具有纵向换能器和可置换毛细管的压电分配器制造技术

公开了用于输送液体的分配器和方法。分配器可以包括：毛细管，其具有带孔的尖端；压电致动器，其在一位置处耦接至毛细管。压电致动器的致动使得压力波沿毛细管朝向尖端传播，以使得该位置处的径向运动被变换为尖端的向远侧延伸的轴向运动，从而使预定体积的液滴从孔中喷射出。在一些实施方式中，毛细管具有抑制由致动引起的噪声的范围中的弹性模量，并且提供液滴大小的范围上的单个液滴稳定性。

Piezoelectric dispenser having a longitudinal transducer and a replaceable capillary tube

A dispenser and method for delivering liquids are disclosed. The dispenser may include a capillary having a tip with a hole; a piezoelectric actuator that is coupled to the capillary at one position. A piezoelectric actuator actuated by the pressure wave propagation along the capillary toward the tip, so that the radial movement of the position is converted to a tip extending side to the far axial movement, so that the droplets of predetermined volume ejected from the hole. In some embodiments, the capillary has an elastic modulus that inhibits the range of noise caused by actuation, and provides the stability of individual droplets in the range of droplet sizes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有纵向换能器和可置换毛细管的压电分配器
技术介绍
所公开的实施方式总体上涉及用于获取并且分配预定体积的液体的系统和方法，更具体地但不排他地涉及用于以单个液滴或液滴的形式分配并且输送小体积即通常体积在从皮升至纳升的范围内的流体的压电装置和方法。传统的压电分配装置具有通常完全被压电致动器包围并接合至压电致动器以产生液滴的管。压电致动器的激活将声压传输到管中的液体中并且通过管中的液体。声压传播通过液体并且到达管的分配开口。这引起从装置喷射出液滴。这样的传统装置具有若干缺点。一个缺点是这样的传统装置的操作高度取决于要分配的特定液体的特性和性质。因此，不利地，不能独立地控制分配参数诸如液滴大小，并且必须采取可能增加成本并降低效率的各种补偿措施。此外，为了将压力传输至管中的液体以分配液滴，需要由压电致动器来施加相对的力(能量)。这不仅会提高系统和操作成本，而且可能不期望地导致液体的退化、损坏和变性。此外，这还限制了致动器的操作频率，这是因为频率越高也可能使液体退化、损坏或变性。将相对高的压力传输至液体可能会导致在液体中形成气泡，这可能不期望地引起分配不准确性以及其他不期望的操作复杂性。这样的传统装置的另一缺点是压电致动器结构上接合至管。因为使用这样的装置进行分配的许多应用涉及使用多种液体例如但不限于基因组学和蛋白质组学等的领域，所以这些装置不能向涉及处理小量的多种液体例如生物试剂和化学试剂的系统提供高效且成本有效的方法。通常，存在解决该情况的两个选择，二者均不可取。一个选择是简单地丢弃压电管装置并且使用新的压电管装置用于进一步处理其他液体。压电致动器是相对昂贵的部件并且在单次使用之后将其丢弃不利地增加了成本——考虑到应用中的一些可能涉及处理数百或数千种(如果不是更多)不同的液体。第二选择是在每次使用之后冲洗并且清洁分配管以防止污染。首先，这在整个处理的效率和成本方面不利地对液体处理增加附加的步骤。其次，尽管有任何严格的冲洗或清洁程序，但总是存在交叉污染的风险。
技术实现思路
某些实施方式的一个优点是提供包括压电分配器或分配装置的系统、装置和方法，其中，压电分配器或分配装置被配置成使得分配管和压电致动器为可分离的。这允许移除并且更换管以便随后使用。期望的是，具有可分离管的这样的实施方式不仅消除了清洁的需要以及由于从先前使用而传输的材料剩余引起的污染的风险，而且有利地提高系统效率并且是成本有效的。某些实施方式提供纵向换能器或传动装置以及用于将径向运动变换或转换成轴向或纵向运动的操作的相关方法。纵向换能器通常包括耦接至管等的压电致动器。通过电压脉冲对压电致动器进行致动引起管的径向向内运动并且产生穿过管壁的声压或应力波，这引起管的远端处的管壁的轴向运动或纵向运动或位移。换言之，致动器的致动使远端轴向延伸，然后在致动器和/或制动器的脉冲停止时轴向地收缩回到制动器的原始形式，即，远端进行振荡。当提供多个脉冲时，远端响应于每个脉冲周期而振荡。某些实施方式提供了包括液体分配器或分配装置的系统、装置和方法，其中，液体分配器或分配装置包括和/或包含具有如本文中所公开的压电致动器的纵向换能器，该纵向换能器用于将径向运动变换或转换成向分配管的轴向运动或纵向运动，从而使得液滴从管的远端处的孔或排出孔被分配。如本文中所公开的那样，这些实施方式中的一些被配置成使得分配管和压电致动器为可分离的。使用纵向换能器的分配实施方式的一些优点包括但不限于：因为对分配管中的液体施加最小或可忽略的力、压力，所以与如上所述的传统分配装置相关联的若干问题被缓解或基本上消除——例如，更大的分配灵活性和基本上与液体性质或特性无关的独立性、总体上避免与液体的退化、损坏和变性以及不期望的气泡形成相关联的问题以及在更高频率下进行操作的能力等。本文中所公开的分配器或分配装置的一个示例性应用涉及用于遗传工程用途的DNA阵列的生产，其中，借助于小液滴大小来实现高克隆密度，对于小液滴大小而言，根据所公开的实施方式的压电操作分配器是特别合适的。实施方式可以特别有利于生产用于筛选处理的工作副本，例如在制药工业中用于生产微阵列或用于多重测定。一些实施方式提供一种压电微分配装置、设备或系统，能够自动或手动地输送小体积通常体积在从皮升到纳升的范围的液体。有利的是，该装置可以在允许重复使用压电致动器的情况下处置分配管。替代地或附加地，装置还可以期望地包括纵向换能器，该纵向换能器用于将径向运动变换或转换成向分配管的轴向运动或纵向运动，从而允许液滴从管的远端处的孔被分配。在一些实施方式中，分配器包括主体部分或安装支架并且包括管，该管在管的一端处包括分配喷嘴。管可以包括例如但不限于玻璃毛细管。分配器还可以包括用于夹紧到管的外圆周表面或外周表面的压电夹具。压电夹具可以包括两个相对的夹紧装置或夹紧结构或支承结构。第一夹紧装置可以包括压电致动器或换能器，并且第二夹紧装置可以包括预加载、夹紧、保持或偏置机构、装置、组件或结构，以向管施加预定的反作用力。在一些实施方式中，预加载机构、装置、组件或结构包括预加载螺钉。在其他实施方式中，预加载机构、装置、组件或结构包括弹簧例如叶片弹簧等的预加载组件、提供球等的质量以及用于致动或释放预加载的旋钮或控制杆。在一些实施方式中，夹具可以进行操作以将管保持在适当位置并且在致动压电致动器或换能器时将声压传输至管的夹紧区域。声压或应力从夹紧区域纵向地传播通过管并且朝向喷嘴传播，随即，至少部分地由于喷嘴区域中的固体流体相互作用，所以管的远端处的轴向位移和/或向喷嘴区域中的流体的声压传输推动、喷射或分配具有预定体积或量的流体的液滴。因此，纵向穿过管壁的波提供管径向运动被变换或转换成朝向管尖端的轴向运动或纵向运动，从而允许液滴从管的尖端处的孔被分配。在一些实施方式中，该波具有大致的正弦或余弦波形、曲线或配置。在一些实施方式中，在每次使用分配特定液体之后，可以释放夹具以更换管。因此，在每次使用之后，管可以与特定液体一起被设置，而压电夹具与另一个管可以重复使用。有利的是，这提供了压电或压电陶瓷致动器或换能器的经济利用。附加地并且期望地，分配器的这样的布置消除了对清洁管的需要以及由于从装置的先前使用传输的材料剩余引起的交叉污染的风险。可以准确地并且可靠地分配具有在几皮升至几纳升的范围内例如在大约50皮升至大约1000皮升(1纳升)的范围中的体积的单个液滴，该范围包括50皮升与1000皮升之间的所有值和子范围。除分配液滴之外，还可以获取流体或将流体吸入到管中。可以通过将管的尖端浸入流体源并且例如使用泵等施加真空来将流体样品获取、吸出或抽吸到管中。根据需要或期望，管的大小可以变化但通常足够小以从标准微量滴定板或微孔盘例如具有大约5mm或更小的正方形或直径尺寸的微孔中抽取流体。在一些实施方式中，压电致动器包括在输入脉冲DC电压的情况下扩张和收缩的单片共烧陶瓷堆叠。堆叠可以是线性或纵向堆叠，其在堆叠的方向上总体上线性地或纵向地扩张和收缩。压电或压电陶瓷堆叠能够在径向方向上对管施加预定的力。为了防止管的破裂，管可以设置有套筒例如塑料套筒或金属套筒，该套筒使力基本上均匀地围绕管的夹紧区域分布。一些实施方式指向提供了用于获取并且分配预定体积的液体的系统、装置、方法和技术，并且特别地涉及用于获取并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于输送预定量液体的分配器，包括：纵向换能器，包括：毛细管，其具有位于所述毛细管的远端处的尖端；压电致动器，其在与所述尖端邻近的位置处可操作地耦接至所述毛细管；孔，其位于所述管的尖端处；以及柔性供给管线，其位于所述毛细管的上游，并且被配置成耦接至所述毛细管并将液体供给至所述毛细管；其中，所述压电致动器的致动使得压力波从所述毛细管的位置朝向所述毛细管的尖端传播，以使得所述毛细管的位置处的径向运动被变换为所述毛细管的尖端的向远侧延伸的轴向运动，从而使预定体积的液滴从所述孔中喷射出；其中，所述毛细管具有在大约0.1×10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.25 US 62/029,1521.一种用于输送预定量液体的分配器，包括：纵向换能器，包括：毛细管，其具有位于所述毛细管的远端处的尖端；压电致动器，其在与所述尖端邻近的位置处可操作地耦接至所述毛细管；孔，其位于所述管的尖端处；以及柔性供给管线，其位于所述毛细管的上游，并且被配置成耦接至所述毛细管并将液体供给至所述毛细管；其中，所述压电致动器的致动使得压力波从所述毛细管的位置朝向所述毛细管的尖端传播，以使得所述毛细管的位置处的径向运动被变换为所述毛细管的尖端的向远侧延伸的轴向运动，从而使预定体积的液滴从所述孔中喷射出；其中，所述毛细管具有在大约0.1×106psi至1.5×106psi范围内的弹性模量，从而抑制由所述致动引起的噪声并且提供大约50pL至1300pL的液滴大小范围上的单个液滴稳定性。2.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述毛细管与所述柔性供给管线之间的耦接提供自对准特征。3.根据权利要求1所述的分配器，其中，所述毛细管与所述压电致动器之间的操作耦接被配置成允许更换所述毛细管，并且能够进行调节以提供足够的机械稳定性从而减少所述毛细管之间的液滴体积的变化。4.根据权利要求1至3中任一项所述的分配器，其中，所述毛细管与所述压电致动器之间的操作耦接为双V形夹具。5.根据权利要求1至4中任一项所述的分配器，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：耶胡达·伊夫里，托马斯·C·蒂索内，埃里克·P·国，沙恩·贡萨卢斯，
申请(专利权)人：拜奥多特公司，
类型：发明
国别省市：美国,US