ПРОТОЧНАЯ ЯЧЕЙКА С ГИБКИМ СОЕДИНЕНИЕМ
FLOW CELL WITH FLEXIBLE CONNECTION

Отсылка к родственным заявкам
[0001] Настоящая заявка является непредварительной и испрашивает приоритет согласно дате подачи предварительной заявки на патент США №62/671,481, поданной 15 мая 2018 г. и озаглавленной «Проточная ячейка с гибким соединением», содержание которой включено в настоящую заявку посредством отсылки. По настоящей заявке также испрашивается приоритет согласно заявке на патент Нидерландов №2021147, поданной 18 июня 2018 г. и озаглавленной «Проточная ячейка с гибким соединением», содержание которой включено в настоящую заявку посредством отсылки.
Уровень техники
[0002] Многие приборы, где применяются микрофлюидные устройства, могут содержать систему управления реагентами (СУР), выполненную с возможностью выбора реагентов из множества реагентов и направления их потока к проточной ячейке, причем СУР и проточная ячейка могут быть жестко соединены (т.е. соединены так, чтобы положения СУР и проточной ячейки оставались по существу фиксированными относительно друг друга). Например, система управления реагентами может включать в себя множество лунок для реагентов, вмещающих разнообразные реагенты, причем каждая лунка для реагента может быть соединена с поворотным клапаном-переключателем. Положение поворотного клапана выравнивают относительно каждой лунки для реагента для выбора какого-либо реагента. Далее выбранные реагенты направляют по общей линии от поворотного клапана к впускному окну проточной ячейки.
[0003] Аналиты, например, сегменты ДНК, цепочки нуклеотидов или т.п., могут быть расположены в проточном канале. Выбранные реагенты могут протекать через проточную ячейку для осуществления различных управляемых химических реакций на аналитах. Химические реакции могут влиять на некоторые детектируемые свойства, относящиеся к аналитам. Например, одним из таких детектируемых свойств может быть излучение аналитами фотонов света.
[0004] В пределах прибора может быть расположен модуль детектирования (например, модуль визуализации). Модуль детектирования выполнен с возможностью сканирования проточной ячейки для детектирования детектируемых свойств. Далее схема устройства в пределах прибора может обрабатывать и передавать сигналы данных, сформированные исходя из детектированных свойств. Далее сигналы данных можно проанализировать для выявления свойств аналитов.
[0005] При этом проточные ячейки во многих приборах очень чувствительны к вибрациям в процессе детектирования. Кроме того, для детектирования малых объектов (например, фотонов света от аналитов) в проточной ячейке, модуль детектирования зачастую может быть расположен относительно проточной ячейки с точностью до микронов (например, плюс-минус 100 микрон или менее).
[0006] Так как СУР и проточная ячейка могут быть жестко соединены без возможности перемещения в пределах прибора, модуль детектирования - это то, что можно перемещать относительно проточной ячейки во время сканирования им проточной ячейки. При этом модуль детектирования может превосходить проточную ячейку по весу и размерам на несколько порядков. Поэтому точное позиционирование модуля детектирования может быть затруднено. Кроме того, относительно крупногабаритная манипуляционная техника, необходимая для позиционирования модуля детектирования, может вызвать непреднамеренную вибрацию проточной ячейки. Более того, из-за размера модуля детектирования и соответствующей манипуляционной техники, сканирование в нескольких положениях по всей площади проточной ячейки требует больших затрат денег и времени.
Раскрытие изобретения
[0007] Раскрываемое изобретение обеспечивает преимущества перед прототипами и альтернативные им решения за счет создания проточной ячейки, соединенной по текучей среде с системой управления реагентами (СУР) посредством гибкого соединения. Гибкое соединение обеспечивает возможность перемещения проточной ячейки относительно базовой точки на приборе, при этом СУР неподвижна относительно базовой точки. По существу, проточная ячейка выполнена с возможностью перемещения относительно модуля детектирования прибора, при этом модуль детектирования также удерживают в неизменном положении относительно базовой точки. Кроме того, отсутствие жесткого соединения проточной ячейки с СУР позволяет позиционировать проточную ячейку относительно фиксированной базовой точки на приборе более точно, чем СУР или модуль детектирования.
[0008] СУР и проточная ячейка могут быть заключены в картридж, выполненный с возможностью отсоединения от прибора, причем проточная ячейка может быть или может не быть выполнена с возможностью отсоединения от картриджа. Или же СУР может быть жестко прикреплена к прибору, а проточная ячейка выполнена с возможностью отсоединения от прибора.
[0009] Кроме того, проточная ячейка и гибкое соединение могут быть скомпонованы вместе и быть включены в состав модуля гибкого соединения. Модуль гибкого соединения может быть соединен с картриджем или с прибором. Модуль может быть или может не быть выполнен с возможностью разъемного соединения с СУР в картридже или приборе.
[0010] Так как проточная ячейка гораздо легче и меньше, чем модуль детектирования, в перемещении проточной ячейки может быть задействована манипуляционная техника, чьи размеры и стоимость меньше, чем у той, что может быть задействована в перемещении модуля детектирования. Кроме того, перемещение проточной ячейки, а не модуля детектирования, позволяет уменьшить вибрации, могущие повлиять на точность детектирования фотонов света или иных видов детектируемых свойств, относящихся к аналитам, расположенным в проточной ячейке. Кроме того, проточная ячейка может быть перемещена в различные положения быстрее, чем можно перемещать модуль детектирования для сканирования и детектирования детектируемых свойств.
[0011] Кроме того, даже если модуль детектирования является подвижным, а проточная ячейка - неподвижной относительно базовой точки прибора, гибкое соединение может обеспечивать преимущество, состоящее в уменьшении вибраций, передаваемых СУР на проточную ячейку. Это обусловлено тем, что гибкое соединение может гасить вибрации, создаваемые СУР, при их передаче через гибкое соединение.
[0012] Согласно одному или нескольким аспектам раскрываемого изобретения, прибор включает в себя систему управления реагентами (СУР), выполненную с возможностью расположения в приборе. СУР включает в себя множество лунок для реагентов, при этом каждая лунка для реагента выполнена с возможностью вмещения реагента из множества размещенных в системе реагентов. СУР выполнена с возможностью выбора потока реагента из множества реагентов. Гибкое соединение также выполнено с возможностью расположения в приборе. Гибкое соединение включает в себя первый гибкий канал, связанный по текучей среде с СУР. Первый гибкий канал выполнен с возможностью направления потока реагента. Проточная ячейка также выполнена с возможностью расположения в приборе. Проточная ячейка включает в себя проточный канал, связанный по текучей среде с первым гибким каналом. Проточный канал выполнен с возможностью направления потока реагента поверх аналитов, расположенных в проточном канале. Гибкое соединение обеспечивает возможность перемещения проточной ячейки прибором относительно фиксированной базовой точки в приборе.
[0013] Согласно одному или нескольким аспектам раскрываемого изобретения, картридж прибора включает в себя систему управления реагентами (СУР), выполненную с возможностью выбора потока реагента из множества реагентов, содержащихся в СУР. Гибкое соединение выполнено с возможностью расположения в картридже. Гибкое соединение включает в себя первый гибкий канал, связанный по текучей среде с СУР. Первый гибкий канал выполнен с возможностью направления потока реагента. Проточная ячейка выполнена с возможностью расположения в картридже. Проточная ячейка включает в себя проточный канал, связанный по текучей среде с первым гибким каналом. Проточный канал выполнен с возможностью направления потоков реагентов поверх аналитов, расположенных в проточном канале. Когда картридж введен в зацепление с прибором, гибкое соединение обеспечивает возможность перемещения проточной ячейки прибором относительно фиксированной базовой точки в приборе.
[0014] Согласно одному или нескольким аспектам раскрываемого изобретения, модуль гибкого соединения включает в себя гибкое соединение и проточную ячейку. Гибкое соединение включает в себя сквозное отверстие входа в первый канал, сквозное отверстие выхода из первого канала и связанный с ними по текучей среде первый гибкий канал. Сквозное отверстие входа в первый канал включает в себя гидравлическое уплотнение, выполненное с возможностью соединения с выпускным окном СУР и пропускания через себя потока реагента. Проточная ячейка включает в себя впускное окно, выпускное окно и проточный канал, выполненный с возможностью связи между ними по текучей среде. Впускное окно связано по текучей среде со сквозным отверстием выхода из первого канала гибкого соединения. Проточный канал выполнен с возможностью направления потока реагента поверх аналитов, расположенных в проточном канале.
Краткое описание чертежей
[0015] Более полное представление о раскрываемом изобретении можно получить из нижеследующего раздела «Осуществление изобретения» совместно с прилагаемыми чертежами, из которых:
[0016] ФИГ. 1 - пример блок-схемы прибора согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0017] ФИГ. 2 - пример блок-схемы прибора с картриджем согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0018] ФИГ. 3 - пример более детальной принципиальной схемы прибора на ФИГ. 2 согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0019] ФИГ. 4 - пример блок-схемы прибора на ФИГ. 3 согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0020] ФИГ. 5А - пример упрощенного вида в аксонометрии модуля гибкого соединения и части СУР, с которой модуль может быть соединен согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0021] ФИГ. 5В - пример вида сбоку в поперечном разрезе модуля гибкого соединения на ФИГ. 5А согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0022] ФИГ. 6 изображает в разобранном виде пример гибкого соединения, содержащего верхний слой, нижний слой и промежуточный слой согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0023] ФИГ. 7А - пример вида в аксонометрии гибкого соединения на ФИГ. 6 согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0024] ФИГ. 7В - пример вида спереди гибкого соединения на ФИГ. 6 согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0025] ФИГ. 8 - пример графика зависимости разрывного давления от отношения ширины стенки к ширине канала согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0026] ФИГ. 9А - пример вида спереди гибкого соединения с промежуточным пакетом подслоев, в котором 50 процентов по объему подслоев составляет адгезив согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0027] ФИГ. 9В - пример вида спереди гибкого соединения с промежуточным пакетом подслоев, в котором 25 процентов по объему подслоев составляет адгезив согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0028] ФИГ. 10 - пример пары графиков зависимости усилия от смещения для прямого гибкого соединения без щели и прямого гибкого соединения со щелью соответственно согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0029] ФИГ. 11 - пример пары графиков зависимости усилия от смещения для прямого гибкого соединения и S-образного гибкого соединения соответственно согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0030] ФИГ. 12А - пример пары графиков зависимости усилия от смещения для гибкого соединения лазерной сваркой и клееного гибкого соединения соответственно согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0031] ФИГ. 12В изображает в разобранном виде в аксонометрии гибкое соединение лазерной сваркой на ФИГ. 12А согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0032] ФИГ. 12С изображает в разобранном виде в аксонометрии клееное гибкое соединение на ФИГ. 12А согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0033] ФИГ. 13А - вид сверху примера элемента снятия механического напряжения, жестко соединенного с гибким соединением, в котором элемент снятия напряжения выполнен в виде эпоксидного шарика, согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0034] ФИГ. 13В - вид сбоку примера элемента снятия механического напряжения на ФИГ. 13А согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0035] ФИГ. 13С - вид снизу в аксонометрии примера элемента снятия механического напряжения на ФИГ. 13А согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0036] ФИГ. 14А - вид сверху примера элемента снятия механического напряжения, жестко соединенного с гибким соединением, в котором элемент снятия напряжения выполнен в виде желоба, согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0037] ФИГ. 14В - вид сбоку примера элемента снятия механического напряжения на ФИГ. 14А согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0038] ФИГ. 14С - вид в аксонометрии примера элемента снятия механического напряжения на ФИГ. 14А согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0039] ФИГ. 15А - вид сверху примера элемента снятия механического напряжения, жестко соединенного с гибким соединением, в котором элемент снятия напряжения выполнен в виде цельной детали с первым адгезивом и вторым адгезивом на ней, согласно аспектам раскрываемого изобретения;
[0040] ФИГ. 15В - вид сбоку примера элемента снятия механического напряжения на ФИГ. 15А согласно аспектам раскрываемого изобретения; и
[0041] ФИГ. 15С - вид в аксонометрии примера элемента снятия механического напряжения на ФИГ. 15А согласно аспектам раскрываемого изобретения.
Осуществление изобретения
[0042] Далее будут раскрыты некоторые примеры для формирования общего представления о принципах конструкции, функционирования, изготовления и применения способов, систем и устройств, раскрытых в настоящем описании. Один или несколько примеров проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Специалистам в данной области техники будет понятно, что конкретные способы, системы и устройства, раскрытые в настоящем описании и проиллюстрированные на прилагаемых чертежах, не являются ограничивающими примерами, а также то, что объем настоящего раскрытия определен исключительно пунктами формулы изобретения. Отличительные признаки, проиллюстрированные или раскрытые на одном примере, могут быть скомбинированы с отличительными признаками других примеров. Предполагается, что подобные модификации или варианты входят в объем настоящего раскрытия.
[0043] Слова «по существу», «приблизительно», «около», «относительно» и им подобные, могущие встречаться в тексте настоящего раскрытия, в том числе - в формуле изобретения, служат для обозначения и учета незначительных отклонений, например тех, что обусловлены разбросом параметров при обработке. В число таких незначительных отклонений также входит нулевое отклонение от опорного значения или параметра. Например, они могут означать допуск не более ± 10%, например, не более ± 5%, например, не более ± 2%, например, не более ± 1%, например, не более ± 0.5%, например, не более ± 0.2%, например, не более ± 0.1%, например, не более ± 0.05%.
[0044] ФИГ. 1 изображает пример блок-схемы прибора 100 согласно аспектам раскрываемого изобретения. Прибор 100 может представлять собой прибор секвенирования или иной прибор, в котором применены микрофлюидные устройства.
[0045] Прибор 100 включает в себя проточную ячейку 102, связанную по текучей среде с системой 104 управления реагентами (СУР), причем СУР 104 и проточная ячейка 102 механически и гибко соединены друг с другом посредством гибкого соединения 106. СУР 104 выполнена с возможностью выбора и направления потоков множества реагентов 108, 109, 110, 111, 112, 114, 116,118 (здесь - 108-118) (подробнее показаны на ФИГ. 3) к проточной ячейке 102. В контексте настоящего документа слово «гибкий» и производные от него означают способность к сворачиванию, наклону или скручиванию без разрушения или утраты функциональности.
[0046] Проточная ячейка 102 включает в себя впускное окно 120 и выпускное окно 122, соединенные друг с другом проточным каналом 124 (подробнее показан на ФИГ. 3). Аналиты 140 (подробнее показаны на ФИГ. 3), например, сегменты ДНК, цепочки нуклеотидов или нечто подобное, могут быть расположены в проточном канале 124.
[0047] Выбранные реагенты 108-118 могут течь по проточному каналу 124 проточной ячейки 102 с возможностью направления их потоков поверх аналитов 140 для осуществления разнообразных управляемых химических реакций аналитов с реагентами 108-118 в заранее определенной последовательности. Одним примером химической реакции реагента с аналитами в проточной ячейке является доставка реагентом распознаваемой метки (например, флуоресцентно-меченой молекулы нуклеотида или нечто подобного) с возможностью мечения ею аналитов. Далее свет возбуждения может быть направлен через верхний слой проточной ячейки (или любую другую часть проточной ячейки) к аналитам, в результате чего происходит испускание фотонов света флуоресцентной меткой на помеченных ею аналитах. Модуль 126 детектирования (например, модуль визуализации) прибора 100 может сканировать и/или детектировать испускаемые фотоны света во время процесса детектирования.
[0048] Модуль 126 детектирования может быть или может не быть выполнен с возможностью перемещения относительно фиксированной базовой точки на приборе 100 во время процесса детектирования. Например, модуль 126 детектирования можно перемещать, удерживая при этом проточную ячейку 102 неподвижной относительно базовой точки для сканирования проточного канала 124 на предмет испускаемых фотонов света. Или же, например, модуль 126 детектирования можно удерживать неподвижным, а проточную ячейку 102 перемещать относительно базовой точки прибора для сканирования проточного канала 124 проточной ячейки 102.
[0049] Далее схема устройства в пределах прибора 100 может обрабатывать и передавать сигналы данных, сформированные исходя из результатов детектирования фотонов. Далее сигналы данных можно проанализировать для выявления свойств аналитов 140.
[0050] Несмотря на то, что модуль 126 детектирования в данном примере проиллюстрирован как модуль визуализации с возможностью детектирования фотонов света, возможно применение иных видов модулей 126 детектирования и схем детектирования для детектирования иных видов детектируемых свойств, относящихся к аналитам 140. Например, в число детектируемых свойств, относящихся к аналитам 140, могут входить фотоны света, электрические заряды, магнитные поля, электрохимические свойства, изменения рН или нечто подобное. Более того, модуль 126 детектирования может, помимо прочего, включать в себя сенсорные устройства, которые могут быть заделаны в проточную ячейку 102, или установлены в приборе 100 вне проточной ячейки 100, или расположены в какой-либо комбинации вышеперечисленного. Химические реакции между реагентами 108-118 и аналитами 140 побуждают аналиты оказывать влияние на детектируемые свойства.
[0051] В контексте настоящего документа выражение «оказывать влияние на детектируемые свойства» и производные от него означает, в том числе, вызывать возникновение или изменение детектируемого свойства с возможностью обнаружения этого возникновения или изменения модулем 126 детектирования. Например, оказание влияния на детектируемое свойство может включать в себя: побуждение испускания флуоресцентными метками, которыми помечены аналиты 140, испускаемых фотонов света, изменение или создание электромагнитного поля, изменение рН или нечто подобное.
[0052] Модуль 126 детектирования может быть оборудован всеми камерами и/или сенсорами, подходящими и/или нужными для детектирования подвергающихся влиянию детектируемых свойств. Или же некоторые сенсоры могут быть заделаны в саму проточную ячейку с возможностью связи между сенсорами и модулем 126 детектирования.
[0053] Гибкое соединение 106 обеспечивает возможность перемещения проточной ячейки 102 относительно фиксированной базовой точки 128 в приборе 100, при этом модуль 126 детектирования удерживают в неизменном положении относительно базовой точки 128 для детектирования фотонов света или иных видов детектируемых свойств. Или же можно удерживать в неизменном положении проточную ячейку 102 и перемещать модуль 126 детектирования относительно базовой точки 128 для детектирования детектируемых свойств. В некоторых вариантах можно перемещать и проточную ячейку 102, и модуль 126 детектирования относительно базовой точки 128. В частности, проточный канал 124 проточной ячейки 102 перемещают мимо фокальных зон сенсорных устройств и/или камер модуля 126 детектирования, что позволяет модулю 126 детектирования сканировать проточный канал 124 на предмет фотонов света или иных видов детектируемых свойств, относящихся к аналитам 140.
[0054] Проточную ячейку 102 можно перемещать в любом из трех направлений (обозначенных стрелками X, Y и Z) относительно базовой точки 128. Кроме того, проточную ячейку 102 можно перемещать с возможностью вращения вокруг любой из осей или комбинации осей (т.е. X, Y и Z) в качестве осей вращения. В данном примере проточную ячейку 102 можно перемещать с 6 степенями свободы в трехмерном пространстве (т.е. в любой комбинации линейных перемещений в направлениях X, Y и Z плюс в любой комбинации вращения вокруг осей X, Y, Z). При этом важно отметить, что, независимо от направления перемещения проточной ячейки 102, проточную ячейку 102 можно позиционировать в любом из указанных трех направлений (т.е. направлении X, направлении Y или направлении Z) относительно базовой точки 128 в пределах точного допустимого диапазона, например, в пределах плюс-минус 100 микрон или менее.
[0055] Базовая точка 128 может представлять собой любую неподвижную структуру или любое число неподвижных структур на приборе 100. Например, базовая точка 128 может представлять собой одно или несколько механических приводочных отверстий или выступов, расположенных по всему прибору 100. Кроме того, базовая точка 128 может представлять собой отдельную базовую точку или несколько базовых точек, относительно которых выравнивают или позиционируют СУР 104, и/или проточную ячейку 102, и/или модуль 126 детектирования, причем отдельные базовые точки 128 могут быть расположены соосно общей базовой точке.
[0056] В контексте настоящего документа, несколько базовых точек 128 или групп базовых точек 128 могут именоваться одной или несколькими приводочными системами. Кроме того, в настоящем описании позиционирование или выравнивание компонента, например, проточной ячейки 102, СУР 104 и/или модуля 126 детектирования относительно приводочной системы может именоваться «приводка» компонента.
[0057] Кроме того, проточную ячейку 102 можно опосредованно позиционировать относительно базовой точки 128. Например, модуль 126 детектирования можно позиционировать относительно базовой точки 128, а проточную ячейку 102 можно позиционировать относительно фиксированной базовой точки на модуле 126 детектирования. Или же, например, модуль 126 детектирования можно позиционировать относительно базовой точки 128, а затем использовать модуль 126 детектирования для определения положения проточной ячейки 102 относительно модуля 126 детектирования.
[0058] Проточную ячейку 102 перемещают относительно модуля 126 детектирования для сканирования и детектирования модулем 126 детектирования фотонов света или иных видов детектируемых свойств, на которые влияют аналиты 140, расположенные поверх зоны проточного канала 124. Предпочтительно, чтобы проточная ячейка 102 была, по меньшей мере, на порядок легче и меньше модуля 126 детектирования. Это обеспечивает возможность точного позиционирования проточной ячейки 102 относительно модуля 126 детектирования с помощью манипуляционной техники меньшего размера, с меньшими затратами и быстрее, чем подобное позиционирование модуля 126 детектирования относительно проточной ячейки 102. Кроме того, вибрация от перемещения проточной ячейки 102 может быть меньше, чем от перемещения модуля 126 детектирования.
[0059] Кроме того, даже если модуль 126 детектирования выполнен подвижным, а проточная ячейка 102 - неподвижной относительно базовой точки 128 прибора 100, гибкое соединение 106 может обеспечивать преимущество, состоящее в уменьшении вибраций, передаваемых на проточную ячейку 102 от СУР 104. Это обусловлено тем, что гибкое соединение 106 отделяет СУР 104 от проточной ячейки 102 и, таким образом, может гасить любые вибрации, создаваемые СУР 104, которые могут быть переданы через гибкое соединение 106.
[0060] Более того, независимо от того, выполнен ли модуль 126 детектирования подвижным или неподвижным, гибкое соединение 106 обеспечивает преимущество, состоящее в возможности независимой приводки (т.е. позиционирования) СУР 104 и проточной ячейки 102 относительно отдельных приводочных систем (т.е. отдельных базовых точек). Поэтому можно осуществлять более точную приводку и СУР 104, и проточной ячейки 102 относительно соответствующих им базовых точек.
[0061] Например, базовая точка 128 может включать в себя первую базовую точку для СУР 104 и вторую базовую точку для проточной ячейки 102. По существу, СУР 104 можно позиционировать относительно первой базовой точки, при этом проточную ячейку 102 можно позиционировать относительно второй базовой точки. При этом позиционирование СУР 104 и проточной ячейки 102 относительно соответствующих первой и второй базовых точек можно осуществлять независимо друг от друга.
[0062] ФИГ. 2 изображает пример блок-схемы прибора на основе картриджа, в котором прибор 100 включает в себя картридж 130 согласно аспектам раскрываемого изобретения. Картридж 130 включает в себя проточную ячейку 102, СУР 104 и гибкое соединение 106. Картридж 130 также может быть выполнен с возможностью отсоединения от прибора 100. Кроме того, проточная ячейка 102 может быть или может не быть выполнена с возможностью отсоединения от картриджа 130. Когда картридж 130 введен в зацепление с прибором 100, а проточная ячейка 102 введена в зацепление с картриджем 130, СУР 104 неподвижна относительно базовой точки 128 прибора 100, при этом проточную ячейку 100 можно перемещать относительно базовой точки 128 прибора 100.
[0063] В процессе введения картриджа 130 в зацепление с прибором 100, требования к допустимым диапазонам позиционирования (т.е. требования приводки) СУР 104 и проточной ячейки 102 могут значительно отличаться. В частности, для введения картриджа 130 в зацепление с прибором 100, позиционирование СУР 104 относительно базовой точки 128 можно осуществлять приблизительно в заранее определенном первом допустимом диапазоне. Первый допустимый диапазон может быть миллиметровым, например, не более плюс-минус 2 миллиметров. При этом во время приводки проточной ячейки 102 относительно модуля 126 детектирования и/или ее перемещения в заранее определенное положение в приборе 100 для сканирования модулем 126 детектирования, позиционирование проточной ячейки относительно базовой точки 128 можно осуществлять в пределах второго заранее определенного допустимого диапазона. Второй допустимый диапазон может быть микрометровым, например, не более плюс-минус 100 микрон. По существу, первый допустимый диапазон может превышать второй допустимый диапазон по меньшей мере в 10 раз.
[0064] Это обусловлено тем, что СУР 104 может быть соосна некоторым механическим компонентам, например, клапанам и двигателям приводов, для обеспечения возможности управления ею прибором 100. При этом позиционирование проточной ячейки 102 относительно модуля 126 детектирования может быть более точным для обеспечения возможности оптического сканирования по поверхности проточного канала 124.
[0065] Если бы СУР 104 была жестко соединена с проточной ячейкой 102 (т.е. соединена с возможностью удержания СУР 104 и проточной ячейки 102 в по существу фиксированных положениях относительно друг друга), то позиционирование и СУР 104, и проточной ячейки 102 можно было бы осуществлять в наименьшем из указанных двух допустимых диапазонов (т.е. во втором допустимом диапазоне для проточной ячейки 102). Однако наличие гибкого соединения 106 позволяет применять разные требования к позиционированию СУР 104 и проточной ячейки 102. Таким образом, выравнивание СУР 104 и проточной ячейки 102 можно осуществлять независимо друг от друга согласно отдельным требованиям к их позиционированию благодаря возможности отдельного выравнивания для введения картриджа 130 в зацепление с прибором 100 и позиционирования проточной ячейки 102 относительно модуля 126 детектирования.
[0066] Несмотря на то, что в примере на ФИГ. 2 прибор 100 на основе картриджа показан с СУР 104 и проточной ячейкой 102, заключенными в картридже 130, в других вариантах прибор 100 может не содержать такую систему на основе картриджа. Вместо этого, в некоторых приборах 100 компоненты СУР 104 могут быть выполнены за одно целое с прибором 100 или быть жестко смонтированы в его пределах, при этом только проточная ячейка 102 может быть выполнена с возможностью отсоединения от прибора 100. При этом, даже в таких приборах 100 не на основе картриджа, гибкое соединение 106 все так же обеспечивает преимущество, состоящее в облегчении точного позиционирования проточной ячейки 102 относительно модуля 126 детектирования во время процесса детектирования.
[0067] ФИГ. 3 изображает пример более детальной принципиальной схемы прибора 100 на основе картриджа на ФИГ. 2 с введенным с ним в зацепление картриджем 130. Картридж 130 включает в себя проточную ячейку 102 и СУР 104, соединенные друг с другом гибким соединением 106.
[0068] СУР включает в себя множество лунок 132 для реагентов. Каждая лунка 132 для реагента выполнена с возможностью вмещения реагента из множества реагентов 108-118, расположенных в СУР. СУР 104 выполнена с возможностью выбора потока 134 реагента из множества реагентов 108-118.
[0069] Реагенты 108-118 могут представлять собой реагенты любого из нескольких типов или комбинации реагентов в зависимости от типа и последовательности химических реакций, подлежащих осуществлению в проточной ячейке. Например, реагенты 108-118 могут быть следующих типов:
• Реагенты 108 и 109 могут представлять собой различные составы смеси включения, являющейся смесью химикатов, обеспечивающих включение флуоресцентно-меченых нуклеотидов в нити ДНК.
• Реагенты 110 и 111 могут представлять собой различные составы смеси сканирования, являющейся смесью химикатов, стабилизирующих нити ДНК во время процесса детектирования.
• Реагент 112 может представлять собой смесь отщепления, являющейся смесью химикатов, обеспечивающих ферментативное отщепление флуоресцентно-меченых нуклеотидов от нитей ДНК.
• Реагенты 114 и 116 могут представлять собой различные составы отмывочного буфера, являющегося смесью отмывочных реагентов для удаления активных реагентов из проточной ячейки.
• Реагент 118 может представлять собой воздух.
[0070] Гибкое соединение 106 включает в себя первый гибкий канал 136, связанный по текучей среде с СУР 104 через выпускное окно 156 СУР. Первый гибкий канал 136 выполнен с возможностью направления потока 134 реагента через впускное окно 120 проточной ячейки 102 и в проточный канал 124. Гибкое соединение 106 также включает в себя второй гибкий канал 138, связанный по текучей среде с проточным каналом 124 через выпускное окно 122 проточной ячейки 102. Второй гибкий канал 138 выполнен с возможностью направления потока 134 реагента из проточной ячейки 102, через впускное окно 158 СУР и обратно в СУР 104 после того как поток 134 реагента пройдет по проточному каналу 124.
[0071] Несмотря на то, что пример на ФИГ. 3 иллюстрирует гибкое соединение 106 с первым и вторым гибкими каналами 136, 138 для направления потока реагентов к проточной ячейке 102 и от нее, также возможно применение иных конфигураций гибкого соединения с любым числом гибких каналов. Например, гибкое соединение 106 может включать в себя первое и второе гибкие соединения, причем первое гибкое соединение имеет только один гибкий канал для направления потока реагента из СУР 104 к проточной ячейке 102, а второе гибкое соединение имеет только один гибкий канал для направления потока реагента из проточной ячейки 102 к СУР 104. Также, в качестве примера, гибкое соединение 106 может включать в себя несколько гибких каналов для направления потока реагента к проточной ячейке 102 и несколько гибких каналов для направления потока реагента из проточной ячейки 102.
[0072] Проточная ячейка 102 картриджа 130 включает в себя проточный канал 124, связанный по текучей среде с первым гибким каналом 136 через впускное окно 120 и связанный по текучей среде со вторым гибким каналом 138 через выпускное окно 122. Проточный канал 124 выполнен с возможностью осуществления разнообразных химических реакции между разными потоками 134 реагентов из множества реагентов 108-118 и аналитами 140, расположенными в проточном канале 124. Гибкое соединение 106 обеспечивает возможность перемещения проточной ячейки 102 относительно фиксированной базовой точки 128 в приборе 100.
[0073] Несмотря на то, что пример на ФИГ. 3 иллюстрирует проточную ячейку 102 с единственным впускным окном 120 и единственным выпускным окном 122, также возможно применение иных конфигураций проточной ячейки. Например, проточная ячейка 102 может включать в себя несколько впускных окон 120 для приема потоков реагентов из нескольких гибких каналов гибкого соединения 106. Также, в качестве примера, проточная ячейка может включать в себя несколько выпускных окон 122 для направления потока реагента в несколько гибких каналов гибкого соединения 106.
[0074] Фиксированная базовая точка 128 в данном варианте осуществления представляет собой приводочное отверстие. При этом базовая точка 128 может представлять собой любое число неподвижных структур в приборе 100. Например, базовая точка 128 может представлять собой множество приводочных штифтов или отверстий, расположенных в разных местах на неподвижном корпусе прибора 100.
[0075] Картридж 130 в данном примере включает в себя поворотный клапан 142 для выбора реагентов 108-118. Поворотный клапан 142 содержат внутренний корпус 144 поворотного клапана. Корпус 144 клапана содержит центральное окно 146 и поворотное окно 148, соединенные поворотным каналом 150. Корпус 144 клапана выполнен с возможностью вращения вокруг центрального окна 146 для перемещения поворотного окна 148.
[0076] Множество лунок 132 для реагентов, вмещающих реагенты 108-118, может быть расположено по периметру поворотного клапана 142 или иным образом за пределами поворотного клапана 142. Каждая лунка 132 для реагента связана по текучей среде с соответствующим каналом 152 лунки. Каждый канал 152 лунки включает в себя окно 154 канала лунки с возможностью установки соосно с ним поворотного окна 148 поворотного клапана 142 для приема потока 134 реагента из какой-либо лунки 132 для реагента.
[0077] Когда поворотное окно 148 соосно одному из окон 154 каналов лунок, образуется путь для потока 134 реагента, обеспечивающий возможность течения потока 134 реагента из выбранной лунки 132, по каналу 152 лунки, через поворотный клапан 142, по общей линии 155 и из выпускного окна 156 СУР. Поток 134 реагента далее следует по первому гибкому каналу 136, во впускное окно 120 проточной ячейки 102 и по проточному каналу 124, где выбранный реагент из множества реагентов 108-118 может вступить в реакцию с аналитами 140.
[0078] Непрореагировавшие реагенты и/или побочные продукты реакции могут течь из выпускного окна 122 проточной ячейки 102 и по второму гибкому каналу 138. Далее поток 134 реагента может вновь поступить в СУР 104 через впускное окно 158 СУР.
[0079] Впускное окно 158 СУР 104 связано по текучей среде с первым пережимным клапаном 160. Первый пережимной клапан 160 связан по текучей среде со вторым пережимным клапаном 162. Первый и второй пережимные клапаны 160, 162 имеют упругую центральную часть с возможностью механического или пневматического приведения в действие для отсечения потока 134 реагента или его пропускания через пережимные клапаны 160, 162. Кроме того, несмотря на то, что в данном примере показаны пережимные клапаны 160, 162, возможно применение клапанов иных типов для выполнения той же функции. Например, клапаны 160, 162 могут представлять собой поворотные клапаны.
[0080] Встроенный насос 164 (например, шприцевой или аналогичный насос) также расположен в СУР 104. Несмотря на то, что встроенный насос 164 может представлять собой насос иного типа, в настоящем описании он будет именоваться «шприцевой насос» 164. Шприцевой насос 164 установлен с образованием т-образного сочленения между первым и вторым пережимными клапанами 160, 162. Оба пережимных клапана 160, 162 выполнены с возможностью открытия и закрытия прибором 100 для соединения или разъединения шприцевого насоса 164 с проточной ячейкой 102 и/или сливным бачком 170.
[0081] Шприцевой насос 164 содержит возвратно-поступательный поршень 166, расположенный в цилиндре 168 с каналом 170 цилиндра. Канал 170 цилиндра вмещает поршень 166 с образованием прилегания поршня к каналу цилиндра. Прибор 100 приводит поршень 166 в действие для возвратно-поступательного перемещения внутри канала 170 цилиндра и перекачки реагентов 108-118 из лунок 132 для реагентов в сливной бачок 172.
[0082] Прибор 100 также включает в себя модуль 126 детектирования, выполненный с возможностью детектирования фотонов света или иных видов детектируемых свойств, когда химическая реакция, вызванная реагентами 108-118, побуждает аналиты 140 оказывать влияние на такие детектируемые свойства. Гибкое соединение 106 обеспечивает возможность перемещения проточной ячейки 102 относительно фиксированной базовой точки 128 в приборе 100, при этом модуль 126 детектирования удерживают в неизменном положении относительно базовой точки 128 для облегчения детектирования детектируемых свойств.
[0083] В альтернативном варианте модуль 126 детектирования выполнен с возможностью перемещения относительно фиксированной базовой точки 128, при этом проточную ячейку 102 удерживают неподвижной относительно базовой точки 128. По существу, гибкое соединение 106 может обеспечить возможность более точного позиционирования проточной ячейки 102 относительно базовой точки 128, чем в случае проточной ячейки, жестко соединенной с СУР 104. В некоторых вариантах и модуль 126 детектирования, и проточная ячейка 102 могут быть выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга и/или СУР 104.
[0084] Кроме того, преимущество, состоящее в уменьшении вибраций, передаваемых проточной ячейке 102 от СУР 104, может быть обеспечено, даже если модуль 126 детектирования выполнен с возможностью перемещения, а проточная ячейка 102 - неподвижной, относительно базовой точки 128. Это обусловлено тем, что гибкое соединение 106 отделяет СУР 104 от проточной ячейки 102 и, следовательно, может гасить вибрации, создаваемые СУР 104, которые могут быть переданы через гибкое соединение 106.
[0085] Кроме того, поскольку гибкое соединение 106 отделяет СУР 104 от проточной ячейки 102, гибкое соединение 106 обеспечивает возможность независимой приводки (т.е. позиционирования) СУР 104 и проточной ячейки 102 с применением отдельных приводочных систем (т.е. отдельных базовых точек). Это позволяет более точно приводить и СУР 104, и проточную ячейку 102 к соответствующим им базовым точкам.
[0086] Несмотря на то, что в варианте осуществления на ФИГ. 3 в приборе 100 применен поворотный клапан 142, направляющий движение потоков различных реагентов 108-118 по общей линии 155 и в проточную ячейку 102, в иных приборах 100 поворотный клапан 142 может не быть применен. Например, каналы 152 лунок из каждого лунки 132 для реагента могут проходить напрямую к одному из множества отдельных выпускных окон 156 СУР.
[0087] В таком случае каждый из каналов 152 лунок может содержать клапан (не показан) для регулирования потока 134 реагента из каждой лунки 132 для реагента. Кроме того, первый гибкий канал 136 может представлять собой множество первых гибких каналов, каждый с возможностью приема соответствующего потока 134 реагента из соответствующего выпускного окна 156 СУР. Более того, впускное окно 120 проточной ячейки 102 может представлять собой множество впускных окон 120 с возможностью приема потоков 134 различных реагентов из каждого из множества первых гибких каналов 136.
[0088] На ФИГ. 4 раскрыт пример блок-схемы прибора 100 на ФИГ. 3. Прибор 100 содержит установочную станцию 174 для вмещения картриджа 130. Различные электрические и механические блоки в пределах прибора 100 взаимодействуют с картриджем 130 для управления им в ходе микрофлюидного анализа разнообразных химических реакций, осуществляемых в проточной ячейке 102.
[0089] Прибор 100 может содержать, помимо прочего, один или несколько процессоров 176, предназначенных для реализации программных инструкций, хранимых в запоминающем устройстве 178, для осуществления операций микрофлюидного анализа. Процессоры электронно связаны с узлом 180 привода поворотного клапана, узлом 182 привода шприцевого насоса, узлом 184 привода пережимного клапана, модулем 126 детектирования и подвижным узлом 206 терморегулирования.
[0090] Пользовательский интерфейс 186 выполнен с возможностью управления и контроля пользователями работы прибора 100. Интерфейс 188 связи выполнен с возможностью передачи данных и иной информации между прибором 100 и удаленными ЭВМ, сетями и т.п.
[0091] Узел 180 привода поворотного клапана содержит ведущий вал 190, механически соединенный со скобой 192 сопряжения поворотного клапана. Скоба 192 сопряжения поворотного клапана выполнена с возможностью выборочного механического соединения с поворотным клапаном 142 картриджа 130. Узел 180 привода поворотного клапана содержит двигатель 194 вращения и, в некоторых вариантах, двигатель 196 поступательного перемещения. Двигатель 196 поступательного перемещения может перемещать ведущий вал 190 в направлении поступательного перемещения из состояния сцепления с поворотным клапаном 142 в состояние расцепления с ним и наоборот. Двигатель 194 вращения управляет вращением корпуса 144 поворотного клапана 142.
[0092] Узел 180 привода поворотного клапана также содержит кодовый датчик 198 положения, отслеживающий положение ведущего вала 190. Кодовый датчик 198 направляет данные о положении процессору 176.
[0093] Узел 182 привода шприцевого насоса содержит двигатель 200 шприцевого насоса, соединенный с раздвижным валом 202. Двигатель 200 шприцевого насоса перемещает вал 202 из выдвинутого положения в отведенное положение и наоборот для возвратно-поступательного перемещения поршня 166 внутри канала 170 цилиндра 168 в составе шприцевого насоса 164.
[0094] Узел 184 привода пережимного клапана включает в себя группу из двух пневматических двигателей 204 привода пережимного клапана. Указанные два двигателя 204 привода пережимного клапана механически соединены соответственно с первым или вторым пережимным клапаном 160, 162. Двигатели 204 привода пережимного клапана выполнены с возможностью пережимания и или отпускания упругой центральной части первого и/или второго пережимных клапанов 160, 162, используя давление воздуха, для пневматического открытия и закрытия первого и/или второго пережимных клапанов 160, 162. Или же двигатели 204 привода пережимного клапана могут быть электрическими.
[0095] Модуль 126 детектирования может содержать любые камеры и/или сенсоры обнаружения, подходящие и/или нужные для детектирования испускаемых фотонов света или иных видов детектируемых свойств, относящихся к аналитам 140 в проточной ячейке 102. Далее схема устройства (не показана) в пределах прибора 100 может обрабатывать и передавать сигналы данных, сформированные исходя из результатов детектирования излучений. Далее сигналы данных можно проанализировать для выявления свойств аналитов 140.
[0096] В состав прибора 100 также может входить узел 206 терморегулирования (или иное устройство контроля параметров окружающей среды). Узел 206 терморегулирования может быть выполнен с возможностью контролирования температуры проточной ячейки 102 во время разнообразных химических реакций. В частности, узел 206 терморегулирования может обеспечивать как нагрев, так и охлаждение проточной ячейки 102, тем самым позволяя осуществлять термоциклирование проточной ячейки 102. Устройство контроля параметров окружающей среды может контролировать или регулировать и другие параметры, помимо температуры (например, давление). Как подробнее раскрыто на ФИГ. 5А и 5В, узел 206 терморегулирования выполнен с возможностью перемещения относительно базовой точки 128 и может служить площадкой с возможностью расположения на ней проточной ячейки 102 для перемещения проточной ячейки 102 относительно модуля 126 детектирования.
[0097] На ФИГ. 5А и 5В изображен пример модуля 300 гибкого соединения. В частности, ФИГ. 5А изображает пример упрощенного вида в аксонометрии модуля 300 гибкого соединения и части СУР 104, с которой модуль 300 может быть соединен. ФИГ. 5В изображает пример вида сбоку в поперечном разрезе модуля 300 гибкого соединения, соединенного с возможностью связи по текучей среде с указанной частью СУР 104, причем он представляет собой вид сбоку в поперечном разрезе вдоль первого гибкого канала 136 гибкого соединения 106.
[0098] Модуль 300 гибкого соединения включает в себя гибкое соединение 106, проточную ячейку 102 и опорное приспособление 302. Гибкое соединение 106 смонтировано с возможностью связи по текучей среде с проточной ячейкой 102, причем опорное приспособление 302 служит каркасом и опорой для гибкого соединения 106 и проточной ячейки 102 в сборе. Модуль 300 гибкого соединения может быть соединен с СУР 104 в пределах прибора 100 или картриджа 130.
[0099] Гибкое соединение 106 модуля 300 гибкого соединения содержит сквозное отверстие 304 входа в первый канал, сквозное отверстие 306 выхода из первого канала и первый гибкий канал 136 с возможностью связи между ними по текучей среде. Первый гибкий канал 136 выполнен с возможностью направления потока 134 реагента от выпускного окна 156 СУР 104 к впускному окну 120 проточной ячейки 102.
[00100] Гибкое соединение 106 также включает в себя сквозное отверстие 308 входа во второй канал, сквозное отверстие 310 выхода из второго канала и второй гибкий канал 138 с возможностью связи между ними по текучей среде. Второй гибкий канал 138 выполнен с возможностью направления потока 134 реагента от выпускного окна 122 проточной ячейки 102 к впускному окну 158 СУР 104.
[00101] И сквозное отверстие 304 входа в первый канал, и сквозное отверстие 310 выхода из второго канала могут содержать гидравлическое уплотнение 312. Гидравлическое уплотнение 312 сквозного отверстия 304 входа в первый канал выполнено с возможностью создания соединения с выпускным окном 156 СУР 104 и пропуска потока 134 реагента с возможностью прохождения потока 134 реагента из СУР 104 в первый гибкий канал 136. Гидравлическое уплотнение 312 сквозного отверстия 310 выхода из второго канала выполнено с возможностью создания соединения с впускным окном 158 СУР 104 и пропуска потока 134 реагента с возможностью прохождения потока 134 реагента из второго гибкого канала 138 обратно в СУР 104.
[00102] Гидравлические уплотнения 312 в варианте осуществления на ФИГ. 5А и 5В представляют собой съемные уплотнительные кольца. При этом возможно применение иных форм съемных гидравлических уплотнений 312. Например, для создания съемного гидравлического уплотнения можно использовать разнообразные эластомерные прокладки.
[00103] Кроме того, гидравлические уплотнения 312 могут не быть выполнены с возможностью съемного соединения с СУР 104 картриджа и/или прибора. Например, гидравлические уплотнения 312 могут представлять собой слой адгезива, соединенный с СУР 104, либо гидравлические уплотнения 312 могут быть сформированы лазерной сваркой, создающей постоянное соединение с СУР 104.
[00104] Проточная ячейка 102 модуля 300 гибкого соединения содержит впускное окно 120, выпускное окно 122 и проточный канал 124 с возможностью связи между ними по текучей среде. Проточный канал 124 выполнен с возможностью направления потока 134 реагента поверх аналитов 140, расположенных в проточном канале 124.
[00105] Сквозное отверстие 306 выхода из первого канала соединено с возможностью связи по текучей среде с впускным окном 120 проточной ячейки 102. Кроме того, сквозное отверстие 308 входа во второй канал соединено с возможностью связи по текучей среде с выпускным окном 122 проточной ячейки 102. Соединения по текучей среде сквозного отверстия 306 выхода из первого канала с впускным окном 120 и сквозного отверстия 308 входа во второй канал с выпускным окном 122 могут быть соединены герметичной перемычкой, образованной адгезивным слоем 314 (подробнее показан ФИГ. 5В). Адгезивный слой 314 создает постоянное соединение между сквозным отверстием 306 выхода из первого канала и впускным окном 120 и между сквозным отверстием 308 входа во второй канал и выпускным окном 122.
[00106] Адгезивный слой 314 может состоять из нескольких разных материалов, способных выдержать параметры применения, в том числе температуру и давление применения, а также химически совместимых с реагентами. Например, адгезивный слой 314 может состоять из адгезива на акриловой основе, адгезива на кремнийорганической основе, активируемого температурой адгезива, активируемого давлением адгезива, активируемого светом адгезива, эпоксидного адгезива и т.п., или из какой-либо их комбинации.
[00107] В качестве альтернативы, возможно применение иных видов соединения для создания герметичных соединений сквозного отверстия 306 выхода из первого канала с впускным окном 120 и сквозного отверстия 308 входа во второй канал с выпускным окном 122. Например, соединения сквозных отверстий с окнами может быть выполнено лазерной сваркой. Сквозные отверстия и окна могут быть разъемно соединены посредством съемного гидравлического уплотнения, например, уплотнительного кольца или эластомерной прокладки.
[00108] Несмотря на то, что ФИГ. 5А и 5В иллюстрируют вариант осуществления, содержащий гибкое соединение 106 со сквозным отверстием 304 входа в первый канал, сквозным отверстием 306 выхода из первого канала, сквозным отверстием 308 входа во второй канал и сквозным отверстием 310 выхода из второго канала, также возможно применение иных конфигураций гибкого соединения с любым числом каналов с любым числом входных и/или выходных сквозных отверстий. Например, гибкое соединение 106 может служить для потока одного реагента в проточную ячейку 102, причем гибкое соединение 106 может содержать только одно сквозное отверстие входа из СУР 104 с несколькими гибкими каналами, расходящимися веером от единственного сквозного отверстия входа к нескольким сквозным отверстиям выхода в проточную ячейку 102. Или же гибкое соединение 106 может служить для потока одного реагента в проточную ячейку 102, причем гибкое соединение 106 может содержать множество гибких каналов, при этом каждый гибкий канал имеет единственное сквозное отверстие входа из СУР 104 и единственное сквозное отверстие выхода в проточную ячейку 102. Или же гибкое соединение 106 может служить для потока одного реагента из проточной ячейки 102 в СУР 104, причем гибкое соединение может содержать только одно сквозное отверстие входа из проточной ячейки 102 с несколькими гибкими каналами, расходящимися веером от единственного сквозного отверстия входа к нескольким сквозным отверстиям выхода в СУР 104. Гибкое соединение 106 может служить для потока одного реагента из проточной ячейки 102 в СУР 104, причем гибкое соединение 106 может содержать множество гибких каналов, при этом каждый гибкий канал имеет единственное сквозное отверстие входа из проточной ячейки 102 и единственное сквозное отверстие выхода в СУР 104. В дополнительных вариантах гибкое соединение 106 может служить для потока реагента и в проточную ячейку 102, и из проточной ячейки 102 с одного и того же конца или противоположных концов проточной ячейки 102. В таком варианте гибкое соединение 106 может содержать только одно сквозное отверстие входа с несколькими гибкими каналами, расходящимися веером от единственного сквозного отверстия входа к нескольким сквозным отверстиям выхода, или включать в себя множество гибких каналов, при этом каждый гибкий канал имеет единственное сквозное отверстие входа и единственное сквозное отверстие выхода. Дополнительные конфигурации гибкого соединения 106 могут включать в себя первое гибкое соединение для потока реагента в проточную ячейку 102 и второе гибкое соединение для потока реагента из проточной ячейки 102, причем и первое, и второе гибкие соединения могут включать в себя сквозные отверстия входа, сквозные отверстия выхода и гибкие каналы между ними в разнообразных конфигурациях.
[00109] Опорное приспособление 302 модуля 300 гибкого соединения содержит внутреннюю бровку 316, окружающую проточную ячейку 102. Опорное приспособление 302 выполнено с возможностью вмещения проточной ячейки 102 в пределах внутренней бровки 316. Опорное приспособление 302 может обеспечивать возможность перемещения проточной ячейки 102 в боковом направлении в направлении Y и продольно в направлении X в пределах опорного приспособления 302. Кроме того, опорное приспособление 302 также может обеспечивать перемещение проточной ячейки 102 по вертикали в направлении Z относительно опорного приспособления 302.
[00110] Одним из механизмов, за счет которых опорное приспособление 302 может обеспечить такое перемещение в направлениях X, Y и Z без выхода проточной ячейки 102 за пределы внутренней бровки 316, является множество опорных пальцев 318 на верхней поверхности 320 и/или нижней поверхности 322 опорного приспособления 302. Опорные пальцы 318 могут проходить вовнутрь от внутренней бровки 316 и частично поперек верхней и/или нижней поверхности проточной ячейки 102. Если опорные пальцы 318 расположены на верхней поверхности 320, опорные пальцы 318 могут быть по размеру выполнены так, чтобы они не проходили поверх проточного канала 124 проточной ячейки 102 во избежание помех для модуля 126 детектирования поверх проточного канала 124 в процессе детектирования. Опорные пальцы 318 могут препятствовать существенному смещению проточной ячейки 102 и гибкого соединения 106 в пределах внутренней бровки 316 опорного приспособления 302 или их полному выходу за эти пределы во время транспортировки модуля 300 гибкого соединения и/или эксплуатации прибора 100.
[00111] Кроме того, опорные пальцы 318 могут обеспечивать возможность перемещения проточной ячейки 102 и в боковом направлении (направление Y) и продольно (направление X) в пределах внутренней бровки 316. В некоторых вариантах опорные пальцы 318 могут быть расположены на нижней поверхности 322 опорного приспособления 302, при этом опорные пальцы 318 могут быть расположены на верхней поверхности 320 опорного приспособления 302, и могут быть разнесены для обеспечения возможности перемещения проточной ячейки 102 на заранее определенную величину по вертикали (направление Z) без выхода проточной ячейки 102 за пределы внутренней бровки 316 опорного приспособления 302.
[00112] Несмотря на то, что вариант на ФИГ. 5А и 5В содержит опорное приспособление 302 с опорными пальцами 318 для удержания проточной ячейки 102, также возможно применение иных конфигураций опорного приспособления 302. Например, опорное приспособление 302 может быть выполнено в виде несущей пластины, не содержащей опорных пальцев 318, при этом проточная ячейка 102 может быть прикреплена к верхней поверхности опорного приспособления 302. Кроме того, несмотря на то, что ФИГ. 5А и 5В иллюстрируют вариант с опорным приспособлением 302, проходящим по всей длине проточной ячейки 102 и гибкого соединения 106 в совокупности, в других конфигурациях опорное приспособление 302 может быть выполнено с гибким соединением 106, выходящим за наружный периметр опорного приспособления 302.
[00113] При эксплуатации, модуль 300 гибкого соединения может быть соединен с СУР 104 (подробнее показано на ФИГ. 5В) путем выравнивания гидравлических уплотнений 312 по оси с выпускным окном 156 СУР и впускным окном 158 СУР. Затем опорное приспособление 302 может быть прикреплено к СУР 104 так, чтобы гидравлические уплотнения 312 были зажаты между опорным приспособлением 302 и СУР 104. Это может быть сделано любыми способами крепления, например, с помощью болтов, С-образных скоб или многих других видов зажимных приспособлений. В дополнительных вариантах гидравлические уплотнения 312 и модуль 300 гибкого соединения могут быть прикреплены посредством иных крепежных элементов, например, соединителей с защелкой и т.п. Такое крепление может быть независимо от опорного приспособления 302.
[00114] В показанном варианте, как только СУР 104 будет связана по текучей среде с модулем 300 гибкого соединения, проточная ячейка 102 может быть введена в зацепление с подвижным узлом 206 терморегулирования (подробнее показан на ФИГ. 5В). В некоторых вариантах опорные пальцы 318 могут быть расположены на нижней поверхности 322 опорного приспособления 302 с возможностью только частичного прохождения поперек нижней поверхности проточной ячейки 102 для обеспечения возможности ввода проточной ячейки 102 в зацепление с подвижным узлом 206 терморегулирования. Таким образом, достаточная часть нижней поверхности проточной ячейки 102 может быть открыта для контакта с поверхностью узла 206 терморегулирования, предназначенной для ввода в зацепление с проточной ячейкой 102. Такой контакт обеспечивает возможность продольного перемещения и перемещения в боковом направлении проточной ячейки 102 в пределах внутренней бровки 316 опорного приспособления 302, находясь при этом в зацеплении с узлом 206 терморегулирования.
[00115] Узел 206 терморегулирования выполнен с возможностью позиционирования проточной ячейки 102 с точностью в пределах нескольких микрон относительно положения модуля 126 детектирования по вертикали (т.е. в направлении Z). Кроме того, узел 206 терморегулирования может перемещать проточную ячейку 102 в направлениях X и/или Y для обеспечения возможности сканирования модулем 126 детектирования проточного канала 124 проточной ячейки 102 в процессе детектирования.
[00116] В альтернативном варианте, даже если модуль 126 детектирования перемещают, а проточную ячейку 102 удерживают неподвижной относительно базовой точки 128 во время события сканирования проточной ячейки 102, узел 206 терморегулирования все же может точно позиционировать проточную ячейку 102 относительно модуля 126 детектирования до начала сканирования. Это обусловлено тем, что гибкое соединение 106 до некоторой степени устраняет связь между перемещением проточной ячейки 102 и перемещением СУР 104. По существу, исходное стартовое положение проточной ячейки 102 относительно модуля 126 детектирования до события сканирования можно точно сохранять путем перемещения проточной ячейки 102. Если бы проточная ячейка 102 не была связана с гибким соединением 106 и была бы жестко соединена с СУР 104, то пришлось бы перемещать и проточную ячейку 102, и/или части СУР 104, что усложнило бы точное позиционирование проточной ячейки 102 относительно модуля 126 детектирования.
[00117] Кроме того, независимо от того, выполнен ли модуль 126 детектирования подвижным или неподвижным относительно базовой точки, гибкое соединение 106 делает СУР 104 независимой от проточной ячейки 102. Таким образом, гибкое соединение 106 обеспечивает возможность независимой приводки (т.е. позиционирования) СУР 104 и проточной ячейки 102 с применением отдельных приводочных систем (т.е. отдельных базовых точек). По существу, и СУР 104, и проточную ячейку 102 можно более точно приводить к соответствующим им базовым точкам.
[00118] ФИГ. 6 изображает в разобранном виде пример гибкого соединения 106, содержащего верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214. Верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 соединены друг с другом посредством адгезива 216 с образованием многослойного пакета или многослойного материала 218.
[00119] Первый и второй гибкие каналы 136, 138 прорезаны в промежуточном слое 214, например, способом лазерной резки. Соответственно, промежуточный слой 214 определяет геометрические характеристики гибких каналов 136, 138. В частности промежуточный слой 214 определяет ширину 220 стенки и ширину 222 (подробнее показано ФИГ 7А и 7В) первого и второго гибких каналов 136,138.
[00120] Верхний слой 210 образует верх 224 (подробнее показан на ФИГ. 7А и 7В) первого и второго гибких каналов 136, 138. Нижний слой образует низ 226 (подробнее показан на ФИГ. 7А и 7В) первого и второго гибких каналов 136, 138.
[00121] Первое сквозное отверстие 228 и второе сквозное отверстие 230 расположены в нижнем слое 212 гибкого соединения 106. Первое и второе сквозные отверстия 228, 230 связаны по текучей среде с первым ближним концом 232 и первым дальним концом 234 первого гибкого канала 136 в промежуточном слое 214. Кроме того, в нижнем слое 212 гибкого соединения 106 расположены третье сквозное отверстие 236 и четвертое сквозное отверстие 238. Третье и четвертое сквозные отверстия 236, 238 связаны по текучей среде со вторым ближним концом 240 и дальним концом 242 второго гибкого канала 138 в промежуточном слое 214. Несмотря на то, что первое, второе, третье и четвертое сквозные отверстия 228, 230, 236, 238 показаны на ФИГ. 6 расположенными в нижнем слое 212, одно или несколько из них могут быть расположены в верхнем слое 210 и/или и в верхнем слое 210, и в нижнем слое 212. В частности, первое сквозное отверстие 228 и третье сквозное отверстие 236 могут быть совместно расположены либо в нижнем слое 212, либо в верхнем слое 210. Кроме того, второе сквозное отверстие 230 и четвертое сквозное отверстие 240 также могут быть совместно расположены либо в нижнем слое 212, либо в верхнем слое 210.
[00122] Первое сквозное отверстие 228 может быть соединено с выпускным окном 156 СУР 104 для направления потока 134 реагента из СУР 104 в первый гибкий канал 136 (таким образом, первое сквозное отверстие 228 может считаться сквозным отверстием входа первого гибкого канала 136). Второе сквозное отверстие 230 может быть соединено с впускным окном 120 проточной ячейки 102 для направления потока 134 реагента из первого гибкого канала 136 в проточный канал 124 (таким образом, второе сквозное отверстие 230 может считаться сквозным отверстием выхода первого гибкого канала 136). Четвертое сквозное отверстие 238 может быть соединено с выпускным окном 122 проточной ячейки 102 для направления потока 134 реагента из проточной ячейки 102 во второй гибкий канал 138 (таким образом, четвертое сквозное отверстие 238 может считаться сквозным отверстием входа второго гибкого канала 138). Третье сквозное отверстие 236 может быть соединено с впускным окном 158 СУР 104 для направления потока 134 реагента из второго гибкого канала 138 обратно в СУР 104 (таким образом, третье сквозное отверстие 236 может считаться сквозным отверстием выхода второго гибкого канала 138).
[00123] Верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 могут состоять из нескольких разных материалов, способных выдержать параметры применения, в том числе - температуру и давление применения, а также химически совместимых с реагентами. Например, верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 могут состоять из полиэтилентерефталата, полиимида, циклоолефинового сополимера, поликарбоната, полипропилена и т.п.
[00124] Кроме того, в качестве добавки в такие материалы, как полиэтилентерефталат, может быть введена углеродная сажа для получения полиэтилентерефталата или аналогичного материала черного цвета. Материалы с добавлением углеродной сажи могут иметь относительно низкий показатель автофлуоресценции. Кроме того, добавление углеродной сажи может облегчить лазерную сварку верхнего слоя 210, нижнего слоя 212 и промежуточного слоя 214.
[00125] Адгезив 216 может состоять из нескольких разных материалов, способных выдержать параметры применения, в том числе - температуру и давление применения, а также химически совместимых с реагентами. Например, адгезив 216 может состоять из адгезива на акриловой основе, адгезива на кремнийорганической основе, активируемого температурой адгезива, активируемого давлением адгезива, активируемого светом адгезива, эпоксидного адгезива и т.п., или их комбинации. Такие адгезивы 216 можно применять для склеивания друг с другом верхнего слоя 210, нижнего слоя 212 и промежуточного слоя 214.
[00126] В дополнение к склеиванию с верхним слоем 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214, склеенные друг с другом адгезивом (216), верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 также могут быть соединены друг с другом другими способами. Например, верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 могут быть соединены друг с другом способами непосредственного соединения, например, термического соединения (оплавлением) или лазерной сваркой. Кроме того, верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 могут быть соединены друг с другом с использованием любой комбинации склеивания или способов непосредственного соединения.
[00127] Кроме того, для склеивания или способов непосредственного соединения можно выполнить различные виды подготовки поверхности верхнего слоя 210, нижнего слоя 212 и промежуточного слоя 214 для повышения прочности указанных различных видов соединения. В число видов подготовки поверхности могут входить, например, химические подготовки поверхности, плазменные подготовки поверхности или нечто подобное.
[00128] Один упрощенный способ изготовления для создания гибкого соединения 106 может состоять в следующем: начинают с резки верхнего слоя 210, нижнего слоя 212 и промежуточного слоя 214 до достижения заранее определенной характеристики, например, способом лазерной резки. Далее способ может содержать шаги, на которых выравнивают верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 друг с другом и соединяют, только прижимая рукой, чтобы только слепить слои друг с другом и сформировать многослойный материал 218. Далее многослойный материал 218 можно пропустить через ламинатор для активации адгезива 216 путем приложения заранее определенного давления. Далее многослойный материал 218 можно нагревать до заранее определенной температуры (например, выше приблизительно 50°С или выше приблизительно 90°С) в течение заранее определенного времени (например, не менее приблизительно 2 часов) для завершения формирования гибкого соединения 106.
[00129] Кроме того, способ изготовления может включать в себя особые шаги для уменьшения числа возможных воздушных включений между верхним слоем 210, нижним слоем 212 и промежуточным слоем 214 во время сборки. Например, можно прикладывать положительное давление (например, приблизительно 100, 125, 150 фунтов на квадратный дюйм или выше) или разрежение (например, приблизительно -10, -12, -14 фунтов на квадратный дюйм или ниже) в течение заранее определенного времени для уменьшения числа возможных воздушных включений между верхним слоем 210, нижним слоем 212 и промежуточным слоем 214. Процесс приложения давления для уменьшения воздушных включений может быть или может не быть скомбинирован с высокими температурами (например, выше приблизительно 50°С или выше приблизительно 90°С).
[00130] Далее удаляют нижний прокладочный материал (не показан), который может быть расположен поверх адгезива 216 нижнего слоя 212 для обнажения адгезива 216. Далее гибкое соединение 106 соединяют с СУР 104 и проточной ячейкой 102 путем приложения нужного усилия к гибкому соединению 106 для активации адгезива 216, расположенного на нижней части гибкого соединения 106.
[00131] ФИГ 7А и 7В изображают вид в аксонометрии (ФИГ. 7А) и вид спереди (ФИГ. 7В) примера гибкого соединения 106 на ФИГ. 6. Для упрощения, в данном частном примере, показан только первый гибкий канал 136.
[00132] Верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 соединены друг с другом с образованием многослойного материала 218. Верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 тонкие, например, в некоторых случаях, от приблизительно 10 микрон до приблизительно 1000 микрон каждый. Поэтому многослойный материал 218 гибкий.
[00133] Например, высота 244 многослойного материала (или высота гибкого соединения) может составлять от приблизительно 30 микрон до приблизительно 3000 микрон. Высота 246 канала - это расстояние между верхом 224 и низом 226 первого гибкого канала 136. Высота канала может составлять, например, от приблизительно 10 микрон до приблизительно 1000 микрон. Ширина 222 канала - это расстояние между двумя противоположными внутренними стенками 248, 250. Ширина 220 стенки может иметь любую целесообразную величину в зависимости от расчетных параметров. Например, диапазон значений ширины 220 стенки может составлять от приблизительно 250 микрон до приблизительно 650 микрон. Как будет подробнее раскрыто на ФИГ. 8, расчетное отношение ширины 220 стенки к ширине 222 канала может составлять не менее приблизительно 2.5.
[00134] На ФИГ. 8 изображен пример графика 252 зависимости разрывного давления 256 от отношения 254 ширины 220 стенки к ширине 222 канала. Отношение 254 ширины 220 стенки к ширине 222 канала отложено по горизонтальной оси графика 252. Избыточное разрывное давление 256 (в фунтах на квадратный дюйм (фнт/кв.дюйм изб.)) представлено по вертикальной оси. Каждая точка 258 на графике представляет собой точку пересечения разрывного давления 256 для того или иного отношения 254. Следует отметить, что 1 фунт на квадратный дюйм (в единицах дюймовой системы) равен приблизительно 0.069 бар (в единицах метрической системы).
[00135] Отношение 254 ширины 220 стенки к ширине 222 канала - это параметр, влияющий на разрывное давление 256 гибкого канала (например, первого или второго гибких каналов 136, 138) в гибком соединении 106. Обычно, чем больше отношение 254, тем выше разрывное давление 256. В данном случае, под разрывным давлением 256 понимают давление, при котором в гибком канале 136, 138 будут возникать места нарушения герметичности.
[00136] Желаемое разрывное давление 256 для того или иного режима применения может зависеть от параметров применения. При этом разрывное давление 256 величиной не ниже 40 фнт/кв.дюйм изб. в первом и втором каналах 136, 138, как правило, адекватно для большинства режимов применения потока 134 реагента. Из точек 258 на графике 252 явствует, что при отношении 254 величиной не менее приблизительно 2.5 разрывное давление 256 может быть не ниже приблизительно 40 фнт/кв.дюйм изб.
[00137] ФИГ. 9А изображает пример вида спереди гибкого соединения с промежуточным пакетом подслоев. На ФИГ. 9А, 50 процентов по объему подслоев составляет адгезив.
[00138] ФИГ. 9В также изображает пример вида спереди гибкого соединения с промежуточным пакетом подслоев. На ФИГ. 9В, 25 процентов по объему подслоев составляет адгезив.
[00139] Гибкие соединения 106 на ФИГ. 9А и 9В содержат верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214. При этом промежуточный слой 214 представляет собой множество промежуточных подслоев 260, соединенных друг с другом адгезивом 262.
[00140] На ФИГ. 9А объем адгезива 262 составляет приблизительно 50 процентов от общего объема адгезива 262 в совокупности с промежуточными подслоями 260, которые могут состоять, например, из полиимида. При этом на ФИГ. 9В объем адгезива 262 составляет только приблизительно 25 процентов от общего объема адгезива 262 в совокупности с промежуточными подслоями 260, состоящими из того же материала (например, полиимида).
[00141] Процентная доля адгезива 262 (например, чувствительного к давлению адгезива) в общем объеме адгезива 262 в совокупности с промежуточными подслоями 260 также является параметром, влияющим на разрывное давление. Чем меньше эта процентная доля, тем, как правило, больше разрывное давление. В частном случае на ФИГ. 9А и 9В, две структуры гибкого соединения 106 отличны друг от друга только процентной долей адгезива 262 в совокупном объеме адгезива 262 и промежуточных подслоев 260. На ФИГ. 9А, эта процентная доля составляет 50 процентов, при этом разрывное давление составляет 50 фнт/кв.дюйм изб. На ФИГ. 9В, данное отношение составляет 25 процентов, при этом разрывное давление составляет 130 фнт/кв.дюйм изб.
[00142] ФИГ. 10 изображает пример пары графиков 264 и 266 зависимости усилия (в ньютонах) от смещения (в миллиметрах) для соответствующей пары прямых гибких соединений 106А, 106В. На графике 264 соответствующее гибкое соединение 106А включает в себя только расположенные в нем первый и второй гибкие каналы 136, 138. На графике 266 соответствующее гибкое соединение 106В включает в себя первый и второй гибкие каналы 136, 138, и, дополнительно, включает в себя щель 268, расположенную между гибкими каналами 136, 138.
[00143] Отсоединение системы управления реагентами (СУР) 104 от проточной ячейки 102 может сопровождаться приложением дополнительного механического напряжения и к СУР 104, и к проточной ячейке 102. Это обусловлено тем, что СУР 104 и проточная ячейка 102 выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга за счет изгибания гибкого соединения 106. При этом существует несколько путей снятия такого дополнительного механического напряжения. Одним из путей уменьшения такого напряжения (т.е. усилия, связанного с перемещением или смещением проточной ячейки 102 и/или гибкого соединения 106) является расположение щели 268 между первым и вторым гибкими каналами 136, 138.
[00144] Из сравнения графиков 264 и 266 видно, что щель 268 уменьшает усилие, связанное с перемещением гибкого соединения 106В, по сравнению с усилием, связанным с перемещением гибкого соединения 106А. В частности, первый дальний конец 263 гибких соединений 106А и 106В неподвижно закреплен, а второй дальний конец 265 гибких соединений 106А и 106В перемещают на заранее определенное расстояние (например, приблизительно от 1 до 20 процентов общей длины гибкого соединения) в направлении X в сторону первого дальнего конца 263. Затем второй дальний конец 265 перемещают в направлении, перпендикулярном направлению X (т.е. в направлении Y), и измеряют усилие (в ньютонах), необходимое для перемещения на данное смещение (в миллиметрах) в направлении Y для построения графиков 264 и 266.
[00145] Щель 268 уменьшает усилие (как видно из графика 266) по меньшей мере приблизительно в 2 раза относительно усилия, связанного с перемещением гибкого соединения 106А без щели 268 (как видно из графика 264). В частности, усилие, прилагаемое для перемещения гибкого соединения 106А (и тем самым проточной ячейки 102) на расстояние одного миллиметра, больше 0.2 ньютона без щели 268 (см. график 264), при этом при наличии щели 268 имеет место уменьшение усилия, прилагаемого для перемещения гибкого соединения 106В, до менее чем 0.1 ньютона (см. график 266). Кроме того, усилие, прилагаемое для перемещения гибкого соединения 106А на расстояние четырех миллиметров, больше 0.6 ньютона без щели 268 (см. график 264), при этом при наличии щели 268 имеет место уменьшение усилия, прилагаемого для перемещения гибкого соединения 106В, до менее чем 0.2 ньютона (см. график 266).
[00146] ФИГ. 11 изображает пример пары графиков 270, 272 зависимости усилия от смещения для прямого гибкого соединения 106С (график 270) и для S-образного гибкого соединения 106D (график 272). Другой путь уменьшения дополнительного механического напряжения, вызываемого отсоединением СУР 104 от проточной ячейки 102 через гибкое соединение 106, состоит во включении змейковой части в конструкцию гибкого соединения 106. В данном частном примере змейковая часть представляет собой S-образную часть 274 в конструкции гибкого соединения 106D на графике 272.
[00147] Как видно из сравнения графиков 270 и 272, S-образная часть 274 уменьшает усилие, связанное с перемещением гибкого соединения 106D, по сравнению с усилием, связанным с перемещением гибкого соединения 106С. А именно, первый дальний конец 271 гибких соединений 106С и 106D неподвижно закреплен, при этом второй дальний конец 273 гибких соединений 106С и 106D перемещают на заранее определенное расстояние (например, приблизительно от 1 до 20 процентов общей длины гибкого соединения) в направлении X в сторону первого дальнего конца 271. Затем второй дальний конец 273 перемещают в направлении, перпендикулярном направлению X (т.е. в направлении Y), и измеряют усилие (в ньютонах), необходимое для перемещения на данное смещение (в миллиметрах) в направлении Y для построения графиков 270 и 272.
[00148] S-образная часть 274 уменьшает усилие (как видно из графика 272) по меньшей мере приблизительно в 2 раза относительно усилия, связанного с перемещением гибкого соединения 106С без S-образной части 274 (как видно из графика 270). В частности, усилие, прилагаемое для перемещения гибкого соединения 106С (и тем самым проточной ячейки 102) на расстояние одного миллиметра, больше 0.2 ньютона без S-образной части 274 (см. график 270), а при наличии S-образной части 274 имеет место уменьшение усилия, прилагаемого для перемещения гибкого соединения 106D, до менее чем 0.1 ньютона (см. график 272). Кроме того, усилие, прилагаемое для перемещения гибкого соединения 106С на расстояние четырех миллиметров, больше 0.6 ньютона без S-образной части 274 (см. график 270), а при наличии S-образной части 274 имеет место уменьшение усилия, прилагаемого для перемещения гибкого соединения 106D, до менее чем 0.1 ньютона (см. график 272).
[00149] Н ФИГ. 12А, 12В и 12С изображен пример пары графиков 276, 278 зависимости усилия от смещения для гибкого соединения 106Е лазерной сваркой (график 276 на ФИГ. 12А и ФИГ. 12В) и клееного гибкого соединения 106F (график 278 на ФИГ. 12А и ФИГ. 12С). Оба гибких соединения 106Е и 106F включают в себя S-образную часть 274.
[00150] Еще один путь уменьшения дополнительного механического напряжения, вызываемого отсоединением СУР 104 от проточной ячейки 102 через гибкое соединение 106, состоит в выборе способов создания соединения между верхним слоем 210, нижним слоем 212 и промежуточным слоем 214. В данном частном примере, единственным существенным различием между конструкциями гибких соединений 106Е и 106F для каждого из графиков 276, 278 соответственно является способ создания соединения.
[00151] В частности, гибкое соединение 106Е для графика 276 выполнено лазерной сваркой. Соответственно, как показано в разобранном виде в аксонометрии на ФИГ. 12В, верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 гибкого соединения 106Е непосредственно соприкасаются друг с другом, при этом между ними отсутствует адгезив 216. При этом гибкое соединение 106F для графика 278 выполнено склеиванием. Соответственно, как показано в разобранном виде в аксонометрии на ФИГ. 12С, верхний слой 210, нижний слой 212 и промежуточный слой 214 гибкого соединения 106F содержат слой адгезива 216 (например, чувствительного к давлению адгезива) между верхним слоем 210, нижним слоем 212 и промежуточным слоем 214.
[00152] Как видно из сравнения графиков 276 и 278, склеивание уменьшает усилие, связанное с перемещением гибкого соединения 106F. В частности, первый дальний конец 275 гибких соединений 106Е и 106F неподвижно закреплен, а второй дальний конец 277 гибких соединений 106Е и 106F перемещают на заранее определенное расстояние (например, приблизительно от 1 до 20 процентов общей длины гибкого соединения) в направлении X в сторону первого дальнего конца 275. Затем второй дальний конец 277 перемещают в направлении, перпендикулярном направлению X (т.е. в направлении Y), и измеряют усилие (в ньютонах), необходимое для перемещения на данное смещение (в миллиметрах) в направлении Y для построения графиков 276 и 278.
[00153] Склеивание уменьшает усилие по меньшей мере приблизительно в 6 раз, как видно из сравнения графиков 278 и 276 усилий, связанных с перемещением гибкого соединения 106F, выполненного склеиванием и гибкого соединения 106Е, выполненного лазерной сваркой. В частности, усилие, прилагаемое для перемещения гибкого соединения 106Е (и тем самым проточной ячейки 102) на расстояние одного миллиметра, больше 0.6 ньютона, если соединение получено лазерной сваркой (см. график 276), при этом имеет место уменьшение усилия, прилагаемого для перемещения гибкого соединения 106F, до менее чем 0.1 ньютона в случае клееного соединения (см. график 278). Кроме того, усилие, прилагаемое для перемещения гибкого соединения 106Е на расстояние четырех миллиметров, больше 0.8 ньютона, если соединение получено лазерной сваркой (см. график 276), при этом имеет место уменьшение усилия, прилагаемого для перемещения гибкого соединения 106F, до менее чем 0.1 ньютона в случае клееного соединения (см. график 278).
[00154] ФИГ. 13А, 13В и 13С изображают примеры вида сверху (ФИГ. 13А), вида сбоку (ФИГ. 13В) и вида снизу в аксонометрии (ФИГ. 13С) элемента снятия механического напряжения 400, жестко соединенного с гибким соединением 106. В частном примере на ФИГ. 13А, 13В и 13С, элемент 400 снятия напряжения выполнен в виде эпоксидного шарика 402.
[00155] Связь между гибким соединением 106 и проточной ячейкой 102 может быть достаточно прочной, чтобы выдержать механические нагрузки (или механическое усилие), воздействующие на гибкое соединение 106 во время перемещения проточной ячейки 102, а также напряжения, вызываемые изменениями температуры и давления. Такое напряжение может стать причиной сдвига связи между гибким соединением 106 и проточной ячейка 102, если связь недостаточно прочна. Элемент 400 снятия напряжения может способствовать смягчению такого напряжения.
[00156] Если элемент 400 снятия напряжения выполнен в виде эпоксидного шарика 402, эпоксидный шарик 402 состоит, в основном, из эпоксидного состава, размещенного вдоль угла 404 в месте стыка внешней границы 406 проточной ячейки 102 и нижней поверхности 408 гибкого соединения 106. При данной конфигурации элемента 400 снятия напряжения, происходит перенаправление, по меньшей мере, части усилий напряжения, воздействующих на гибкое соединение 106, в корпус проточной ячейки 102 через эпоксидный шарик 402.
[00157] Возможно применение любого числа эпоксидных составов, при условии наличия у них поверхностного натяжения, достаточного для формирования отдельного шарика. Например, эпоксидный шарик 402 может включать в себя адгезивы на акриловой или кремнийорганической основе или быть выполнен из двухкомпонентного УФ-отверждаемого эпоксидного состава.
[00158] На ФИГ. 14А, 14В и 14С изображены вид сверху (ФИГ. 14А), вид сбоку (ФИГ. 14В) и вид в аксонометрии (ФИГ. 14С) примера элемента снятия механического напряжения 400, жестко соединенного с гибким соединением 106, причем элемент 400 снятия напряжения выполнен в виде желоба 410. Желоб 410 расположен между гибким соединением 106 и опорным приспособлением 302.
[00159] Показано, что желоб 410 не соприкасается с проточной ячейкой 102. По существу, желоб отводит часть напряжения (например, сдвигающие усилия) от связи между проточной ячейкой 102 и гибким соединением 106 и перенаправляет напряжение в опорное приспособление 302 через элемент 400 снятия напряжения. В других конфигурациях, желоб 410 может включать в себя установочные ручки (не показаны), выполненные с возможностью выравнивания желоба 410 относительно проточной ячейки 102. При этом установочные ручки могут не быть предназначены для отвода усилия какой-либо существенной величины в проточную ячейку 102.
[00160] Желоб 410 содержит разгрузочный вырез 412, расположенный в центральной части желоба 410. Разгрузочный вырез 412 может проходить по всей ширине 414 желоба 412 от верхней поверхности 416 (т.е. поверхности, соприкасающейся с гибким соединением 106) до нижней поверхности 418 (т.е. поверхности, соприкасающейся с опорным приспособлением 302). Разгрузочный вырез 412 образует форму для вмещения и придания формы эпоксидному составу, который помещают в разгрузочный вырез 412 для создания связи гибкого соединения 106 с опорным приспособлением 302.
[00161] Стенки 420 разгрузочного выреза 412 расходятся на конус от верхней поверхности 416 к нижней поверхности 418 желоба 410. То есть на виде в поперечном разрезе разгрузочный вырез 412 имел бы форму трапеции с площадью разгрузочного выреза 412 у верхней поверхности 416 меньшей, чем площадь разгрузочного выреза 412 у нижней поверхности 418. За счет образования большей площади у нижней поверхности 418, с опорным приспособлением 302 соприкасается большая площадь эпоксидного состава, чем если бы стенки 420 не расходились на конус. Большая площадь эпоксидного состава может обеспечить более прочную связь опорного приспособления 302 с желобом 410.
[00162] Несмотря на то, что в примере на ФИГ. 14А, 14В и 14С стенки 420 изображены расходящимися на конус, также возможно применение иных конфигураций стенок. Например, стенки 420 могут сходиться на конус или стенки 420 могут быть вертикальными.
[00163] Множество несущих колец 422 адгезива расположены вокруг внешней границы верхней поверхности 416 разгрузочного выреза 412. Несущие кольца 422 адгезива выступают вверх от верхней поверхности 416. В данном примере несущие кольца 422 адгезива выступают вверх приблизительно до уровня верхней поверхности гибкого соединения 106.
[00164] Несущие кольца 422 адгезива обеспечивают возможность создания контакта поверхности натяжения с несущими кольцами 422 адгезива с возможностью прохождения эпоксидного состава поверх верхней поверхности 416 желоба 410. Это облегчает охватывание эпоксидным составом гибкого соединения 106 для создания более прочной связи между гибким соединением 106 и эпоксидным составом в пределах желоба 410.
[00165] Несмотря на то, что в данном варианте осуществления несущие кольца 422 адгезива выступают до уровня верхней поверхности гибкого соединения 106, в альтернативном варианте несущие кольца 422 адгезива могут быть выполнены с возможностью выступания до разных уровней. Это обусловлено тем, что высота несущих колец 422 адгезива может частично зависеть от типа эпоксидного состава, применяемого для обеспечения оптимального контакта поверхности натяжения для эпоксидного состава.
[00166] На и/или в желобе 410 расположены реперы (или сквозные отверстия) 424 для обеспечения возможности изготовления с автоматизированной перекладкой. В частности, во время изготовления, трехкоординатный перекладчик может осуществлять захват желоба 410, после чего можно осуществлять просмотр реперов 424 посредством камеры для надлежащего позиционирования желоба 410 на опорном приспособлении 302.
[00167] Желоб 410 может быть выполнен из пластмассы, например, поликарбоната или иной пластмассы, подходящей для литья под давлением. Желоб 410 может быть выполнен в виде литой под давлением детали.
[00168] На ФИГ. 15А, 15В и 15С изображены вид сверху (ФИГ. 15А), вид сбоку (ФИГ. 15В) и вид в аксонометрии (ФИГ. 15С) примера элемента снятия механического напряжения 400, жестко соединенного с гибким соединением 106, в котором элемент 400 снятия напряжения выполнен в виде цельной детали 430 с первым адгезивом 432, например, чувствительным к давлению адгезивом, и вторым адгезивом 434, например, чувствительным к давлению адгезивом, на ней. Цельная деталь 430 расположена между гибким соединением 106 и опорным приспособлением 302.
[00169] Показано, что цельная деталь 430 с первым и вторым адгезивами 432, 434 не соприкасается с проточной ячейкой 102. По существу, цельная деталь 430 отводит часть напряжения (например, сдвигающих усилий) от проточной ячейки 102 и перенаправляет напряжение в опорное приспособление 302. В других конфигурациях цельная деталь 430 может включать в себя установочные ручки (не показаны), применяемые для выравнивания цельной детали 430 относительно проточной ячейки 102. При этом установочные ручки могут не быть предназначены для отвода усилия какой-либо существенной величины в проточную ячейку 102.
[00170] Первый адгезив 432 помещен между верхней поверхностью 436 (т.е. поверхностью, расположенной наиболее близко к гибкому соединению 106) цельной детали 430 и гибким соединением 106. Второй адгезив 434 помещен между нижней поверхностью 438 (т.е. поверхностью, расположенной наиболее близко к опорному приспособлению 302) цельной детали 430 и опорным приспособлением 302. Первый адгезив 432, второй адгезив 434 и цельная деталь 430 образуют конфигурацию элемента 400 снятия напряжения, представляющего собой слоистую конструкцию, прикрепленную и к гибкому соединению 106, и к опорному приспособлению 302.
[00171] На цельной детали 430 расположены реперы (или сквозные отверстия) 440 для обеспечения возможности изготовления с автоматизированной перекладкой. В частности, во время изготовления, трехкоординатный перекладчик может осуществлять захват цельной детали 430, после чего можно осуществлять просмотр реперов 440 посредством камеры для надлежащего позиционирования цельной детали 430 на опорном приспособлении 302.
[00172] Цельная деталь 430 может быть выполнена из пластмассы, например, поликарбоната или иной пластмассы, подходящей для литья под давлением. Цельная деталь 430 может быть выполнена в виде литой под давлением детали.
[00173] Вариант осуществления прибора согласно одной или нескольким аспектам раскрываемого изобретения включает в себя систему управления реагентами, гибкое соединение и проточную ячейку. Система управления реагентами выполнена с возможностью расположения в приборе. Система управления реагентами включает в себя множество лунок для реагентов. При этом каждая лунка для реагента выполнена с возможностью вмещения реагента из множества размещенных в системе реагентов. Система управления реагентами выполнена с возможностью выбора потока реагента из множества реагентов. Гибкое соединение выполнено с возможностью расположения в приборе. Гибкое соединение включает в себя первый гибкий канал, связанный по текучей среде с системой управления реагентами. Первый гибкий канал выполнен с возможностью направления потока реагента. Проточная ячейка выполнена с возможностью расположения в приборе. Проточная ячейка включает в себя проточный канал, связанный по текучей среде с первым гибким каналом. Проточный канал выполнен с возможностью направления потока реагента поверх аналитов, расположенных в проточном канале. Гибкое соединение обеспечивает возможность перемещения проточной ячейки прибором относительно фиксированной базовой точки в приборе.
[00174] В другом варианте прибора гибкое соединение обеспечивает возможность перемещения проточной ячейки относительно фиксированной базовой точки в приборе, при этом модуль детектирования прибора удерживают в неизменном положении относительно базовой точки.
[00175] В другом варианте прибор включает в себя картридж. Картридж включает в себя систему управления реагентами, проточную ячейку и гибкое соединение между ними. Когда картридж введен в зацепление с прибором, а проточная ячейка введена в зацепление с картриджем, система управления реагентами неподвижна относительно базовой точки прибора, а проточная ячейка подвижна относительно базовой точки прибора.
[00176] В другом варианте прибора система управления реагентами расположена относительно базовой точки приблизительно в пределах заранее определенного первого допустимого диапазона. Проточная ячейка расположена относительно базовой точки приблизительно в пределах заранее определенного второго допустимого диапазона. Первый допустимый диапазон по меньшей мере в 10 раз превышает второй допустимый диапазон.
[00177] В другом варианте прибора гибкое соединение включает в себя второй гибкий канал, связанный по текучей среде с проточным каналом проточной ячейки. Второй гибкий канал выполнен с возможностью направления потока реагента из проточной ячейки в систему управления реагентами после того, как поток реагента пройдет по проточному каналу.
[00178] В другом варианте прибора гибкое соединение включает в себя щель, расположенную между первым и вторым гибкими каналами для уменьшения усилия, связанного с перемещением гибкого соединения.
[00179] В другом варианте прибора гибкое соединение содержит змейковую часть для уменьшения усилия, связанного с перемещением гибкого соединения.
[00180] В другом варианте прибора гибкое соединение включает в себя: верхний слой, образующий верх первого гибкого канала, нижний слой, образующий низ первого гибкого канала, и промежуточный слой, определяющий ширину стенки и ширину канала первого гибкого канала. Отношение ширины стенки к ширине канала составляет не менее приблизительно 2.5.
[00181] В другом варианте прибор включает в себя модуль детектирования. Когда поток реагента направляют поверх аналитов, происходит химическая реакция между потоком реагента и аналитами. Химическая реакция побуждает аналиты оказывать влияние на детектируемые свойства, относящиеся к аналитам. Модуль детектирования выполнен с возможностью детектирования детектируемых свойств в ходе перемещения проточной ячейки относительно модуля детектирования.
[00182] В другом варианте прибора промежуточный слой представляет собой множество подслоев.
[00183] В другом варианте прибора верхний, промежуточный и нижний слои соединены друг с другом способом склеивания, или способом термического соединения, или способом непосредственного соединения лазерной сваркой.
[00184] Вариант осуществления картриджа согласно одной или нескольким аспектам раскрываемого изобретения включает в себя систему управления реагентами, гибкое соединение и проточную ячейку, при этом система управления реагентами выполнена с возможностью выбора потока реагента из множества реагентов, содержащихся в системе управления реагентами. Гибкое соединение выполнено с возможностью расположения в картридже. Гибкое соединение включает в себя первый гибкий канал, связанный по текучей среде с системой управления реагентами. Первый гибкий канал выполнен с возможностью направления потока реагента. Проточная ячейка выполнена с возможностью расположения в картридже. Проточная ячейка включает в себя проточный канал, связанный по текучей среде с первым гибким каналом. Проточный канал выполнен с возможностью направления потоков реагентов поверх аналитов, расположенных в проточном канале. Когда картридж введен в зацепление с прибором, гибкое соединение обеспечивает возможность перемещения проточной ячейки прибором относительно фиксированной базовой точки в приборе.
[00185] В другом варианте картриджа гибкое соединение включает в себя второй гибкий канал, связанный по текучей среде с проточным каналом проточной ячейки. Второй гибкий канал выполнен с возможностью направления потока реагента из проточной ячейки в систему управления реагентами после того, как поток реагента пройдет по проточному каналу.
[00186] В другом варианте картриджа гибкое соединение включает в себя щель, расположенную между первым и вторым гибкими каналами для уменьшения усилия, связанного с перемещением гибкого соединения.
[00187] В другом варианте картриджа гибкое соединение содержит змейковую часть для уменьшения усилия, связанного с перемещением гибкого соединения.
[00188] В другом варианте картриджа гибкое соединение включает в себя: верхний слой, образующий верх первого гибкого канала, нижний слой, образующий низ первого гибкого канала, и промежуточный слой, определяющий ширину стенки и ширину канала первого гибкого канала. Отношение ширины стенки к ширине канала составляет не менее приблизительно 2.5.
[00189] Вариант осуществления модуля гибкого соединения согласно одной или нескольким аспектам раскрываемого изобретения включает в себя гибкое соединение и проточную ячейку. Гибкое соединение содержит сквозное отверстие входа в первый канал, сквозное отверстие выхода из первого канала и связанный с ними по текучей среде первый гибкий канал. Сквозное отверстие входа в первый канал включает в себя гидравлическое уплотнение, выполненное с возможностью соединения с выпускным окном системы управления реагентами и пропускания через себя потока реагента. Проточная ячейка включает в себя впускное окно, выпускное окно и проточный канал, выполненный с возможностью связи между ними по текучей среде. Впускное окно связано по текучей среде со сквозным отверстием выхода из первого канала гибкого соединения. Проточный канал выполнен с возможностью направления потока реагента поверх аналитов, расположенных в проточном канале.
[00190] В другом варианте модуля гибкого соединения гибкое соединение включает в себя сквозное отверстие входа во второй канал, сквозное отверстие выхода из второго канала и второй гибкий канал, выполненный с возможностью связи между ними по текучей среде. Сквозное отверстие входа во второй канал связано по текучей среде с выпускным окном проточной ячейки. Сквозное отверстие выхода из второго канала включает в себя гидравлическое уплотнение, выполненное с возможностью соединения с впускным окном системы управления реагентами и пропускания через себя потока реагента.
[00191] В другом варианте модуля гибкого соединения, гидравлическое уплотнение представляет собой съемное гидравлическое уплотнение, выполненное с возможностью разъемного соединения с выпускным окном системы управления реагентами и пропускания через себя потока реагента.
[00192] В другом варианте модуля гибкого соединения модуль гибкого соединения включает в себя опорное приспособление. Опорное приспособление включает в себя внутреннюю бровку, окружающую проточную ячейку. Опорное приспособление выполнено с возможностью вмещения проточной ячейки в пределах внутренней бровки и обеспечения возможности перемещения проточной ячейки в боковом направлении и продольно в указанных пределах.
[00193] Следует понимать, что все комбинации раскрытых выше аспектов и дополнительных идей, подробнее раскрытых в настоящем разделе (при отсутствии взаимного противоречия между такими идеями), считаются частью раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения. В частности, предполагается, что все комбинации заявленного объекта изобретения, указанные в конце настоящего раскрытия, являются частью раскрытого в настоящей заявке объекта изобретения.
[00194] Несмотря на то, что изобретение было раскрыто выше на конкретных примерах, следует понимать, что могут быть внесены многочисленные изменения без отступления от существа и объема раскрытых идей изобретения. Поэтому подразумевается, что раскрытие не ограничено приведенными примерами, при этом его полный объем определен текстом нижеследующей формулы изобретения.