエータは、サーマル抵抗またはピエゾアクチュエータとすることができる。各流体分注デバイス１１は、少なくとも１つの液滴生成器アレイを含む。各流体分注デバイス１１は、例えば１から約１０００まで変化する任意の数の液滴生成器１５を有することができる。例示的な液滴分注デバイス１１は、一度に単一のノズルから外へ単一の液滴を分注することを容易にし、非常に少ない量の流体（例えば、１１ピコリットル以下の最も少ない液滴量、又は例えば約１から５ピコリットルの最も少ない液滴量）が吐出されることを可能にする。一例において、液滴生成器１５により分注される際の個々の液滴は、約１から１０ピコリットルの量を有することができ、それにより１つの流体分注デバイス１１の複数の組み合わされた液滴が、約１から約１０００ピコリットルの量を分注することができる。

一例において、流体ルーティング１９は、リザーバ９から流体分注デバイス１１へ流体を供給するために設けられる。流体ルーティング１９は、一方の端部上でリザーバ９に開かれており、他方の端部において流体吐出デバイス１１に開かれ得る。一例において、各リザーバ９及び関連する流体ルーティング１９は、別個の流体構成要素として明確に認識できるが、別の例において、リザーバ９及び流体ルーティング１９は、流体を受け取り且つ案内するための１つの一体型形状を形成することができる。リザーバ９及び／又は流体ルーティング１９は、モノリシック支持体構造７の表面により形成されることができ、それによりモノリシック支持体構造７自体は、流体を直接的に案内し接触する。例えば、流体ルーティング１９は、モノリシック支持体構造７の上部側３の切り欠きから形成され得る。例示された例において、流体ルーティング１９はスロット形状をしている。

一例において、流体ルーティング１９は、上部側３の１つのリザーバ９から底部側５の複数の流体分注デバイス１１へ流体を供給することができる。例えば、流体ルーティング１９は、単一のリザーバ９を複数の流体分注デバイス１１に接続するために下流方向において分岐することができる。例えば、流体ルーティング１９は、１つのリザーバ９から流体分注デバイス１１に流体をそれぞれ供給する複数の枝路２１を含むことができる。一例において、各リザーバ９及び流体ルーティング１９は、少なくとも１つの流体分注デバイス１１に供給するために、ホスト装置の動作可能な位置において、個々の流体分注デバイス１１毎に、約１００マイクロリットル以下、約５０マイクロリットル以下、又は約２０マイクロリットル以下を保持することができる。

モノリシック支持体構造７に流体ルーティング１９を設けることは、リザーバ９の数対流体分注デバイスの数の柔軟性を可能にする。例えば、密度が高いアレイの分注アレイは、密度が低いアレイのリザーバから供給されることができ、逆もまた同じである。更に、モノリシック支持体構造７に直接的に流体ルーティングの切り欠きを設けることは、分注装置１の効率的な製造を行うことができる。また、カセットは、任意のタイプ又はサイズのウェルプレート又はウェルアレイに効率的に分注するためにカスタマイズされ得る。

図２は、デジタル滴定カセット１０１の一例を示す。デジタル滴定カセット１０１は、デジタル滴定カセット１０１の外側縁部の近くに２つのリザーバ１０９を含む。例示された例において、リザーバ１０９は、カセット１０１の縦方向の縁部に沿って配置される。リザーバ１０９は、モノリシック支持体構造７に設けられる。リザーバ１０９は、モノリシック支持体構造７に予備成形され得る。一例において、リザーバ１０９は、モノリシック支持体構造７の圧縮成形プロセス中に、型の突出部により直接的に成形される。別の例において、リザーバ１０９は、例えば接着技術またはオーバーモールド技術により、モノリシック支持体構造７上へ及び／又は中へ配置される別個の剛性のカップとすることができる。

デジタル滴定カセット１０１は、流体分注デバイス１１１のアレイを含む。アレイは、８個の流体分注デバイス１１１からなる２つの行を含む。図示された例において、各流体分注デバイス１１１は、単一の流体分注ダイにより形成される。動作中、リザーバ１０９は、上部において流体を受け取り、流体分注デバイス１１１がカセット１０１の底部に設けられる。流体分注デバイス１１１は、支持体構造１０７にオーバーモールドされるか、又は支持体構造１０７に付着され得る。流体分注デバイスは、リザーバ１０９と同じモノリシック支持体構造１０７に、又は異なる支持体構造に設けられ得る。

モノリシック支持体構造１０７は、リザーバ１０９から流体分注デバイス１１１へ流体を案内するための流体ルーティング１１９を含む。流体ルーティング１１９は、モノリシック支持体構造１０７の上面に直接的に形成された溝付きの切り欠きを含むことができる。流体ルーティング１１９は、リザーバ１０９から流体を受け取るために、リザーバ１０９の方へ通じている。

流体ルーティング１１９は、リザーバ１０９に直接的に流体的に接続する主枝路１２１Ａを含む。流体ルーティング１１９は、主枝路１２１Ａを複数の流体分注デバイス１１１に流体的に接続する副枝路１２１Ｂを含む。図示された例において、各リザーバ１０９は、別個の流体ルーティング１１９に接続し、この場合、各別個の流体ルーティング１１９は、流体分注デバイス１１１の別個のグループに接続する。各流体ルーティング１１９は、下流方向において分岐する。

従って、比較的平面状で薄いデジタル滴定カセット１０１が提供され、この場合、比較的高密度のアレイの流体分注デバイス１１１が、より少ない数のリザーバ１０９から供給され得る。例えば、流体ルーティング１１９は、対応する高密度のアレイのリザーバ１０９が実現不可能である場合に、高密度のアレイの流体分注デバイス１１１を容易にすることができる。

一例において、デジタル滴定カセット１０１は、コンタクトパッド１１８のアレイ１１７を含む。コンタクトパッドのアレイ１１７は、ホスト装置が各流体分注デバイス１１１の液滴生成器を制御することを可能にするためにホスト装置の電極のインターフェースとなることができる。その目的を達成するために、カセット１０１は、コンタクトパッドのアレイ１１７を複数の流体分注デバイス１１１に接続する電気配線を含む。アレイ１１７の各コンタクトパッド１１８は、複数の流体分注デバイス１１１に接続することができる。従って、各流体分注デバイス１１１に別個のコンタクトパッドのアレイ１１７を用いる代わりに、単一のコンタクトパッドのアレイ１１７を用いて、複数の流体分注デバイス１１１に信号を送ることができる。例えば、接地したコンタクトパッド１１８は、複数の流体分注デバイス１１１に接続され得る。別の信号伝達するためのコンタクトパッド１１８は、複数の流体分注デバイス１１１に接続して、流体を分注するために液滴生成器に信号を送ることができる。一例において、各信号伝達するためのコンタクトパッドは、供給電圧（Ｖｄｄ）、データ、クロックなどの少なくとも１つとすることができる。また、流体分注デバイス１１１に接続しないダミーパッドが、コンタクトパッドのアレイ１１７に設けられ得る。特定の例において、特定のパッドは、分注に直接的に関係しない機能（例えば認証）を有することができる。

一例において、１つの機能コンタクトパッド（分注に直接的に関係する機能）が複数の流体分注デバイス１１１に接続される。各機能コンタクトパッド１９は、複数の流体分注デバイス１１１へ／から、供給電圧、データ及びクロックのような信号または接地の１つを伝えることができる。やはり、比較的大きなアレイの流体分注デバイスに対して比較的わずかのコンタクトパッドを用いることは、高密度および／またはより大きいアレイの流体分注デバイスを容易にすることができる。一例において、リザーバ１０９の数および同じ機能のコンタクトパッド１１８の数は、流体分注デバイス１１１の数より少ない。

図３は、この例においてリザーバ２０９より少ない数の流体分注デバイス２１１が存在することを除いて、図２と類似する構造および材料からなる例示的なデジタル滴定カセット２０１を示す。単一のダイ２３１は、流体分注デバイス２１１を形成することができる。デジタル滴定カセット２０１は、１０個のリザーバ２０９及びダイ２３１の数に等しい３個の流体分注デバイス２１１を含み、各デバイス２１１は別個のダイである。４個のリザーバ２０９が１個の流体分注デバイス２１１に流体を供給することができる。４個のリザーバ２０９の２つのセットが、２個の流体分注デバイス２１１に流体を供給する。２個の更なるリザーバ２０９が第３の流体分注デバイス２１１に流体を供給することができる。

各リザーバ２０９は、流体ルーティング２１９を介して流体を対応する流体分注デバイス２１１に供給し、それにより複数の流体ルーティング枝路２２１が各流体分注デバイス２１１に接続する。各流体分注デバイスは、複数の枝路２２１から流体を受け取る少なくとも１つの流体供給スロット２２３を設けられ得る。供給スロット２２３から始まり、上流に進むと、流体ルーティング２１９は、それぞれの別個のリザーバ２０９に向かって別個の枝路２２１に分岐する。電気コンタクトパッドのアレイ２１７は、上記図２に関連して説明されたものに類似することができる。

単一タイプの流体は、同じ関連する流体吐出デバイス２１１の４個のリザーバ２０９にわたって分配され得る。別の例において、異なる流体が４個のリザーバ２０９に提供されることができ、例えば１個または２個のリザーバ２０９が、他のリザーバ２０９と異なる流体を流体吐出デバイス２１１に供給することができる。例えば、単一の流体分注デバイス２１１は、異なる又は予め混合された流体を分注することができる。

図４Ａ〜図４Ｃは、流体分注ダイのアレイ３２５の例を示す。各アレイ３２５は、一連の流体分注ダイ３３１を含む。各流体分注ダイ３３１は、少なくとも１つの流体分注デバイス３１１を含む。例えば、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃの各流体分注ダイのアレイ３２５は、異なる数の流体分注ダイ３３１内に構成された同じ数の流体分注デバイス３１１を含む。図４Ａは、各流体分注デバイス３１１が別個の単一のダイ３３１により形成されている例を示す。図４Ｂは、単一のダイ３３１が２個の流体分注デバイス３１１を含む例を示す。図４Ｃは、各単一のダイ３３１が４個の流体分注デバイス３１１を含む例を示す。

図４Ｄ〜図４Ｇは、流体分注デバイス３１１のそれぞれに流体を供給することができる対応するリザーバアレイ３２９の例を示す。点線軸Ａを用いて示されるように、図４Ａ〜図４Ｃの各流体分注アレイ３２５の流体分注デバイス３１１は、図４Ｄのリザーバアレイ３２９のリザーバ３０９と同じピッチＰで設けられる。一例において、ピッチＰは、約９ｍｍである。他の例において、ピッチＰは、０．５又は０．７５ｍｍの整数倍とすることができ、その倍数は例えば、１〜１６０の別個の数である。図４Ｅ、図４Ｆ、図４Ｇのリザーバアレイ３２９はそれぞれ、その上の図（図４Ｄ、図４Ｅ、図４Ｆそれぞれ）のリザーバアレイ３２９より２倍大きいピッチを有する。

一例において、図４Ｂ及び図４Ｃの各ダイ３３１は、異なる流体が単一のダイから対応する異なるウェルへ分注されるように、図４Ｄの複数のリザーバ３０９に流体的に接続され得る。異なる流体は、同じダイ３３１の異なる流体分注デバイス３１１から分注されることができ、この場合、各流体分注デバイス３１１が単一のリザーバ３０９に流体的に接続されて、単一の流体分注ダイ３１１から単一の流体を分注する。

図４Ａ〜図４Ｃにおいて、各流体分注ダイ３３１は、厚さ、幅および長さを有し、この場合、厚さはページの中へ延びており、幅はピッチ軸Ａに平行に延びており、長さはピッチ軸Ａに垂直に延びている。流体分注ダイ３３１は、例えば約０．５ｍｍ以下、３００μｍ（ミクロン）以下、２００μｍ以下、又は１５０μｍ以下の厚さを有する薄い薄片のＭＥＭＳダイとすることができる。各ダイ３３１の幅は、約１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、例えば約０．３ｍｍ以下とすることができる。各ダイ３３１の長さは、ピッチＰ、及びダイ３３１が組み込む流体分注デバイス３１１の選択された数に依存することができる。ピッチＰは特定のウェルプレートのウェルピッチと位置合わせされ得る。例えば、流体分注デバイスのピッチＰが９ｍｍであるように選択される場合、図４Ａの各ダイ３３１の長さは、約１．５ｍｍ以下とすることができ、図４Ｂの各ダイ３３１の長さは、約１０ｍｍとすることができ、図４Ｃの各ダイ３３１の長さは、約３０ｍｍとすることができる。例えば、ダイの長さは、Ｌｓ＝（ｎ＊Ｐ）＋ｍのような式で計算されることができ、ここで、Ｌｓはダイの長さであり、ｎは、ダイが組み込む流体分注デバイスの選択された数であり、Ｐは流体分注デバイスのピッチ（ウェルプレートのウェルピッチに基づくことができる）であり、及びｍは、各流体分注デバイスの選択された長さによって決まることができる。例えば、ｍは、０．２から３ｍｍとすることができる。そしてまた、流体分注デバイスの選択された長さｍは、ノズルアレイの所望の長さによって決まることができる。

既に述べたように、複数の流体分注デバイスは、１つのダイに含められ得る。流体分注デバイスは、別個のウェルに流体を分注するように構成されることにより画定され得る。コンタクトパッドのアレイ及び電気配線は、同じダイ４３１上で各流体分注デバイスを別個に駆動するように構成され得る。一例において、ノズルプレートは、ノズルの無い状態の領域により間隔を置いて配置されたノズルアレイを有する領域を含み、この場合、ノズルアレイの領域は、ダイの流体分注デバイスを画定する。別の例において、ノズルアレイは、ダイの長さにわたって途切れずに延びることができ、この場合、電気配線、ソフトウェア及び／又はファームウェアが、別個のウェルへ分注するためのより大きいアレイ内の別個のノズルグループを付勢するように構成されることができ、各ノズルグループは、別個の流体分注デバイスを画定することができる。他の例において、ダミーのノズルが、アクティブなノズルの区域間に設けられることができ、この場合、アクティブなノズル領域は流体分注デバイスを画定する。

薄い薄片のダイが、本開示の全体にわって説明されるようにモノリシック支持体構造に付着され又は埋め込まれ得る。本開示において、薄い薄片のダイは、上部に少なくとも１つの薄膜層を有するシリコン基板を含むことができ、この場合、ダイは、約５００μｍ（ミクロン）未満、例えば約３００μｍ未満、例えば約２００μｍ未満、又は例えば約１５０μｍ未満の厚さ（図面のページの中へ延びている）を有することができる。十分なダイ基板が設けられない場合、剛性モノリシック支持体構造２０３が、薄いダイに対する機械的な支持を提供することができる。

流体ルーティングは、リザーバ３０９のそれぞれと流体分注デバイス３１１のそれぞれとの間に延びることができる。例えば、流体ルーティングは、リザーバ３０９を含み且つ流体分注ダイ３３１を支持するモノリシック支持体に直接的に形成され得る。図４Ｅの例において、各リザーバ３０９は、２個の流体分注デバイス３１１に流体的に接続することができ、この場合、流体ルーティングは、２個の流体分注デバイス３１１に接続するために２個の枝路を有することができる。図４Ｆの例において、各リザーバ３０９は、４個の流体分注デバイス３１１に流体的に接続することができ、この場合、流体ルーティングは、４個の流体分注デバイス３１１に接続するために４個の枝路を有することができる。図４Ｇの例において、各リザーバ３０９は、８個の流体分注デバイス３１１に流体的に接続することができ、この場合、流体ルーティングは、８個の流体分注デバイス３１１に接続するために８個の枝路を有することができる。

別の例において、図４Ｂの１個の流体分注ダイ３３１は、２個ではなくて１個のみの流体分注デバイス３１１を含む。同様に、図４Ｃの１個の流体分注ダイ３３１は、４個ではなくて１個または２個のみの流体分注デバイス３１１を含むことができる。例えば、図４Ｄのリザーバアレイ３２９は、２個または４個のリザーバ３０９が、より少ない数の流体分注デバイス３１１に流体を送るように、複数のリザーバ３０９から図４Ｂ、図４Ｃの単一のダイ３３１へ流体を流体的に送ることができる。係る例において、流体ルーティングは、複数のリザーバ３０９を単一のデバイス３１１に接続するために上流方向において分岐することができる。流体ルーティングは、リザーバ３０９を含み且つ流体分注ダイ３３１を支持するモノリシック支持体に直接的に形成され得る。

図５及び図６は、リザーバ４０９のリザーバアレイ４２９を含むモノリシック支持体４０７の一例を示し、この場合、流体ルーティング４１９が、リザーバ４０９の下流の４個の流体分注デバイスに流体を送るために、４個の枝路４２１の形態で各リザーバ４０９から延びることができる。図５は上面図であるが、図６は図５の細部を斜視図で示す。流体分注デバイスは、モノリシック支持体４０７の反対側で延在することができる。係る反対側の例が図８に示される。

モノリシック支持体４０７は単一のモールド化合物構造体とすることができる。リザーバ４０９及び流体ルーティング４１０の少なくとも一部は、一体的に成形され得る。例えば、単一の型の突出部が、リザーバ４０９及び流体ルーティング枝路４２１を形作ることができる。

各リザーバ４０９は、リザーバ４０９から枝路４２１及び流体分注デバイスへの流体の下降流を容易にするために比較的浅い深さを有することができる。各流体ルーティング枝路４２１は、各流体分注デバイス４１１に流体的に接続するために支持体構造４０７の中を通って突出することができる。各リザーバ４０９は、流体分注デバイスの行（Ｄｒ）又は列Ｄｃの方向に沿って測定された場合に、流体分注デバイスのそれぞれの列または行のピッチにほとんど同じ、概算的に同じ、又は当該ピッチより大きい最も大きい直径Ｄｒ、Ｄｃを有することができる。流体ルーティング枝路４２１は、各リザーバ４０９の左上、右上、左下、及び右下から延びることができ、この場合、モノリシック構造４０７の長さＬは、左から右への方向に対して平行または垂直に向けられる。１つの使用可能な向きにおいて、各流体ルーティング枝路４２１は、垂直成分Ｖｃに沿って流体分注デバイスに下向きに延びる前に、支持体構造４０７の長さＬ及び／又は幅Ｗの方向における流れを確立するために、水平成分Ｈｃを有することができる。動作中、流体は、例えばピペットを用いてリザーバ４０９に供給されることができ、その後、流体は、コーナーの枝路４２１のそれぞれを介して部分的に水平方向に及び部分的に下向きに、接続された流体分注デバイスのそれぞれに向かって流れることができる。

一例において、各リザーバ４０９は、リザーバ底部と共にリザーバ４０９を形成するリザーバ側壁４３３を有することができる。側壁４３３は、モノリシック支持体構造４０７の上面４０３まで延びることができるか、又は特定の例において、壁４３３は支持体構造４０７の全般的な上面から最も高い点まで突出することができる。側壁４３３は、流体ルーティング枝路４２１へのポート４３５を形成するアパーチャを含む。流体ルーティング４１９は、リザーバ４０９から流体分注デバイスに重力により流れることを容易にするために、リザーバ底部よりも支持体構造４０７に深く延びている。

図７は、モノリシック支持体構造５０７を含むデジタル滴定カセット５０１の一例を示す。支持体構造５０７は、図５及び図６のリザーバアレイ及び流体ルーティングに類似する、第１のリザーバアレイ５２９及びリザーバ５０９の下流の流体ルーティング枝路５２１を含む。モノリシック支持体構造５０７は更に、第２のリザーバ５３９及びリザーバ５０９の上流の流体ルーティング５４１を含む。第２の流体ルーティング５４１は、第１のリザーバ５０９及び第１の流体ルーティング枝路５２１の全てに流体的に接続され得る。例えば、第２の流体ルーティング５４１は、モノリシック支持体構造５０７の幅および長さに沿って及び複数の第１のリザーバ５０９に沿って、例えば第１のリザーバ５０９の完全な行および／または完全な列に沿って延びる。例えば、第２の流体ルーティング５４１は、支持体構造５０７の縁部に沿って延びる。第２の流体ルーティング５４１は、モノリシック支持体構造５０７の表面５０３の切り欠きとすることができる。第２の流体ルーティング５４１の広くなっている部分は、例えば、ピペット又は注射器からの手作業での流体の流入を容易にすることができ、前記第２の流体リザーバ５３９の役目をする。

図示された例において、第１のリザーバ５０９は、４個の流体分注デバイスの方へ流体を分岐するための分岐合流点および／またはバッファの役目をすることができる。実際には、図示された例において、第１のリザーバは、流体ルーティングの一部を形成する。本開示において前述されたように、リザーバ及び流体ルーティングは、支持体構造の一体的な切り欠きにより形成され得る。リザーバ及び関連する流体ルーティングは、一体型、又は互いに対して同一平面とすることができ、或いは別個の構成要素として認識され得る。一例において、リザーバは、流体の受け入れを容易にするために、流体ルーティングの残りのより広い部分であるものとして認識され得る。

図８は、図７のデジタル滴定カセット５０１の底面図を示す。流体分注ダイアレイ５２５は、カセット５０１の底部側５０５に設けられる。流体分注ダイアレイ５２５は、図５〜図７の流体ルーティング４１９、５１９の下流で流体ルーティング４１９、５１９に流体的に接続することができる。第１のリザーバ４０９、５０９のそれぞれの副枝路４２１、５２１は、これら流体分注デバイス５１１に流体を供給する。図示された例において、下降流の流体枝路５２１の各列は、単一のダイ５３１の流体分注デバイス５１１に接続される。

図９は、デジタル滴定カセットを製造する方法の一例を示す。方法は、支持体構造の上面へ切り欠きを形成すると同時に、モノリシック化合物支持体構造を成形すること（ブロック１００）を含み、切り欠き部は、支持体構造の厚さの一部の中へ延びる少なくとも１つのリザーバ、及びリザーバを少なくとも１つの流体分注ダイと流体的に接続するための流体ルーティングを含む。例えば、成形は圧縮成形を含み、型（モールド）は、流体ルーティングを形成するために成形される化合物の中へ突出する型の突出部を含む。方法は更に、切り欠きの反対側に位置するモノリシック化合物支持体構造の側でモノリシック化合物支持体構造の中へ少なくとも１つの流体分注ダイをオーバーモールドし、当該ダイを切り欠きに流体的に接続することを含む（ブロック１１０）。

図１０は、デジタル滴定カセットを製造する方法の別の例を示す。方法は、支持体構造の上面へ切り欠きを形成すると同時に、モノリシック化合物支持体構造を成形すること（ブロック２００）を含み、切り欠き部は、支持体構造の厚さの一部の中へ延びる少なくとも１つのリザーバ、及びリザーバを少なくとも１つの流体分注ダイと接続するための流体ルーティングを含む。方法は更に、切り欠きの側の反対側に位置するモノリシック化合物支持体構造の側で面内に複数の流体分注デバイスをオーバーモールドし、当該デバイスを切り欠きに流体的に接続することを含む（ブロック２１０）。複数の流体分注デバイスは、単一のダイ又は複数のダイに含まれ得る。方法は更に、複数の流体分注デバイスに流体的に接続するために、複数の流体分注デバイスに沿って延びるようにモノリシック支持体構造に流体ルーティングを成形することを含む（ブロック２２０）。方法は更に、モノリシック支持体構造上に電気配線を付着することを含むことができる（ブロック２４０）。

本開示の特定の例において、電気配線は、流体分注デバイスをコンタクトパッドのアレイに接続する。異なる例において、電気配線は、ＭＩＤ（Molded Interconnect Device：成型相互接続デバイス）及び／又はレーザーダイレクトストラクチャリング（ＬＤＳ）技術、及び／又は支持体構造に付着される又は埋め込まれるフレキシブル回路を用いて付着され得る。別の例において、電気配線は、支持体構造に付着される又は埋め込まれる別個のＰＣＢ（プリント基板）上に設けられ得る。電気配線の一部は、例えば上部のコンタクトパッドを底部の流体分注ダイに接続するために、モノリシック支持体構造を貫通して延びることができる。ハンダ付け及び／又はワイヤボンディングのような適切な技術が、ダイのコンタクトパッド、バイアと電気配線の残りとの間に適用され得る。

本開示の特定の例において、流体分注デバイスのピッチは、流体分注デバイスのアレイが滴定中にウェルのアレイと位置合わせされるように、既存のウェルプレートのウェルのピットと位置合わせされる。例えば、既存のウェルプレートにおける特定のウェルのピッチは、７５０μｍから９ｍｍである。従って、流体分注デバイスのピッチは、９ｍｍ、又は７５０μｍの整数倍とすることができる。本開示の例において、リザーバの１行におけるリザーバのピッチは、１行の流体分注デバイスのピッチの整数倍とすることができる。例えば、流体分注デバイスのピッチが７５０μｍまたはその整数倍、例えば１．５又は３ｍｍである場合、リザーバのピッチは、そのピッチの整数倍、例えば、０．７５、１．５、３、６、１２ｍｍなどとすることができる。流体ルーティングは、１つのリザーバからの流体を複数の流体分注デバイスに送るために設けられ得る。

本開示で説明される異なる分注装置は、比較的平面状とすることができる。「平面状」については、理解され得るように、アレイ１が、分注装置の幅の少なくとも１／３又は少なくとも１／５である厚さＴ（例えば、図１を参照）有する。図１において、幅はページの中へ延びる。分注装置の長さＬは、幅より大きくすることができ、この場合、アレイの長さと幅は、平面状のモノリシック支持体構造が延びる中央平面Ｐを形成することができる。例えば、カセットの全長は、約５０から３００ｍｍ、例えば約１００ｍｍとすることができ、全幅は約１５から２００ｍｍ、例えばカセットを把持するための突出するグリップ（存在する場合）を計算に入れないで約３５ｍｍ、又はグリップを含んで約２０ｍｍ長くなることができる。係る分注装置の上部側と底部側との間の最大厚さは、１０ｍｍ未満、例えば６ｍｍ未満、例えば５ｍｍ未満、例えば約４ｍｍとすることができる。

本開示の態様の１つは、流体通路、流体デバイス、電気配線などのような構成要素の比較的大きなアレイをそれぞれ支持する１つのモノリシック支持体構造または複数の平行なモノリシック支持体構造を用いることに関する。

一例において、本開示の各リザーバ及び流体ルーティングは、流体分注デバイス当たり約２００マイクロリットル以下、約１００マイクロリットル以下、約５０マイクロリットル以下、又は約２０マイクロリットル以下の流体容積を保持するように形作られている。

本開示の各流体分注デバイスは、薄い薄片のダイからなる又は薄い薄片のダイの一部からなることができる。薄い薄片のダイは、約０．５ｍｍ以下、３００μｍ以下、２００μｍ以下又は１５０μｍ以下の厚さを有することができる。各ダイの幅は、約１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、例えば約０．３ｍｍとすることができる。各ダイの長さは、ピッチ、及びそれが組み込む流体分注デバイスの選択された数によって決まることができる。例えば、ダイの長さは、約１から８０ｍｍとすることができる。

流体分注ダイの技術は、インクジェットプリントヘッドの技術（例えば、ピエゾ又はサーマルインクジェット技術）から利用され得る。本開示の異なる例において、流体分注デバイス当たりの流体分注ノズルの数は、もしあるならばダミーノズル又は検出ノズルを計算に入れないで、１個のノズルから約１０００個のノズルまで変化することができ、例えば５から６００個のノズル、例えば約１００個のノズルとすることができる。

本開示の例において、流体流動アクチュエータは、サーマルアクチュエータ又はピエゾアクチュエータを含むことができる。これらアクチュエータはダイの一部を形成する。分注装置は、ダイの外側の他の流体流動アクチュエータが欠けていてもよい。例えば、流体流動は、流体アクチュエータ、重力、及び毛細管力の少なくとも１つにより確立され得る。更なる事前対応型の背圧調整が設けられる必要性はない。例えば、更なるフィルタ、毛細管媒体などは、デジタル滴定カセットに設けられない。

本開示は、デジタル滴定カセットを主として扱ってきたが、開示された特徴は、類似する特徴を有する任意のデジタル分注装置に適用することができ、滴定装置のみに限定するものと解釈されるべきでない。

Claims (15)

1. デジタル滴定装置であって、
   少なくとも１つのノズルを含む少なくとも１つの流体分注デバイスと、
   流体を前記少なくとも１つの流体分注デバイスに供給するために前記少なくとも１つの流体分注デバイスに流体的に接続された少なくとも１つのリザーバと、
   前記少なくとも１つの流体分注デバイス及びリザーバを支持する平面状の単一のモノリシック支持体構造とを含み、前記モノリシック支持体構造は、前記リザーバと前記流体分注デバイスとの間の流体ルーティングを形成し、動作中、前記モノリシック支持体の一部である流体ルーティングの壁が、前記リザーバから前記流体分注デバイスに流体を案内するために流体と接触している、デジタル滴定装置。
2. 前記少なくとも１つのリザーバ及び流体ルーティングが、前記モノリシック支持体の内壁面により形成される、請求項１に記載のデジタル滴定装置。
3. １つのリザーバに流体的に接続された複数の流体分注デバイスを含み、前記流体ルーティングが、１つのリザーバから受け取られた流体を複数の流体分注デバイスに案内するために下流方向において分岐する、請求項１に記載のデジタル滴定装置。
4. 前記モノリシック支持体構造が全般的に平面状であり、
   前記支持体構造の長さ及び幅が、前記支持体構造の厚さの中を通って延びる中央平面を形成し、
   前記リザーバ及び流体ルーティングが前記複数の流体分注デバイスへ向けて流体を異なる方向に案内するように構成され、前記方向が前記中央平面に平行な成分を有し、
   前記複数の流体分注デバイスがダイの一部であり、前記ダイが流体流動アクチュエータを含み、
   前記分注装置の流体流動アクチュエータがダイにのみ設けられている、請求項３に記載のデジタル滴定装置。
5. 前記流体ルーティングが前記複数の流体吐出デバイスに沿って延びている、請求項３に記載のデジタル滴定装置。
6. 単一の流体分注デバイスに流体的に接続された複数のリザーバを含み、前記流体ルーティングが上流方向において分岐する、請求項１に記載のデジタル滴定装置。
7. 前記流体分注デバイスの入口流体供給スロットが前記流体ルーティングから直接的に流体を受け取るために前記流体ルーティングの方へ通じるように、前記流体分注デバイスの全ては、前記単一のモノリシック支持体構造により埋め込まれている、請求項１に記載のデジタル滴定装置。
8. ８個より多い流体分注デバイスを含む、請求項１に記載のデジタル滴定装置。
9. 少なくとも１つのリザーバ及び流体分注デバイスの複数の行および複数の列を含む、請求項１に記載のデジタル滴定装置。
10. 機能コンタクトパッドを含むコンタクトパッドのアレイを含み、各機能コンタクトパッドは、前記モノリシック支持体構造により支持された複数の流体分注デバイスに電気接続される、請求項１に記載のデジタル滴定装置。
11. 複数の流体分注デバイスを画定するダイを含む、請求項１に記載のデジタル滴定装置。
12. デジタル滴定カセットを製造する方法であって、
    モノリシック化合物支持体構造を成形し、型が突出部を含み、
    前記支持体構造の上面の中へ切り欠きを形成し、前記切り欠きが、前記支持体構造の厚さの一部の中へ延びる少なくとも１つのリザーバ、及び前記リザーバを流体分注ダイと接続するための流体ルーティングを含み、
    前記流体ルーティングに流体的に接続するために、前記リザーバの反対側に位置する前記モノリシック化合物支持体構造の側で前記モノリシック化合物支持体構造の中へ少なくとも１つの流体分注ダイをオーバーモールドすることを含む、方法。
13. 複数の流体分注デバイスを面内にアレイでオーバーモールドし、
    前記複数の流体分注デバイスの距離を網羅するように前記流体ルーティングを形作ることを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記リザーバに隣接して少なくとも１つのコンタクトパッドのアレイを形成し、
    前記モノリシック支持体構造上に電気配線を形成し、
    前記コンタクトパッドのアレイを前記少なくとも１つのダイに接続するために、前記モノリシック支持体構造を貫通するＴＭＶ（Through Mold Vias：スルーモールドビア）を形成することを含む、請求項１３に記載の方法。
15. デジタル滴定ホスト装置へ挿入するための平面状デジタル滴定カセットであって、
    流体ルーティングを形成する単一のモノリシック支持体構造と、
    前記支持体構造により支持され、流体を受け取るために上面において開いており、前記ルーティングの上流のルーティングに流体接続される第１の数の流体リザーバと、
    前記支持体構造により支持された少なくとも１つの流体分注ダイにより形成され、前記ルーティングを介して前記第１の数のリザーバに流体接続された第２の数の流体分注デバイスとを含み、
    前記流体ルーティングが分岐し、
    前記第１の数が前記第２の数と異なる、平面状デジタル滴定カセット。

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