微喷液头以及利用此微喷液头的喷洒装置

摘要

一种微喷液头以及利用此微喷液头的喷洒装置，该微喷液头，用以在控制器的控制下喷洒既定量的流体，其包括一基底以及复数个管总成。基底具有复数个穿孔，且与控制器电性连接；管总成分别充填有既定流体，且分别以可拆装的方式设置于穿孔中，并分别地与基底电性连接，其中管总成系在控制器的控制下喷洒流体，且管总成为可替换的，该喷洒装置，适用生化分析中，包括：控制器，以及用以在生化分析中喷洒既定量的试剂至基板上的至少一微喷液头，其与控制器电性连接。本发明利用此微喷液头的喷洒装置，其可在微喷液头上以高密度排列可替换的毛细管，其解决了试剂交叉污染的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及到一种微喷液头以及利用此微喷液头的喷洒装置，特别是关于一种可以高密度排列可替换的毛细管于其上的微喷液头以及利用此微喷液头的喷洒装置。

背景技术

在化学、医药、生化、材料的领域，经常需要平行进行大量的筛选检测或化学、生化反应，例如组合化学(combinatorial chemistry)必须使用多种单体合成多样的化学品以供新药筛选或新材料开发。例如，基因晶片(biochip、DNA chip、cDNA chip)或蛋白质晶片(Protein chip)在平面上布置成千上万的探针(probe)用以分析检验。例如，在高速筛选(highthroughput screening)中，必须将不同的试剂加到多孔盘(micro plate)中，进行生化检测。在这些应用中，有一个共通点就是将多样性的试剂，传输到特定方式排列的位置，以进行后续的反应或分析。

目前传输大多利用喷洒器(dispenser)来进行，图1a和图1b显示在美国专利第6001309号中揭露的一种公知喷洒器。此装置10具有包围毛细总成的外壳12，外壳12具有供毛细管16穿过的开口14，在外壳12上部设有一垫片20。盖子22在装置10需清洗或充填时使用，在盖子22中设有第一管路24，用以当系统需要被抽真空或加压时，清洗添加的溶剂；第二管路28与真空源连接，第三管路32导入气体压力。盖子22与螺纹管42邻接，螺纹管42将毛细壳体50锁合在外壳12内，且具有用以收容样品的承座46。在清洁后，移除盖子22以露出承座46，使其可收容样品。承座46具有符合毛细管的开口48，藉此样品可接触毛细管16，且藉由表面张力而在毛细管16中移动。螺纹壳体50具有缺口，以收纳用以驱动转换器56的电线54。转换器56接近孔口60，毛细管16的管壁很薄，以使其可随转换器56的膨胀收缩而移动。

图2为在美国专利第6001309号的喷洒系统的简图，储存子系统300以复数个架(rack)的方式显示，在架中的每一柜(bin)包含复数个盘302。主控制器304控制整个系统，在电脑的讯号下，从储存区域300搬送一或多个盘302至下一站306。在站306时，机械手臂308在子系统控制器309的控制下，利用微管(micropipette tips)310从盘302搬送微量的液体至位于由子系统控制器315控制下的维持充填站上的一或多个喷头(jet)312。为了再利用喷射装置，维持充填站设有维持盖316，保持器318位于传输杆320上的喷射装置312上，藉此喷射装置312在子系统控制器323的控制下移动至测试站322。如果喷射装置312通过测试站，其籍由传输杆320被移动至喷射位置334，且由传输杆320和保持器318被移动至基板336之上。在此喷射装置可开始喷洒液滴而得到想要的排列。

参考图3，美国专利第6110426号揭露另一种公知的喷洒装置，喷洒装置110包括试剂喷洒器112，其具有毛细管路114，用以保持试剂116的量。管路由一对构件112a、112b所形成，其在接近尖端区域118处收缩。在尖端118，试剂形成凹凸面(meniscus)120，如图4a所示，此时作动螺线管122，以拉引活塞124，导致连结构件126移动尖端118快速接近或远离基板130表面131。结果喷洒器112的尖端118轻击基板表面131，此导致在管路114中的液体凹凸面120破裂，而使液体与基板表面131接触。藉此导致液体流至尖端118和表面131间的空隙，以使液体流出管路114，如图4b所示。图4c显示液体从尖端118至基板表面131的流动，直到其形成液滴132。

喷洒器必须在不使多种不同的试剂交叉污染下运作，且需快速地变换试剂。

如上所述，美国专利第6001309号中揭露的喷洒器为可再利用的，因此其必须清洗和再充填，很容易导致试剂交叉污染的问题；另外，由于需要维护保养，整个操作时间冗长且不方便，并将使成本提高。

相似地，美国专利第6110426号中揭露的喷洒器为接触式，因此试剂交叉污染的问题也很容易产生。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种微喷液头以及利用此微喷液头的喷洒装置，其可在微喷液头上以高密度排列可替换的毛细管。

本发明的另一目的为提供一种微喷液头以及利用此微喷液头的喷洒装置，其可解决试剂交叉污染的问题。

在本发明中，提供一种微喷液头，用以在控制器的控制下，喷洒既定量的复数流体，其包括：具有复数个穿孔的基底，其与控制器电性连接；以及分别充填有既定流体的复数个管总成，其分别以可拆装的方式设置于穿孔中，且分别地与基底电性连接，其中管总成在控制器的控制下喷洒流体，该管总成为可替换的。

如上所述，基底在穿孔中设有至少一第一卡合部，且每一管总成设有对应于第一卡合部的至少一第二卡合部，以使管总成与基底卡合，其中第一卡合部可为一凹陷部，而第二卡合部可为一突出部。基底在穿孔中分别设有至少一第一垫片，且每一管总成设有对应于第一垫片的至少一第二垫片，其中当管总成插入基底的穿孔时，第二垫片与第一垫片抵接；每一管总成包括：在其上形成有突出部的承座，且在其上设有第二垫片，并具有通道；用以保持流体的毛细管，设置在承座的通道的一端；以及设置在承座的通道的另一端的印刷晶片头，其与第二垫片抵接，且与毛细管连通。

每一管总成上标有编码，用以标示其内充填流体的种类；基底设有第一检测装置，用以检测管总成内的流体量；每一管总成设有第二检测装置，用以检测管总成内的流体量。

上述管总成可为压电式喷液形式、热泡式喷液形式或缝隙式(slit)喷液形式。

在本发明中，提供一种喷洒装置，适用生化分析中，包括：控制器，以及用以在生化分析中喷洒既定量的试剂至基板上的至少一微喷液头，其与控制器电性连接；微喷液头包括：具有复数个穿孔的基底，其与控制器电性连接；以及分别充填有既定试剂的复数个管总成，其分别以可拆装的方式设置于穿孔中，且分别地与基底电性连接，其中当基底面对基板时，管总成在控制器的控制下喷洒试剂，且管总成为可替换的。

本发明的微喷液头以及利用此微喷液头的喷洒装置克服了公知技术中的诸多缺陷，所述喷洒装置藉由微喷液头突出部和凹陷部脱离卡合，当毛细管中的流体用完时，可替换管总成；该管总成可基于不同需求，设计成单独替换、小组替换、或整组替换，以利使用；所述流体为事先充填在管总成中，变更流体时，只需替换整个管总成；且本发明避免了流体交叉污染。

附图说明

图1a显示美国专利第6001309号中揭露的公知喷洒器的示意图；

图1b显示在图1a中显示的喷洒器的剖面图；

图2显示美国专利第6001309号中揭露的公知喷洒系统的示意图；

图3显示美国专利第6110426号中揭露的另一公知喷洒装置的示意图；

图4a-4c显示利用图3所示的喷洒装置制造液滴的示意图；

图5a、5b显示本发明的微喷液头的示意图；

图6显示本发明的管总成的立体分解图；

图7显示本发明的喷洒装置的示意图。

附图标号说明10、112、喷洒器    12、外壳    14、48、开口      16、224、毛细管20、垫片           22、盖子    24、第一管路      28、第二管路32、第三管路       42、螺纹管  46、承座          50、毛细壳体54、420、电线      56、转换器  60、孔口          110、500、喷洒装置114、毛细管路      116、试剂   118、尖端         120、凹凸面122、螺线管        124、活塞   126、连结构件     130、336、410、基板131、表面          132、液滴   200、微喷液头     210、基底211、穿孔          212、第一卡合部(凹陷部)       213、第一垫片214、第三垫片      220、管总成    221、第二卡合部(突出部)222、第二垫片      223、承座      2231、通道     225、印刷晶片头2251、喷嘴         226、编码      300、储存子系统302、盘304、主控制器      306、站        308、机械手臂309、315、323、子系统控制器       310、微管      312、喷头316、维持盖        318、保持器    320、传输杆    322、测试站334、喷射位置      400、控制器

具体实施方式

以下，结合附图说明本发明的微喷液头以及利用此微喷液头的喷洒装置的实施例。

参考图5a、5b，本发明的微喷液头200用以在控制器(未图式)的控制下，喷洒既定量的复数流体，且包括一基底210和复数个管总成220。基底210与控制器电性连接，且具有复数个穿孔211、分别在穿孔211附近形成的复数个第一卡合部(凹陷部)212、分别设置在穿孔211内的复数个第一垫片213、以及分别设置在基底210周围的复数个第三垫片214。

两凹陷部212分别形成在每一穿孔211的两侧，第三垫片214与第一垫片213电性连接，以使控制器可经由第三垫片214和第一垫片213制动插入于基底210的穿孔211中的管总成220。

管总成220分别预先充填有既定流体，其分别以可拆装的方式设置于基底210的穿孔211中，且分别地经由第一垫片213而与基底210电性连接；参考图6，每一管总成220设有对应于凹陷部212的至少一第二卡合部(突出部)221、对应于第一垫片213的至少一第二垫片222、一承座223、一毛细管224以及一印刷晶片头(Print chip head)225。

具体讲，突出部221与基底210的凹陷部212卡合以使管总成220与基底210卡合；当管总成220插入基底210的穿孔211时，第二垫片222与第一垫片213抵接；承座223在其上形成有突出部221，且在其上设有第二垫片222，并具有通道2231；毛细管224用以保持流体，其设置在承座223的通道2231的一端；印刷晶片头225设置在承座223的通道2231的另一端，其与第二垫片222抵接，且与毛细管224连通。印刷晶片头225设有喷嘴2251，其与毛细管224连通，使在毛细管224中的流体可经由喷嘴2251喷洒，藉此排列，管总成220可经由基底210传输流体。

应注意的是，收容在毛细管224中的流体是由毛细管224的表面性质以及流体的表面张力之间的摩擦力来保持，为了增加摩擦力，胶状或油状物质可被添加在毛细管224的充填端，以使流体不会从毛细管224的充填端泄漏；另外，胶状或油状物质并不会与流体混合。

在此实施例中，第一卡合部是以一凹陷部的方式形成，而第二卡合部是以一突出部的方式形成，但这并不限于此，例如，可将两者互换，或者利用其他的卡合方式。

每一管总成220上标有编码226，用以标示其内充填流体的种类；基底210设有第一检测装置(未图式)，用以检测管总成220内的流体量；每一管总成220设有第二检测装置(未图式)，用以检测管总成220内的流体量。

应了解的是，管总成220可为压电式喷液形式、热泡式喷液形式或缝隙式(slit)喷液形式。

本发明的微喷液头200具有下列优点：

1、藉由将突出部221和凹陷部212脱离卡合，当毛细管224中的流体用完时，管总成220为可替换的。应注意的是管总成220基于不同需求，也可设计成单独替换、小组替换、或整组替换，以利使用；上述小组替换意味着预先设定复数个特定管总成为一小组，当欲替换时，即将整个小组均进行替换。

2、流体为事先充填在管总成220中，当需变更流体时，可直接替换整个管总成220；以及

3、因为不需清洗和再充填，微喷液头可避免流体交叉污染的问题。

参考图7，本发明提供一种喷洒装置500，其适用生化分析中，包括一控制器400和至少一微喷液头200；藉由控制器400，喷洒装置500可同时控制一或多个微喷液头200；在生化分析中，微喷液头200喷洒既定量的复数试剂至一基板410上，且其经由一电线420与控制器400电性连接；微喷液头200预先充填有既定试剂，当微喷液头200的基底210面对基板410时，管总成220在控制器400的控制下经由基底210喷洒试剂。

藉由本发明的喷洒装置500，在生化分析中所利用的试验装备(assays/kits)可在高生产率下被方便地制造。

虽然本发明以优选的实施例揭示如上，但其并非用以限定本发明，对本领域普通专业技术人员，所做的各种变化和修改，都应包括在本发明的构思及保护范围之内。