JP2019512708A - デジタル分注のためのモノリシックキャリア構造 - Google Patents

Abstract

【課題】モノリシックキャリア構造を有する分注装置の提供。【解決手段】複数の流体分注装置と、複数の流体分注装置に接続され、複数の流体分注装置に流体を供給する少なくとも１つのリザーバと、少なくとも１つの接触パッドアレイと、単一のモノリシックキャリア構造とを含むデジタル分注装置。【選択図】図１

Description

滴定の分野では、その効率及び精度のために、デジタル滴定が手動又はアナログ滴定に取って代わりつつある。高精度デジタル滴定装置は、デジタル分注ホスト装置内に配置され交換され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、底面に一行の流体分注ダイを有し、上面に同数のリザーバを備えている。流体分注ダイは、個々のダイが１１ピコリットルから１０マイクロリットルの量の液滴を分注する個別のＭＥＭＳ（マイクロ電気機械システム）であってもよい。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が開放されており、底部に狭い開口部を有し、流体を底部の各流体分注器に供給することがある。

動作中、分注ダイは、カセットの下に配置されたマイクロウェルプレートやマルチウェルプレートのような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、後の分析のための試薬を含むことがあり、試薬成分は、デジタル滴定ホスト装置によって少なくとも部分的に決定される。典型的には、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。ホスト装置は、ダイからの流体の吐出を制御し、流体をウェルに吐出する。ホスト装置は、例えば各分注動作の後に分注カセットとウェルプレートを互いに移動させることによって、ウエルプレートに対してカセットを適切に位置決めし、プレートの各所定のウェルに所望量の流体を分注することがある。

例示的分注装置の正面断面図である。 他の例示的分注装置の底面図である。 例示的デジタル滴定カセットの正面図、底面図、及び平面図をそれぞれ示している。 流体分注装置及び電気配線を含む例示的モノリシックキャリア構造を示す図である。 種々の流体分注ダイアレイの概略例を示す図である。 種々の流体分注ダイアレイの概略例を示す図である。 種々の流体分注ダイアレイの概略例を示す図である。 対応するリザーバアレイを示す図である。 接触パッドアレイ及び大型のリザーバアレイを含む例示的モノリシックキャリア構造を示す、構造の上面側からの斜視図である。 図６の例示的モノリシックキャリア構造を示す、底面側からの斜視図である。 図６及び図７の例示的モノリシックキャリア構造の詳細を示す、底面の一部についての拡大斜視図である。 一行の流体分注装置、電気配線及び接触パッドアレイを含むモノリシックキャリア構造の一例を示す平面図である。 図９のモノリシックキャリア構造と一行のリザーバとを含むデジタル滴定カセットの一例を示す平面図である。 デジタル滴定カセットの一例を示す、底面側からの斜視図である。 図１１のデジタル滴定カセットの例を示す、上面側からの斜視図である。 デジタル滴定カセットの一例を示す、上面側からの斜視図である。 図１３のデジタル滴定カセットの例を示す、底面側からの斜視図である。 分注アセンブリの別の例を示す、断面側面図である。 デジタル滴定カセットの製造方法の一例を示す図である。 デジタル滴定カセットの製造方法の他の例を示す図である。 デジタル滴定カセットの製造方法の他の例を示す図である。

図１は、デジタル分注装置１の一例を、正面略断面図で示している。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の挿入、及び使用後の別のカセットによる置換を目的とすることがある。デジタル滴定カセットは、分注の際に、デジタル滴定カセットの下に延びる流体を受け取るための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に、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、類似の又は異なる組成の試薬を別々の容器内に別々に保持する。別の例では、ウェルは、数ピコリットルから数マイクロリットルの液体を保持する。デジタル分注装置の一例は、デジタル駆動される種々の流体分注装置を含むデジタル滴定カセットであるが、本開示に記載される原理は、高精度のデジタル駆動による流体分注に関わる他の応用分野にも適用され得る。

図示した分注装置１は、上面３及び底面５を有する。本開示は、「上」及び「下」を指すが、これらの言葉は、互いに対して相対的であるとみなされるべきである。分注装置１は、任意の向きを有することができ、上側と呼ばれるものは、実際には下側に延びていることがあり、逆も同様である。一例において、上及び下は、分注の際の装置１の向きを指している。

デジタル分注装置１は、少なくとも１つのモノリシックキャリア構造７を含む。キャリア構造７は、単一の部品として鋳造される。例示的モノリシックキャリア構造７は、エポキシ成形化合物、ガラス、ＦＲ４、又は任意の適当な成形プラスチック又はＰＣＢを含み得る。図示した例では、デジタル分注装置１は、比較的平板状の形状を有している。「平板状」とは、装置１の長さＬ若しくは幅（紙面に向かって延びる幅）の３分の１未満、又は、装置１の長さＬ若しくは幅の５分の１未満の厚みTを指す場合がある。

少なくとも１つのキャリア構造７は、流体を受け取るリザーバ９を搭載している。各リザーバ９は、ピペットなどの外部ソースから流体を受け取り、その流体をリザーバ９の下流の流体分注装置１１に供給することができる。リザーバ９は、キャリア構造７の上面３に延在する場合がある。リザーバ９は、キャリア構造７内の予め成形された切り欠き、又は流体分注装置１１に連通する別個に取り付けられたカップである場合がある。

少なくとも１つのキャリア構造７は、その底面５に流体分注装置１１を搭載している。各流体分注装置１１は、ウェルプレートのウェルに流体滴を分注するための液滴発生器１５のアレイを備える場合がある。流体分注装置１１は、キャリア構造７内に埋め込まれてもよく、又は別のキャリア構造を介して直接的又は間接的に接着されてもよい。一例では、装置１は、少なくとも１行及び少なくとも２列の流体分注装置１１を含む。分注装置１の一例は、分注装置１１のアレイの行よりも多くの列を有していた。列の長さは、装置１の長さＬに平行に延びる場合がある。

例えば、リザーバ９は、部分的にカップ形状であってもよく、すなわち、流体を受け取るように上部が開放され、また、流体を流体分注装置に向けて供給するために、底部又は側面が開放されていてもよい。リザーバ９は、上部がより広く、底部がより狭くてもよく、例えば、流れの方向にテーパを有し、又は湾曲していてもよい。リザーバ９は、流体分注装置１１内の流体供給スロットに連通する場合がある。一例では、リザーバ９と流体分注装置との間に追加の流体経路が設けられる。一例では、流体を１つのリザーバ９から複数の流体分注装置１１に供給するための流体経路が設けられる。流体分注装置１１は、リザーバ９から流体を受け取り、流体をノズルアレイに向けて誘導するために、少なくとも１つの供給スロットと、供給スロットの下流の例えばファンアウト方式のマイクロチャネル１３とを含むことがある。

各流体分注装置１１は、ＭＥＭＳダイの一部であってもよい。一例では、各１つの流体分注装置１１は、１つの独立したダイによって形成される。別の例では、単一のダイは、複数の流体分注装置１１を含む。ダイは、加工されたシリコン及び薄膜層を含む場合がある。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場合がある。液滴発生器１５及びマイクロチャネル１３は、薄膜層の中に延びる場合がある。本開示では、各液滴発生器１５は、ノズルチャンバと、ノズルチャンバ内の少なくとも１つの液滴吐出アクチュエータと、少なくとも１つの対応するノズルとを含む場合がある。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。液滴吐出アクチュエータは、ノズルを通してノズルチャンバから流体を分注する。ノズルは、流体分注装置１１のノズルプレートを貫通して延びている。例えば、アクチュエータは、熱抵抗器又は圧電アクチュエータであってもよい。各流体分注装置１１は、少なくとも１つの液滴発生器アレイを含む。液滴発生器は、熱インクジェット又は圧電インクジェットプリントヘッドに使用される液滴発生器と同様に機能する場合がある。各流体分注装置１１は、例えば、１から約１０００まで変化する任意の数の液滴発生器１５を有する場合がある。各流体分注装置１１によって、一度に単一のノズルから単一の液滴を分注することが容易になり、例えば、１１ピコリットル以下のような非常に少ない量の液体を噴射することが可能になる。

デジタル分注装置１は、接触パッド１９のアレイ１７を含む。接触パッドアレイ１７は、ホスト装置の電極と接続され、ホスト装置が流体分注装置１１の液滴発生器１５を制御することを可能にする。分注装置１は、前記接触パッドアレイ１７を複数の流体分注装置１１に接続する電気配線２１をさらに含む。一例では、アレイ１７の１つの接触パッド１９が、複数の流体分注装置１１に接続される場合がある。アレイ１７の他の各接触パッド１９も、複数の流体分注装置１１に接続される場合がある。したがって、各流体分注装置１１に対して別個の接触パッドアレイ１７を使用するのではなく、単一の接触パッドアレイ１７を使用して、複数の流体分注装置１１を駆動することができる。

動作中、少なくとも１つの接触パッド１９及び関連する電気配線２１は、ホスト装置の接地回路に接続される場合がある。接地された接触パッドは、関連する電気配線２１を介して複数の流体分注装置１１に接続される場合がある。別の１つ以上の接触パッド１９は、ホスト装置の信号回路に接続される場合がある。各信号接触パッド１９は、関連する電気配線２１を介して複数の流体分注装置１１にさらに接続され、流体を分注するために複数の流体分注装置１１の液滴発生器１５に信号を送る場合がある。一例では、各信号接触パッドは、電源電圧（Ｖｄｄ）、データ、クロックなどのうちの少なくとも１つである場合がある。また、流体分注装置１１に接続されないダミーパッドが、接触パッドアレイ１７に設けられる場合がある。例によっては、特定のパッドが、例えば認証のような、分注の容易化とは異なる機能を有する場合がある。

一例では、１つの機能的接触パッドが複数の流体分注装置１１に接続される。各機能的接触パッド１９は、接地信号、電源電圧、データ及びクロックのうちの１つを、複数の流体分注装置１１へ／から導くことができる。本開示では、機能的接触パッドアレイ１７は、多くとも、分注するために流体分注装置１１を駆動するのに必要な接触パッド１９を含むに過ぎない。各機能的接触パッド１９が別個の機能を有する１つの単一機能接触パッドアレイ１７を、複数の流体分注装置１１に接続することができる。

一例において、分注装置１は、単一のモノリシックキャリア構造７内に、複数のリザーバ９を備えている。別の例では、分注装置１は、単一のモノリシックキャリア構造７に搭載された複数の流体分注装置１１を備えている。さらに別の例では、機能的接触パッドアレイ１７の１つ又は各接触パッド１９は、複数の流体分注装置１１に接続される。

単一の平板状モノリシックキャリア構造７内に分注構成要素のアレイを配置し、各機能接触パッド１９が複数の流体分注装置１１に接続された単一の機能接触パッドアレイ１７を介してそれらの構成要素をトリガできるようにすることにより、（i）例えば９以上の流体分注装置１１のようなより高密度の流体分注装置のアレイ、（ii）流体分注装置アレイ構成の柔軟性、及び／又は（iii）分注装置１の費用効率の高い製造が容易になる場合がある。これにより、デジタル滴定カセットを、任意の寸法又はタイプのウェルプレートに対して最適化することができる。

図２は、モノリシックキャリア構造１０３及び２行の流体分注ダイ１３１を含むデジタル分注装置１０１の一例を示す図である。各ダイ１３１は、別個の流体分注装置１１１を備えている。流体分注ダイ１３１は、各ノズルが液滴発生器の一部であるノズルアレイ１２３を有している。別の例では、複数の流体分注ダイ１３１は、キャリア構造１０３に接着され、キャリア構造１０３内に直接オーバーモールドされ、又は、キャリア構造１０３内にその後オーバーモールドされた単一のＰＣＢ（プリント回路基板）と接着されることがある。一例では、複数の流体分注ダイ１３１が、その後オーバーモールドされることなく、単一のＰＣＢに接着される。この場合、ＰＣＢは、キャリア構造１０３である。

デジタル滴定カセット１０１は、単一の機能的接触パッドアレイ１１７を含む。各単一の機能的接触パッド１１９は、複数の流体分注ダイ１３１に電気的に接続される場合がある。各単一の機能的接触パッド１１９は、モノリシックキャリア構造１０３の中に、又はモノリシックキャリア構造に沿って延びる電気配線を介して、複数のダイ１３１に接続される場合がある。例えば、電気配線は、ＭＩＤ（成形回路部品）及び／又はＬＤＳ（レーザー・ダイレクト・ストラクチャリング）技術を使用して形成されることができる。例えば、装置１０１内の全ての流体分注ダイ１３１は、接触パッドアレイ１１７の同じ機能的接触パッド１１９に接続される。

図３Ａ〜図３Ｃは、他の例示的デジタル滴定カセット２０１を、正面図、底面図及び平面図でそれぞれ示している。デジタル滴定カセット２０１は、図３Ａに示されているように、一般に平板状である。デジタル滴定カセット２０１は、リザーバ２０９、流体分注装置２１１、電気配線２２１、接触パッドアレイ２１７等を搭載する少なくとも１つの剛性のモノリシックキャリア構造２０３を含む。

図３Ｂは、例示的カセット２０１の底面図である。カセット２０１は、流体分注装置２１１のアレイ２２５を含む。各流体分注装置２１１は、種々の薄膜層に設けられた液滴生成回路を含む個別の薄いスライバ流体分注ダイから形成される場合がある。本開示では、薄いスライバダイは、少なくとも１つの薄膜層を上部に有するシリコン基板を含み、ダイは、構造的安定性を得るための追加の支持を備えている場合がある。モノリシックキャリア構造は、このような構造的支持を提供することができる。別の例では、薄いスライバダイは、約５００ミクロン未満、例えば約３００ミクロン未満、例えば約２００ミクロン未満、又は例えば約１５０ミクロン未満の厚み（図面の紙面に向かって延びる）を有する。一例において、剛性のモノリシックキャリア構造２０３は、薄いダイに機械的支持を提供する場合がある。

電気配線２２１は、流体分注装置２１１を接触パッドアレイ２１７に電気的に接続することができる。図示した例では、電気配線２２１の大部分は、剛性のモノリシックキャリア構造２０３の表面、例えば底面に配置されている。別の例では、電気配線２２１は、ＭＩＤ技術、ＬＤＳ技術、及び／又は、キャリア構造２０３に接着され若しくは埋め込まれたフレキシブル回路を使用して、配置される場合がある。別の例では、電気配線２２１は、キャリア構造２０３に接着され、又は埋め込まれた独立したＰＣＢ（プリント回路基板）上に設けられる。電気配線２２１の一部は、キャリア構造２０３を貫通して延びる場合がある。この目的のために、電気配線２２１は、底面上の流体分注装置２１１を上面の接触パッドアレイ２１７に接続するボンディングパッド、バイア又は接点２２７を含む場合がある。はんだ付け及び／又はワイヤボンディングのような適当な技術が、接点やバイア２２７と電気配線２２１の残りとの間に使用される場合がある。同様に、はんだ付け又はワイヤボンディングを使用して、電気配線２２１を流体装置２１１及び接触パッドアレイ２１７に接続する場合がある。

図３Ｃは、例示的カセット２０１の上面を示している。ホスト装置の回路と接続するために、複数の接触パッドを含む接触パッドアレイ２１７が、上面に設けられることがある。一例において、接触パッドアレイ２１７内の単一の接触パッドは、複数の流体分注デバイス２１１に接続される。

カセット２０１の上面は、リザーバ２０９のアレイをさらに含む。一例において、リザーバ２０９は、モノリシックキャリア構造２０３の一体部分である。例えば、リザーバ２０９は、キャリア構造２０３に開口部として直接成形され、又は切り出される。各リザーバ２０９は、種々の流体分注装置２１１と連通し、例えば、記号Ａ■Ｈで示されるように、種々の流体を保持及び分注することができる。一例において、各リザーバ２０９は、ホスト装置の動作位置に、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形に形成される。

図４は、モノリシックキャリア構造３０３、流体分注装置３１１及び電気配線３２１を含むデジタル滴定カセット３０１の別の例を示している。カセット３０１は、図３Ａ〜図３Ｃを用いて上で説明したものと同様の特徴を有する場合がある。図４のカセット３０１は、複数行及び複数列の流体分注装置３１１を有している。この図では、カセット３０１は、２行８列の流体分注装置３１１を有している。さらに、カセット３０１は、２つの独立した電気配線アセンブリ３２１を有する場合があり、各配線アセンブリ３２１は、電気配線を対応する接触パッドアレイ及び流体分注ダイに接続するためのボンディングパッド、接点及び／又はバイア３２７を含む場合がある。配線及び接触技術は、図３Ａ〜図３Ｃについて述べたものと同様であってよい。例えば、フレックス回路、ＰＣＢ回路、ＬＤＳ、ＭＩＤなどである。各電気配線アセンブリ３２１が対応する接触パッドアレイに接続され、それによって、１行あたり１つの接触パッドが提供される場合がある。

図５Ａ〜図５Ｃは、流体分注装置アレイ４２５の種々の例を示し、図５Ｄは、流体を流体分注装置アレイ４２５に供給する対応するリザーバアレイ４２９の一例を示している。図５Ａ〜図５Ｃに点線の軸で示したように、図５Ｄでは、各流体分注アレイ４２５内の流体分注装置４１１は、各リザーバアレイ４２９内のリザーバ４０９と同じピッチＰで設けられている。一例において、ピッチＰは約９ミリメートルである。他の例において、ピッチＰは、０．５ミリメートル又は０．７５ミリメートルの倍数である場合がある。各流体分注装置のピッチＰは、ウェルプレートのウェルピッチに基づいて選択されてもよい。

図５Ａ〜図５Ｃにおける各例示的流体分注アレイ４２５は、同じ総数の流体分注装置４１１を有している。図５Ａ〜図５Ｃにおける例示的流体分注アレイ４２５は、異なる総数の流体分注ダイ４３１を有している。図５Aは、各流体分注装置４１１が、独立した単一のダイ４３１によって形成される例を示している。図５Ｂは、単一のダイ４３１が、２つの流体分注装置４１１を含む例を示している。図５Ｃは、各単一のダイ４３１が、４つの流体分注装置４１１を含む例を示している。図５Ｂ及び図５Ｃの各ダイ４３１は、複数のリザーバ４０９に連通され、単一のダイから異なる対応するウェルへ異なる流体を分注することができるように構成されている。他の例では、異なる数の流体分注装置４１１を、単一のダイ４３１に含めてもよい。

図５〜図５Ｃにおいて各流体分注ダイ４３１は、厚み、幅及び長さを有しており、厚みは紙面に向かって延び、幅はピッチ軸Ａに対して平行に延び、長さはピッチ軸Ａに対して垂直に延びている。流体分注ダイ４３１は、約０．９ミリメートル以下、約０．５ミリメートル以下、３００ミクロン以下、２００ミクロン以下、又は１５０ミクロン以下の厚みを有する薄いスライバダイであり得る。各ダイ４３１の幅は、約１ミリメートル以下、０．５ミリメートル以下、例えば約０．３ミリメートル以下とすることができる。各ダイ４３１の長さは、ピッチP、及び、ダイ４３１が包含する流体分注装置４１１の選択された数に応じて決まる場合がある。ピッチＰが９ミリメートルである場合、図５Ａの各ダイ４３１の長さは、約１．５ミリメートルであり、図５Ｂの各ダイ４３１の長さは、約１０ミリメートルであり、図５Ｃの各ダイ４３１の長さは、約３０ミリメートルである。例えば、ダイの長さは、Ｌｓ＝（ｎ×Ｐ）＋ｍのような式で捉えることができる。Ｌｓはダイの長さであり、nはダイが包含する流体分注装置の選択された数であり、Ｐは流体分注装置のピッチ（ウェルプレートのウェルピッチに基づくことがある）であり、ｍは各流体分注装置の選択された長さに応じて決まる。例えば、ｍは、０．２ミリメートルと３ミリメートルとの間であり得る。次に、流体分注装置の選択された長さmは、ノズルアレイの所望の長さに応じて決まることがある。

上述したように、複数の流体分注装置４１１を１つのダイ４３１に含めてもよい。流体分注装置は、流体を個別のウェルに分注するように構成される。接触パッドアレイ４１７及び電気配線４２１は、同じダイ４３１上で各流体分注装置４１１を別々に駆動するように構成される場合がある。一例において、ノズルプレートは、ノズルを持たない領域によって隔てられたノズルアレイを有する領域を含み、ノズルアレイ領域が、ダイ４３１内の流体分注装置４１１を規定する場合がある。別の例では、ノズルアレイは、ダイの長さにわたって途切れることなく延びている場合があり、電気配線、ソフトウェア及び／又はファームウェアは、別々のウェルに分注するために、大きなアレイ内の別個のノズル群を駆動するように構成され、各ノズル群が、独立した流体分注装置４１１を規定する場合がある。他の例では、アクティブノズルのゾーン間にダミーノズルを設け、アクティブノズル領域が、流体分注装置を規定する場合がある。

図６〜図８は、モノリシックキャリア構造５０３の一例を斜視図で示している。モノリシックキャリア構造５０３は、比較的高密度のリザーバアレイ５２９を含む。図示されたモノリシックキャリア構造５０３は、流体分注装置アレイを有しない中間製品であってもよい。流体分注装置アレイは、別個に製造され、接続されてもよい。図６は、モノリシックキャリア構造５０３の上面を示しているのに対し、図７及び図８は、キャリア構造５０３の底面を示している。

図示した例において、キャリア構造５０３は、キャリア構造５０３の主平面内に延在し、構造５０３の端部から突出し得る取っ手５４５を含む。取っ手は、キャリア構造２０３内に一体成形されている。

図示した例において、リザーバ５０９は、複数の行及び列を成すようにキャリア構造５０３内に一体成形されている。例えば、リザーバ５０９は、モノリシックキャリア構造５０３の表面によって直接規定され、充填されたときに、キャリア構造５０３が流体と直接接触し、外部ソースから流体を受け取り、流体を流体分注装置に誘導するように構成される。図示した例では、行にＡ〜Ｄのラベルが付けされ、列に１〜１２のラベルが付されている。図示した例では、４８個のリザーバ５０９がキャリア構造５０３に予め成形されている。他の例では、もっと少ないリザーバ５０９又はもっと多くのリザーバ５０９が、例えばマトリクス配置で、キャリア構造５０３に組み込まれることがある。

キャリア構造５０３は、複数の流体分注装置と接続するための少なくとも１つの接触パッドアレイ５１７を搭載する場合がある。図６に示されるように、キャリア構造５０３は、互いに離間した４つの別個の接触パッドアレイ５１７のような複数の個別接触パッドアレイ５１７を含む場合があり、各アレイ５１７内の単一の機能的接触パッド５１９は、複数の流体分注装置に接続される。各リザーバ５０９の下に、１つの流体分注装置を配置することができる。したがって、図示の例では、各別個の接触パッドアレイ５１７が、一列Ａ〜Ｄの流体分注装置に接続される。

接触バイア５２７は、先に述べたような種々の適当なバイア技術を使用し、キャリア構造５０３を貫通して上面から底面まで延びている。図７及び図８に示されるように、別個の電気配線群５２１Ａ〜５２１Ｄは底部に設けられ、各別個の電気配線群５２１Ａ〜５２１Ｄが、上面側の個別の接触パッドアレイ５１７に接続される。各電気配線群５２１Ａ〜５２１Ｄは、接触パッドアレイ５１７に対する配線の反対側の端部で、例えば各配線５２１を適当なダイにワイヤボンディングすることによって、１行Ａ〜Ｄの流体分注装置に接続される。図示した例では、各電気配線群５２１Ａ〜５２１Ｄ内の各電線が、リザーバ５０９の近くで終わっており、電線は、その場所から対応する流体分注装置に接続されることになる。ここでも、ＭＩＤ技術及び／又はＬＤＳ技術を使用して、電気配線５２１Ａ〜５２１Ｄをキャリア構造５０３に付与することができる。

一例では、流体分注装置を搭載するＰＣＢのような第２のモノリシックキャリア構造は、図示のモノリシックキャリア構造５０３の底部に容易に接合されることができる。流体分注ダイは、第２のキャリア構造内に成形されるか、又は接着され得る。例えば、そのような第２のモノリシックキャリア構造は、キャリア構造５０３の底部に、矩形の事前成形された切り欠き５５１として配置されることがある。例えば、このような第２のモノリシックキャリア構造のボンディングパッドは、電気配線５２１Ａ〜５２１Ｄの端点に接続されることができる。別の例では、第１のモノリシックキャリア構造５０３は、ＦＲ４、ガラス、成形プラスチックなどから作成される場合がある。第２のモノリシックキャリア構造は、例えば、ＦＲ４、ガラス、成形プラスチック、ＰＣＢ基板材料などから作成される場合がある。

図９は、種々の流体分注ダイ６３１が取り付けられたモノリシックキャリア構造６０３のアセンブリの一例を示す平面図である。例示されたモノリシックキャリア構造６０３は、８つの貫通穴６３５を含む。単一列の８つの流体分注ダイ６３１が、モノリシックキャリア構造６０３の貫通穴６３５の中又は上に取り付けらていれる。図示された例では、流体分注ダイ６３１の上面は、穴６３５を通して視認可能である。

キャリア構造６０３は、ＰＣＢであってもよい。接触パッドアレイ１９及び電気配線６２１は、キャリア構造６０３上に設けられる。例えば、ＰＣＢのプリント回路層は、電気配線６２１を形成するために使用される。流体分注ダイ６３１は、ＰＣＢ及び電気配線６２１に取り付けられる。例えば、そのような取り付けは、（i）スクリーン印刷されたはんだペースト、（ii）針又はジェット分注接着剤、（iii）スタンプ転写接着剤又は（iv）ダイアタッチフィルムを用いて実施される。流体分注ダイ６３１のボンディングパッドは、配線６２１にワイヤボンディングされてもよく、又は、流体分注ダイ６３１が、電気的接続のために加熱されたスクリーン印刷された半田ペーストを通して取り付けられてもよい。図示の例では、各ダイ６３１の各配線群６２１は、個別の接触パッドアレイ６１７に接続される。８つの別個の接触パッドアレイ６１７の行が、ホスト装置電極と接続され、流体分注ダイ６３１を駆動するために、流体分注ダイ６３１の行に沿って延びている。

図１０は、図９のアセンブリを含むデジタル滴定カセット６０１を示している。図９のアセンブリは、この例では支持フレーム６０３Ｂと呼ばれる第２のモノリシックキャリアに取り付けられる。支持フレーム６０３Ｂは、ホストデジタル滴定装置の中に滑入され、その位置が固定される働きをする場合がある。支持フレーム６０３Ｂは、把持及びホスト装置内の手動配置を容易にするために、取っ手６４５を含む場合がある。第１のモノリシックキャリア構造６０３は、フレーム６０３Ｂに接着される場合がある。フレーム６０３Ｂは、メモリデバイス６３７をさらに支持する場合がある。例えば、メモリデバイス６３７は、製品識別データ、認証データなどを含む場合がある。メモリデバイス６３７は、リードオンリメモリ、リードライトメモリ、マイクロコントローラ、集積回路などのうちの少なくとも１つである場合がある。

図示された例では、個別のリザーバカップ６０９が、貫通穴６３５上の単一のＰＣＢアセンブリに接着され、各流体分注ダイに流体を供給する。別の例では、成形リザーバを含む単一のモノリシックリザーバカップアレイが、ＰＣＢアセンブリ上に接着される場合がある。

図１１は、複数の薄いスライバ流体分注ダイ７３１が、少なくともそのノズルが露出されるような形で内部に埋め込まれた第１のモノリシックキャリア構造７０３Ａを含むデジタル滴定カセット７０１の例を示している。ダイ７３１は、例えば圧縮成形によって、第１の成形されたキャリア構造７０３Ａの中にオーバーモールドされる場合がある。例えば、電気配線７２１は、ダイ７３１の端部に電気的に接続される場合がある。電気配線７２１は、封止材料７３９によって封止される場合がある。電気経路７２１は、第１のモノリシックキャリア構造７０３Ａを貫通して、第１のモノリシックキャリア構造７０３Ａの上側まで延在する場合がある。電気トレースは、モノリシックキャリア構造７０３Ａを貫通して例えばＴＭＶ（貫通成形バイア）の形で延在し、電線をダイ７３１へと導く場合がある。ダイ７３１は、電気配線７２１にワイヤボンディングされる場合がある。電気配線７２１は、第１のモノリシックキャリア構造７０３Ａの上側の第２のモノリシックキャリア構造７０３Ｂ上に設けられてもよい。

図１２は、図１１のデジタル滴定カセット７０１の上側を示す図であり、第１のモノリシックキャリア構造７０３Ａの上に第２のモノリシックキャリア構造７０３Ｂが見えており、第２のモノリシックキャリア構造７０３Ｂの上に第３のモノリシックキャリア構造７０３Ｃが見えている。第２のモノリシックキャリア構造７０３Ｂは、ＰＣＢアセンブリであってもよい。第２のモノリシックキャリア構造７０３Ｂは、例えばＰＳＡ（感圧接着剤）などの接着剤を使用して、第１のモノリシックキャリア構造７０３Ａの上部に取り付けられる場合がある。第２のモノリシックキャリア構造７０３Ｂは、流体分注ダイ７３１に接続するために、第１のモノリシックキャリア構造７０３ＡのＴＭＶ又はボンディングパッドに接続された電気配線を含む。第２のモノリシックキャリア構造７０３Ｃは、ホスト装置と接続するための少なくとも１つの接触パッドアレイ７１７をさらに含む。少なくとも１つの接触パッドアレイ７１７は、第２のモノリシックキャリア構造７０３Ｂの縁に沿って、例えば、縁とリザーバアレイとの間に延在する場合がある。

第３のモノリシックキャリア構造７０３Ｃは、各流体分注ダイ７３１に流体を供給するためのリザーバ７０９を形成する、成形された比較的剛性のカップのアレイであってもよい。図１１と図１２の組み合わせによって示されるように、単一のダイ７３１の長さは、一列の複数のカップ形リザーバ７０９にわたることがある。例えば、ダイ７３１は、複数の流体分注装置を含み、各装置が、別個のリザーバ７０９に連通し、１つのダイ７３１が、異なる流体を異なる対応するウェルに分注することができるように構成される。同様の構造は、図１〜図４を参照して説明された。リザーバ７０９のピッチは、ダイ内の流体分注装置のピッチと同じであってもよい。

図１３及び図１４は、１つのモノリシックキャリア構造８０３のみを有するデジタル滴定カセット８０１の例を示している。図１３は、上側の斜視図を示し、図１４は、下側の斜視図を示している。図１３に示されるように、モノリシックキャリア構造８０３は、予め成形されたリザーバ８０９のアレイを含む。図示されたキャリア構造８０３は、１行のリザーバ８０９を含む。リザーバ８０９の行に沿って、個別の接触パッドアレイ８１７が設けられている。電気配線８２１は、上側に、電気配線８２１と、ＴＭＶのような電気的バイア８２７との間に設けられている。電気配線８２１は、例えばキャリア構造８０３上にワイヤを直接メッキすることによって、ＭＩＤによって形成されることがある。電気的バイア８２７は、キャリア構造８０３を貫通して底部側まで延び、流体分注ダイ８３１に接続されている。図１４の下部に示されるように、さらに別の電気配線８２１が、例えばＴＭＶ及び／又はＭＩＤ技術を再び使用して、各バイア８２７から各流体分注ダイ８０１まで延在する場合がある。

流体分注ダイ８３１は、底部のキャリア構造８０３に埋め込まれてもよい。ダイ８３１は、薄いスライバダイであってもよい。一例では、ダイ８３１は、圧縮成形技術を用いてオーバーモールドされる。ダイ８３１の上部の少なくとも１つの流体スロットは、リザーバ８０９に連通する場合がある。底部側でダイ８３１を配線８２１に接続するために、例えば、ワイヤボンディングが使用されてもよい。

図１５は、単一の成形されたモノリシックキャリア構造９０３を有するデジタル滴定カセット９０１の断面を示している。カセット９０１は、逆さまに示されている。リザーバ９０９は、キャリア構造９０３の中に一体成形され、成形された流体通路９４１に向かって開口している。キャリア構造９０３は、底側に、流体分注ダイ９３１を受け入れて接着するための成形ポケット９４３を含む場合がある。スタンプ転写接着剤を使用して、ダイ９３１は、例えばポケット９４３の底面に接着される場合がある。キャリア構造９０３の両側の電気配線９２１と接続するために、ＴＭＶ９２７が、キャリア構造９０３に形成される場合がある。ダイ９３１は、電気経路９２１にワイヤボンディングされる場合がある。ワイヤボンディングワイヤ９２１Ｂ及び／又はＴＭＶ９２７は、接着剤、エポキシ系化合物などのような封止材料９３９を用いて封止される場合がある。封止材料９３９は、ダイ９３１とポケットの壁との間において、ポケット９４３内に延在する場合がある。

図１６は、デジタル滴定カセットの製造方法を示している。この方法は、リザーバアレイを有するモノリシックキャリア構造を成形することを含む（ブロック１００）。一例では、キャリア構造は、平板状であり、リザーバは、平板状キャリア構造を貫通する穴であり、例えば、流体を受け入れて誘導するテーパ部分又は湾曲部分を有する。この方法は、キャリア構造上に電気配線を設けること（ブロック１１０）をさらに含む。別の例では、電気配線は、ＭＩＤ及び／又はＬＤＳ技術を使用して、及びＴＭＶのような貫通穴バイアを作成することによって設けられてもよい。この方法はさらに、流体分注装置をモノリシックキャリア構造に取り付けることを含む（ブロック１２０）。流体分注装置は、リザーバに連通された種々の流体分注ダイを含むか、又は、そのような流体分注ダイの一部であってもよい。別の接着技術としては、ダイをキャリア構造に取り付けることを容易にする、（i）スクリーン印刷されたはんだペースト、（ii）針又はジェット分注接着剤、（iii）スタンプ転写接着剤又は（iv）ダイアタッチフィルムが挙げられる。電気配線は、例えばワイヤボンディングによって、ダイに電気的に接合される（ブロック１３０）。

図１７は、デジタル滴定カセットの製造方法の他の例を示している。この方法は、流体分注装置のアレイを単一のモノリシックキャリア構造の中に、そのモノリシックキャリア構造の片側付近に成形することを含む（ブロック２００）。一例では、流体分注装置は、薄いスライバ流体分注ダイであり、ダイは、エポキシ成形化合物のようなプラスチック化合物の中に圧縮成形される。この方法は、モノリシックキャリア構造に流体通路を設けること（ブロック２１０）をさらに含む。例えば、貫通穴のアレイが、ダイに接続されるキャリア構造内に成形され、又は、流体経路として機能する種々の切り欠きが、キャリア構造内に成形される。この方法は、モノリシックキャリア構造の反対側にリザーバのアレイを設けること（ブロック２２０）をさらに含む。一例では、少なくとも１つのリザーバが、モノリシックキャリア構造の流体分注ダイの側面に対向する側に成形され、先に述べた流体通路又は流体経路と接続するように構成される。別の例では、少なくとも１つのリザーバカップが、モノリシックキャリア構造の流体分注ダイの側面とは反対の側に接着される。

図１８は、デジタル滴定カセットの製造方法のさらに別の例を示している。この方法は、流体を受け入れて供給するためのリザーバカップを形成する貫通穴のアレイを有するモノリシックキャリア構造を成形することを含む（ブロック３００）。この方法はさらに、貫通穴の隣りにＴＭＶを形成することを含む（ブロック３１０）。一例では、ＴＭＶは、一方の側の流体分注装置を他方の側の接触パッドアレイと電気的に接続するために、モノリシックキャリア構造の両側に付与された電気配線に接続される。電気配線は、ＭＩＤ及び／又はＬＤＳ技術及び／又はＰＣＢのプリント回路層のパターニング又はフレキシブル回路の使用などの他の技術を使用して、付与される場合がある。この方法はさらに、貫通穴が流体分注装置と連通するような形で、流体分注装置を、カップ状の穴に対向して、貫通穴の上にあるモノリシックキャリア構造に取り付けることを含む（ブロック３２０）。この方法はさらに、例えばワイヤボンディング及び／又ははんだペーストによって、ＴＭＶを流体噴射装置に接続することを含む（ブロック３３０）。さらに別の例では、ボンディングワイヤ及び／又はＴＭＶは、封止される場合がある。

図３Ｂ、図４、図６〜図１０及び図１４の例に示されるように、電気配線の長さの大部分は、バイアによってキャリア構造を貫通する場所を除き、平板状のモノリシックキャリア構造に沿って、当該モノリシックキャリア構造に平行に延びている。また、接触パッドアレイは概ね、平板状モノリシックキャリア構造の表面上に、モノリシックキャリア構造に平行に延びている。さらに、ノズルアレイのノズルは、モノリシックキャリア構造の主表面に平行な平面を貫通して延びる場合がある。この平面は、図２、図３Ｂ、図３Ｃ、図４、図５Ａ〜図５Ｄ、図９、図１０の平面、又は図１に示される長さ方向Ｌによって定義されることがができる。

本開示の特定の例では、流体分注装置のピッチは、既存のウェルプレートのウェルのピッチと整合される。例えば、既存のウェルプレートの特定のウェルピッチは、７５０ミクロンと９ミリメートルである。したがって、流体分注デバイスのピッチは、９ミリメートル、又は、７５０ミクロンの倍数である場合がある。本開示の種々の例では、１行のリザーバ内のリザーバのピッチは、１行の流体分注装置のピッチの離散的な倍数である場合がある。例えば、流体分注装置のピッチが７５０ミクロン又はその倍数、例えば１．５又は３ミリメートルである場合、リザーバのピッチは、そのピッチの離散的な倍数、例えば０．７５、１．５、３、６、１２ミリメートルなどである場合がある。流体経路は、１つのリザーバから複数の流体分注装置に流体を導くように設けられる場合がある。

本開示に記載される種々の分注装置は、比較的平板状、又は平板状である場合がある。「平板状」といった場合、これは、アレイ１が、分注装置の幅の３分の１未満又は５分の１未満の厚みT（例えば、図１参照）を有するものと理解される場合がある。図１では、幅は、紙面に向かって延びている。分注装置の長さLは、幅より大きい場合があり、アレイの長さと幅によって主平面が形成され、モノリシックキャリア構造は、主平面に沿って延びている場合がある。例えば、カセットの全長は、約５０〜３００ミリメートルの間、例えば約１００ミリメートルである場合があり、全幅は、約１５〜約２００ミリメートルの間、例えば突出する取っ手（存在する場合）を考慮せずに約３５ミリメートルである場合があり、又は例えば取っ手を含めてさらに約２０ミリメートル長い場合がある。そのような分注装置の、上面と底面との間の最大厚みは、１０ミリメートル未満、例えば６ミリメートル未満、例えば５ミリメートル未満、例えば約４ミリメートルである場合がある。例えば、分注装置は、図６、図７、図１０、図１３及び図１４の例と同様の形状を有する場合がある。

本開示の種々の態様の１つは、１つのモノリシックキャリア構造、あるいは、各モノリシックキャリア構造がリザーバ、流体通路、流体装置、電気配線などの構成要素の比較的大きなアレイをそれぞれ搭載する複数の平行なモノリシックキャリア構造の使用に関するものである。また、モノリシックキャリア構造は、リザーバからダイへ流体を導くための切り出し流体経路を含む場合がある。一例では、流体は、リザーバからダイへ直接流れる。

一例において、本開示の各リザーバは、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量を保持する形状を有する。

本開示の各流体分注装置は、薄いスライバダイから構成されてもよく、又はその一部であってもよい。薄いスライバダイは、約０．９ミリメートル以下、０．５ミリメートル以下、３００ミクロン以下、２００ミクロン以下又は１５０ミクロン以下の厚みを有する場合がある。各ダイの幅は、約１ミリメートル以下、０．５ミリメートル以下、例えば約０．３ミリメートルであってもよい。各ダイの長さは、ダイが包含する流体分注装置のピッチ及び選択された数に応じて決まる場合がある。例えば、ダイの長さは、約１■８０ミリメートルの間である場合がある。

流体分注ダイ技術は、例えば、圧電又は熱インクジェット技術などのインクジェットプリントヘッド技術から利用されてもよい。本開示の種々の例では、１つの流体分注装置当たりの流体分注ノズルの数は、１ノズルから約１０００ノズルまで様々であってよく、ダミーノズルや検知ノズルを数えずに、例えば５から６００までの間のノズル、例えば約１００ノズルである場合がある。

本開示の種々の例では、流体流アクチュエータは、熱アクチュエータ又は圧電アクチュエータを含む場合がある。これらのアクチュエータは、ダイの一部を形成する場合がある。分注装置は、ダイの外側の他の流体流アクチュエータの空所であってもよい。例えば、流体の流れは、流体アクチュエータ、重力及び毛管力のうちの少なくとも１つによって確立される場合がある。それ以上の積極的な背圧調整を提供する必要はない。例えば、フィルターなし、毛管媒体なしなど。

本開示は、デジタル滴定カセットを主に扱ってきたが、開示された特徴は、同様の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、滴定用途のみに限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (17)

1. 各流体分注装置が少なくとも１つのノズルを含む、複数の流体分注装置と、
   前記複数の流体分注装置に連通され、前記複数の流体分注装置に流体を供給する、少なくとも１つのリザーバと、
   各接触パッドが前記複数の流体分注装置を駆動するように前記複数の流体分注装置に電気的に接続されている、接触パッドアレイと、
   前記複数の流体分注装置、少なくとも１つのリザーバ、及び接触パッドアレイのうちの少なくとも１つを搭載する、単一のモノリシックキャリア構造と
   を含むデジタル分注装置。
2. 前記デジタル分注装置の流体分注装置の全てが、前記単一のモノリシックキャリア構造に搭載されている、請求項１に記載のデジタル分注装置。
3. 相互接続トレースが、各単一機能接触パッドを前記複数の流体分注装置に接続し、前記相互接続トレースが、前記モノリシック単一キャリア構造上に設けられている、請求項１に記載のデジタル分注装置。
4. 前記モノリシックキャリア構造は、少なくとも１つのモノリシックキャリア構造であり、平板状であり、全ての前記流体分注装置、全てのリザーバ、及び全ての接触パッドアレイのうちの少なくとも２つを搭載している、請求項１に記載のデジタル分注装置。
5. 前記接触パッドが、１つの平面内に延在し、
   前記複数の流体分注装置の前記ノズルアレイが、１つの平面内に延在し、
   前記少なくとも１つのリザーバが、１つの平面を通って延在し、
   前記電気トレースの長さの大部分が、１つの平面内に延在し、
   前記平面は、互いに平行に延在している、請求項４に記載の概ね平板状のデジタル分注装置。
6. 前記流体分注装置は、単一のモノリシックキャリア構造に埋め込まれている、請求項１に記載のデジタル分注装置。
7. 前記少なくとも１つのリザーバは、前記モノリシックキャリア構造の表面によって規定され、充填されたときに、前記キャリア構造が前記流体と直接接触して前記流体を外部ソースから受け取り、前記流体を前記流体分注装置に誘導するように構成されている、請求項１に記載のデジタル分注装置。
8. 第１のモノリシックキャリア構造は、その中に埋め込まれた前記複数の流体分注装置を有し、
   前記単一のモノリシックキャリアを通して、電気トレースが、前記複数の流体分注装置に接続され、
   第２のモノリシックキャリアは、（i）接触パッドアレイ及び（ii）複数のリザーバのうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載のデジタル分注装置。
9. 前記第２のモノリシックキャリアは、前記少なくとも１つの接触パッドアレイを含み、前記複数のリザーバを規定する第３のモノリシックキャリアを含む、請求項８に記載のデジタル分注装置。
10. 前記少なくとも１つのリザーバを規定する少なくとも１つの切り欠きと、
    前記接触パッドアレイと、
    前記接触パッドアレイ及び流体分注装置に接続された電気配線と
    を含む、単一のモノリシックキャリアを含む、請求項１に記載のデジタル分注装置。
11. 前記複数の流体分注デバイスを規定する少なくとも１つのダイを含み、前記ダイは、前記キャリア構造の前記リザーバとは反対の側に設けられ、
    前記キャリア構造を貫通して前記接触パッドアレイを前記複数の流体分注装置に接続するように、相互接続トレースが設けられている、請求項１に記載のデジタル分注装置。
12. 前記モノリシックキャリアは、前記リザーバと前記ダイとの間に流体経路を形成し、動作中に前記リザーバの下流の流体経路壁が流体と接触し、流体を前記リザーバから前記ダイへ誘導するように構成される、請求項１２に記載のデジタル分注装置。
13. 複数の流体分注装置と、前記複数の流体分注装置に接続された相互接続トレースとを搭載する、単一のモノリシックキャリア構造と、
    前記複数の流体分注装置に連通され、前記複数の流体分注装置に流体を供給する、少なくとも１つのリザーバと、
    前記複数の流体分注装置に電気的に接続され、前記流体分注装置を駆動するようにホスト装置電極に接続された少なくとも１つの接触パッドアレイと
    を含む、デジタル滴定カセット。
14. デジタル滴定カセットを製造する方法であって、
    リザーバアレイを有するモノリシックキャリア構造を成形し、
    前記モノリシックキャリア構造上に少なくとも１つの接触パッドアレイ及び電気配線を設け、
    前記モノリシックキャリア構造に複数の流体分注装置を取り付け、
    電気配線をダイにワイヤボンディングすること
    を含む方法。
15. 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キャリア構造の一方の側において前記モノリシック化合物キャリア構造の中に複数の流体分注装置をオーバーモールドし、
    前記モノリシック化合物キャリア構造内に流体経路を設け、
    前記モノリシックキャリア構造の反対側にリザーバ及び接触パッドアレイを設けること
    を含む方法。
16. デジタル滴定カセットを製造する方法であって、
    リザーバカップを形成するための貫通穴のアレイを有するモノリシックキャリア構造を成形し、
    前記モノリシックキャリア構造上に、少なくとも１つの接触パッドアレイ及び電気配線を形成し、
    前記貫通穴の隣りに貫通成形バイア（ＴＭＶ）を形成し、
    前記カップに対向して、前記貫通穴と連通するように、流体分注装置を前記貫通穴に取り付け、
    前記ＴＭＶと流体分注装置とを接続すること
    を含む方法。
17. 約０．９ミリメートル未満の厚みを有し、流体を分注するための流体アクチュエータを含む、複数の流体分注ダイと、
    前記複数の流体分注ダイと前記複数の流体分注ダイに接続された電気配線とを搭載する単一のモノリシックキャリア構造と、
    リザーバアレイであって、前記リザーバは、流体を受け取るように上側が開放され、前記流体を前記複数の流体分注ダイに供給するように前記複数の流体分注ダイに連通され、前記流体経路の一部が、前記キャリア構造によって形成されている、リザーバアレイと、
    前記複数の流体分注ダイに接続され、前記複数の流体分注ダイを駆動するようにホスト装置電極に接続された接触パッドアレイと
    を含み、
    前記流体分注ダイは、９以上の流体分注ダイを備えている、平板状のデジタル滴定カセット。
    
    

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