專利名稱：在基于微滴的流體輸送過程中避免反彈和飛濺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于輸送流體的系統(tǒng)和方法，尤其涉及用于輸送像微滴這 樣的流體的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在制藥、生物技術(shù)、醫(yī)療和其它行業(yè)中存在這樣一種需求，期望能夠迅速 篩選、識別和/或處理大量或各類流體。于是，人們將許多注意力都集中在如何 開發(fā)出有效、精密且準(zhǔn)確的流體處理方法。例如，已將自動(dòng)化的機(jī)器人系統(tǒng)與 精密配準(zhǔn)技術(shù)結(jié)合使用，以通過自動(dòng)化的采集-放置(吸入-吐出)流體處理系 統(tǒng)來分配試劑。相似的是，人們已對適配打印技術(shù)特別是噴墨打印技術(shù)付出了一些努力，以形成生物分子陣列。例如，Baldeschwieler等人的美國專利6,015,880涉及利用了原位合成過程中的多個(gè)步驟的陣列準(zhǔn)備過程。這種合成可能包括利 用噴墨技術(shù)將含試劑的微滴分配到一個(gè)為允許試劑共價(jià)附著而經(jīng)化學(xué)制備的 表面上的一位置。
在選擇流體輸送系統(tǒng)時(shí)有許多權(quán)衡。例如，目前所使用的大多數(shù)流體處理 系統(tǒng)都要求待傳遞的流體與傳遞設(shè)備的相關(guān)固體表面之間必須建立接觸。這種 接觸通常都會引起表面沾濕從而不可避免地浪費(fèi)了待傳遞的流體，當(dāng)待傳遞的 流體很稀有和/或很昂貴時(shí)，這一缺點(diǎn)的影響就更加明顯。當(dāng)利用管子或其它流 體輸送管道構(gòu)建流體輸送系統(tǒng)時(shí)，可能會有氣泡進(jìn)入或者可能有微粒堵在上述 管道中。普通噴墨打印頭的噴嘴也容易堵塞，尤其是在高溫下噴射含大分子的 流體時(shí)更是如此，這一情形常常與此類技術(shù)相關(guān)。其結(jié)果是，普通流體輸送技 術(shù)可能產(chǎn)生大小不恰當(dāng)或失去方向的微滴。
大量的專利已描述了使用聚焦聲輻射的方法來分配像墨水和試劑這樣的 流體。例如，Lovelady等人的美國專利4,308,547描述了一種液滴發(fā)射器，它
利用聲學(xué)原理將液體中的微滴噴射到正移動(dòng)的文檔上從而形成字符或條形碼。 一種無噴嘴的打印裝置得以使用，使得墨表面處或其下方的彎曲轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的聲學(xué)力推動(dòng)著受控的墨滴。相似的是，Ellson等人的美國專利申請 20020037579描述了一種朝著基板表面上多個(gè)分散的位置聲噴射大量的流體微 滴以便于在基板表面上進(jìn)行沉積的設(shè)備。Williams的美國專利申請公開 20020094582描述了使用聚焦聲學(xué)技術(shù)的許多技術(shù)。與噴墨打印設(shè)備相比，聚 焦聲輻射可以用于實(shí)現(xiàn)無噴嘴流體噴射，并且使用聚焦聲輻射的設(shè)備通常不容 易堵塞且不容易有相關(guān)的缺點(diǎn)(比如失去方向的流體或大小不恰當(dāng)?shù)奈⒌?。因?yàn)橹扑帯⑸锛夹g(shù)和其它科學(xué)產(chǎn)業(yè)所使用的流體可能很稀有和/或很昂 貴，所以能夠處理少量流體的技術(shù)與那些需要較大量的技術(shù)相比具有很多明顯 的優(yōu)勢。通常，組合方法中所使用的流體都是作為有機(jī)和/或生物化合物的收集 物或儲存庫而予以提供的。在許多情況下，使用網(wǎng)板(well plate)來存儲大量 的流體以便于篩選和/或處理。網(wǎng)板通常是單片構(gòu)造且包括許多完全一樣的孔， 其中每一個(gè)孔適于包含少量的流體。這種網(wǎng)板是標(biāo)準(zhǔn)尺寸的商品化網(wǎng)板，并且 每個(gè)板可以包含96、 384、 1536或3456個(gè)孔。流體微滴的輸送可以對準(zhǔn)針對現(xiàn)有的流體體積。例如，在使用離散微滴的 任何流體輸送系統(tǒng)中，可能希望使用大量的小微滴來輸送該流體，而不是使用 單個(gè)較大的微滴。第一個(gè)微滴之后的每一個(gè)微滴將潛在地影響現(xiàn)有的流體體 積。當(dāng)流體微滴對準(zhǔn)現(xiàn)有的流體體積時(shí)，總期望該微滴能與該現(xiàn)有體積聚并在 一起。若沒有聚并在一起，則微滴可能會反彈或飛濺，這都是不期望看到的。 當(dāng)微滴對準(zhǔn)固體目標(biāo)時(shí)，也不希望有反彈和飛濺。例如，上述目標(biāo)可能是網(wǎng)板， 其中根據(jù)所使用的傳遞協(xié)議應(yīng)該將微滴全部置于一個(gè)已標(biāo)識的單個(gè)孔中，而飛 濺可能使該微滴中的一部分流體落入一個(gè)不同的孔中。觀察到當(dāng)微滴遇到固體或現(xiàn)有流體體積時(shí)會發(fā)生反彈這一現(xiàn)象已經(jīng)有許 多年了。人們相信，該現(xiàn)象并非簡單地涉及微滴與固體或流體體積，還涉及微 滴和固體或體積之間的空氣緩沖?；诔Ｒ?guī)流體參數(shù)(比如粘度和表面張力)來精確預(yù)計(jì)何時(shí)會出現(xiàn)微滴反彈和飛濺的這一期望通常不在計(jì)算流體力學(xué)所 能處理的范圍之內(nèi)，所以在對涉及微滴反彈和飛濺的問題做分析時(shí)經(jīng)驗(yàn)調(diào)查是
一種較佳的方法。在M. Orme的"Experiments on Droplet Collisions, Bounce, Coalescence and Disruption," (Progress in Energy and Combustion Science, vol. 23，第65-79頁，1997)中，可以找到某些經(jīng)驗(yàn)調(diào)査的總結(jié)，其中包含了許多 參考文獻(xiàn)。發(fā)明內(nèi)容總得來說，本發(fā)明是一種用于流體輸送的系統(tǒng)。在存儲槽(reservoir)中保存了一些流體。使用微滴發(fā)生器(比如基于噴嘴的系統(tǒng)或像聲噴射系統(tǒng)這樣 的無噴嘴系統(tǒng))從該流體中產(chǎn)生微滴。為了產(chǎn)生微滴，該微滴發(fā)生器可能與該 流體發(fā)生接觸或者可能不發(fā)生接觸。為了能夠從不止一個(gè)存儲槽中進(jìn)行噴射， 可以將微滴發(fā)生器設(shè)置成從一個(gè)存儲槽移動(dòng)到另一個(gè)存儲槽。在普通的安排 下，許多存儲槽形成整體結(jié)構(gòu)的一部分(比如基板)，并且合適的機(jī)械或電動(dòng) 機(jī)械系統(tǒng)可能在計(jì)算機(jī)控制下使該結(jié)構(gòu)相對于微滴發(fā)生器移動(dòng)到合適位置。微滴發(fā)生器受到控制器的控制，最好通過某些通信系統(tǒng)以電子方式連接著 計(jì)算機(jī)。微滴在生成之后就到達(dá)目標(biāo)，該目標(biāo)可能是將要被微滴涂敷的網(wǎng)板、 多孔或非多孔的表面、基板或結(jié)構(gòu)。電路控制著所產(chǎn)生的微滴的一個(gè)或多個(gè)特 征，從而增大該微滴在到達(dá)目標(biāo)時(shí)不飛濺或反彈的幾率。該電路可以受到上述 控制器的控制，或者可以形成該控制器中的一部分。該目標(biāo)可能已具有一些流 體，并且該微滴可能與那些流體聚并在一起。在某些較佳實(shí)施方式中，上述用于控制一個(gè)或多個(gè)特征的電路可以控制微 滴到達(dá)目標(biāo)時(shí)的速度。該速度可以被控制在較佳的范圍中。在另一個(gè)實(shí)施方式 中，上述控制電路可以控制微滴的韋伯?dāng)?shù)(Webernumber)。這樣，該電路便 可以控制微滴的直徑或其速度或兩者都能控制。在另一個(gè)較佳實(shí)施方式中，該 電路可以在微滴穿過的空間區(qū)域中提供電場。該電場可能導(dǎo)致微滴的極化或帶 電。在另一個(gè)較佳實(shí)施方式中，該電路可以通過使微滴接觸各種離子而使其帶 電。本發(fā)明還包括流體的輸送方法。在這些方法中，微滴是從存儲槽中的一些 流體中產(chǎn)生的?？刂莆⒌蔚能壽E，使得它到達(dá)目標(biāo)?？刂扑a(chǎn)生的微滴的一個(gè) 或多個(gè)特征，以便增大在微滴到達(dá)目標(biāo)時(shí)不發(fā)生飛濺或反彈的幾率


下文參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，其中在若干個(gè)附圖中相同的標(biāo)號指 代相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。圖1A和IB (統(tǒng)稱為圖1)在簡化橫截面圖中示意性地示出了在基板表面 上制備多個(gè)特征的過程中聚焦聲噴射設(shè)備的操作過程。圖1A示出了聲耦合著 第一存儲槽并且已被激活的聲噴射器，以便使來自存儲槽內(nèi)的流體的第一微滴 朝著基板表面上的特定位置噴射。圖IB示出了聲耦合著第二存儲槽并且已被 激活聲噴射器，以便噴射來自第二存儲槽內(nèi)的流體的第二微滴。圖2以橫截面示意圖的方式示出了由基板表面上的大量流體的流體微滴被 噴入毛細(xì)管末端處的入口的過程。圖3描繪了微滴利用微滴接近方向上的電場接近目標(biāo)。圖4描繪了本發(fā)明的典型電路。圖5A-5C示出了通過控制聲噴射系統(tǒng)中的聲能所能實(shí)現(xiàn)的速度控制。圖6A-6C示出了對于70% DMSO/30。/。水而言微滴速度對微滴聚并的幾率的影響。
具體實(shí)施方式
在對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述之前，應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于特定的流體、 生物分子、或設(shè)備結(jié)構(gòu)，因?yàn)檫@些都可以改變。還應(yīng)該理解，本文所用的術(shù)語 僅用于描述特定的實(shí)施方式，而并不具有限制性。應(yīng)該注意到，在本說明書和所附權(quán)利要求書中，單數(shù)形式包括單數(shù)和復(fù)數(shù) 的意思，除非上下文明確指出并非如此。由此，例如，提到"存儲槽"時(shí)不僅 包括多個(gè)存儲槽還包括單個(gè)存儲槽，提到"微滴"時(shí)不僅包括多個(gè)微滴還包括 單個(gè)微滴。在描述本發(fā)明以及根據(jù)權(quán)利要求提出主張時(shí)，將根據(jù)下文所闡明的定義來 使用下面這些術(shù)語。在本文中，術(shù)語"聲耦合"是指這樣一種狀態(tài)，即一物體被置于與另一物 體直接或間接接觸以便允許在這兩個(gè)物體之間傳遞聲輻射(acoustic radi ati on)
而沒有相當(dāng)大的聲能損耗。當(dāng)兩個(gè)物品間接聲耦合時(shí)，需要"聲耦合介質(zhì)"來 提供一種可供聲輻射傳輸?shù)闹虚g物。由此，為了使噴射器所產(chǎn)生的聲輻射通過 聲耦合介質(zhì)傳遞到流體，可以通過將噴射器沉浸在流體中或者在噴射器和流體 之間插入聲耦合介質(zhì)從而使噴射器聲耦合著該流體。在本文中，術(shù)語"陣列"是指各種特征的二維排列方式，比如存儲槽(即， 網(wǎng)板中的孔)的排列方式或基板表面上不同部分(moiety)的排列方式(就像 在寡核苷酸或縮氨酸陣列中那樣)，這些不同部分包括離子的、金屬的、或共 價(jià)結(jié)晶的(比如分子結(jié)晶的、合成的、陶瓷的、玻璃狀的、無定形的、流體的、 或分子的)材料。陣列通常由一些規(guī)則的有序特征構(gòu)成，比如就像在直線柵格、 平行條紋、螺旋形等中那樣，但是也可以使用不規(guī)則的陣列。特別是，在本文 中，術(shù)語"直線形陣列"是指一種具有多行和多列特征的陣列，其中這些行與 列通常(但并不必然如此)以90度角彼此相交。陣列與更常見的術(shù)語"圖形" 的區(qū)別在于，圖形并不必然地包含有序且規(guī)則的特征。陣列通常(但并不必然 如此)包括至少大約4-10,000,000個(gè)特征，通常都在大約4-1,000,000個(gè)特征的 范圍中。在本文中，可交替使用的術(shù)語"生物分子"和"生物學(xué)的分子"是指任何 是、曾是、或可以是活體生物的一部分的有機(jī)分子，而不管該分子的整體或部分是自然出現(xiàn)的、重組產(chǎn)生的、還是化學(xué)合成的。例如，這些術(shù)語包括核苷酸、氨基酸和單糖以及低聚物、聚合形態(tài)(polymeric species)，比如寡核苷酸 和多核苷酸；縮氨酸分子，比如寡肽、多肽和蛋白質(zhì)；糖類，比如二糖、寡糖、 多糖和粘多糖或肽聚糖(縮氨酸-多糖(peptido-polysaccharides))等等。這些 術(shù)語還包括核糖體、酶輔因子、藥理學(xué)活性劑等。涉及術(shù)語"生物分子"的附 加信息可以在Ellson等人的美國專利申請公報(bào)20020037579中找到。在本文中，術(shù)語"毛細(xì)管"是指一種具有小尺寸的孔的導(dǎo)管。通常，用于 電泳的毛細(xì)管是獨(dú)立式的管子，其內(nèi)直徑介于大約50-250pm的范圍中。集成 到其它器件的、具有極小的孔的毛細(xì)管(比如用于裝填微流體器件的微通道的 開口 )可以小到l)im，但通常這些毛細(xì)管開口都介于大約10-100pm的范圍中。 在傳遞到電鍍型質(zhì)譜儀中的質(zhì)量分析器的情況下，毛細(xì)管的內(nèi)直徑可以介于大 約0.1-3mm的范圍中，最好介于0.5-lmm的范圍中。在一些情況下，毛細(xì)管可
以代表微流體器件的一部分。在這種情況下，毛細(xì)管可能是微流體器件整體的 一部分或是其附帶(永久性地或可拆卸地附帶)的一部分。在本文中，術(shù)語"流體"是指非固體或至少部分氣態(tài)和/或液態(tài)但不是全部氣態(tài)的物質(zhì)。流體可以包含最低程度地、局部地、或完全地溶劑化的、分散的、 或懸浮的固體。流體的示例包括但不限于水溶性液體(包括本身只有水以及鹽 水)以及非水溶性液體(比如有機(jī)溶劑等)。在本文中，術(shù)語"流體"與"墨 水"不同義，因?yàn)槟仨毎珓┎⑶也豢赡苁菤鈶B(tài)的。術(shù)語"聚焦裝置"和"聲聚焦裝置"是指一種使聲波會聚在焦點(diǎn)處的裝置， 該裝置使用與聲能源分開的、像光學(xué)透鏡那樣起作用的器件或者使用一種聲能 源的空間排列方式以通過相長和相消干涉來實(shí)現(xiàn)聲能在焦點(diǎn)處的會聚。聚焦裝 置可以簡單地是一種具有曲面的固體構(gòu)件，或者它可以包括像菲涅耳透鏡中那 些結(jié)構(gòu)那樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)使用衍射來引導(dǎo)聲輻射。合適的聚焦裝置還包括本領(lǐng)域已知的相控陣方法，比如Nakayasu等人的美國專利5,798,779 以及Amemiya等人在"尸roceetZ/"gs o/ Ae /Sc&T tW尸"/"&ma"ona/Co"/e廠e"ce o" D/g"a//V/"""g 7>c/mo/og/e ，第698-702頁都描述了這種方法。 發(fā)明人Ellson禾B Mutz在2002年1月30日提交的題為"Acoustic Sample Introduction for Analysis and/or Processing"白勺美國專禾U申請10/066,546提供了 關(guān)于聲聚焦的其它信息。在本文中，可交替使用的術(shù)語"庫"和"組合庫"是指按圖形或陣列排列 的多個(gè)化學(xué)或生物部分，這些部分是可單獨(dú)尋址的。在一些情況下，多個(gè)化學(xué) 或生物部分存在于基板的表面上，并且在其它情況下多個(gè)部分代表了多個(gè)存儲 槽的內(nèi)容。較佳地，但并非必然地，每一部分都與其它部分不相同。例如，這 些部分可以是縮氨酸分子(peptidic molecule)禾卩/或寡核苷酸。開口的"有限尺寸"是指一球體可穿過開口而不變形的理論上的最大直徑。 例如，圓形開口的有限尺寸是該開口的直徑。作為另一個(gè)示例，矩形開口的有 限尺寸是該矩形開口的短邊長度。該開口可以存在于任何固體上，包括但不限 于樣品容器、基板、毛細(xì)管、微流體器件以及電離腔。根據(jù)開口的目的，開口 可以代表入口和/或出口。術(shù)語"部分(moiety)"是指任何特定的物質(zhì)組成，例如分子片段、原封 不動(dòng)的分子(包括單體分子、寡聚分子、或聚合物)、或材料的混合物(例如 合金或?qū)訅翰牧?。術(shù)語"附近"在用于表示從聚焦聲輻射的焦點(diǎn)到從中噴射出微滴的流體的 表面時(shí)，是指引向流體的聚焦聲輻射能使微滴從液體表面噴射出來這樣一種距 離，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠直截了當(dāng)?shù)乩美袑?shí)驗(yàn)針對任何給定的流體選 擇合適的距離。然而，通常，聲輻射的焦點(diǎn)與流體表面之間的合適距離是流體 中的聲速波長的約l-15倍的范圍中，更普遍的是，在該波長的約1-10倍的范 圍中，最好是在該波長的約l-5倍的范圍中。"任選的"或"任選地"是指隨后描述的情況可能發(fā)生也可能不發(fā)生，所 以該描述包括該情況發(fā)生的實(shí)例，也包括該情況不發(fā)生的實(shí)例。術(shù)語"輻射"使用其普通的含義，并且是指能量以波擾動(dòng)的方式進(jìn)行發(fā)射 和傳播，該波擾動(dòng)穿過介質(zhì)使得能量從該介質(zhì)的一個(gè)粒子傳遞到另一個(gè)粒子而 不對介質(zhì)本身造成任何永久性位移。由此，輻射可以是指電磁波以及聲振動(dòng)。相應(yīng)地，術(shù)語"聲輻射"和"聲能"在本文中可交替使用，并且是指能量 以聲波的方式進(jìn)行發(fā)射和傳播。就像其它波那樣，聲輻射也可以用聚焦裝置進(jìn) 行聚焦，下文會進(jìn)一步討論。盡管聲輻射可以具有單個(gè)頻率和相關(guān)的波長，但 是聲輻射也可能采用含多個(gè)頻率的線性啁啾的形式。由此，術(shù)語"特征波長" 用于描述具有多個(gè)頻率聲輻射的平均波長。術(shù)語"存儲槽"是指用于包含流體的容器或腔室。在一些情況下，存儲槽 中所包含的流體將具有自由表面，比如允許從中反射聲輻射的表面、或可從中 以聲學(xué)方式噴射出微滴的表面。存儲槽也可以是基板表面上含流體的位置。術(shù)語"基板"是指可在其表面上沉積一種或多種流體的任何材料。該基板可以許多形式來構(gòu)造，比如晶片、滑片(slide)、網(wǎng)板、或膜。另外，該基板 可以按沉積特定流體所要求的那樣是多孔的或非多孔的。合適的基板材料包括 但不限于那些通常用于固相化學(xué)合成的載體，比如聚合材料(例如，聚苯乙烯、 聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯以及二乙 烯基苯苯乙烯基聚合物)、瓊脂糖(例如，Sepharose )、右旋糖苷(例如， Sephadex )、纖維素的聚合物和其它多糖、二氧化硅和基于二氧化硅的材料、
玻璃(特別受控的微孔玻璃或"CPG")和功能化的玻璃、陶瓷、以及處理成帶有表面涂層的這種基板，例如這些表面涂層是多微孔的聚合物(特別是纖維 素的聚合物，比如硝化纖維)、多微孔的金屬化合物(特別是多微孔的鋁)、抗體結(jié)合蛋白質(zhì)(可從伊利諾斯州Rockford市的Pierce Chemical公司買得)等 等。在Ellson等人的美國專利申請公報(bào)200200377579中可以找到關(guān)于術(shù)語"基 板"的其它信息。例如，在短語"基本上不偏離預(yù)定的量"中，術(shù)語"基本上"是指與預(yù)定 體積相比其偏離不多于約25%的體積，10%較佳，5%更佳，至多20%則最佳。 術(shù)語"實(shí)際上"的其它使用情況包括類似的定義。術(shù)語"樣品容器"是指任何具有進(jìn)行樣品處理和/或分析的結(jié)構(gòu)的凹陷容器。 由此，樣品容器具有入口，可通過該入口引入樣品；樣品容器還可以具有任選 的(但較佳的)出口，經(jīng)處理或分析的樣品可以從該出口出來。本發(fā)明可以與任何類型的流體分配器一起使用，該流體分配器用于分配來 自存儲槽的流體的一個(gè)或多個(gè)微滴。本領(lǐng)域已知的任何流體微滴分配技術(shù)都可 以與本發(fā)明結(jié)合在一起使用。例如，本發(fā)明可以與下列分配器一起使用噴墨 打印頭(熱式的和壓電的)，移液管，毛細(xì)管，鳴管，活塞泵，旋轉(zhuǎn)式泵，蠕 動(dòng)泵，真空設(shè)備，柔性或剛性管子，閥，多支管，加壓氣罐，以及它們的,合。 盡管可以使用非聲學(xué)技術(shù)分配來自存儲槽的流體，但是本發(fā)明特別適合與那些 利用聲噴射器所產(chǎn)生的聚焦聲輻射的無噴嘴聲噴射技術(shù)一起使用，Ellson等人 的美國專利申請公報(bào)20020037579對此有描述。該公報(bào)闡明了噴射器可以聲耦 合著含流體的存儲槽以便從中噴射出微滴。在一些情況下，存儲槽可以是網(wǎng)板 中的孔。因?yàn)檫@種器件結(jié)構(gòu)允許從孔的底部附近噴射出微滴，所以孔中任何位 置(比如底部或側(cè)壁)的不可控制的靜電荷可能對這些微滴的體積和/或軌跡有 強(qiáng)烈的影響。由于聲噴射提供了許多優(yōu)于其它流體分配技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，所以本發(fā)明的一些 實(shí)施方式使用了一種以聲學(xué)方式噴射來自存儲槽的流體的微滴的設(shè)備。該設(shè)備 包括存儲槽，適于包含流體；噴射器，用于噴射來自存儲槽的微滴；以及用 于將噴射器定位成與存儲槽聲耦合的裝置。噴射器包括聲輻射發(fā)生器，用于 產(chǎn)生聲輻射；以及聚焦裝置，用于聚焦由發(fā)生器產(chǎn)生的聲輻射。如Ellson等人
的美國專利申請公報(bào)20020037579所描述的那樣，將聲輻射聚焦到存儲槽內(nèi)的 焦點(diǎn)處并且十分接近流體表面，以從中噴射出微滴。此外，提供了一種用于減 少該設(shè)備或其一部分上的任何不可控制的靜電荷的裝置，這種靜電荷會改變從 存儲槽中噴射出的微滴的體積和/或軌跡。結(jié)果，噴射出的微滴的體積和/或軌 跡基本上不偏離預(yù)定的體積和/或預(yù)定的軌跡。該設(shè)備可以構(gòu)造成包括存儲槽，并且該存儲槽與該設(shè)備結(jié)合成一體或作為 該設(shè)備的永久附著的組件。然而，為了實(shí)現(xiàn)組件的模塊性和可替換性，該設(shè)備 最好構(gòu)造成具有可拆卸的存儲槽。任選地，提供了多個(gè)存儲槽。通常，這些存 儲槽排列成圖形或陣列以使每一個(gè)存儲槽都具有單獨(dú)的系統(tǒng)可尋址性。另外， 盡管每一個(gè)存儲槽可能是作為分立的或獨(dú)立的物品而予以提供的，但是在需要 大量存儲槽的情況下，最好使存儲槽彼此附著在一起或代表單個(gè)存儲槽單元的 綜合部分。例如，存儲槽可以代表網(wǎng)板中的單獨(dú)的孔。許多適合與上述設(shè)備一起使用的網(wǎng)板都是可以買得的，并且每個(gè)網(wǎng)板可以 包含96、 384、 1536或3456個(gè)孔，它們具有完整的邊緣、半個(gè)邊緣、或沒有 邊緣。這種網(wǎng)板的孔通常形成直線形陣列。所采用的設(shè)備中適用的網(wǎng)板的制造商包括Corning公司(Corning, New York)禾口 Greiner America公司(Lake MaryFlorida)。然而，這些可買得的網(wǎng)板并不排除制造和使用含至少約10,000個(gè)孔 或多達(dá)100,000-500,000個(gè)孔甚至更多孔的定制式網(wǎng)板。定制式網(wǎng)板中的孔可以 形成直線形或其它類型的陣列。隨著網(wǎng)板已變?yōu)槌Ｓ玫膶?shí)驗(yàn)室物品，生物分子 篩選學(xué)會(Danbury， Connecticut)己組建了微板標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)委員會以推薦并主張一 些標(biāo)準(zhǔn)從而促進(jìn)小體積網(wǎng)板的自動(dòng)化處理，這些標(biāo)準(zhǔn)都是為了美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié) 會的利益并且已為該協(xié)會接受。此外，用于構(gòu)造存儲槽的材料必須與其中所包含的流體兼容。由此，如果 存儲槽將要包含有機(jī)溶劑(比如乙腈)，則在乙腈中溶解或膨脹的聚合物將不 適合用于構(gòu)成存儲槽或網(wǎng)板。相似的是，預(yù)期用于包含DMSO的存儲槽或孔必 須與DMSO兼容。對于水基流體，許多材料都適合用于構(gòu)造存儲槽，包括但不 限于陶瓷(比如氧化硅和氧化鋁)、金屬(比如不銹鋼和鉑)以及聚合物(比 如聚酯和聚四氟乙烯)。對于感光的流體，存儲槽可以由不透光材料構(gòu)成，該 材料具有足夠大的透聲性從而基本上不削弱該設(shè)備的功能。由此，存儲槽可以 適合于包含任何類型的流體，金屬或非金屬的、有機(jī)的或無機(jī)的。當(dāng)使用多個(gè)存儲槽時(shí)，聲輻射發(fā)生器可能在操作期間必須與每一個(gè)存儲槽 對準(zhǔn)，下文對此進(jìn)行描述。為了減小使發(fā)生器接連與每一個(gè)存儲槽對準(zhǔn)所需的 移動(dòng)量和時(shí)間，每一個(gè)存儲槽的中心最好定位成與相鄰存儲槽中心的距離不多于約1厘米，不多于約1.5毫米較佳，不多于約1毫米尤佳，不多于約0.5毫米則最佳。這些尺寸往往將存儲槽的大小限制到最大體積。存儲槽被構(gòu)造成通常包含不多于約1 mL的流體，不多于約100pL較佳，不多于約10pL更佳， 不多于約1 pL極佳，而不多于約1 nL則最佳。存儲槽可以由流體完全或部分 地填充。例如，流體可能占據(jù)約10pL 100nL的體積。當(dāng)提供存儲槽的陣列時(shí)，每一個(gè)存儲槽可以單獨(dú)地、有效地且系統(tǒng)地尋址。 盡管任何類型的陣列都可以使用，但是均勻間隔的存儲槽構(gòu)成的平行的多行陣 列是較佳的。通常，盡管不是必然，每一行都包含相同數(shù)目的存儲槽。最佳地， 本發(fā)明使用由X行和Y列的存儲槽構(gòu)成的直線形陣列，其中X和Y分別至少 是2。在一些情況下，X可以大于、等于或小于Y。另外，還可以使用非直線 形陣列以及其它幾何形狀。例如，可以使用六邊形、螺旋形或其它類型的陣列。 在一些情況下，本發(fā)明可以使用排列成不規(guī)則圖案的存儲槽，例如，微滴隨機(jī) 定位于平的基板表面上。另外，本發(fā)明可以使用與微流體設(shè)備相關(guān)聯(lián)的存儲槽。此外，本發(fā)明可用于輸送幾乎任何類型和任何期望數(shù)量的流體。該流體可 以是水溶性的或非水溶性的。流體的示例包括但不限于水溶性的流體，包括 本身只有水以及水溶劑化的離子和非離子溶液；有機(jī)溶劑；油脂性液體；不融 合流體的懸浮液；以及固體在液體中的懸浮液或漿液。因?yàn)楸景l(fā)明很容易適用 于高溫，所以像流體金屬、陶瓷材料和玻璃等流體都可以使用，美國專利申請 公報(bào)20020140118對此有描述。在一些情況下，存儲槽可以包含生物分子、核 苷酸、縮氨酸等。另外，本發(fā)明可以與用于分配不融合流體的微滴的分配器結(jié) 合起來使用，美國專利申請公報(bào)2002037375和20020155231對此有描述，或 者本發(fā)明可以用于分配含藥劑的微滴，美國專利申請公報(bào)20020142049和美國 專利申請10/244,128 (發(fā)明人是Lee, Ellson和Williams,題為"Precipitation of Solid Particles from Droplets Formed Using Focused Acoustic Energy"，提交日是 2002年9月13日)對此有描述。
任何聚焦裝置都可以用于聚焦聲輻射以便噴射出來自存儲槽的微滴。例如， 一個(gè)或多個(gè)曲面可以用于將聲輻射引導(dǎo)至流體表面附近的焦點(diǎn)處。Lovelady 等人的美國專利4,308,547描述了一種這樣的技術(shù)。具有曲面的聚焦裝置已并 入可買得到的聲學(xué)換能器(比如由Panametrics Inc. (Waltham, Massachusetts)制造的那些換能器)的構(gòu)造之中。另外，在本領(lǐng)域中，已知菲涅耳透鏡用于在離 物平面預(yù)定的焦距處引導(dǎo)聲能。參照Quate等人的美國專利5,041,849。菲涅耳 透鏡可以具有一種徑向相位分布，它將相當(dāng)大的一部分聲能分散到不同衍射角 處的預(yù)定的衍射級，這些衍射角相對于透鏡徑向地變化。應(yīng)該選擇衍射角以便 在期望的物平面上聚焦上述衍射級內(nèi)的聲能。應(yīng)該注意到，本發(fā)明可以使用呈 現(xiàn)出各種F值的聲聚焦裝置。然而，如Steams等人的美國專利6,416,164所討 論的那樣，低F值聚焦對存儲槽和流體深度作了許多限制并且提供了相對有限 的焦深，從而增大了對存儲槽中流體深度的靈敏度。由此，本發(fā)明所適用的聚 焦裝置通常呈現(xiàn)出一個(gè)至少約為1的F值。較佳地，聚焦裝置呈現(xiàn)出至少約為 2的F值。有許多種方式可將噴射器聲耦合著存儲槽并由此再耦合著其中的流體。一 種這樣的方法是通過直接接觸，就像Lovelady等人的美國專利4,308,547所描 述的那樣，其中由具有分段電極的半球形晶體構(gòu)成的聚焦裝置浸沒在待噴射的 液體中。上述專利還揭示了該聚焦裝置可以定位于流體的表面處或者其下方。 然而，當(dāng)使用噴射器來噴射多個(gè)容器或存儲槽中的不同流體時(shí)，上述這種將聚 焦裝置聲耦合著流體的方法便是不合適的，因?yàn)闉榱吮苊饨徊嫖廴拘枰獙υ摼?焦裝置進(jìn)行不斷地清洗。清洗過程將必然延長在每一次微滴噴射事件之間的過 渡時(shí)間。另外，在這種方法中，當(dāng)從每一個(gè)容器中取出噴射器時(shí)流體將附著于 噴射器上，從而浪費(fèi)了可能很昂貴或很稀有的材料。由此， 一種較佳方法是使噴射器聲耦合著存儲槽，同時(shí)待噴射的流體不接 觸該噴射器的任何部分(比如聚焦裝置)。當(dāng)使用多個(gè)存儲槽時(shí)，提供了一種 用于定位噴射器的定位裝置，以使噴射器以受控的和可重復(fù)的方式與存儲槽中 的每一種流體聲相耦合而并不浸沒于其中。這通常包括在噴射器和每一個(gè)存儲 槽的外表面之間的直接或間接接觸。當(dāng)使用直接接觸以使噴射器聲耦合著每一 個(gè)存儲槽時(shí)，直接接觸最好是完全共形的以確保有效的聲能傳遞。即，噴射器和存儲槽應(yīng)該具有適于配對接觸的相應(yīng)表面。由此，如果通過聚焦裝置在噴射 器和存儲槽之間實(shí)現(xiàn)聲耦合，則期望存儲槽的外表面對應(yīng)于聚焦裝置的表面輪 廓。在沒有共形接觸的情況下，聲能傳遞的效率和準(zhǔn)確度可能有所折衷。另外， 因?yàn)樵S多聚焦裝置都具有曲面，所以直接接觸方法可能必須使用具有特別形成 的反面的存儲槽。當(dāng)噴射器與存儲槽間接接觸時(shí)，可以在存儲槽和噴射器之間插入聲耦合介 質(zhì)。通常，聲耦合介質(zhì)是流體。另外，聲耦合介質(zhì)最好是聲均勻材料，它基本 上不含具有與流體介質(zhì)自身不同的聲學(xué)特性的材料。此外，聲耦合介質(zhì)最好由 這樣一種材料構(gòu)成，即該材料的聲學(xué)特性有利于聲輻射的傳輸而不會使聲壓和 聲強(qiáng)顯著衰減。此外，該耦合介質(zhì)的聲阻抗應(yīng)該有利于能量從耦合介質(zhì)傳遞到 存儲槽。水溶性流體(比如水本身)可以用作聲耦合介質(zhì)。有時(shí)候可將離子添 加劑(例如鹽)添加到上述耦合介質(zhì)中以增大該耦合介質(zhì)的導(dǎo)電性。單個(gè)噴射器是較佳的，盡管聲噴射系統(tǒng)可以包括多個(gè)噴射器。當(dāng)使用單個(gè) 噴射器時(shí)，用于定位噴射器的裝置可以適用于提供噴射器和存儲槽之間的相對 移動(dòng)。該定位裝置應(yīng)該允許該噴射器以一種受控方式從一個(gè)存儲槽迅速移動(dòng)到 另一個(gè)存儲槽，由此允許對存儲槽進(jìn)行快速且受控的掃描從而實(shí)現(xiàn)從中噴射出 微滴。由此，各種用于使噴射器定位成聲耦合著存儲槽的裝置通常都是本領(lǐng)域中已知的，并且所包括的設(shè)備能提供具有1、 2、 3、 4、 5、 6或更多度自由的 移動(dòng)。相應(yīng)地，當(dāng)提供多行存儲槽時(shí)，聲輻射發(fā)生器與存儲槽之間的相對移動(dòng) 可以使聲輻射發(fā)生器在沿多個(gè)行的方向上位移。相似的是，當(dāng)提供了直線形陣 列的存儲槽時(shí)，噴射器可以按行移動(dòng)和/或在同時(shí)垂直于行和列的方向上移動(dòng)。目前的定位技術(shù)允許噴射器定位裝置以一種受控方式從一個(gè)存儲槽迅速 移動(dòng)到另一個(gè)存儲槽，由此允許迅速且受控地噴射出不同的流體樣品。即，目 前可買到的技術(shù)允許噴射器從一個(gè)存儲槽移動(dòng)到另一個(gè)存儲槽同時(shí)在每一個(gè) 存儲槽處可重復(fù)地且受控地進(jìn)行聲耦合，對于高性能定位裝置而言每一次的移 動(dòng)和聲耦合所用的時(shí)間不到0.1秒，對于普通定位裝置而言則不到1秒。定制 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)將在不到0.001秒的時(shí)間內(nèi)允許噴射器從一個(gè)存儲槽移動(dòng)到另一個(gè) 存儲槽同時(shí)進(jìn)行可重復(fù)的且受控的聲耦合。聲噴射也能夠從一個(gè)或多個(gè)存儲槽中噴射出微滴，假定微滴尺寸不超過直
徑約10pm，則從相同的存儲槽中每分鐘能噴射出至少約1,000,000個(gè)微滴，從 不同的存儲槽中每分鐘能噴射出至少約100,000個(gè)微滴。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將 認(rèn)識到，微滴產(chǎn)生速度是微滴尺寸、粘度、表面張力和其它流體特性的函數(shù)。 通常，微滴產(chǎn)生速度隨微滴直徑減小而增大，對于直徑約10 4m以下的大多數(shù) 水溶性流體微滴，可實(shí)現(xiàn)每分鐘l,OOO，OOO個(gè)微滴。
在期望或必需精確放置流體微滴的任何情況下，都可以使用聲噴射。特別 是，本發(fā)明可用于提高與無噴嘴聲噴射相關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確度和精度。例如，EIlson 等人的美國專利申請公報(bào)20020037579描述了聲噴射技術(shù)可以用于形成生物分 子陣列。相似的是，聲噴射技術(shù)可以用于按特定形式來安排多種流體，例如， 將來自奇怪尺寸的體容器的流體傳遞到標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)板的孔，或者將來自一個(gè)網(wǎng)板 的流體傳遞到另一個(gè)網(wǎng)板。此外，如Ellson等人的美國專利申請公報(bào) 20020109084和20020125424中所描述的那樣，聚焦的聲輻射可以用于將來自 存儲槽的流體微滴噴射到任何樣品容器中以便于處理和/或分析樣本分子，例 如，將其噴射到質(zhì)譜儀的樣品引入接口、用于進(jìn)入毛細(xì)管內(nèi)部區(qū)域的入口開口、 或微流體器件的入口端口。相似的是，本發(fā)明可用于輸送樣品表面上的分析-增強(qiáng)流體的微滴，以便制備用于分析(例如，用于MALDI或SELDI型分析) 的樣本。
為了在基板表面上制備陣列，必須將該基板置于與存儲槽形成微滴-接收關(guān) 系。由此，本發(fā)明也可以使用用于定位該基板的定位裝置。關(guān)于基板定位裝置 和噴射器定位裝置，重要的是要記住有兩種基本的移動(dòng)類型脈沖的和連續(xù)的。 對于噴射器定位裝置，脈沖移動(dòng)包括使噴射器移動(dòng)到恰當(dāng)?shù)奈恢?、發(fā)射聲能以 及使噴射器移動(dòng)到下一個(gè)位置等分散的歩驟；使用該方法的高性能定位裝置允 許在每一個(gè)存儲槽處以不到0.1秒的時(shí)間進(jìn)行可重復(fù)的且受控的聲耦合。另一 方面，連續(xù)的移動(dòng)設(shè)計(jì)連續(xù)地移動(dòng)噴射器和存儲槽，盡管不必以相同的速度進(jìn) 行，并且在移動(dòng)期間提供了噴射。因?yàn)槊}沖寬度非常短，所以這種類型的處理 過程能夠?qū)崿F(xiàn)超過10 Hz的存儲槽傳遞，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)超過1000 Hz的存儲槽 傳遞。相似的工程技術(shù)考慮可應(yīng)用于基板定位裝置。根據(jù)上文，很明顯，根據(jù)手邊特定的預(yù)期任務(wù)，可以改變各種組件的相對 位置和空間定向。在這種情況下，上述設(shè)備的各種組件可能要求單獨(dú)的控制或
同步以將微滴引導(dǎo)至基板表面上的指定位置。例如，噴射器定位裝置可以適于 按照與基板表面上指定位置的陣列相關(guān)聯(lián)的預(yù)定順序來噴射來自每一個(gè)存儲 槽的微滴。本發(fā)明的任何定位裝置都可以由杠桿、滑輪、齒輪、它們的組合、 或本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何機(jī)械裝置等來構(gòu)造。圖1以簡化橫截面的方式圖示出了適用于本發(fā)明的一種典型的聚焦聲噴射 設(shè)備。就像此處所參照的所有附圖那樣，圖l并不按比例繪制，為了清晰地表 現(xiàn)可能夸大了某些尺寸，在這些附圖中相同的部分用相同的標(biāo)號來表示。設(shè)備 11包括多個(gè)存儲槽即至少兩個(gè)存儲槽，第一存儲槽用13來表示，第二存儲槽 用15來表示。每一個(gè)存儲槽包含兩種或更多種相互不溶的流體，并且不同存 儲槽中的單個(gè)流體和流體組合可能是相同的也可能是不同的。如圖所示，存儲槽13包含流體14，存儲槽15包含流體16。流體14和16具有分別用17和19 來表示的流體表面。如圖所示，這些存儲槽具有基本上完全一樣的構(gòu)造以便基 本上無法以聲學(xué)方式區(qū)分，但是完全一樣的構(gòu)造并不是必需的。圖中示出的存 儲槽是單獨(dú)可拆卸的組件，但若需要的話也可以固定在板或其它基板之內(nèi)。每 一個(gè)存儲槽13、 15都是軸對稱的，垂直的臂21和23分別從圓形存儲槽底25 和27向上延伸并且終止于開口 29和31處，當(dāng)然其它存儲槽形狀也是可以使 用的。每一個(gè)存儲槽底部的材料和厚度應(yīng)該使得聲輻射能夠穿透它并且進(jìn)入存 儲槽內(nèi)所包含的流體。該設(shè)備還包括聲噴射器33，它包括用于產(chǎn)生聲輻射的聲輻射發(fā)生器35以 及用于將聲輻射聚焦到將要從中噴射出微滴的流體表面附近的焦點(diǎn)處的聚焦 裝置37，其中選擇焦點(diǎn)以便產(chǎn)生微滴噴射。該焦點(diǎn)可以在上流體層或下流體層 中，但最好剛剛位于兩者之間的界面下方。如圖1所示，聚焦裝置37可以包 括一種具有凹面39以便聚焦聲輻射的單個(gè)固體塊，但是該聚焦裝置也可以像 下文所述那樣以其它方式來構(gòu)造。聲噴射器33由此適于產(chǎn)生并聚焦聲輻射以 便當(dāng)耦合著存儲槽13和15時(shí)從流體表面17和19處噴射出流體的微滴。聲輻 射發(fā)生器35和聚焦裝置37可以充當(dāng)由單個(gè)控制器控制的單個(gè)單元，或者可能 根據(jù)該設(shè)備的預(yù)期性能對它們進(jìn)行獨(dú)立地控制。通常，與多個(gè)噴射器設(shè)計(jì)相比， 單個(gè)噴射器設(shè)計(jì)是較佳的，因?yàn)橛脝蝹€(gè)噴射器更容易實(shí)現(xiàn)微滴放置的準(zhǔn)確度以 及微滴尺寸和速度的一致性。
在操作過程中，該設(shè)備的每一個(gè)存儲槽13和15都填充了不同的流體。為了通過聲耦合介質(zhì)41在噴射器和存儲槽之間實(shí)現(xiàn)聲耦合，可通過存儲槽13下 方所示的噴射器定位裝置43來定位聲噴射器33。如果期望將微滴噴射到基板 上，則可以將基板49定位于第一存儲槽13的上方并靠近第一存儲槽13，使得 基板的一個(gè)面(即，圖1所示的底面)51面對著存儲槽并且基本上平行于流體 14的表面17?；?9由基板定位裝置53固定，圖中示出基板定位裝置53是 接地的。由此，當(dāng)基板49包括導(dǎo)電材料時(shí)，基板49也接地。 一旦噴射器、存 儲槽和基板處于恰當(dāng)對準(zhǔn)狀態(tài)中，則啟動(dòng)聲輻射發(fā)生器35以產(chǎn)生聲輻射，聚 焦裝置37將該聲輻射引導(dǎo)至第一存儲槽的流體表面17附近的焦點(diǎn)55處。結(jié) 果，從流體表面17中噴射出微滴57，任選地將微滴57噴射到上述基板的底面 49上的特定位置(通常不是必需地，該特定位置是預(yù)先選擇的或"預(yù)定的"位 置)。在接觸基板表面之后使所噴射的微滴固化于其上，便可以使該微滴保留 在其上；在這種實(shí)施方式中，必須使基板表面保持低溫，即足以使微滴在接觸 該表面之后就固化的溫度?；蛘撸诮佑|之后，通過吸收、物理固定、或共價(jià) 結(jié)合，該微滴內(nèi)的分子部分就附著于基板表面上。如圖1B所示，基板定位裝置53可用于將基板49 (如果還使用的話)重 新定位到存儲槽15的上方，以便在第二位置處接收來自存儲槽15的微滴。圖 1B還示出了存儲槽15下方的噴射器定位裝置59已使噴射器33重新定位并且 通過聲耦合介質(zhì)41進(jìn)行聲耦合。 一旦恰當(dāng)?shù)貙?zhǔn)，如圖1B所示，則啟動(dòng)噴射 器33的聲輻射發(fā)生器35以產(chǎn)生聲輻射，然后，聚焦裝置37將該聲輻射引導(dǎo) 至存儲槽15中的流體內(nèi)的焦點(diǎn)處，由此將微滴63任選地噴射到基板上。應(yīng)該很明顯，這種操作示出了如何使用聲噴射器從多個(gè)存儲槽中噴射出多 種微滴從而在基板表面51上形成圖形或陣列。相似的是，應(yīng)該很明顯，聲噴 射器可以適于將來自一個(gè)或多個(gè)存儲槽中的多種微滴噴射到基板表面上的同 一位置。此外，多種微滴的噴射可能包括一個(gè)或多個(gè)噴射器。在一些情況下， 從一個(gè)或多個(gè)存儲槽中連續(xù)地噴射出多種微滴。在其它情況下，同時(shí)從不同的 存儲槽中噴射出多種微滴。如圖2所示，本發(fā)明可以使用單個(gè)存儲槽將流體輸送到目標(biāo)容器的入口開 口中。軸對稱的毛細(xì)管49是作為目標(biāo)容器予以提供的，其端部51上設(shè)置了入口開口50。因毛細(xì)管49的軸對稱性，入口開口 50具有圓形橫截面。這樣，該 開口具有等于其直徑的有限尺寸。在基板13的基本上平坦的表面25上，半球形的流體14用作存儲槽。流 體14的形狀取決于樣品相對于基板表面25的沾濕特性。由此，可以用許多表 面修正技術(shù)來修正該形狀。另外，噴射器33包括用于產(chǎn)生輻射的聲輻射發(fā)生 器35以及用于將該輻射引導(dǎo)至流體14的表面17附近的焦點(diǎn)處的聚焦裝置。 圖中所示噴射器33通過耦合流體41聲耦合著基板13。恰當(dāng)?shù)乜刂坡暡ㄩL和振 幅能使得基板13上的流體14噴射出微滴57。如果圖中所示微滴57具有僅比 入口開口 49的直徑小一點(diǎn)點(diǎn)的直徑，則很明顯該配置要求嚴(yán)格控制微滴尺寸 和軌跡。本發(fā)明總體來說是用于流體輸送的系統(tǒng)和方法。存儲槽中保存了一些流 體。使用微滴發(fā)生器從流體中產(chǎn)生微滴，例如像聲噴射系統(tǒng)這樣的基于噴嘴的 系統(tǒng)或無噴嘴的系統(tǒng)。為了產(chǎn)生微滴，微滴發(fā)生器可以接觸流體或不接觸流體。 微滴發(fā)生器可以設(shè)置成從一個(gè)存儲槽移動(dòng)到另一個(gè)存儲槽，以便能夠從不止一 個(gè)存儲槽中進(jìn)行噴射。在普通的排列方式中，許多存儲槽形成了整體結(jié)構(gòu)(比 如網(wǎng)板)的一部分，并且可能在計(jì)算機(jī)控制下用合適的機(jī)械或機(jī)電系統(tǒng)使該結(jié) 構(gòu)相對于微滴發(fā)生器移動(dòng)到合適的位置。微滴發(fā)生器受控制器控制，最好通過某種通信系統(tǒng)以電子方式連接到計(jì)算 機(jī)。微滴在生成之后到達(dá)目標(biāo)，該目標(biāo)可能是將要被微滴涂敷的網(wǎng)板、多孔或 非多孔的表面、基板或結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還包括一個(gè)用于控制所產(chǎn)生的微滴的一個(gè) 或多個(gè)特征的電路，從而增大該微滴在到達(dá)目標(biāo)時(shí)不飛濺或反彈的幾率。該電 路可以受到上述控制器的控制，或者可以形成該控制器的一部分。該目標(biāo)可能 已具有一些流體，并且該微滴可能與那些流體聚并在一起。通常，本發(fā)明可以用于一系列流體和目標(biāo)。例如，期望與之聚并的那個(gè)目 標(biāo)中的流體可能具有與微滴中的流體不同的成分。實(shí)踐中所遇到的普通成分差 異是DMSO與水的比例，其中輸送的是由DMSO和水的混合物所構(gòu)成的溶液。 成分差異可能導(dǎo)致物理參數(shù)(比如粘度和介電常數(shù))的差異。由此， 70。/。DMSO/30。/。水的混合物具有大致為3.5厘泊的粘度，而水溶性緩沖物將具 有大致為l厘泊的粘度。由此，本發(fā)明的微滴可能具有比目標(biāo)處的流體大3倍
的粘度，反之亦然。期望與之聚并的流體可能具有與微滴大致相同的體積(比如相似大小的另一個(gè)微滴或相似大小的2個(gè)微滴)，或者它可以是更多的流體(比如比該微滴 大100倍的流體)。較佳的控制器包含具有合適的存儲器和軟件或固件的微處理器。該微處理 器可能正運(yùn)行一種為實(shí)時(shí)和嵌入式應(yīng)用程序指定的操作系統(tǒng)，比如QNX Software Systems (Ottawa, Ontario, Canada)的QNX。 一些控制器可以包含兩個(gè) 或更多個(gè)微處理器，并且從方便于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作的視點(diǎn)使多個(gè)功能分布在 這些處理器中。這種控制器最好連接到顯示器，從而允許通過按動(dòng)按鈕或觸摸 屏與流體輸送系統(tǒng)進(jìn)行直接的操作人員互動(dòng)。這種控制器最好具有通信軟件、 固件和/或硬件，從而允許它與能構(gòu)成整個(gè)實(shí)驗(yàn)室或制造自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的一部分的 計(jì)算機(jī)(包括通用計(jì)算機(jī))進(jìn)行通信，并且還允許該控制器基于從整個(gè)實(shí)驗(yàn)室 或制造自動(dòng)化系統(tǒng)中的其它實(shí)體處接收到的命令或信息以一種自動(dòng)化的方式 來操作流體輸送系統(tǒng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化系統(tǒng)可以包括用于支撐網(wǎng)板的傳送帶；用于使網(wǎng)板從 一個(gè)儀器移動(dòng)到另一個(gè)儀器的機(jī)器人臂；各種分析儀器和反應(yīng)腔；基于插針的 流體傳遞系統(tǒng)；和/或聲噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)的整體目的是以網(wǎng)板采集一些流體并 且使它們經(jīng)歷各種分析(包括確定其組分和物理特性)、設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生特定部 分的各種反應(yīng)、以及凈化等步驟，并且一直用計(jì)算機(jī)化的或其它的裝置潛在地 跟蹤該系統(tǒng)中每一種流體的起點(diǎn)和目的地并且還跟蹤用于每一種流體的處理 過程和結(jié)果。該系統(tǒng)還可以用于產(chǎn)生含該系統(tǒng)所移動(dòng)的流體或涂有這種流體的 物體以便于將來使用。通過使控制器(比如流體輸送系統(tǒng)控制器)將該信息傳輸?shù)酵ㄓ糜?jì)算機(jī)， 該通用計(jì)算機(jī)將該信息作為平面文件加以存儲或?qū)⒃撔畔⒋鎯Φ綌?shù)據(jù)塊中，便 可以針對每一種流體執(zhí)行起點(diǎn)、目的地、處理過程以及結(jié)果的跟蹤。通過向系 統(tǒng)中的每一個(gè)網(wǎng)板分配標(biāo)識符，并且通過以一種允許產(chǎn)生每個(gè)板中的每個(gè)孔的 內(nèi)容的全部歷史的方式來跟蹤在特定時(shí)間對每個(gè)板中的每個(gè)孔究竟做了什么， 如此便方便地標(biāo)識了多種流體。必須記住，作為故意的或有計(jì)劃的行動(dòng)的結(jié)果， 系統(tǒng)中的流體中的全部變化并不都會發(fā)生；有一些是隨著時(shí)間的流逝不可避免
的變化，比如來自周屈空氣的水被吸收或者流體在存儲期間有所蒸發(fā)。在實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化系統(tǒng)中，通常必須將來自不同制造商的裝備整合到一起。 在這方面，遵守特定標(biāo)準(zhǔn)可能是流體輸送系統(tǒng)的期望特征。構(gòu)成制造環(huán)境一部 分的某些流體輸送系統(tǒng)可能被要求滿足其它涉及制造的標(biāo)準(zhǔn)，并且還被要求能夠支持整個(gè)系統(tǒng)與"GMP (Good Manufacturing Practice,簡稱GMP，制藥行業(yè)都理解)"的各種規(guī)范保持一致。在特定的應(yīng)用中，被輸送的流體可能是致 病性的，從而需要特別措施來處理，這可能會影響控制器的設(shè)計(jì)。流體輸送系統(tǒng)的較佳控制器還將任選地包含用于在該系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)有效的 流體輸送的詳細(xì)信息。這種信息可能是微滴速度的較佳范圍，下文會進(jìn)一步 討論；韋伯?dāng)?shù)的較佳范圍；以及被操縱的流體的物理特性，比如其導(dǎo)電性能和 介電常數(shù)，還有其密度、粘度、表面張力等。這種信息還將包括用于以合適的 時(shí)序方式操作流體輸送系統(tǒng)的不同致動(dòng)器(比如網(wǎng)板輸送系統(tǒng)、基于插針的流 體輸送系統(tǒng)、機(jī)器人臂、聲噴射器換能器以及電極，下文結(jié)合某些實(shí)施方式進(jìn) 行討論)的算法。上述時(shí)序算法可以以表格的形式加以存儲，用合適的軟件或 固件來翻譯這些表格，或者這些算法還可以直接被編碼成程序，或者它們可以 是表格和代碼的混合。上述時(shí)序算法可以考慮從系統(tǒng)中的各種傳感器(比如位 置與溫度傳感器以及數(shù)碼相機(jī))處獲得的信息以及已存儲的或測得的關(guān)于正被 操縱的流體的各項(xiàng)特征。較佳地，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行軟件下載以考慮關(guān)于該流體輸 送系統(tǒng)操作的最佳已知方法的最新情況，便可以現(xiàn)場修改上述算法。該控制器 還可以具有學(xué)習(xí)能力，它能夠通過分析各種流體自己來確定最適合于其有效輸送的一些參數(shù)?？刂屏黧w輸送系統(tǒng)中微滴的各項(xiàng)特征以減小飛濺或反彈的幾率的一種方 式是控制該微滴靠近該目標(biāo)的速度。實(shí)現(xiàn)速度控制的方式可能取決于微滴產(chǎn)生 技術(shù)。重力以及與周圍空氣或其它氣體的摩擦都會影響微滴速度，這已結(jié)合雨滴 行為的建模進(jìn)行過研究。對這些力的影響進(jìn)行某種控制是有可能的，特別是在 向下流動(dòng)的情況下，這時(shí)下落高度會影響微滴在撞擊那一刻的速度。因?yàn)楹茈y 完全除去這些力的影響，所以即使是在用其它裝置實(shí)現(xiàn)微滴速度的主要控制的 情況下也需要考慮這些力的影響。本發(fā)明的系統(tǒng)促成并預(yù)期了這樣一種可能 性，即微滴在產(chǎn)生時(shí)將逆著地球重力的方向前進(jìn)，特別是在相對于給出地球重力方向的矢量成90-180度方向上行進(jìn)。己經(jīng)研究過像水那樣的特性的納升尺度的微滴。對于這種微滴，已發(fā)現(xiàn)適 于微滴聚并的速度介于0.2-10 m/s的范圍中。更佳的范圍是1.0-2.5 m/s，且在 該范圍中大于1.5m/s的數(shù)值尤佳。電場可以對微滴的速度有影響，Quate的美國專利5,541,627對此有討論， 其中主要闡述了水被吸引到電場。即使微滴不帶電，但若電場使該微滴變得電 極化，則上述影響仍然會有，就像微滴主要由可極化溶劑(比如水)構(gòu)成這一 情況下即如此。人們認(rèn)為，在非均勻電場中不帶電的液滴將只感受到凈力。在任何場中， 液滴將逐漸形成感應(yīng)的偶極子電荷(即，電荷的分離)，就像任何電介質(zhì)的情 況那樣。接下來，朝著電場的集中處吸引偶極子，即，朝著更大的場的區(qū)域。 在均勻的場中，該偶極子感覺不到任何凈力。從數(shù)學(xué)上講，該力正比于外部電 場的平方的梯度。當(dāng)聲噴射系統(tǒng)用于微滴產(chǎn)生時(shí)，己發(fā)現(xiàn)，在用于使噴射發(fā)生的聲能量值的 范圍中，微滴的速度是可控的。例如，已發(fā)現(xiàn)，在使用F2透鏡的聲噴射系統(tǒng) 中，對于5 nL的由70。/。DMSO/30n/。水所構(gòu)成的微滴而言，通過控制聲能使其在 噴射閾值以上，便可以很容易地實(shí)現(xiàn)在0.5和3 m/s之間的速度控制。一種用于控制微滴的各項(xiàng)特征以減小飛濺或反彈的幾率的備選方式是控 制上述撞擊的韋伯?dāng)?shù)。韋伯?dāng)?shù)是一個(gè)無量綱的量值，旨在表達(dá)慣性力與表面張 力的比值。它被定義成pV2//0，其中p是流體的密度，V是速度，/是特征長度， 且CT是表面張力。對于微滴撞擊，/可以代表微滴直徑。在這些參數(shù)中，可能 更容易控制V和/。在文獻(xiàn)中，有許多指示，在至少使用特定參考文獻(xiàn)中所研 究的流體的情況下，特定范圍中的韋伯?dāng)?shù)與聚并相關(guān)聯(lián)。因此，為了改善聚并 (coalescence)并控制飛濺和反彈，可能期望控制那些構(gòu)成微滴的韋伯?dāng)?shù)的參 數(shù)從而將該韋伯?dāng)?shù)限定到特定的范圍中。根據(jù)微滴的成分己經(jīng)預(yù)期與微滴合并 的流體的成分，可以改變上述的特定范圍。受控的參數(shù)可以包括速度V和特征 長度/。通過使用兩個(gè)較小的微滴替代一個(gè)較大的微滴(若這樣將改善聚并特 性的話)，便可以控制特征長度/。
用于控制微滴的各項(xiàng)特征的其它較佳方式是在微滴穿過的空間區(qū)域中產(chǎn) 生電場。較佳地，在產(chǎn)生微滴的空間區(qū)域中產(chǎn)生這種電場。微滴穿過的區(qū)域中的電場可以具有不同的取向。較佳地，該電場沿微滴從 質(zhì)量較大的流體中分離出來的方向取向。微滴穿過的區(qū)域中的電場可以具有不同的幅值。對于納升尺度的微滴而言，該電場最好介于1,000 100,000 V/m之間，介于10,000 100,000 V/m之 間較佳，介于25,000 50,000 V/m之間更佳，而介于30,000 40,000 V/m之間則最佳。若上述場是非均勻的，則產(chǎn)生微滴的空間區(qū)域中的場最好介于上述較 佳的范圍中。若微滴的流體只是導(dǎo)電性適中，比如比純水導(dǎo)電性差許多，則最 好相對于這些數(shù)值增大電場的預(yù)期強(qiáng)度。人們相信，在微滴從質(zhì)量較大的流體中分離出來的方向上的電場分量可能 使微滴在分離時(shí)攜帶電荷，這種電荷的存在若具有合適的幅值則會促進(jìn)微滴聚 并。促進(jìn)的機(jī)理目前尚不清楚，但它被認(rèn)為是一種超越了電場對微滴的可能加 速的效應(yīng)。已假設(shè)的機(jī)理是在自由電荷存在時(shí)，微滴的表面張力存在有效的 變化。該表面張力有所減小，因?yàn)橐旱伪砻嫔系碾姾杀舜伺懦?。使用某種形式的微滴產(chǎn)生(比如聲噴射)時(shí)，在從一團(tuán)流體中分離出微滴 之前，常常先從流體表面中形成凸起。對于具有一些導(dǎo)電性的流體，在存在電 場時(shí)，這種凸起應(yīng)該變得帶電以便使其保持與上述流體團(tuán)大約等電位。假定當(dāng) 從該凸起中形成微滴時(shí)，該凸起被基本上夾斷，并且沿該凸起表面逐漸形成的凈電荷隨著該液滴被帶走。該微滴上的電荷可以用下式來近似描述g 47rso"/^，其中"表示微滴半徑，/z表示微滴脫離時(shí)該凸起的高度，￡表示電場 強(qiáng)度。在聲噴射中，對于DMSO/水混合物，已觀察到高度/2大約是微滴直徑的 5倍，所以/z 10fl。關(guān)于聲噴射的微滴上的電荷的經(jīng)驗(yàn)研究作為下文示例1的 一部分予以呈現(xiàn)。人們相信，由于微滴將經(jīng)歷極化，所以在微滴到達(dá)目標(biāo)方向上的電場分量 可能有助于聚并。通常，在存在外部電場的情況下，電介質(zhì)將逐漸形成偶極矩， 這對應(yīng)于電荷沿外部場方向的分離。電荷的這種重新分布抵消了外部場，使得 電介質(zhì)內(nèi)部的凈電場強(qiáng)度小于外部電場強(qiáng)度，并且在極限情況下的理想導(dǎo)電材 料中其內(nèi)部的凈電場強(qiáng)度將減小到零。在微滴接近并與一團(tuán)流體聚并的特定情況下，若在接近的方向上有電場，則該微滴的感應(yīng)偶極矩將使其附著于該流體 團(tuán)。若流體團(tuán)與正接近的微滴大小相同或比正接近的微滴大很多，則出現(xiàn)兩種 極限情況，所以它可以被視為無限半空間。尤其對于相對導(dǎo)電的流體，這些情 況是非常相似的，這在實(shí)踐中是常見的。對于流體團(tuán)非常大的情況，所噴射的 微滴的感應(yīng)偶極矩可以被視為在該流體團(tuán)內(nèi)產(chǎn)生鏡像偶極矩，這與靜電學(xué)中公 知的成像方法相一致，圖3對此進(jìn)行了描繪。通過將微滴的極化處理成球形導(dǎo) 體的極化(對于高介電常數(shù)流體而言，這是一種合理的近似)，所噴射的液滴 的偶極矩可以寫成其中eo表示自由空間的介電常數(shù)，五表示在目標(biāo)附近所加的外部電場，而 fl是液滴的半徑。為了簡便，我們考慮圖3的幾何形狀，其中z是(向下的) 垂直方向，而目標(biāo)則處于^ = 0處。因"像"(上方)微滴而導(dǎo)致的電場z分量在到達(dá)微滴的位置(流體表面下方的高度Z)處可以寫成接下來，因其偶極矩與該電場的交互作用而導(dǎo)致的在正到達(dá)的微滴上的力是該力是指向上的，從而朝著目標(biāo)處的流體表面吸引正到達(dá)的微滴。該力隨 著微滴在流體表面下方的高度的四次方的倒數(shù)而變化，當(dāng)微滴非常接近接收流體的表面時(shí)該力將達(dá)到最大。當(dāng)該微滴剛剛"接觸"接收孔流體時(shí)，即當(dāng)z-a時(shí)，偶極子力是-/'; = 3/2 7ieCJEV|對于30,000 V/m的電場和2.5 nl的液滴，相關(guān)液滴半徑是84 (im， iz = a 時(shí)的偶極子力大約是尸z 3X10—'Q N。這可以和液滴上的重力相比，該重力是 "7g 2.6X10—8N。由此，偶極子力僅僅是重力的大約百分之一。對于其它極限情況，其中接收的流體團(tuán)與所噴射的微滴大小相同，分析過 程與上文非常相似。在這種情況下，接收流體團(tuán)在存在外部電場時(shí)形成了等價(jià) 于上述液滴的偶極矩的實(shí)際的偶極矩。由此，先前還是從所噴射的液滴起距離 2z處的像偶極子，現(xiàn)在則成了從該液滴起距離Z處的等價(jià)偶極子。因此，當(dāng)所 噴射的液滴離流體團(tuán)的距離是Z時(shí)，在所噴射的液滴與接收流體團(tuán)之間的偶極 子-偶極子力比先前情況大8倍。另一方面，在所噴射的液滴和接收流體團(tuán)之間 的有限距離現(xiàn)在是2fl。由此，所噴射的液滴與接收流體團(tuán)之間最大的力是上文 針對半-無限流體團(tuán)所描述的情況的一半。因此，可以看到，對于上述兩種極限 情況而言，造成所噴射的液滴被吸引到接收流體團(tuán)的極化效應(yīng)都具有相同量級 的幅值。當(dāng)使用電場來減少飛濺和反彈和/或改善微滴聚并時(shí)，可能期望該電場基本 上不要影響微滴在到達(dá)目標(biāo)之前所遵循的路徑。甚至還可能期望該電場基本上不要改變微滴的速度，從而實(shí)現(xiàn)速度變化不超過10%。路徑與速度相對于電場 的這種獨(dú)立性可能是有用的，例如，能更容易地確保那些瞄準(zhǔn)目標(biāo)上同一位置 處的連續(xù)微滴能可重復(fù)地到達(dá)目標(biāo)上的那個(gè)位置。如果目標(biāo)上的流體本身是--個(gè)微滴一個(gè)微滴沉積的，就像流體傳遞系統(tǒng)正在傳遞一連串微滴構(gòu)成的大量流 體那樣，則為了促進(jìn)聚并可能期望這種可重復(fù)性。文獻(xiàn)中的一些研究(比如上 文所引用的Orme教授所作的一些研究)指出，在雨滴的聚并過程中撞擊參數(shù) 已被視為非常重要。路徑和速度相對于電場的獨(dú)立性還有益于使整個(gè)流體輸送 系統(tǒng)的其它參數(shù)可以獨(dú)立于該電場進(jìn)行設(shè)置。在空間區(qū)域中產(chǎn)生電場的一種常見方式是安排兩個(gè)保持在不同電位處的 電極A和B，使得上述空間區(qū)域和這兩個(gè)電極之間的區(qū)域重疊。電極可以具有 各種形狀，比如固態(tài)充分導(dǎo)電材料構(gòu)成的平板、涂有或?qū)訅河懈邔?dǎo)電性材料的 低導(dǎo)電性材料構(gòu)成的平板、多股導(dǎo)線構(gòu)成的平板以及導(dǎo)線柵格構(gòu)成的平板。在 電極排布方面有相當(dāng)大的自由，例如，要避免阻擋流體的流動(dòng)或存儲槽和目標(biāo) 的移動(dòng)?；蛘?，如下文的示例3和4中那樣，帶有允許流體流過的孔的電極可 以置于流體的路徑中。一旦給該系統(tǒng)加電，則電壓可以永久性地連接著系統(tǒng)并且給電極加上固定 的電壓。這一點(diǎn)在下面的情況下將很有意義在期望使用本發(fā)明的流體傳遞系 統(tǒng)的操作范圍中，發(fā)現(xiàn)特定的電極電壓在微滴的產(chǎn)生過程中特別有優(yōu)勢。或者， 為了更大的靈活性，有可能通過流體輸送系統(tǒng)的控制器或通過連接到用于產(chǎn)生 電場的電路的一個(gè)或多個(gè)外部輸入對電壓進(jìn)行設(shè)置。在某些情況下，可能有利
的是具有時(shí)變電壓(比如在產(chǎn)生每一個(gè)微滴的不同階段會變化的電壓)或在預(yù) 定時(shí)間保持恒定數(shù)值的電壓(比如在微滴產(chǎn)生過程中保持恒定的數(shù)值而在其它 時(shí)間都是零的電壓)如Mutz等人的美國專利申請10/340,557中所詳細(xì)討論的那樣，存在各種 現(xiàn)象都可能使微滴具有不可控制的電荷。有可能以各種方式來處理不可控制的 電荷，這概括地包括提供導(dǎo)電路徑或提供電離，使得從中形成微滴的流體放電。 例如，保存流體的存儲槽可以由充分導(dǎo)電的材料制成并且接地。結(jié)合本發(fā)明的上述籍助于電場來控制微滴特征的實(shí)施方式，還發(fā)現(xiàn)一種很 有用的做法是使用減少一般類型電荷的措施，專利申請10/340,557對此有描述。 特別有用的是，通過使用該申請中所討論的技術(shù)(比如電離放電)使存儲槽(用 于保存從中產(chǎn)生微滴的流體)接近或完全接地。在這種情況下，相對于接地保 持非零電壓的單個(gè)電極可以產(chǎn)生出用于微滴控制的電場。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以調(diào)節(jié)用于產(chǎn)生電場的電極電壓，以實(shí)現(xiàn)所期望的場 強(qiáng)。例如，這種調(diào)節(jié)可以是純粹試驗(yàn)性的?；蛘?，它可以基于公知公式(例如， 用于平行板之間的電場的公式)，這些公式可以在有關(guān)電磁學(xué)的書籍中找到， 比如J.D. Jackson的經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)(Classical Electrodynamics)(第二版，1975)。 或者，它可以基于用L叩lace方程的數(shù)值解來計(jì)算靜電場的公知數(shù)值技術(shù)。另外，為了優(yōu)化飛濺、反彈、或聚并的實(shí)驗(yàn)測量，可以調(diào)節(jié)各電極的電壓。 例如，可以對著合適的目標(biāo)進(jìn)行多次噴射并且使用數(shù)碼相機(jī)對微滴撞擊到目標(biāo) 處的流體上的過程進(jìn)行拍攝以便于人工或自動(dòng)分析?；蛘撸梢允褂媚切┰谧?擊之后通過觀察(比如在若發(fā)生聚并則應(yīng)該只有一個(gè)微滴的情況下查找多個(gè)微 滴)對微滴聚并進(jìn)行評分的方法。圖4描繪了本發(fā)明較佳電路的特定實(shí)施方式。其中使用了本實(shí)施方式的流 體輸送系統(tǒng)是這樣一種聲噴射系統(tǒng)，其中微滴從源存儲槽向上噴射到目標(biāo)。在 本實(shí)施方式中，電極采用柵格形式，它定位于目標(biāo)的后面。通過電離、通過在 附近存在真正的接地、和/或通過聲耦合介質(zhì)進(jìn)行電傳導(dǎo)，便使源存儲槽保持接 近于接地?？梢钥闯觯鲜鰱鸥窨捎蒒型MOSFET 12通過5 MQ電阻器14來驅(qū)動(dòng)。 當(dāng)N型MOSFET柵極上的電壓很高(在閾值以上)時(shí)，該柵格通過5 MQ電
阻器14而接地。當(dāng)柵極電壓被驅(qū)動(dòng)得很低時(shí)，該柵格通過電阻器14和另一個(gè)5 MQ電阻器16而連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器18的輸出，該轉(zhuǎn)換器18將0-5 V幅 值轉(zhuǎn)換成0-1500 V。該DC-DC轉(zhuǎn)換器18的電壓輸入轉(zhuǎn)而連接到用于產(chǎn)生0-5 V 的可變電壓源20。N型MOSFET 12柵極通過10 kQ電阻器22連接著可變電壓源20的輸出。 該柵極也被與非門24的輸出驅(qū)動(dòng)著，該與非門24允許兩個(gè)單獨(dú)的外部控制輸 入26和28將該柵極設(shè)置成低，并由此使該柵格不再接地，從而將其連接到 DC-DC轉(zhuǎn)換器18的輸出。外部邏輯(未示出)可以使用外部輸入26和28，以確保當(dāng)流體輸送系統(tǒng) 正載入網(wǎng)板或者門打開時(shí)，通過N型MOSFET 12將上述柵格切換到接地。當(dāng) 微滴噴射開始時(shí)，控制輸入可以用于使該柵格上升到介于500到1500 V DC之 間的固定電壓，其中800 V較佳。該電壓均勻地加到整個(gè)柵格上。這在液滴噴 射腔中以及源板孔下方的耦合流體中產(chǎn)生了微弱的靜電場，該靜電場從目標(biāo)板 延伸到接地平面。在液滴傳遞之后，該柵格可以再切換到接地。該柵格要么完 全接通，要么完全斷開。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，圖4中的各組件也將具有電源連接，就 像電子學(xué)中常見的那樣而不再明晰地示出了。在上述較佳實(shí)施方式的變體中，為了避免目標(biāo)孔上有電荷累積，上述電壓 在正電平和負(fù)電平之間交替。還有可能存在這樣的變體在網(wǎng)板載入期間接通 電壓，在噴射周期的一段時(shí)間內(nèi)讓上述柵格浮動(dòng)。在一備選較佳實(shí)施方式中，使用可產(chǎn)生偏壓離子云的電離器，以在目標(biāo)網(wǎng) 板進(jìn)入本系統(tǒng)時(shí)使這些網(wǎng)板帶電。通過用恰當(dāng)不對稱的或偏壓的波形來驅(qū)動(dòng)電 離器，從而產(chǎn)生偏壓離子云。該電離器可以利用標(biāo)準(zhǔn)電離棒，比如Julie Industries (Wilmington, Mass.)所制造的電離棒。用于改變聚并特性的電場主要是由通過偏 壓離子云電離器傳遞到目標(biāo)網(wǎng)板的那些電荷所產(chǎn)生的。若不將電荷傳遞到目標(biāo) 網(wǎng)板，則作為一種產(chǎn)生電場的備選方式還有可能使目標(biāo)網(wǎng)板附近的物體帶電。在另一個(gè)備選的較佳實(shí)施方式中，可以使用電暈放電使微滴帶電，電暈放 電可在局部空間中產(chǎn)生特定極性的離子。較佳地，氣流將電暈放電所產(chǎn)生的離 子引至微滴?；蛘撸撐⒌慰梢酝ㄟ^該放電。在這種情況下，較佳地，電暈放
電是穩(wěn)定的，就像在插針和平面之間那樣。在使用電場來改善微滴聚并并且電場使微滴帶電的情況下，大量這種微滴 傳遞到目標(biāo)處的單個(gè)流體團(tuán)便可以在該流體團(tuán)中產(chǎn)生顯著的凈電荷，這往往會 屏蔽外加的電場并減小其有益的效果。人們可以估計(jì)出在接收流體團(tuán)中沉積微滴電荷所能產(chǎn)生的場。該電荷往往在接收流體彎月面(meniscus)上擴(kuò)展成表面電荷層，所以若流體的直徑是d，則該層的電荷密度是a =，,其中N是所傳遞的微滴個(gè)數(shù)，Q是每個(gè)單獨(dú)的微滴的電荷。如果我們假定 微滴在源存儲槽和目標(biāo)之間飛行的方向是垂直z方向，電場由目標(biāo)上方的電壓為「的電極產(chǎn)生，并且上述的源大約接地，則我們獲得方程 ￡= 。Zss + [〖'7z計(jì)一。''e。]/[l + (S3":tf)(z"Zit— l)]此處，Z&et表示電極在源流體上方的高度，Ztf表示目標(biāo)流體彎月面在源流 體上方的高度，并且Stf表示目標(biāo)流體的介電常數(shù)。對于任何水溶性目標(biāo)流體， 量值So/Stf將比單位1小很多。由此，量值(So/Stf)(Ze^/Ztf- 1) << 1，所以1/[1 +(￡0/etf)(zelecAtf- l)] 1 - (e0/￡tf)(zelect/ztf- 1)，并且上述電場可近似為￡ (K/zlf)[一 (so/e,r)(Ze,ect/ztf— l)] + (cj/etf)(relecl/&f— 1)上述表達(dá)式的第一項(xiàng)五init = (P7ztf)[l — (S0/￡tf)(Wztf - l)]是任何微滴到達(dá) 之前在源和目標(biāo)之間的場。該表達(dá)式的第二項(xiàng)￡dl.。p = (o/stf)Oelect/ztf - 1 )是因彎 月面處所沉積的電荷所產(chǎn)生的那部分電場。最好要避免實(shí)際電場￡中的不可控制的變化，因?yàn)锳，要比《mt小很多，比如小10倍。再次應(yīng)用下列事實(shí) (S0/stf)(zdect/ztf— 1) << 1，我們獲得五dr叩/五init ~ 0/Stf)0e|ect - Ztf)/K如果g = 1 x 10一13 C且d= 3.5 mm，則對于每個(gè)微滴我們獲得cj = 8.16 x 10—9C/m2。如果zeleet-ztf= 5 mm、 stf = 80sq且K = 800 V，則對于每個(gè)微滴而 言比值A(chǔ)哪/五in,t (0/etf)(^ect-Ztf)/P^76x 10一6。由此，為了保持該比值在1/10以下，最好沉積不多于1300個(gè)微滴。如果期望沉積比上述個(gè)數(shù)要多的微滴， 則通過使K的極性相反從而使電場方向相反可能是值得嘗試的做法，所以相反 極性的電荷開始中和目標(biāo)流體表面上累積的(j。
本發(fā)明的變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是很明顯的。例如，本發(fā)明適 用于與下列文獻(xiàn)所描述的聲學(xué)技術(shù)相關(guān)的性能增強(qiáng)特征美國專利申請10/010,972和10/310,638，題為"Acoustic Assessment of Fluids in a Plurality of Reservoirs"，分別于2001年12月4日和2002年12月4日提交，發(fā)明人是 Mutz和Ellson;以及美國專利申請10/175,375，題為"Acoustic Control of the Composition and/or Volume of Fluid in a Reservoir"，于2002年6月18日提交， 發(fā)明人是Ellson和Mutz。另外，本發(fā)明可以應(yīng)用于許多環(huán)境中，比如處理致病 性流體(參照美國專利申請10/199,907 ，題為"Acoustic Radiation of Ejecting and Monitoring Pathogenic Fluids"，于2002年7月18日提交，發(fā)明人是Mutz和 Ellson)以及操縱細(xì)胞和粒子(參照美國專利申請公報(bào)20020090720和 20020094582)。應(yīng)該理解，盡管已結(jié)合較佳特定實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是上文 的描述和下面的示例都是說明性的而非用于限定本發(fā)明的范圍。其它落在本發(fā) 明范圍中的各方面、優(yōu)點(diǎn)和修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是明顯的。本文所提到的所有專利、專利申請和公報(bào)都全文引用在此作為參考。然而， 當(dāng)包含明確定義的專利、專利申請或公報(bào)引用在此作為參考時(shí)，那些明確的定 義應(yīng)該被理解成僅應(yīng)用于它們所屬的專利、專利申請或公報(bào)，而不能應(yīng)用于本 申請的其余段落尤其不能應(yīng)用于本申請的權(quán)利要求書。下面的示例為本領(lǐng)域的技術(shù)人員完整地揭示和描述了如何實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，它 們不用于限定本發(fā)明的范圍。示例1在聲噴射系統(tǒng)中，導(dǎo)電板位于源位置中的384網(wǎng)板(孔朝上)上方7 mm 處。該384網(wǎng)板在其所有的孔中包含30 )iL的70。/。DMSO/30。/。水。然后，對2.5 nL液滴的噴射進(jìn)行視頻拍攝，同時(shí)將0 V和800 V加到頂板上。與網(wǎng)板底部相 接觸的聲耦合流體接地。基于接地平面和電極之間的16.5 mm的距離，將處于 800 V之下的電極所產(chǎn)生的電場估計(jì)為49,000 V/m。與上電極接地的情況相比， 在使用電場的情況下，在噴射之后？ = 6.6 ms時(shí)2.5 nL液滴的垂直位置會高出 = 61拜。
假定電場所引起的位置差異是因?yàn)閲娚淦陂g微滴帶電而引起的。為了計(jì)算 傳遞到該微滴的電荷《，我們按下文繼續(xù)。在位置Z處時(shí)間Z時(shí)帶電荷？的微滴上的力是重力gm;電場力《五；若應(yīng)用Stokes定律，則阻力為-hW，其中/^3兀r^，n是空氣粘性大約為l-8x 10—5 kg-s/m， d是微滴直徑。應(yīng)用牛頓定律，我們獲得"7 Z/A2 = —g附+ -它可以被重新寫成 m Jv/J/ = +《￡" 一 b其中"=&/&是微滴在2方向上的速度。通常，線性一階微分方程C/W^ + ^^ + ^ = 0在^^0時(shí)具有如下的解v(O = (vo + 5")exp(—") — 其中v(0)^v。。若〖=0時(shí)2 = 0，積分有:(O = (1 ")Oo + — exp(-"))—說A4此處，^ = A/m且S = g-在電場￡接通或斷開兩種情況下z(/)之差是=(M2)(g￡/m)( 1 — exp(—"》一 (^E/w")/ - ，2)0 五/m)(1 - exp(-- L4),所以《=AzOAE)(J2/(1 — exp(-")—"))。當(dāng)J — 0 (意指阻力—O)時(shí)，針對 <7在上述公式中取極限，我們獲得更簡單的公式《=2Az(m/^2)。假定液滴具有2.5 nL體積并且70。/。DMSO/30。/。水具有約為1.07的密度， 則數(shù)值m約為2.7 pm。上文己給出了用于五的數(shù)值。對于2.5 nL球體而言， 微滴直徑約為168fim。我們由此得到^ 10 s一1，所以"~ 0.066 (無量綱)。針 對上文給出的q，將這些數(shù)值代入上述公式，我們得到q 1.6x 10一"C。在有電場和無電場兩種情況下，速度的差異由下式給出Av =《￡"(1 -exp(-")) 0.02 m/s。可以看出，在本示例中，該電場對微滴的速度沒什么影響，
它在2m/s的量級上。 示例2已經(jīng)用聲噴射系統(tǒng)進(jìn)行過研究，以更好地理解微滴速度對聚并的影響。使 用Krautkramer 15 MHz F2透鏡，并且將70。/。DMSO/30。/。水噴射到倒置的目標(biāo) 孔中，其中填充了 NaOH緩沖液。接收流體表面是微微凸起的。液滴都按標(biāo)稱 的體積5 nL、 2.5 nL和1.25 nL進(jìn)行噴射。首先，從視頻數(shù)據(jù)中提取出液滴體積和速度，它們是閾值之上的功率的函 數(shù)。這些在圖5A-5C中有示出。在這些圖中，所顯示的功率基于傳遞到聲換能器的振幅，它可能在所示范 圍中經(jīng)歷飽和。該數(shù)據(jù)橫跨了從噴射閾值(始終對應(yīng)于閾值的OdB)到輔助閾 值的整個(gè)范圍，所以該數(shù)據(jù)應(yīng)該能很好地代表每一噴射條件的工作窗口。圖 5A-5C所引用的液滴速度是初始速度，直接在源流體之上。圖6A-6C示出了用于代表液滴反彈(從被填充的384孔處反彈)幾率的曲 線，該反彈幾率是目的地孔處的入射液滴速度的函數(shù)。這些圖中的速度是到達(dá) R的地孔時(shí)的速度。示例3在基于網(wǎng)板之間的聲噴射且具有位于目標(biāo)板之后的電極的流體傳遞系統(tǒng) 中，金屬箔被置于源板之上，并且刺穿一些洞以通向上述的孔。然后，使源板 J:.的這種金屬孔徑接地，并且起到屏蔽所加的電場使其不影響源孔流體的作用 (與沒有箔的情況相比，有箔時(shí)的場強(qiáng)將小于1%)。由此，在箔處于恰當(dāng)?shù)?位置時(shí)，微滴所帶電荷將達(dá)到最少。然而，在箔存在的情況下，源板和目的地 孔流體之間的場將得到實(shí)際上增大，所以偶極子-偶極子交互作用將增強(qiáng)。已發(fā) 現(xiàn)，在有箔的情況下，當(dāng)向目標(biāo)板后方的柵格加800V時(shí)，微滴反彈基本上沒 有減少。示例4在示例3的系統(tǒng)中使用了帶孔徑的箔，但是這次是在目標(biāo)板上方，而非源
板上方。該箔保持在800 V，就像目標(biāo)板之后的柵格那樣。使用這種結(jié)構(gòu)時(shí)， 在目標(biāo)板孔之內(nèi)基本上沒有電場，但是有液滴帶電，因?yàn)樵窗鍍?nèi)部還有電場。 已發(fā)現(xiàn)，對于該情景，液滴反彈減少了很多。
權(quán)利要求
1.一種用于流體輸送的系統(tǒng)，包括含一些流體的存儲槽；微滴發(fā)生器，用于從存儲槽中的流體中產(chǎn)生微滴；控制器，用于控制微滴發(fā)生器的操作；目標(biāo)，所產(chǎn)生的微滴到達(dá)該目標(biāo)；用于控制所產(chǎn)生的微滴的一種或多種特征的電路，這增大了在微滴到達(dá)目標(biāo)時(shí)不飛濺或反彈的幾率。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路在微滴穿過的空間 區(qū)域中產(chǎn)生電場。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，在接近存儲槽中的流體的自由面 的區(qū)域中所產(chǎn)生的電場是不可忽略的。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，在接近存儲槽中的流體的自由面 的區(qū)域中所產(chǎn)生的電場具有介于1000到100,000 V/m之間的幅值。
5. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所產(chǎn)生的電場是在靠近目標(biāo)的電 極的幫助下得以產(chǎn)生的。
6. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所產(chǎn)生的電場使得所產(chǎn)生的微滴 帶電。
7. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路包括保持預(yù)定電壓 持續(xù)預(yù)定時(shí)間周期的電極。
8. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所產(chǎn)生的電場是時(shí)變的。
9. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所產(chǎn)生的電場基本上不會使所產(chǎn) 生的微滴偏離在沒有該電場的情況下該微滴將穿越的路徑。
10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述路徑包括所產(chǎn)生的微滴從 噴射開始一直到撞擊到所述目標(biāo)上的微滴為止所行進(jìn)的路徑。
11. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路包括用于允許外 部邏輯控制所述電場幅值的輸入。
12. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路包括用于允許外 部邏輯使所述電場的幅值在預(yù)定值和零之間進(jìn)行切換的輸入。
13. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路包括充電設(shè)備， 它使所述目標(biāo)或者所述目標(biāo)附近的物體全部或部分帶電。
14. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路使所述目標(biāo)附近的微滴的速度處于預(yù)定的速度范圍中。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)定的速度范圍處于1.0 到2.5 m/s的范圍中。
16. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路使所述目標(biāo)附近 的微滴的韋伯?dāng)?shù)處于預(yù)定的范圍中。
17. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述微滴到達(dá)所述目標(biāo)時(shí)， 所述微滴是在與地球重力場方向成90度到180度角的方向上行進(jìn)的。
18. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微滴發(fā)生器是無噴嘴的。
19. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微滴發(fā)生器不與所述流體 接觸，以便于產(chǎn)生微滴。
20. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微滴發(fā)生器包括聲噴射系統(tǒng)。
21. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路增大所述微滴與 第二流體聚并的幾率。
22. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述目標(biāo)處存在與所述微滴 中的流體成分不同的流體時(shí)，所述電路增大所述微滴不飛濺或反彈的幾率。
23. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述目標(biāo)處存在其體積比所 述微滴體積的2倍要小的流體時(shí)，所述電路增大所述微滴不飛濺或反彈的幾率。
24. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述目標(biāo)處存在其體積比所 述微滴體積的IOO倍要大的流體時(shí)，所述電路增大所述微滴不飛濺或反彈的幾率。
25. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微滴的體積小于100nL。
26. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述微滴的體積小于5nL。
27. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲槽形成網(wǎng)板的一部分。
28. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括第二存儲槽，其中所述微滴發(fā)生器從第 二存儲槽中的流體中產(chǎn)生微滴。
29. 如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，包括用于移動(dòng)所述微滴發(fā)生器以便于其從第二存儲槽中的流體中產(chǎn)生微滴的機(jī)構(gòu)。
30. 如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路增大從第二存儲 槽中的流體中產(chǎn)生出的微滴在到達(dá)第二目標(biāo)時(shí)不飛濺或反彈的幾率。
31. 如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制電路增大第二存儲槽 所產(chǎn)生的微滴與第二流體聚并的幾率。
32. —種用于流體輸送方法，包括如下步驟 從存儲槽中的一些流體中產(chǎn)生微滴； 控制微滴的軌跡使其到達(dá)目標(biāo)；控制所產(chǎn)生的微滴的一個(gè)或多個(gè)特征，從而增大所述微滴在到達(dá)目標(biāo)時(shí)不飛 濺或反彈的幾率。
33. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步 驟包括在所述微滴穿過的空間區(qū)域中產(chǎn)生電場。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，在接近存儲槽中的流體的自由 面的區(qū)域中，所產(chǎn)生的電場是不可忽略的。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，在接近存儲槽中的流體的自由 面的區(qū)域中，所產(chǎn)生的電場具有介于1000到100,000 V/m之間的幅值。
36. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所產(chǎn)生的電場是籍助于靠近目 標(biāo)的電極所產(chǎn)生的。
37. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所產(chǎn)生的電場使得所產(chǎn)生的微 滴帶電。
38. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生電場的步驟包括使電 極保持預(yù)定的電壓且持續(xù)預(yù)定時(shí)間周期。
39. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所產(chǎn)生的電場是時(shí)變的。
40. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所產(chǎn)生的電場基本上不會使所 產(chǎn)生的微滴偏離在沒有該電場的情況下該微滴將穿越的路徑。
41. 如權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，所述路徑包括所產(chǎn)生的微滴從 噴射開始一直到撞擊到所述目標(biāo)上的微滴為止所行進(jìn)的路徑。
42. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生電場的步驟包括響應(yīng) 外部輸入來設(shè)置所述電場的幅值。
43. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生電場的步驟包括使所述電場的幅值在預(yù)定值和零之間進(jìn)行切換。
44. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步 驟包括使所述目標(biāo)附近的微滴的速度處于預(yù)定的速度范圍中。
45. 如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定的速度范圍處于1.0 到2.5 m/s的范圍中。
46. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步 驟包括使所述目標(biāo)附近的微滴的韋伯?dāng)?shù)處于預(yù)定的范圍中。
47. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述微滴到達(dá)所述目標(biāo)時(shí)， 所述微滴是在與地球重力場方向成卯度到180度角的方向上行進(jìn)的。
48. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生微滴的步驟使用無噴 嘴的微滴發(fā)生器。
49. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生微滴的步驟不使外部 物體接觸所述流體。
50. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生微滴的步驟包括將聚 焦的聲能引至所述流體的自由面處的步驟。
51. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步 驟增大所述微滴與第二流體聚并的幾率。
52. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述存儲槽形成網(wǎng)板的一部分。
53. 如權(quán)利要求32所述的方法，包括如下步驟從第二存儲槽中產(chǎn)生流體微滴。
54. 如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述從第二存儲槽中產(chǎn)生微滴 的步驟包括移動(dòng)微滴發(fā)生器的歩驟。
55. 如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步 驟增大從第二存儲槽中的流體中所產(chǎn)生出的微滴在到達(dá)第二目標(biāo)時(shí)不飛濺或反彈 的幾率。
56. 如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步 驟增大由第二存儲槽所產(chǎn)生的微滴與第二流體聚并的幾率。
57. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述目標(biāo)處存在與所述微滴 中的流體成分不同的流體時(shí)，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步驟增大所述微滴不飛濺 或反彈的幾率。
58. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述目標(biāo)處存在其體積比所 述微滴體積的2倍要小的流體時(shí)，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步驟增大所述微滴不 飛濺或反彈的幾率。
59. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述目標(biāo)處存在其體積比所 述微滴體積的100倍要大的流體時(shí)，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步驟增大所述微滴 不飛濺或反彈的幾率。
60. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)處存在與所述微滴 中的流體成分不同的流體，并且所述微滴接觸所述目標(biāo)處存在的流體。
61. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)處存在其體積比所 述微滴體積的2倍要小的流體，并且所述微滴接觸所述目標(biāo)處存在的流體。
62. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)處存在其體積比所 述微滴體積的100倍要大的流體，并且所述微滴接觸所述目標(biāo)處存在的流體。
63. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)處存在與所述微滴 中的流體粘度不同的流體，并且所述微滴接觸所述目標(biāo)處存在的流體。
64. 如權(quán)利要求63所述的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)處存在與所述微滴 中的流體粘度相差至少50%的流體，并且所述微滴接觸所述目標(biāo)處存在的流體。
65. 如權(quán)利要求64所述的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)處存在其粘度至少 是所述微滴粘度的3倍的流體，并且所述微滴接觸所述目標(biāo)處存在的流體。
66. 如權(quán)利要求63所述的方法，其特征在于，在所述目標(biāo)處存在其粘度不超 過所述微滴粘度的三分之一的流體，并且所述微滴接觸所述目標(biāo)處存在的流體。
67. 如權(quán)利要求33所述的方法，其特征在于，所述產(chǎn)生電場的步驟包括向所 述目標(biāo)或所述目標(biāo)附近物體的全部或部分傳遞靜電電荷。
68. 如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述控制一個(gè)或多個(gè)特征的步 驟包括向所述微滴傳遞靜電電荷。
69. 如權(quán)利要求65所述的方法，其特征在于，向所述微滴傳遞靜電電荷的步 驟包括使所述微滴接觸離子。
全文摘要
提供了一種用于流體輸送的系統(tǒng)，其中一些流體保存在存儲槽中。使用微滴發(fā)生器以從流體中產(chǎn)生微滴，例如像聲噴射系統(tǒng)這樣的基于噴嘴的系統(tǒng)或無噴嘴的系統(tǒng)。所產(chǎn)生的微滴具有一軌跡，由此它到達(dá)目標(biāo)。使用一種電路以增大該微滴到達(dá)目標(biāo)時(shí)不飛濺或反彈幾率的方式來改變所產(chǎn)生微滴的一種或多種特征。該電路可以在不同實(shí)施方式中控制微滴的速度或微滴的韋伯?dāng)?shù)。該電路可以在微滴穿過的空間區(qū)域中產(chǎn)生電場。該電路可以通過使微滴接觸離子從而使該微滴帶電。
文檔編號B01L3/02GK101160173SQ200680012937
公開日2008年4月9日 申請日期2006年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月14日
發(fā)明者R·G·斯特厄斯, S·J·辛克森 申請人:拉伯賽特股份有限公司