(57)【要約】      （修正有）【課題】開放式流体液滴吐出カートリッジ、デジタル流体分注システム、基板上に流体をデジタル的に分注する方法を提供する。【解決手段】開放式流体液滴吐出カートリッジ５０は、１以上の開口を有するカバー５４と、カバーの１以上の開口から垂れた流体漏斗と、流体を１以上の流体チャンバへ導くため流体漏斗５６に取り付けられたチャンバセパレータ５８と、１以上の流体チャンバからあふれた流体のための流体オーバフローチャンバと、流体ビアを流体連通している単一の半導体基板上の流体ビアに隣接した複数の流体吐出装置とを含む。【選択図】図９
2020126043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル流体分注システムにより分注される１以上の流体を含む開放式流体液滴吐出カートリッジであって、
１以上の開口を有するカバーと、
前記カバーの前記１以上の開口から垂れた流体漏斗と、
流体を１以上の流体チャンバへ導くため前記流体漏斗に取り付けられたチャンバセパレータと、
前記１以上の流体チャンバからあふれた流体のための流体オーバフローチャンバと、
各前記１以上の流体チャンバに関連付く流体ビアと、
前記流体ビアと流体連通された単一の半導体基板上の前記流体ビアに隣接する複数の流体吐出装置と
を含む、開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項２】
流体チャンバ充填の間に前記１以上の流体チャンバから空気を排出するため、前記チャンバセパレータと前記流体漏斗との間にエアギャップが設けられた、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項３】
前記デジタル流体分注システムにより分注される３つの異なる流体のための３つの流体チャンバを含む、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項４】
前記デジタル流体分注システムにより分注される４つの異なる流体のための４つの流体チャンバを含む、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項５】
前記単一の半導体基板が、前記単一の半導体基板上の２次元マトリックスに設けられた前記流体ビアを含む、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項６】
前記単一の半導体基板が、前記単一の半導体基板上の１次元マトリックスに設けられた３つの流体ビアを含む、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項７】
コンパクト筐体ユニットと、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジと、
前記開放式流体液滴吐出カートリッジをｘ方向に基板上を進退させるための流体カートリッジ並進機構と、
前記基板をｘ方向と直交するｙ方向に前記開放式流体液滴吐出カートリッジの下で進退させるための基板並進機構と
を含む、
デジタル流体分注システム。
【請求項８】
前記開放式流体液滴吐出カートリッジと共に前記流体カートリッジ並進機構に設けられた、１以上の密封式流体液滴吐出カートリッジを更に含む、
請求項７に記載のデジタル流体分注システム。
【請求項９】
基板上に流体をデジタル的に分注する方法であって、
コンパクト筐体ユニットに収容された流体液滴吐出システムを提供するステップであって、前記流体液滴吐出システムが、
前記流体液滴吐出システムにより分注される１以上の流体を含む開放式流体液滴吐出カートリッジと、
前記流体液滴吐出カートリッジをｘ方向に基板上を進退させるための流体カートリッジ並進機構と
前記基板をｘ方向と直交するｙ方向に前記流体吐出カートリッジの下を進退させるための基板並進機構と
を含み、
前記開放式流体液滴吐出カートリッジが、１以上の開口を有するカバーと、前記カバーの前記１以上の開口から垂れた流体漏斗と、１以上の流体チャンバに流体を導くため前記流体漏斗に取り付けられたチャンバセパレータと、前記１以上の流体チャンバからあふれた流体のための流体オーバーフローチャンバと、各前記１以上の流体チャンバに関連付く流体ビアと、前記流体ビアと流体連通している単一の半導体基板上の前記流体ビアに隣接する複数の流体吐出装置とを含む、ステップと、
前記開放式流体液滴吐出カートリッジの前記１以上の流体チャンバ内に１以上の流体をピペット分注するステップと、
前記流体液滴吐出システムを起動するステップと、
前記基板上に１以上の流体をデジタル的に分注するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記基板並進機構が、前記基板を保持するための１以上のアダプタを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記流体液滴吐出カートリッジが、複数の流体ビアを含む単一の半導体基板を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記単一の半導体基板が、前記単一の半導体基板上の２次元マトリックスに設けられた前記流体ビアを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記開放式流体液滴吐出カートリッジが、流体チャンバ充填の間に前記１以上の流体チャンバから空気を排出するため、前記チャンバセパレータと前記流体漏斗との間に設けられたエアギャップを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記デジタル分注システムが、前記デジタル分注システムにより分注される１以上の異なる流体を含む密封式流体液滴吐出カートリッジを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記密封式流体液滴吐出カートリッジが、複数の流体ビアを含む単一の半導体基板を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記開放式流体液滴吐出カートリッジが、前記デジタル分注システムにより分注される３又は４つの異なる流体を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記開放式流体液滴吐出カートリッジのカバーが、前記開放式流体液滴吐出カートリッジの前記３又は４つの流体チャンバに対応する３又は４つの開口を含む、
請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、現在係属中である、２０１９年１月４日付で出願された米国仮出願番号６２／７８８，２９０に関連する。
【０００２】
本開示は、基板の正確な領域に封じられた試料の分析を行うため、又は基板の所定の領域に材料の層を構築するため、基板の正確な領域上又は正確な領域内に1以上の流体を正確に分注するために用いられる装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
特に、医療分野において、自動化された試料調製と分析の必要性がある。分析は、比色分析、又は顕微鏡下で試料をより好ましく観察するため、試料の着色を要する可能性がある。そのような分析は、薬剤試料分析、血液試料分析、等を含む。例えば、血液の分析において、血液は個人の健康を判定するために用いられるいくつかの異なる要因を提供するため分析される。血液試料分析を要する多くの患者がいる場合、手順は非常に時間がかかるものとなる。また、結果が信頼できるものであるよう、試料の正確な調製の必要がある。複数の試料の微量滴定といった、正確で再現可能な結果を提供する分析機器の使用の恩恵を受けることのできる医療分野やその他の分野において、試料分析を要するその他の多くの状況がある。
【０００４】
多くの実験と検査手順にて、典型的にウェルプレート、スライドおよび他の基材が使用される。ウェルを充填する手順またはスポッティングの手順は、手作業又は高価な検査機器を用いて行われることが多い。場合によっては、ウェルは手動ピペットで充填される。その他の場合では、ウェルプレートの充填はピペット技術に基づいた高性能自動装置が使用される。そのような自動装置は開放式ウェル分注ヘッドを収容するのみである。開放式ウェル分注ヘッドは、使用前に分注ヘッドの開口内に少量の流体が堆積されなければならない分注ヘッドである。流体は、典型的にピペット又は類似の手段で手動で堆積される。分注ヘッドは、マイクロプレートをＸとＹ方向両方に動かす間、静止して保持される。これら高性能装置は非常に高価である。
【０００５】
マイクロ回路製造の分野において、基板上に回路装置を提供するため、流体は正確な位置に分注される必要がある。単位面積毎に分注される流体のボリュームは、典型的に、従来のインクジェット印刷技術により提供されるものよりも大きい。場合によっては、流体に化学的又は物理的変化を与えるため、異なる流体が基板上で共に組み合わされ、結果として生じる材料が所望の回路機能を果たすようにする。
【０００６】
マイクロ製造の他の分野も、基板内又は基板上の流体の正確な堆積を必要としうる。このため、基板上に所定のボリュームの1以上の流体とを分注するために用いることができる方法と装置の必要性がある。また、システム内で容易に交換できる多目的な流体吐出カートリッジを用いて正確な位置に複数の流体を分注することのできる低コストなシステムの必要性もある。
【発明の概要】
【０００７】
上記を鑑み、本開示の１つの実施形態は、デジタル流体分注システム（digital fluid dispense system）により分注される１以上の流体を含む開放式流体分注吐出カートリッジと、流体をデジタル的に分注する方法を提供する。開放式流体分注吐出カートリッジは、１以上の開口を有するカバーと、カバーの各１以上の開口から垂れた流体漏斗と、流体を１以上の流体チャンバに導くための流体漏斗に取り付けられたチャンバセパレータと、１以上の流体チャンバからあふれた流体のための流体オーバフローチャンバと、各１以上の流体チャンバに関連付く流体ビアと、流体ビアと流体連通している単一の半導体基板上の、流体ビアに隣接した複数の流体吐出装置とを含む。
【０００８】
別の実施形態において、デジタル的に流体を分注する方法が提供される。この方法は、コンパクト筐体ユニットに収容された流体液滴吐出システムを提供するステップを含み
流体液滴吐出システムが、
流体液滴吐出システムにより分注される１以上の流体を含む、開放式流体液滴吐出カートリッジと、
流体液滴吐出カートリッジをｘ方向に基板上を進退させるための、流体カートリッジ並進機構と、
基板をｘ方向と直交するｙ方向に流体吐出カートリッジの下を進退させるための、基板並進機構と
を含み、
開放式流体液滴吐出カートリッジが、流体液滴吐出カートリッジから分注される１以上の異なる流体のための１以上の流体チャンバと、各１以上の流体チャンバのための流体オーバフローチャンバとを含む。
１以上の流体は、開放式流体液滴吐出カートリッジの１以上の流体チャンバ内に分注される。流体液滴吐出システムは、基板上に１以上の流体をデジタル的に分注するため作動される。
【０００９】
いくつかの実施形態において、流体液滴吐出システムのための基板並進機構は、基板を保持するための１以上のアダプタを含む。
【００１０】
他の実施形態において、開放式流体液滴吐出カートリッジは、複数の流体ビアと、複数の流体ビアに関連付く吐出装置とを含む、単一の半導体基板を含む。他の実施形態において、単一の半導体基板は、単一の半導体基板上の２次元マトリックスに設けられた、４つの流体ビアを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態において、流体チャンバ充填の間、１以上の流体チャンバから空気を排出するため、エアギャップ（air gap）がチャンバセパレータと流体漏斗との間に設けられる。
【００１２】
いくつかの実施形態において、開放式流体液滴吐出カートリッジは、デジタル分注システムにより分注される３又は４つの流体のための、３又は４つの流体チャンバを含む。他の実施形態において、開放式流体液滴吐出カートリッジは、３又は４つの流体チャンバに対応する３又は４つの開口を有する、カバーを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態において、開放式流体液滴吐出カートリッジは、単一の半導体基板上の１次元マトリックスに設けられた３つの流体ビアを含む、単一の半導体基板を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態は、デジタル流体分注システムを提供し、デジタル流体分注システムは、コンパクト筐体ユニットと、開放式流体液滴吐出カートリッジと、開放式流体液滴吐出カートリッジをｘ方向に基板上で進退させるための流体カートリッジ並進機構と、基板を開放式流体液滴吐出カートリッジの下でｘ方向と直交するｙ方向に進退させるための基板並進機構とを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態において、デジタル分注システムは、１以上の開放式流体液滴吐出カートリッジと組み合わせて流体カートリッジ並進機構上に設けられた、１以上の密封式流体液滴吐出カートリッジを含む。
【００１６】
開示された実施形態の利点は、様々な流体分注の応用に用いることができ、分注される多様な流体に適合できる、流体をデジタル的に分注するための独特な低コストカートリッジを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本開示の１つの実施形態によるデジタル分注システムの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図２】図２は、図１のデジタル分注システムの背面の、縮尺通りではない、立面図である。
【図３】図３は、図１のデジタル分注システムの、縮尺通りではない、破断斜視図である。
【図４】図４は、図１のデジタル分注システムと共に用いられる基板を保持するためのトレイの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図５】図５は、図４のトレイと共に用いられるスライドとマイクロウェルプレートのためのアダプタの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図６】図６は、図１の分注システムのためのマイクロウェルプレートを保持する図４のトレイの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図７】図７は、図１の分注システムのためのスライドアダプタとスライドを保持する図４のトレイの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図８】図８は、本開示の１つの実施形態による、開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図９】図９は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、分解図である。
【図１０】図１０は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジ内の流体チャンバの、縮尺通りではない、上面図である。
【図１１】図１１は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジ内に設けられたチャンバセパレータの、縮尺通りではない、上面図である。
【図１２】図１２は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジのための流体セパレータの、縮尺通りではない、上面斜視図である。
【図１３】図１３は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジのための流体セパレータの、縮尺通りではない、底面斜視図である。
【図１４】図１４は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、破断斜視図である。
【図１５】図１５は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、部分破断斜視図である。
【図１６】図１６は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジのための代替的なカバーの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図１７】図１７は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジのための代替的なカバーの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図１８】図１８は、図１６の代替的なカバーの、縮尺通りではない、上面図である。
【図１９】図１９は、図１７の代替的なカバーの、縮尺通りではない、上面図である。
【図２０】図２０は、本開示の別の実施形態による開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図２１】図２１は、図２０の開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、分解図である。
【図２２】図２２は、図２０の開放式流体液滴吐出カートリッジの流体チャンバの、縮尺通りではない、上面図である。
【図２３】図２３は、図２０の流体液滴吐出カートリッジのためのカバーの上面図である。
【図２４】図２４は、図２０の開放式流体液滴吐出カートリッジに設けられたチャンバセパレータの、縮尺通りではない、上面図である。
【図２５】図２５は、単一の半導体基板上の吐出装置のための流体ビアの２次元マトリックスの平面図である。
【図２６】図２６は、単一の半導体基板上の吐出装置のための流体ビアの代替的な２次元マトリックスである。
【図２７】図２７は、第１のサイズの流体吐出器のための、流体ビアの２次元マトリックスの、流体ビアに隣接する流体吐出器のアドレス体系である。
【図２８】図２８は、第２のサイズの流体吐出器のための、流体ビアの２次元マトリックスの、流体ビアに隣接する流体吐出器のアドレス体系である。
【図２９】図２９は、第３のサイズの流体吐出器のための、流体ビアの２次元マトリックスの、流体ビアに隣接する流体吐出器のアドレス体系である。
【図３０】図３０は、開放式及び密閉流体液滴吐出カートリッジ両方を含む、本開示によるデジタル分注システムの、破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図７を参照し、基板上に１以上の流体のある量を正確に分注するためのデジタル分注装置１０が示される。高性能デジタル分注装置とは異なり、本発明の装置１０は、以下に詳細に説明されるように、第１の方向に進退する吐出ヘッドと、第１の方向と直交する第２の方向に進退する基板を移動させるためのトレイ１４とに基づく。開示される装置１０は、開放式分注ヘッドだけでなく、開放式及び密封式分注ヘッドを許容する。トレイ１４は、マイクロウェルプレート、ガラススライド、電子回路板等を含むがこれらに限定されない多様な基板に適合可能である。
【００１９】
分注ヘッドカートリッジ１２とヘッド移動機構１６（図３）が、長方形のプリズム状のボックス１８に含まれる。起動スイッチ２０が、装置１０を起動するためボックス１８上に含まれる。ボックス１８（図２）の背面側２２は、基板上に流体を分注するためトレイ１４をボックス１８を通って第２の方向に移動させるための開口２４を含む。ＵＳＢポート２６が、デジタル分注システム１０をコンピュータ又はデジタル表示装置に接続するため、ボックス１８の背面側２２に提供される。電力はボックス１８の背面側２２上の電力入力ポート２８を通じてシステム１０に提供される。
【００２０】
トレイ１４と、トレイのためのアダプタ３２、３４が、図４と図５に表される。アダプタ３２はガラススライド３６を保持する大きさにされており、ウェルプレートアダプタ３４はマイクロウェルプレート３８を保持する大きさにされている。トレイ１４は、アダプタ３２と３４、又はその上に流体を分注する基板を保持するための凹部領域４０を有する。図６は、トレイ１４の凹部領域４０に設けられたウェル４２を含むウェルプレート３８を表す。図７は、トレイ１４のスライドアダプタ３２上のスライド３６を表す。
【００２１】
図１のデジタル分注装置１０と共に用いられる流体カートリッジとその部品が、図８〜図２４に表される。図８は、本開示の１つの実施形態による、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０の、縮尺通りではない、斜視図である。開放式流体液滴吐出カートリッジ５０は、カートリッジ本体５２とカバー５４とを含む。図９は、図８の開放流体液滴吐出カートリッジ５０の分解図であり、カバー５４から垂れた流体漏斗５６と、流体を吐出ヘッド基板６０へ導くチャンバセパレータ５８とを示す。吐出ヘッド基板６０は、吐出ヘッド基板６０上の吐出装置を起動するため、フレキシブル回路６２に取り付けられる。吐出ヘッド基板６０上の吐出装置は、以下の図１０に表されるような流体ビア６６の１次元アレイに隣接して設けられる。
【００２２】
図１０と図１１は、１以上の流体チャンバ６４（図１０）と、カートリッジ本体５２に設けられたチャンバセパレータ５８とを示す、カバー５４が取り外された開放式流体液滴吐出カートリッジ５０の上面図である。チャンバセパレータ５８の更なる詳細は、図１２（斜視図）と図１３（底面斜視図）に表される。チャンバセパレータ５８は、流体ビア６６に隣接する複数の吐出ヘッドによる流体吐出のため、流体を流体漏斗５６から吐出ヘッド基板６０の並列ビア６６（図１０）へ向け導く。吐出装置は、従来の抵抗加熱式吐出装置、バブルポンプ射出装置、圧電吐出装置であってよい。チャンバセパレータ５８の特徴は、あふれた流体を流体漏斗５６からカートリッジ本体５２のオーバーフロー領域７０（図１０）へ導くチャンバーセパレータの間隙６８を設けることである。図１４は、流体漏斗５６が領域７２においてチャンバセパレータ５８よりも僅かに大きいことを示しており、もし流体チャンバ６４があふれても、流体はチャンバセパレータ５８の頂部を超えて間隙６８内に流れ、そこで他のあふれた流体と混合され、このように流体間の汚染の可能性を避ける。オーバーフロー領域７０はカートリッジ本体５２の未使用領域である。
【００２３】
図１５は、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０の更なる例示を提供する。図１５において、漏斗５６はチャンバセパレータ５８に隣接する周囲７４を有し、チャンバセパレータ５８の周囲７６よりも僅かに大きい。従って、もし過度の流体が流体チャンバ６４に加えれても、流れは間隙６８内にあふれる。チャンバセパレータ５８の周囲よりも小さい漏斗５６の周囲７４も、流体チャンバ６４が充填されるとき流体からの空気の放出を促進する。漏斗５６とチャンバセパレータ５８の周囲のサイズの差異は、流体チャンバ６４内に設けられる流体の粘度と表面張力に調整することができる。
【００２４】
図１６〜図１９は、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０のカバーの代替的な開口を表す。図１６において、開口８０はカバー５４に２次元アレイにて設けられる。図１７において、カバー８２は、それぞれがカバー５４の開口８０よりも大きい平行な長方形の開口８４を含む。従って、図１８と図１９に示されるように、カバー５４から垂れた漏斗５６は、カバー８２から垂れた漏斗８６よりも実質的に小さい、両実施形態は比較的大きく、深い流体漏斗５６と８６を伴うカバー設計を提供し、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０をピペットで手動で充填するときの失敗を効果的に減少させることができる。
【００２５】
図２０〜図２９を参照し、代替的な開放式流体液滴吐出カートリッジ９０が表される。前記の実施形態のように、開放式流体液滴吐出カートリッジ９０は、カートリッジ本体９２とカバー９４とを含む。ただし、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０とは異なり、開放式流体液滴吐出カートリッジ９０は、カバー９４に４つの開口９６を含む。従って、カバー９４から垂れた４つの流体漏斗９８が存在する。同様に、カートリッジ本体９２に設けられたチャンバセパレータ１００は、４つの流体を半導体基板１０２の流体ビアに流すよう設計される。上述したように、フレキシブル回路１０４が、半導体基板１０２上のビアに隣接する吐出装置を作動させるための、半導体基板１０２への電気接続を提供する。
【００２６】
図２２〜図２４は、開放式流体液滴吐出カートリッジ９０の他の様態を表す。図２２において、流体チャンバ１０８を互いに分離するため、共通のチャンバ壁１０６が提供される。図２３は、漏斗９８が如何にして流体を流体チャンバ１０８内に導くかを示す。図２４は、カートリッジ本体９２のチャンバセパレータ１００の向きを示す。従って、第２の実施形態は、デジタル分注システム１０を用いて基板上に４つの異なる流体までを吐出するために用いることができる開放式流体液滴吐出カートリッジ９０を提供する。
【００２７】
上述したカバーと開放式流体液滴吐出カートリッジの実施形態の全ては、大きく深い漏斗５６、８６、９８と組み合わせた比較的大きい開口８０、８４、９６を伴うカバー設定を提供し、これはピペットで開放式流体液滴吐出カートリッジ５０と９０を手動で充填するときの失敗を効果的に減少させることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態において、デジタル分注システム１０は、マイクロウェルプレート３８（図６）に流体を堆積するために用いられることができる。実験のためのマイクロウェルプレートの充填は、時間を要する手動のタスクである。マイクロウェルプレート３８の準備に要する時間を削減するため、複数のウェル４２内に同時に流体を堆積できることが望ましい。しかし、従来のデジタル分注システムには、単一の軸に沿って直線状に配置された分注ヘッドを有するものが存在する。流体吐出器を含む分注ヘッドチップは、そのような分注ヘッド上に個別に配置される。本開示は、単一の半導体基板１０２上の複数の流体ビアを組み合わせることにより、改善した流体分注システム１０を提供し、流体ビアは二次元マトリックスに配置される。そのような２次元マトリックスは、マイクロウェルプレート３８のウェル４２を充填する時間を大幅に減少することができる。２次元マトリックスは、半導体基板上の個々の吐出ヘッドを機械的に配置するのではなく、流体ビアがフォトリソグラフィ技術を通じて形成されることから、流体ビアとマイクロウェルプレート３８との間の位置合わせも改善する。２×２マトリックス、４×２マトリックス、４×４マトリックスといった、８×２マトリックス又は８×４マトリックスまでを含むがこれに限定されない、流体ビアの様々な２次元マトリックスが用いられてよい。
【００２９】
図２５は、半導体基板１０２上の２×２マトリックスで設けられた４つの流体ビア１１０Ａ〜１１０Ｄを含む、半導体基板１０２の平面図である。吐出装置は、従来の方法で流体ビアの両側に設けられる。流体ビア１１０Ａと１１０Ｂは、マイクロウェルプレート３８上のウェル４２の間隔に対応する、中心間距離Ｄ１の間隔で離れている。いくつかの実施形態において、流体ビア１１０Ａと１１０Ｂとの間の中心間距離Ｄ１は、約２〜約９ミリメートル（ｍｍ）の範囲である。いくつかの実施形態において、流体ビア１１０Ａと１１０Ｂとの間の中心間距離Ｄ１は、約４．５ｍｍである。円１１２Ａ〜１１２Ｄは、マイクロウェルプレート３８のウェル４２の底部を表し、直径約２０００ミクロンである。流体ビア１１０Ａと流体ビア１１０Ｃとの間の中心間距離Ｄ２も、約４．５ｍｍといった、約２〜約９ｍｍの範囲である。流体ビア１１０Ａと１１０Ｃ、又は１１０Ｂと１１０Ｄの間の距離Ｄ３は、約２５ｍｍ、約３．２ｍｍといった、約１〜約５ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態において、基板は約７〜約１０ｍｍの長さＬと、約５〜約７ｍｍの幅Ｗを有する。
【００３０】
流体ビアの代替的な実施形態である１１４Ａ〜１１４Ｄが図２６に示される。基板１１６上の流体ビア１１４Ａ〜１１４Ｂは、流体ビア１１０Ａ〜１１０Ｂとは異なる距離Ｄ４の間隔で離れている。１つの実施形態において、流体ビア１１４Ａと１１４Ｂは、約３．５ｍｍといった約２〜約４ｍｍの中心間距離Ｄ４の間隔で離れており、流体ビア１１４Ｂと１１４Ｄは、約４．２ｍｍといった約３．５〜約５ｍｍの中心間距離Ｄ５の間隔で離れている。流体ビア１１４Ａと１１４Ｃ、又は１１４Ｂと１１４Ｄの間の距離Ｄ６は、約１．７ｍｍといった約１〜約２ｍｍの範囲である。流体ビア１１０Ａ〜１１０Ｄがウェル４２の底部の直径１１２Ａ〜１１２Ｄよりも僅かに小さい長さＬを有するのに対し、流体ビア１１４Ａ〜１１４Ｄはウェル４２の底部の直径１１２Ａ〜１１２Ｄよりも大きい長さＬを有する。
【００３１】
図２７〜図２９は、２次元マトリックスを含む半導体基板１０２又は１１６のためのアドレス指定構造を表し、Ｐ１〜Ｐ８は流体ビアの両側に設けられた吐出装置の発射をシーケンスするためのプリミティブ型アドレスである。流体ビア１１４Ａ〜１１４Ｃの周囲の数字は、各吐出ヘッドの流体吐出器を表す。図２７において、各流体吐出器は例えば１２ｐＬの流体を分注する。応用によっては、吐出ヘッド１１４Ａ又は１１４Ｃの流体吐出器の配列に沿った小さな液滴重量の流体吐出器を有することが望ましい。図２７において、流体吐出器のサイズが小さいため、プリミティブ型アドレスＰ１、Ｐ２、Ｐ７、Ｐ８に関連付く４０の流体吐出器があり、プリミティブ型アドレスＰ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６に関連付く２０の流体吐出器がある。図２８において、流体吐出器はより大きく、２４ｐＬの液滴を吐出する。従って、やはりプリミティブ型アドレスＰ１、Ｐ２、Ｐ７、Ｐ８に関連付く４０の流体吐出器を有するが、プリミティブ型アドレスＰ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６に関連付くのは６つの流体吐出器のみである。別の代替的な実施形態において、図２９に示されるように、４８ｐＬの流体を分注する流体吐出器が、ビア１１８Ａと１１８Ｃに沿って設けられる。この実施形態において、３０の流体吐出器が各プリミティブ型アドレスＰ１、Ｐ２、Ｐ７、Ｐ８に関連付く。吐出器のサイズに関わりなく全ての流体吐出器の間で共通のアドレス指定体系を共有することは、システム統合の複雑さを軽減する。
【００３２】
従って、本開示によるデジタル分注システム１０は、吐出ヘッドの２次元マトリックスに設けられた図２５と図２６に表された流体吐出器ヘッドを用いて、マイクロウェルプレート３８のウェル４０内、スライド３６上、回路板基板上、又はその他の基板上に流体を堆積するために用いることができる。吐出ヘッドの２次元マトリックスは、吐出ヘッド間の改善された位置合わせ精度を提供し、より正確な、マイクロウェルプレートの充填、ガラススライド上の液滴の配置、又は回路板基板上の流体の堆積を可能とする。共通の電子アドレス指定構造により、図２７と図２８を参照して上述したように、複数の吐出器流体ボリュームが、同一の分注システムにおいてデジタル的にサポートされることができる。
【００３３】
上述したデジタル分注システム１０は、１以上の開放式流体液滴吐出カートリッジ５０又は９０を含むことができ、又は代替的な実施形態において、デジタル分注システム１２０（図３０）は、開放式流体液滴吐出カートリッジ１２２と予め充填された流体液滴吐出カートリッジ１２４の両方を含むことができる。予め充填されたカートリッジ１２４は、密封式流体液滴吐出カートリッジとも言及される。開放式流体液滴吐出カートリッジ１２２は、使用時にユーザが流体の少量をカートリッジ１２２に加えることを可能とする。開放式流体液滴吐出カートリッジ１２２はピペットカートリッジとして言及され、血液学といった生物学的分析分野で用いられうる。
【００３４】
前述の実施形態は３又は４の流体のための流体液滴吐出カートリッジを特に説明したが、各流体液滴吐出カートリッジは単一の流体又は２つの異なる流体を分注するために構成されてよい。
【００３５】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、明示的かつ明確に1つの指示物に限定されない限り、複数の指示物を含むことに留意されたい。本明細書で用いられる「ｉｎｃｌｕｄｅ」という用語およびその文法上の変形は、リスト内の項目の列挙が、リストされた項目を置換または追加できる他の同様の項目を除外しないよう、非限定的であることを意図している。
【００３６】
本明細書および添付の特許請求の範囲では、特に明記しない限り、量、比率又は割合を表す全ての数字及び本明細書及び特許請求の範囲で使用されるその他の数値は、全ての場合に用語「約」によって改変されると理解されるべきである。従って、そうでないと示されない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本開示により得ることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。少なくとも、そして請求項の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメーターは、少なくとも、述べられた有効数字の数を考慮し、そして通常の丸め手法を適用することにより、解釈されるべきである。
【００３７】
特定の実施形態について説明したが、出願人または他の当業者には、現在予測しない、又は予測できない、代替、修正、変形、改善、及び実質的な均等物が生じうる。従って、添付の提出された特許請求の範囲と修正された特許請求の範囲は、そのようなすべての代替、修正、変形、改善、及び実質的な均等物を包含することを意図している。
【図１】
2020126043.tif 000003
【図２】
2020126043.tif 000004
【図３】
2020126043.tif 000005
【図４】
2020126043.tif 000006
【図５】
2020126043.tif 000007
【図６】
2020126043.tif 000008
【図７】
2020126043.tif 000009
【図８】
2020126043.tif 000010
【図９】
2020126043.tif 000011
【図１０】
2020126043.tif 000012
【図１１】
2020126043.tif 000013
【図１２】
2020126043.tif 000014
【図１３】
2020126043.tif 000015
【図１４】
2020126043.tif 000016
【図１５】
2020126043.tif 000017
【図１６】
2020126043.tif 000018
【図１７】
2020126043.tif 000019
【図１８】
2020126043.tif 000020
【図１９】
2020126043.tif 000021
【図２０】
2020126043.tif 000022
【図２１】
2020126043.tif 000023
【図２２】
2020126043.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
2020126043.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年5月1日(2020.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル流体分注システムにより分注される１以上の流体を含む開放式流体液滴吐出カートリッジであって、
１以上の開口を有するカバーと、
前記カバーの前記１以上の開口から垂れた流体漏斗と、
流体を１以上の流体チャンバへ導くため前記流体漏斗に取り付けられたチャンバセパレータと、
前記１以上の流体チャンバからあふれた流体のための流体オーバフローチャンバと、
各前記１以上の流体チャンバに関連付く流体ビアと、
前記流体ビアと流体連通された単一の半導体基板上の前記流体ビアに隣接する複数の流体吐出装置と
を含む、開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項２】
流体チャンバ充填の間に前記１以上の流体チャンバから空気を排出するため、前記チャンバセパレータと前記流体漏斗との間にエアギャップが設けられた、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項３】
前記デジタル流体分注システムにより分注される３つの異なる流体のための３つの流体チャンバを含む、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項４】
前記デジタル流体分注システムにより分注される４つの異なる流体のための４つの流体チャンバを含む、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項５】
前記単一の半導体基板が、前記単一の半導体基板上の２次元マトリックスに設けられた前記流体ビアを含む、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項６】
前記単一の半導体基板が、前記単一の半導体基板上の１次元マトリックスに設けられた３つの流体ビアを含む、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジ。
【請求項７】
コンパクト筐体ユニットと、
請求項１に記載の開放式流体液滴吐出カートリッジと、
前記開放式流体液滴吐出カートリッジをｘ方向に基板上を進退させるための流体カートリッジ並進機構と、
前記基板をｘ方向と直交するｙ方向に前記開放式流体液滴吐出カートリッジの下で進退させるための基板並進機構と
を含む、
デジタル流体分注システム。
【請求項８】
前記開放式流体液滴吐出カートリッジと共に前記流体カートリッジ並進機構に設けられた、１以上の密封式流体液滴吐出カートリッジを更に含む、
請求項７に記載のデジタル流体分注システム。
【請求項９】
基板上に流体をデジタル的に分注する方法であって、
コンパクト筐体ユニットに収容された流体液滴吐出システムを提供するステップであって、前記流体液滴吐出システムが、
前記流体液滴吐出システムにより分注される１以上の流体を含む開放式流体液滴吐出カートリッジと、
前記開放式流体液滴吐出カートリッジをｘ方向に基板上を進退させるための流体カートリッジ並進機構と
前記基板をｘ方向と直交するｙ方向に前記開放式流体液滴吐出カートリッジの下を進退させるための基板並進機構と
を含み、
前記開放式流体液滴吐出カートリッジが、１以上の開口を有するカバーと、前記カバーの前記１以上の開口から垂れた流体漏斗と、１以上の流体チャンバに流体を導くため前記流体漏斗に取り付けられたチャンバセパレータと、前記１以上の流体チャンバからあふれた流体のための流体オーバーフローチャンバと、各前記１以上の流体チャンバに関連付く流体ビアと、前記流体ビアと流体連通している単一の半導体基板上の前記流体ビアに隣接する複数の流体吐出装置とを含む、ステップと、
前記開放式流体液滴吐出カートリッジの前記１以上の流体チャンバ内に１以上の流体をピペット分注するステップと、
前記流体液滴吐出システムを起動するステップと、
前記基板上に前記１以上の流体をデジタル的に分注するステップと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記基板並進機構が、前記基板を保持するための１以上のアダプタを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記開放式流体液滴吐出カートリッジが、複数の前記流体ビアを含む単一の半導体基板を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記単一の半導体基板が、前記単一の半導体基板上の２次元マトリックスに設けられた前記流体ビアを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記開放式流体液滴吐出カートリッジが、流体チャンバ充填の間に前記１以上の流体チャンバから空気を排出するため、前記チャンバセパレータと前記流体漏斗との間に設けられたエアギャップを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記流体液滴吐出システムが、前記流体液滴吐出システムにより分注される１以上の異なる流体を含む密封式流体液滴吐出カートリッジを含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記密封式流体液滴吐出カートリッジが、複数の流体ビアを含む単一の半導体基板を含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記開放式流体液滴吐出カートリッジが、前記流体液滴吐出システムにより分注される３又は４つの異なる流体を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記開放式流体液滴吐出カートリッジのカバーが、前記開放式流体液滴吐出カートリッジの前記３又は４つの流体チャンバに対応する３又は４つの開口を含む、
請求項９に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、現在係属中である、２０１９年１月４日付で出願された米国仮出願番号６２／７８８，２９０に関連する。
【０００２】
本開示は、基板の正確な領域に封じられた試料の分析を行うため、又は基板の所定の領域に材料の層を構築するため、基板の正確な領域上又は正確な領域内に1以上の流体を正確に分注するために用いられる装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
特に、医療分野において、自動化された試料調製と分析の必要性がある。分析は、比色分析、又は顕微鏡下で試料をより好ましく観察するため、試料の着色を要する可能性がある。そのような分析は、薬剤試料分析、血液試料分析、等を含む。例えば、血液の分析において、血液は個人の健康を判定するために用いられるいくつかの異なる要因を提供するため分析される。血液試料分析を要する多くの患者がいる場合、手順は非常に時間がかかるものとなる。また、結果が信頼できるものであるよう、試料の正確な調製の必要がある。複数の試料の微量滴定といった、正確で再現可能な結果を提供する分析機器の使用の恩恵を受けることのできる医療分野やその他の分野において、試料分析を要するその他の多くの状況がある。
【０００４】
多くの実験と検査手順にて、典型的にウェルプレート、スライドおよび他の基材が使用される。ウェルを充填する手順またはスポッティングの手順は、手作業又は高価な検査機器を用いて行われることが多い。場合によっては、ウェルは手動ピペットで充填される。その他の場合では、ウェルプレートの充填はピペット技術に基づいた高性能自動装置が使用される。そのような自動装置は開放式ウェル分注ヘッドを収容するのみである。開放式ウェル分注ヘッドは、使用前に分注ヘッドの開口内に少量の流体が堆積されなければならない分注ヘッドである。流体は、典型的にピペット又は類似の手段で手動で堆積される。分注ヘッドは、マイクロプレートをＸとＹ方向両方に動かす間、静止して保持される。これら高性能装置は非常に高価である。
【０００５】
マイクロ回路製造の分野において、基板上に回路装置を提供するため、流体は正確な位置に分注される必要がある。単位面積毎に分注される流体のボリュームは、典型的に、従来のインクジェット印刷技術により提供されるものよりも大きい。場合によっては、流体に化学的又は物理的変化を与えるため、異なる流体が基板上で共に組み合わされ、結果として生じる材料が所望の回路機能を果たすようにする。
【０００６】
マイクロ製造の他の分野も、基板内又は基板上の流体の正確な堆積を必要としうる。このため、基板上に所定のボリュームの1以上の流体を分注するために用いることができる方法と装置の必要性がある。また、システム内で容易に交換できる多目的な流体吐出カートリッジを用いて正確な位置に複数の流体を分注することのできる低コストなシステムの必要性もある。
【発明の概要】
【０００７】
上記を鑑み、本開示の１つの実施形態は、デジタル流体分注システム（digital fluid dispense system）により分注される１以上の流体を含む開放式流体分注吐出カートリッジと、流体をデジタル的に分注する方法を提供する。開放式流体分注吐出カートリッジは、１以上の開口を有するカバーと、カバーの各１以上の開口から垂れた流体漏斗と、流体を１以上の流体チャンバに導くための流体漏斗に取り付けられたチャンバセパレータと、１以上の流体チャンバからあふれた流体のための流体オーバフローチャンバと、各１以上の流体チャンバに関連付く流体ビアと、流体ビアと流体連通している単一の半導体基板上の、流体ビアに隣接した複数の流体吐出装置とを含む。
【０００８】
別の実施形態において、デジタル的に流体を分注する方法が提供される。この方法は、コンパクト筐体ユニットに収容された流体液滴吐出システムを提供するステップを含み、
流体液滴吐出システムが、
流体液滴吐出システムにより分注される１以上の流体を含む、開放式流体液滴吐出カートリッジと、
開放式流体液滴吐出カートリッジをｘ方向に基板上を進退させるための、流体カートリッジ並進機構と、
基板をｘ方向と直交するｙ方向に開放式流体液滴吐出カートリッジの下を進退させるための、基板並進機構と
を含み、
開放式流体液滴吐出カートリッジが、流体液滴吐出カートリッジから分注される１以上の異なる流体のための１以上の流体チャンバと、各１以上の流体チャンバのための流体オーバフローチャンバとを含む。
１以上の流体は、開放式流体液滴吐出カートリッジの１以上の流体チャンバ内に分注される。流体液滴吐出システムは、基板上に１以上の流体をデジタル的に分注するため作動される。
【０００９】
いくつかの実施形態において、流体液滴吐出システムのための基板並進機構は、基板を保持するための１以上のアダプタを含む。
【００１０】
他の実施形態において、開放式流体液滴吐出カートリッジは、複数の流体ビアと、複数の流体ビアに関連付く吐出装置とを含む、単一の半導体基板を含む。他の実施形態において、単一の半導体基板は、単一の半導体基板上の２次元マトリックスに設けられた、４つの流体ビアを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態において、流体チャンバ充填の間、１以上の流体チャンバから空気を排出するため、エアギャップ（air gap）がチャンバセパレータと流体漏斗との間に設けられる。
【００１２】
いくつかの実施形態において、開放式流体液滴吐出カートリッジは、デジタル分注システムにより分注される３又は４つの流体のための、３又は４つの流体チャンバを含む。他の実施形態において、開放式流体液滴吐出カートリッジは、３又は４つの流体チャンバに対応する３又は４つの開口を有する、カバーを含む。
【００１３】
いくつかの実施形態において、開放式流体液滴吐出カートリッジは、単一の半導体基板上の１次元マトリックスに設けられた３つの流体ビアを含む、単一の半導体基板を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態は、デジタル流体分注システムを提供し、デジタル流体分注システムは、コンパクト筐体ユニットと、開放式流体液滴吐出カートリッジと、開放式流体液滴吐出カートリッジをｘ方向に基板上で進退させるための流体カートリッジ並進機構と、基板を開放式流体液滴吐出カートリッジの下でｘ方向と直交するｙ方向に進退させるための基板並進機構とを含む。
【００１５】
いくつかの実施形態において、デジタル分注システム（デジタル流体分注システムである）は、１以上の開放式流体液滴吐出カートリッジと組み合わせて流体カートリッジ並進機構上に設けられた、１以上の密封式流体液滴吐出カートリッジを含む。
【００１６】
開示された実施形態の利点は、様々な流体分注の応用に用いることができ、分注される多様な流体に適合できる、流体をデジタル的に分注するための独特な低コストカートリッジを提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本開示の１つの実施形態によるデジタル分注システムの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図２】図２は、図１のデジタル分注システムの背面の、縮尺通りではない、立面図である。
【図３】図３は、図１のデジタル分注システムの、縮尺通りではない、破断斜視図である。
【図４】図４は、図１のデジタル分注システムと共に用いられる基板を保持するためのトレイの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図５】図５は、図４のトレイと共に用いられるスライドとマイクロウェルプレートのためのアダプタの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図６】図６は、図１の分注システムのためのマイクロウェルプレートを保持する図４のトレイの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図７】図７は、図１の分注システムのためのスライドアダプタとスライドを保持する図４のトレイの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図８】図８は、本開示の１つの実施形態による、開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図９】図９は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、分解図である。
【図１０】図１０は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジ内の流体チャンバの、縮尺通りではない、上面図である。
【図１１】図１１は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジ内に設けられたチャンバセパレータの、縮尺通りではない、上面図である。
【図１２】図１２は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジのための流体セパレータの、縮尺通りではない、上面斜視図である。
【図１３】図１３は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジのための流体セパレータの、縮尺通りではない、底面斜視図である。
【図１４】図１４は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、破断斜視図である。
【図１５】図１５は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、部分破断斜視図である。
【図１６】図１６は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジのための代替的なカバーの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図１７】図１７は、図８の開放式流体液滴吐出カートリッジのための代替的なカバーの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図１８】図１８は、図１６の代替的なカバーの、縮尺通りではない、上面図である。
【図１９】図１９は、図１７の代替的なカバーの、縮尺通りではない、上面図である。
【図２０】図２０は、本開示の別の実施形態による開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、斜視図である。
【図２１】図２１は、図２０の開放式流体液滴吐出カートリッジの、縮尺通りではない、分解図である。
【図２２】図２２は、図２０の開放式流体液滴吐出カートリッジの流体チャンバの、縮尺通りではない、上面図である。
【図２３】図２３は、図２０の流体液滴吐出カートリッジのためのカバーの上面図である。
【図２４】図２４は、図２０の開放式流体液滴吐出カートリッジに設けられたチャンバセパレータの、縮尺通りではない、上面図である。
【図２５】図２５は、単一の半導体基板上の吐出装置のための流体ビアの２次元マトリックスの平面図である。
【図２６】図２６は、単一の半導体基板上の吐出装置のための流体ビアの代替的な２次元マトリックスである。
【図２７】図２７は、第１のサイズの流体吐出器のための、流体ビアの２次元マトリックスの、流体ビアに隣接する流体吐出器のアドレス体系である。
【図２８】図２８は、第２のサイズの流体吐出器のための、流体ビアの２次元マトリックスの、流体ビアに隣接する流体吐出器のアドレス体系である。
【図２９】図２９は、第３のサイズの流体吐出器のための、流体ビアの２次元マトリックスの、流体ビアに隣接する流体吐出器のアドレス体系である。
【図３０】図３０は、開放式及び密閉流体液滴吐出カートリッジ両方を含む、本開示によるデジタル分注システムの、破断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１〜図７を参照し、基板上に１以上の流体のある量を正確に分注するためのデジタル分注装置１０が示される。高性能デジタル分注装置とは異なり、本発明の装置１０は、以下に詳細に説明されるように、第１の方向に進退する吐出ヘッドと、第１の方向と直交する第２の方向に進退する基板を移動させるためのトレイ１４とに基づく。開示される装置１０は、開放式分注ヘッドだけでなく、開放式及び密封式分注ヘッドを許容する。トレイ１４は、マイクロウェルプレート、ガラススライド、電子回路板等を含むがこれらに限定されない多様な基板に適合可能である。
【００１９】
分注ヘッドカートリッジ１２とヘッド移動機構１６（図３）が、長方形のプリズム状のボックス１８に含まれる。起動スイッチ２０が、装置１０を起動するためボックス１８上に含まれる。ボックス１８（図２）の背面側２２は、基板上に流体を分注するためトレイ１４をボックス１８を通って第２の方向に移動させるための開口２４を含む。ＵＳＢポート２６が、デジタル分注システム１０をコンピュータ又はデジタル表示装置に接続するため、ボックス１８の背面側２２に提供される。電力はボックス１８の背面側２２上の電力入力ポート２８を通じてシステム１０に提供される。
【００２０】
トレイ１４と、トレイのためのアダプタ３２、３４が、図４と図５に表される。アダプタ３２はガラススライド３６を保持する大きさにされており、ウェルプレートアダプタ３４はマイクロウェルプレート３８を保持する大きさにされている。トレイ１４は、アダプタ３２と３４、又はその上に流体を分注する基板を保持するための凹部領域４０を有する。図６は、トレイ１４の凹部領域４０に設けられたウェル４２を含むウェルプレート３８を表す。図７は、トレイ１４のスライドアダプタ３２上のスライド３６を表す。
【００２１】
図１のデジタル分注装置１０と共に用いられる流体カートリッジとその部品が、図８〜図２４に表される。図８は、本開示の１つの実施形態による、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０の、縮尺通りではない、斜視図である。開放式流体液滴吐出カートリッジ５０は、カートリッジ本体５２とカバー５４とを含む。図９は、図８の開放流体液滴吐出カートリッジ５０の分解図であり、カバー５４から垂れた流体漏斗５６と、流体を吐出ヘッド基板６０へ導くチャンバセパレータ５８とを示す。吐出ヘッド基板６０は、吐出ヘッド基板６０上の吐出装置を起動するため、フレキシブル回路６２に取り付けられる。吐出ヘッド基板６０上の吐出装置は、以下の図１０に表されるような流体ビア６６の１次元アレイに隣接して設けられる。
【００２２】
図１０と図１１は、１以上の流体チャンバ６４（図１０）と、カートリッジ本体５２に設けられたチャンバセパレータ５８とを示す、カバー５４が取り外された開放式流体液滴吐出カートリッジ５０の上面図である。チャンバセパレータ５８の更なる詳細は、図１２（上面斜視図）と図１３（底面斜視図）に表される。チャンバセパレータ５８は、流体ビア６６に隣接する複数の吐出ヘッドによる流体吐出のため、流体を流体漏斗５６から吐出ヘッド基板６０の並列ビア６６（図１０）へ向け導く。吐出装置は、従来の抵抗加熱式吐出装置、バブルポンプ射出装置、圧電吐出装置であってよい。チャンバセパレータ５８の特徴は、あふれた流体を流体漏斗５６からカートリッジ本体５２のオーバーフロー領域７０（図１０）へ導くチャンバーセパレータの間隙６８を設けることである。図１４は、流体漏斗５６が領域７２においてチャンバセパレータ５８よりも僅かに大きいことを示しており、もし流体チャンバ６４があふれても、流体はチャンバセパレータ５８の頂部を超えて間隙６８内に流れ、そこで他のあふれた流体と混合され、このように流体間の汚染の可能性を避ける。オーバーフロー領域７０はカートリッジ本体５２の未使用領域である。
【００２３】
図１５は、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０の更なる例示を提供する。図１５において、漏斗５６はチャンバセパレータ５８に隣接する周囲７４を有し、チャンバセパレータ５８の周囲７６よりも僅かに大きい。従って、もし過度の流体が流体チャンバ６４に加えれても、流体は間隙６８内にあふれる。チャンバセパレータ５８の周囲よりも小さい漏斗５６の周囲７４も、流体チャンバ６４が充填されるとき流体からの空気の放出を促進する。漏斗５６とチャンバセパレータ５８の周囲のサイズの差異は、流体チャンバ６４内に設けられる流体の粘度と表面張力に調整することができる。
【００２４】
図１６〜図１９は、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０のカバーの代替的な開口を表す。図１６において、開口８０はカバー５４に２次元アレイにて設けられる。図１７において、カバー８２は、それぞれがカバー５４の開口８０よりも大きい平行な長方形の開口８４を含む。従って、図１８と図１９に示されるように、カバー５４から垂れた漏斗５６は、カバー８２から垂れた漏斗８６よりも実質的に小さい、両実施形態は比較的大きく、深い流体漏斗５６と８６を伴うカバー設計を提供し、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０をピペットで手動で充填するときの失敗を効果的に減少させることができる。
【００２５】
図２０〜図２９を参照し、代替的な開放式流体液滴吐出カートリッジ９０が表される。前記の実施形態のように、開放式流体液滴吐出カートリッジ９０は、カートリッジ本体９２とカバー９４とを含む。ただし、開放式流体液滴吐出カートリッジ５０とは異なり、開放式流体液滴吐出カートリッジ９０は、カバー９４に４つの開口９６を含む。従って、カバー９４から垂れた４つの流体漏斗９８が存在する。同様に、カートリッジ本体９２に設けられたチャンバセパレータ１００は、４つの流体を半導体基板１０２の流体ビアに流すよう設計される。上述したように、フレキシブル回路１０４が、半導体基板１０２上のビアに隣接する吐出装置を作動させるための、半導体基板１０２への電気接続を提供する。
【００２６】
図２２〜図２４は、開放式流体液滴吐出カートリッジ９０の他の様態を表す。図２２において、流体チャンバ１０８を互いに分離するため、共通のチャンバ壁１０６が提供される。図２３は、漏斗９８が如何にして流体を流体チャンバ１０８内に導くかを示す。図２４は、カートリッジ本体９２のチャンバセパレータ１００の向きを示す。従って、第２の実施形態は、デジタル分注システム１０を用いて基板上に４つの異なる流体までを吐出するために用いることができる開放式流体液滴吐出カートリッジ９０を提供する。
【００２７】
上述したカバーと開放式流体液滴吐出カートリッジの実施形態の全ては、大きく深い漏斗５６、８６、９８と組み合わせた比較的大きい開口８０、８４、９６を伴うカバー設定を提供し、これはピペットで開放式流体液滴吐出カートリッジ５０と９０を手動で充填するときの失敗を効果的に減少させることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態において、デジタル分注システム１０は、マイクロウェルプレート３８（図６）に流体を堆積するために用いられることができる。実験のためのマイクロウェルプレートの充填は、時間を要する手動のタスクである。マイクロウェルプレート３８の準備に要する時間を削減するため、複数のウェル４２内に同時に流体を堆積できることが望ましい。しかし、従来のデジタル分注システムには、単一の軸に沿って直線状に配置された分注ヘッドを有するものが存在する。流体吐出器を含む分注ヘッドチップは、そのような分注ヘッド上に個別に配置される。本開示は、単一の半導体基板１０２上の複数の流体ビアを組み合わせることにより、改善した流体分注システム１０を提供し、流体ビアは二次元マトリックスに配置される。そのような２次元マトリックスは、マイクロウェルプレート３８のウェル４２を充填する時間を大幅に減少することができる。２次元マトリックスは、半導体基板上の個々の吐出ヘッドを機械的に配置するのではなく、流体ビアがフォトリソグラフィ技術を通じて形成されることから、流体ビアとマイクロウェルプレート３８との間の位置合わせも改善する。２×２マトリックス、４×２マトリックス、４×４マトリックスといった、８×２マトリックス又は８×４マトリックスまでを含むがこれに限定されない、流体ビアの様々な２次元マトリックスが用いられてよい。
【００２９】
図２５は、半導体基板１０２上の２×２マトリックスで設けられた４つの流体ビア１１０Ａ〜１１０Ｄを含む、半導体基板１０２の平面図である。吐出装置は、従来の方法で流体ビアの両側に設けられる。流体ビア１１０Ａと１１０Ｂは、マイクロウェルプレート３８上のウェル４２の間隔に対応する、中心間距離Ｄ１の間隔で離れている。いくつかの実施形態において、流体ビア１１０Ａと１１０Ｂとの間の中心間距離Ｄ１は、約２〜約９ミリメートル（ｍｍ）の範囲である。いくつかの実施形態において、流体ビア１１０Ａと１１０Ｂとの間の中心間距離Ｄ１は、約４．５ｍｍである。円１１２Ａ〜１１２Ｄは、マイクロウェルプレート３８のウェル４２の底部を表し、直径約２０００ミクロンである。流体ビア１１０Ａと流体ビア１１０Ｃとの間の中心間距離Ｄ２も、約４．５ｍｍといった、約２〜約９ｍｍの範囲である。流体ビア１１０Ａと１１０Ｃ、又は１１０Ｂと１１０Ｄの間の距離Ｄ３は、約２．５ｍｍ〜約３．２ｍｍといった、約１〜約５ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態において、基板は約７〜約１０ｍｍの長さＬと、約５〜約７ｍｍの幅Ｗを有する。
【００３０】
流体ビアの代替的な実施形態である１１４Ａ〜１１４Ｄが図２６に示される。基板１１６上の流体ビア１１４Ａ〜１１４Ｂは、流体ビア１１０Ａ〜１１０Ｂとは異なる距離Ｄ４の間隔で離れている。１つの実施形態において、流体ビア１１４Ａと１１４Ｂは、約３．５ｍｍといった約２〜約４ｍｍの中心間距離Ｄ４の間隔で離れており、流体ビア１１４Ｂと１１４Ｄは、約４．２ｍｍといった約３．５〜約５ｍｍの中心間距離Ｄ５の間隔で離れている。流体ビア１１４Ａと１１４Ｃ、又は１１４Ｂと１１４Ｄの間の距離Ｄ６は、約１．７ｍｍといった約１〜約２ｍｍの範囲である。流体ビア１１０Ａ〜１１０Ｄがウェル４２の底部の直径１１２Ａ〜１１２Ｄよりも僅かに小さい長さＬを有するのに対し、流体ビア１１４Ａ〜１１４Ｄはウェル４２の底部の直径１１２Ａ〜１１２Ｄよりも大きい長さＬを有する。
【００３１】
図２７〜図２９は、２次元マトリックスを含む半導体基板１０２又は１１６のためのアドレス指定構造を表し、Ｐ１〜Ｐ８は流体ビアの両側に設けられた吐出装置の発射をシーケンスするためのプリミティブ型アドレスである。流体ビア１１４Ａ〜１１４Ｃの周囲の数字は、各吐出ヘッドの流体吐出器を表す。図２７において、各流体吐出器は例えば１２ｐＬの流体を分注する。応用によっては、流体ビア１１４Ａ又は１１４Ｃの流体吐出器の配列に沿った小さな液滴重量の流体吐出器を有することが望ましい。図２７において、流体吐出器のサイズが小さいため、プリミティブ型アドレスＰ１、Ｐ２、Ｐ７、Ｐ８に関連付く４０の流体吐出器があり、プリミティブ型アドレスＰ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６に関連付く２０の流体吐出器がある。図２８において、流体吐出器はより大きく、２４ｐＬの液滴を吐出する。従って、やはりプリミティブ型アドレスＰ１、Ｐ２、Ｐ７、Ｐ８に関連付く４０の流体吐出器を有するが、プリミティブ型アドレスＰ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６に関連付くのは６つの流体吐出器のみである。別の代替的な実施形態において、図２９に示されるように、４８ｐＬの流体を分注する流体吐出器が、ビア１１８Ａと１１８Ｃに沿って設けられる。この実施形態において、３０の流体吐出器が各プリミティブ型アドレスＰ１、Ｐ２、Ｐ７、Ｐ８に関連付く。吐出器のサイズに関わりなく全ての流体吐出器の間で共通のアドレス指定体系を共有することは、システム統合の複雑さを軽減する。
【００３２】
従って、本開示によるデジタル分注システム１０は、吐出ヘッドの２次元マトリックスに設けられた図２５と図２６に表された流体吐出器ヘッドを用いて、マイクロウェルプレート３８のウェル４０内、スライド３６上、回路板基板上、又はその他の基板上に流体を堆積するために用いることができる。吐出ヘッドの２次元マトリックスは、吐出ヘッド間の改善された位置合わせ精度を提供し、より正確な、マイクロウェルプレートの充填、ガラススライド上の液滴の配置、又は回路板基板上の流体の堆積を可能とする。共通の電子アドレス指定構造により、図２７と図２８を参照して上述したように、複数の吐出器流体ボリュームが、同一の分注システムにおいてデジタル的にサポートされることができる。
【００３３】
上述したデジタル分注システム１０は、１以上の開放式流体液滴吐出カートリッジ５０又は９０を含むことができ、又は代替的な実施形態において、デジタル分注システム１２０（図３０）は、開放式流体液滴吐出カートリッジ１２２と予め充填された流体液滴吐出カートリッジ１２４の両方を含むことができる。予め充填されたカートリッジ１２４は、密封式流体液滴吐出カートリッジとも言及される。開放式流体液滴吐出カートリッジ１２２は、使用時にユーザが流体の少量をカートリッジ１２２に加えることを可能とする。開放式流体液滴吐出カートリッジ１２２はピペットカートリッジとして言及され、血液学といった生物学的分析分野で用いられうる。
【００３４】
前述の実施形態は３又は４の流体のための流体液滴吐出カートリッジを特に説明したが、各流体液滴吐出カートリッジは単一の流体又は２つの異なる流体を分注するために構成されてよい。
【００３５】
本明細書及び添付の特許請求の範囲で用いられる単数形「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」は、明示的かつ明確に1つの指示物に限定されない限り、複数の指示物を含むことに留意されたい。本明細書で用いられる「ｉｎｃｌｕｄｅ」という用語およびその文法上の変形は、リスト内の項目の列挙が、リストされた項目を置換または追加できる他の同様の項目を除外しないよう、非限定的であることを意図している。
【００３６】
本明細書および添付の特許請求の範囲では、特に明記しない限り、量、比率又は割合を表す全ての数字及び本明細書及び特許請求の範囲で使用されるその他の数値は、全ての場合に用語「約」によって改変されると理解されるべきである。従って、そうでないと示されない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載される数値パラメータは、本開示により得ることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。少なくとも、そして請求項の範囲に対する均等論の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメーターは、少なくとも、述べられた有効数字の数を考慮し、そして通常の丸め手法を適用することにより、解釈されるべきである。
【００３７】
特定の実施形態について説明したが、出願人または他の当業者には、現在予測しない、又は予測できない、代替、修正、変形、改善、及び実質的な均等物が生じうる。従って、添付の提出された特許請求の範囲と修正された特許請求の範囲は、そのようなすべての代替、修正、変形、改善、及び実質的な均等物を包含することを意図している。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１２０：デジタル分注システム
１２：分注ヘッドカートリッジ
１４：トレイ
１８：ボックス
２０：起動スイッチ
２２：背面側
２４：開口
２６：ＵＳＢポート
２８：電力入力ポート
３２：スライドアダプタ
３４：ウェルプレートアダプタ
３６：ガラススライド
３８：マイクロウェルプレート
４０：凹部領域
４２：ウェル
５０、９０、１２２：開放式流体液滴吐出カートリッジ
５２、９２：カートリッジ本体
５４、８２、９４：カバー
５６、８６、９８：流体漏斗
５８、１００：チャンバセパレータ
６０：基板
６２：フレキシブル回路
６４、１０８：流体チャンバ
６６：流体ビア
６８：ギャップ
７０：オーバーフロー領域
７２：領域
７４、７６：周囲
８０、９６：開口
１０２：半導体基板
１０６：共通するチャンバ壁
１１０Ａ〜Ｄ、１１４Ａ〜１１４Ｄ、１１６Ａ、１１６Ｃ、１１８Ａ、１１８Ｃ：流体ビア
１１２Ａ〜Ｄ：丸
１２４：密封式流体液滴吐出カートリッジ
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ４、Ｄ５：中心間距離
Ｄ３、Ｄ６：距離
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２：長さ
Ｗ：幅
Ｐ１〜８：プリミティブ型アドレス
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３０】
2020126043.tif 000033
【外国語明細書】
2020126043.tif 000034
2020126043.tif 000035
2020126043.tif 000036
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2020126043.tif 000038
2020126043.tif 000039
2020126043.tif 000040
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2020126043.tif 000048
【図１】
2020126043.tif 000049
【図２】
2020126043.tif 000050
【図３】
2020126043.tif 000051
【図４】
2020126043.tif 000052
【図５】
2020126043.tif 000053
【図６】
2020126043.tif 000054
【図７】
2020126043.tif 000055
【図８】
2020126043.tif 000056
【図９】
2020126043.tif 000057
【図１０】
2020126043.tif 000058
【図１１】
2020126043.tif 000059
【図１２】
2020126043.tif 000060
【図１３】
2020126043.tif 000061
【図１４】
2020126043.tif 000062
【図１５】
2020126043.tif 000063
【図１６】
2020126043.tif 000064
【図１７】
2020126043.tif 000065
【図１８】
2020126043.tif 000066
【図１９】
2020126043.tif 000067
【図２０】
2020126043.tif 000068
【図２１】
2020126043.tif 000069
【図２２】
2020126043.tif 000070
【図２３】
2020126043.tif 000071
【図２４】
2020126043.tif 000072
【図２５】
2020126043.tif 000073
【図２６】
2020126043.tif 000074
【図２７】
2020126043.tif 000075
【図２８】
2020126043.tif 000076
【図２９】
2020126043.tif 000077
【図３０】
2020126043.tif 000078