Запасание жидкости Российский патент 2021 года по МПК G01N35/08 

Уровень техники

[0001] Необходимость загружать и хранить избыточные объемы жидкости на одноразовых микрожидкостных (микрофлюидных) картриджах может быть проблематичной, например, из-за ограниченности доступного пространства. С другой стороны, хранение жидкостей, таких как реагенты, вдали от жидкостной области, представляющей интерес (например, проточной ячейки) может привести к чрезмерному времени работы насоса для перемещения жидкостей из области хранения в жидкостную область, представляющую интерес, и требует большого коэффициента промывки для обмена жидкостей в области, представляющей интерес.

[0002] Многие микрожидкостные (микрофлюидные) системы с встроенным накопителем жидкости хранят жидкости на большом расстоянии от жидкостной области, представляющей интерес, и имеют определенную форму клапанной системы, будь то поворотный клапан или набор пережимных клапанов, что дополнительно увеличивает расстояние между жидкостями и местом их использования на картридже. Эти расстояния, известные как промываемые объемы, используются для расчета общего объема, подаваемого на этапе для конкретного химического вещества, и чем дальше жидкость хранится от жидкостного участка, представляющего интерес, тем больше объема требуется для каждого этапа. Для химических веществ с большим количеством повторяющихся этапов эти используемые объемы многократно увеличиваются, например, в 300-600 раз, и, таким образом, общий промываемый объем может оказать значительное влияние на требуемые общие объемы жидкости. Поскольку требования к объему жидкости являются основным фактором, определяющим размер микрожидкостного устройства, большие промываемые объемы значительно ограничивают возможности уменьшения размера устройства.

[0003] В некоторых микрожидкостных устройствах с картриджами используются жидкости в объемах, превышающих объемы, необходимые для химических веществ в устройстве. Такие большие объемы могут использоваться, например, для промывки, чтобы произвести обмен жидкостей через совместно используемые общие линии и на целевой поверхности. Такие потребности в большом объеме жидкостей могут стать еще более острыми, когда длительные циклические анализы должны стать автоматизированными. Длинные жидкостные линии, используемые для транспортировки жидкостей, которые хранятся удаленно от жидкостной области, представляющей интерес, могут иметь труднодоступные для промывки места в пределах микрожидкостного канала, например повороты на 90 градусов. Кроме того, стенки жидкостной линии могут быть труднопромываемыми вследствие граничного условия отсутствия проскальзывания в средах с ламинарным потоком.

[0004] В стандартных микрожидкостных системах заливка может выполняться в каналах, расположенных в области накопления жидкости за пределами жидкостной области, представляющей интерес, с подачей из каналов в общий переключающий клапан, который позволяет осуществлять выбор жидкости по требованию. Длинная совместно используемая линия, или общая линия, затем транспортирует все жидкости в жидкостную область, представляющую интерес, где происходит жидкостный обмен. В таких стандартных системах до подачи другой жидкости в жидкостную область, представляющую интерес, предыдущая жидкость может быть смыта для сохранения правильного химического состава новой жидкости или во избежание помех со стороны противоположных химических веществ (т.е. во избежание перекрестного загрязнения).

[0005] Объем жидкости, необходимый для промывки общей линии перед добавлением другой жидкости, зависит от длины общей линии и называется "промываемым объемом". "Коэффициент промывки" можно рассматривать как множитель, применяемый к общему промываемому объему или объему каналов, совместно используемых жидкостями. Например, если объем промываемой линии составляет 10 мкл, то при коэффициенте промывки 3 потребуется 30 мкл жидкости для ее протягивания через систему, чтобы обеспечить надлежащий обмен жидкости. Для циклических анализов химического состава с большим количеством повторений минимизация отдельных объемов перекачки жидкости оказывает значительное влияние на общие объемы жидкости, которые должны храниться в жидкостных устройствах. Минимизируя эти объемы, можно уменьшить место, занимаемое картриджем, и сэкономить деньги на каждом цикле работы за счет уменьшения количества используемых материалов и жидкостей. В некоторых случаях общее время цикла может быть сокращено за счет сокращения времени работы насоса.

Раскрытие сущности изобретения

[0006] Ниже представлено раскрытие сущности изобретения, чтобы дать общее представление о некоторых аспектах, описанных в настоящем документе. Это раскрытие сущности не является исчерпывающим рассмотрением заявленного объекта. Оно не предназначено ни для идентификации ключевых или критических элементов заявленного объекта, ни для ограничения его объема. Его единственная цель - представить некоторые концепции в упрощенной форме в качестве вступления к более подробному описанию, которое представлено ниже.

[0007] Аспекты настоящего изобретения охватывают аппарат, содержащий два или более каналов заливки жидкости, подсоединенных к впуску жидкости жидкостного устройства, клапан управления потоком, функционально связанный с каждым каналом заливки жидкости для управления потоком между соответствующим каналом заливки жидкости и впуском жидкости, один или более выпускных каналов, подсоединенных к выпуску жидкости из жидкостного устройства, и клапан управления потоком, функционально связанный с каждым выпускным каналом для управления потоком между выпуском жидкости и соответствующим выпускным каналом.

[0008] Аспекты настоящего изобретения охватывают способ, включающий в себя запасание различных жидкостей в каждом из двух или более каналов заливки жидкости, подсоединенных к впуску жидкости жидкостного устройства, причем клапан управления потоком, функционально связанный с каждым каналом заливки жидкости, управляет потоком между соответствующим каналом заливки жидкости и впуском жидкости, перемещение по меньшей мере части первой жидкости в первом из двух или более каналов заливки жидкости во впуск жидкости, перемещение первой жидкости через выпуск жидкости жидкостного устройства в выпускной канал, подсоединенный к выпуску жидкости, причем клапан управления потоком, функционально связанный с выпускным каналом, управляет потоком между выпуском жидкости и выпускным каналом, перемещение по меньшей мере части второй жидкости во втором из двух или более каналов заливки жидкости через общий канал заливки жидкости, соединяющий первый и второй каналы заливки жидкости с впуском жидкости для промывки общего канала заливки жидкости, и перемещение по меньшей мере части второй жидкости во втором канале заливки жидкости во впуск жидкости.

[0009] Аспекты настоящего изобретения охватывают аппарат, содержащий пластину, выполненную с возможностью вращения вокруг оси вращения, ортогональной поверхности пластины, и множество отделений для жидкости, расположенных на пластине, каждое из которых имеет выходное отверстие для жидкости, выполненное через пластину, причем выходные отверстия для жидкости множества отделений для жидкости расположены на общем радиальном расстоянии от оси вращения, при этом каждое выходное отверстие для жидкости расположено так, чтобы оно было совмещено с впуском жидкости жидкостного устройства при вращении пластины вокруг оси вращения.

[0010] Другие признаки и характеристики объекта настоящего изобретения, а также способы работы, функции связанных элементов конструкции, комбинации частей и организация производства станут более очевидными при рассмотрении следующего описания и приложенной формулы изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые являются частью материалов заявки, причем одинаковые ссылочные обозначения обозначают соответствующие части на различных фигур.

Краткое описание чертежей

[0011] Прилагаемые чертежи, которые включены в настоящий документ и являются частью материалов заявки, иллюстрируют различные примеры объекта настоящего изобретения. На чертежах одинаковые ссылочные обозначения обозначают идентичные или функционально схожие элементы.

[0012] На фиг. 1 показан вид сверху в аксонометрии примера ротационного лотка для жидкости, установленного в жидкостном устройстве.

[0013] На фиг. 2 показан вид сверху в плане примера ротационного лотка для жидкости.

[0014] На фиг. 3 показан вид в аксонометрии альтернативного примера ротационного лотка для жидкости.

[0015] На фиг. 4 показан вид сверху в плане примера ротационного лотка для жидкости.

[0016] На фиг. 5 показан вид снизу в плане ротационного лотка для жидкости, показанного на фиг. 4.

[0017] На фиг. 6 показан разнесенный вид в аксонометрии примера ротационного лотка для жидкости и крышки.

[0018] На фиг. 7 показан частичный вид снизу в плане крышки, показанной на фиг. 6.

[0019] На фиг. 8(A), 8(B), 8(C) показаны частичные виды в аксонометрии различных конфигураций наконечников толкателей.

[0020] На фиг. 9 показан поперечный разрез вдоль линии А-А на фиг. 6.

[0021] На фиг. 10 показан частичный поперечный разрез области В на фиг. 9.

[0022] На фиг. 11 показан вид в аксонометрии примера коллектора заливки жидкости.

[0023] На фиг. 12 показан частичный вид сверху в аксонометрии узла ротационного клапана для коллектора заливки жидкости.

[0024] На фиг. 13 показан вид в плане ротационного клапана.

[0025] На фиг. 14 показан частичный вид снизу в аксонометрии узла ротационного клапана для коллектора заливки жидкости.

Осуществление изобретения

[0026] Хотя некоторые аспекты объекта настоящего изобретения могут быть представлены в различных формах, приведенное ниже описание и сопроводительные чертежи предназначены только для того, чтобы раскрыть некоторые из этих форм в виде конкретных примеров объекта изобретения. Соответственно, объект настоящего изобретения не ограничен формами или примерами, описанными и проиллюстрированными таким образом.

[0027] Если не определено иное, все термины данной области техники, обозначения и другие технические термины или терминология, используемые в данном документе, обозначают то же, что обычно понимают специалисты в области техники, к которой относится данное изобретение. Все патенты, заявки, опубликованные заявки и другие публикации, упомянутые в данном документе, включены в него посредством ссылок во всей их полноте. Если определение, приведенное в данном разделе, противоречит или иным образом не согласуется с определением, содержащимся в патентах, заявках, опубликованных заявках и других публикациях, включенных в настоящий документ посредством ссылки, то определение, изложенное в данном разделе, имеет преимущественную силу перед определением, включенным в настоящий документ посредством ссылки.

[0028] Если не определено иное или если контекст не предполагает иное, в настоящем документе употребление признаков в единственном числе означает "по меньшей мере один" или "один или несколько".

[0029] В этом описании могут использоваться относительные пространственные и/или ориентационные термины при описании положения и/или ориентации компонента, аппарата, местоположения, признака или их части. Если иное конкретно не указано или не продиктовано контекстом описания, такие термины как, но не ограничиваясь ими, верх, низ, выше, ниже, под, сверху, верхний, нижний, слева, справа, спереди, сзади, рядом, вблизи, между, горизонтальный, вертикальный, диагональный, продольный, поперечный, радиальный, осевой и т.д., используются для удобства обозначения такого компонента, аппарата, местоположения, признака или их части на чертежах, причем они не должны пониматься ограничивающими настоящее изобретение.

[0030] Кроме того, если не указано иное, любые конкретные размеры, упомянутые в данном описании, являются лишь репрезентативными для примера реализации устройства, воплощающего аспекты изобретения, и не должны пониматься ограничивающими настоящее изобретение.

[0031] Термин "примерно" применяется ко всем числовым значениям, указанным в настоящем документе, независимо от того, указано это явно или не указано. Этот термин обычно относится к диапазону чисел, который специалист в данной области техники рассматривал бы как разумную величину отклонения от приведенных числовых значений (т.е. имеющих эквивалентную функцию или результат) в контексте настоящего изобретения. Например, этот термин, который не должен пониматься ограничивающим настоящее изобретение, может быть истолкован как включающий отклонение ±10 процентов от заданного числового значения при условии, что такое отклонение не изменит конечную функцию или результат значения. Таким образом, при некоторых обстоятельствах, как это может быть оценено специалистом в данной области, значение примерно 1% может быть истолковано как диапазон от 0,9% до 1,1%.

[0032] Термин "смежный", используемый в настоящем документе, относится к расположению рядом или примыканию. Смежные объекты могут находиться на расстоянии друг от друга или находиться в фактическом или непосредственном контакте друг с другом. В некоторых случаях смежные объекты могут быть соединены друг с другом или сформированы как единое целое.

[0033] Используемые в настоящем документе термины "по существу" и "существенный" означают "в значительной степени". При использовании в сочетании, например, с событием, обстоятельством, характеристикой или свойством, указанные термины могут относиться к случаям, когда событие, обстоятельство, характеристика или свойство происходит точно так же, как и случаи, когда событие, обстоятельство, характеристика или свойство происходит в близком приближении, например, с учетом типичных уровней погрешности или изменчивости описанных в настоящем документе примеров.

[0034] Использованные здесь термины "опциональный" и "опционально" означают, что следующий за данным термином компонент, структура, элемент, событие, обстоятельство, характеристика, свойство и т.д. могут быть включены или не включены, или могут случиться или не случиться, и что описание включает случаи, в которых компонент, структура, элемент, событие, обстоятельство, характеристика, свойство и т.д. включены или случаются и случаи, в которых они не включены или не случаются.

[0035] В соответствии с различными примерами, узлы и устройства, описанные в настоящем документе, могут использоваться в сочетании с жидкостным картриджем, который может содержать один или несколько трактов обработки жидкости, содержащих один или несколько элементов, например, одно или несколько из следующего: канал, разветвляющий канал, клапан, делитель потока, выпуск, порт, область доступа, сквозное отверстие, микрошарик, микрошарик, содержащий реагент, защитный слой, реакционный компонент, а также любую их комбинацию. Любой элемент может находиться в связи по текучей среде с другим элементом.

[0036] Все возможные комбинации элементов и компонентов, раскрытые в описании или перечисленные в формуле изобретения, рассматриваются как часть настоящего изобретения. Следует понимать, что все комбинации вышеуказанных концепций и дополнительных концепций, более подробно рассмотренных ниже (при условии, что они не противоречат друг другу), рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все комбинации заявленных объектов, представленные в конце данного раскрытия, рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого в данном документе.

[0037] В прилагаемой формуле изобретения термин "включающий в себя" используется в качестве простого эквивалента соответствующего термина "содержащий". Термины "содержащий" и "включающий в себя" здесь подразумеваются как представляющие открытый список элементов, включающий не только перечисленные элементы, но и охватывающий любые другие дополнительные элементы. Кроме того, в нижеследующей формуле изобретения термины "первый", "второй", "третий" и т.д. используются только в качестве различающих обозначений и не предназначены для того, чтобы налагать численные требования на их объекты.

[0038] Термин "связь по текучей среде" означает либо непосредственную связь, например, две области могут быть связаны по текучей среде друг с другом через беспрепятственный тракт обработки жидкости, соединяющий эти две области, либо возможность осуществления связи по текучей среде, например, две области могут иметь возможность осуществления связи по текучей среде друг с другом, когда они соединены через тракт обработки жидкости, который может содержать клапан, расположенный внутри, причем связь по текучей среде может быть установлена между двумя областями при приведении в действие клапана, например посредством растворения растворимого клапана, разрыва разрываемого клапана или открытия иным образом клапана, расположенного в тракте обработки жидкости.

[0039] Ротационный лоток для хранения жидкости

[0040] В различных примерах аппарат для подачи жидкостей на впуск жидкости жидкостного устройства (например, жидкостная "мишень", жидкостная область, представляющая интерес и т.д.) может включать в себя ротационный лоток для хранения жидкости, который может быть частью большего микрожидкостного устройства с картриджем с возможностью прямой подачи выбранных жидкостей по требованию на впуск жидкости. В контексте этого раскрытия жидкостное устройство может включать в себя любое устройство, через которое протекает жидкость из впуска жидкости в устройство и, опционально, в выпуск жидкости, из которого жидкость вытекает из устройства, и может включать в себя устройство, в котором осуществляется обработка жидкости, например, химический или биохимический анализ или другие реакции. Жидкостное устройство может быть или не быть микрожидкостным устройством. Ротационный лоток для хранения жидкости позволяет избежать проблем, связанных с большим промываемым объемом, благодаря конфигурации, позволяющей осуществлять прямое соединение лунок для хранения жидкости с впуском жидкости жидкостного устройства.

[0041] На фиг. 1 показан вид сверху в аксонометрии ротационного лотка для хранения жидкости, установленного в жидкостном устройстве, а на фиг. 2 показан вид сверху в плане ротационного лотка для хранения жидкости. Ротационный лоток 10 для хранения жидкости показан установленным в микрожидкостном устройстве 12 с картриджем. Лоток 10 содержит пластину 14 с отделениями, или лунками, 16 для жидкости, закрепленными на ней. В различных примерах лоток 10 является круговым и выполнен с возможностью вращения вокруг оси 18 вращения, которая является ортогональной по отношению к пластине 14, и которая в различных примерах может соответствовать оси вращения круглой пластины 14. Множество отделений 16 для жидкостей, закрепленные на пластине 14, могут иметь различные размеры в зависимости от необходимого объема хранения реагентов или других жидкостей, которые должны храниться в каждой лунке.

[0042] В различных примерах ротационный лоток 10 для хранения жидкости представляет собой цельный круглый элемент из пластмассы с клиновидными лунками 16 для хранения жидкости, установленными сверху. Подходящими пластмассами являются полипропилен, поликарбонат, Ultem® (полиэфиримид) и полиуретан. Лоток 10 может быть одноразовым компонентом, но те же конструктивные особенности могут быть также применены и к многоразовым компонентам.

[0043] В каждом отделении 16 имеется выходное отверстие или сквозное отверстие 20, выполненное через пластину 14. Поток жидкости через каждое выходное отверстие может управляться подходящим клапаном, который селективно приводится в действие толкателем или другим исполнительным механизмом, который, в различных примерах, может проходить через и/или опираться на крышку, расположенную над лотком 10, как описано ниже более подробно.

[0044] Лоток 10 для жидкости совмещен с жидкостным устройством 12 таким образом, что выходные отверстия 20 отделения для жидкости расположены непосредственно над впуском жидкости в жидкостное устройство 12, например входом в проточную ячейку 22, который при вращении лотка 10 может располагаться в открытой центральной области 24 ротационного лотка 10 для хранения жидкости. В различных примерах выходное отверстие 20 каждого отделения для жидкости расположено на одинаковом радиальном расстоянии от оси 18 вращения, что позволяет разместить выходные отверстия в общем местоположении при вращении лотка 10.

[0045] В зависимости от конфигурации жидкостного устройства, которое должно быть сопряжено с ротационным лотком для хранения жидкости, выходные отверстия могут быть расположены либо на внешней периферии окружности лотка, либо вблизи средней точки. В других примерах выходные отверстия могут быть расположены в любом месте вдоль радиуса пластины. Для последнего варианта размещения лоток для жидкости может иметь форму прямоугольного тороида, причем средняя часть лотка пустая, чтобы другие компоненты картриджа, такие как проточная ячейка, могли располагаться внутри лотка. См., например, открытое центральное пространство 24 в лотке 10 на фиг. 1 и 2.

[0046] На фиг. 3 показан вид в аксонометрии альтернативного примера ротационного лотка 30 для хранения жидкости. Ротационный лоток 30 для хранения включает в себя ротационную пластину 34, круглую в различных примерах, на которой расположены лунки 36 для жидкости и выходные отверстия 40, выполненные через пластину 34 вблизи внешней периферии лотка 30. Такая конфигурация лотка 30 обеспечивает возможность использования различных вариантов жидкостной архитектуры, сопрягаемых с данным лотком. В отличие от лотка 10, показанного на фиг. 1 и 2, в лотке 30 отсутствует открытое центральное пространство 24 для компонентов, таких как проточная ячейка, в центральной области лотка 30.

[0047] В различных примерах ротационного лотка 10, 30 для хранения жидкости может быть предусмотрено автоматическое регулирование и отслеживание скорости и углового положения лотка. Лоток может быть соединен с двигателем или другими двигательными средствами, например, шестернями, ремнями, шкивами, приводными валами и т.д., чтобы обеспечить автоматическое механизированное вращение лотка по требованию. Регулирование и отслеживание углового положения лотка могут обеспечивать датчики положения вращения, например, датчики угла поворота (т.н. энкодеры), и/или шаговые двигатели.

[0048] В различных примерах автоматическое вращение ротационного лотка для хранения жидкости для совмещения выходного отверстия выбранного отделения для жидкости с впуском жидкости жидкостного устройства достигается соединением системы моторизованного редукторного привода с сопрягаемыми шестеренными зубьями, сформированными по периметру лотка. Например, лоток 10 может содержать периферийные шестеренные зубья 26 для соединения лотка 10 с двигателем, например посредством шестерни (например, ведущей шестерни) или ремня, чтобы обеспечить механизированное вращение лотка 10 для выбора между различными отделениями 16 посредством совмещения их выходных отверстий 20 с впуском жидкостного устройства. Аналогичным образом, лоток 30 может содержать периферийные шестеренные зубья 46 для соединения лотка 30 с двигателем, например посредством шестерни (например, ведущей шестерни) или ремня, чтобы обеспечить механизированное вращение лотка 30 для выбора между различными отделениями 36, посредством совмещения их выходных отверстий 40 с впуском жидкостного устройства.

[0049] Интерфейс между ротационной пластиной 14 лотка 10 и пластиной 34 лотка 30 и жидкостным устройством может содержать эластомер для образования полного жидкостного уплотнения между выходным отверстием для жидкости лотка и впуском жидкости жидкостного устройства. В различных примерах эластомер может быть отлит под давлением поверх дна пластины 14 или 34 и может состоять из материала с низким уровнем залипания (т.е. трения, которое старается предотвратить движение неподвижных поверхностей), чтобы избежать необходимости чрезмерного крутящего момента, например, приблизительно 0,3 ньютон-метр или менее, для проворачивания лотка 10, 30 при его прижатии к жидкостному устройству. Подходящие эластомеры могут включать в себя термопластичные эластомеры, такие как Dynaflex®, Santoprene® и силикон.

[0050] В различных примерах конструкция ротационного лотка для хранения жидкости предусматривает точки срабатывания как для зажатия лотка для образования уплотнений между ротационной пластиной и жидкостным устройством, так и для беспрепятственного вращения лотка. Соответственно, в различных примерах на внешней периферии соответствующего лотка 10, 30 выполняются шестеренные зубья 26, 46. Усилие зажатия может быть реализовано посредством прижатия на верхних краях лотка с лунками низкофрикционным материалом.

[0051] На фиг. 4 и 5 показан, соответственно, вид сверху и снизу в плане альтернативного примера ротационного лотка 50 для хранения жидкости. Ротационный лоток 50 для хранения включает в себя ротационную пластину, круглую в различных примерах, с расположенными на ней лунками 52, 54 для жидкости и с выходными отверстиями, покрытыми клапанами 56, 58, соответственно, выполненными через пластину рядом с внешней периферией лотка. Лоток 50 может включать в себя периферийные шестеренные зубья 62 для соединения лотка 50 с двигателем, например посредством шестерни (например, ведущей шестерней) или ремня, чтобы обеспечить механизированное вращение лотка 50.

[0052] На фиг. 6 показан разнесенный вид в аксонометрии ротационного лотка 50 для жидкости и крышки 64. Крышка 64 содержит клапанные исполнительные механизмы 66, выполненные с возможностью селективного открывания клапанов 56 и 58 лотка 50. В проиллюстрированном примере каждый клапанный исполнительный элемент имеет гибкий язычок 70, выполненный в крышке 64 за счет щели 72, ограничивающей периметр язычка. Толкатель 68 проходит под язычком 70.

[0053] Как показано на фиг. 9 и 10, которые представляют собой виды клапанного исполнительного механизма 66 в поперечном сечении, толкатель проходит под язычком до положения 68(1) на фиг. 10 чуть выше клапана 58. Когда язычок 70 отклоняется вниз под действием приложенной силы к клапанному исполнительному механизму 66, острие толкателя выдвигается в клапан 58 в положение 68(2). Кольцо из эластомерного материала 60 (см. также фиг. 5) на нижней поверхности лотка 50 содержит выступ 80, который проходит в отверстие, выполненное на дне лунки лотка. Выступ может иметь щелевую перемычку, образующую клапан 58, причем клапан открывается, когда острие толкателя 68 вдвигается в щель и закрывается, когда толкатель выдвигается.

Отверстие лунки совмещено с каналом 76 жидкостного устройства 74. В одном примере толкатель 68 отклоняет уплотнение щелевой перемычки достаточно, чтобы открыть клапан 58 и позволить шприцевому насосу всасывать жидкость из лунки хранения.

[0054] Как показано на фиг. 9 и 10, эластомерное кольцо 60 образует уплотнение между жидкостным устройством 74 и дном лотка 50 вокруг границы раздела канала 76 и отверстия лунки. Лоток 50 и жидкостное устройство 74 могут удерживаться в плотном контакте друг с другом с помощью компонента или механизма, такого как пружина 82.

[0055] Гибкое уплотнение 78 может быть установлено над крышкой 64. Уплотнение 78 может быть предусмотрено для предотвращения попадания мусора в пазы 72 клапанных исполнительных механизмов 66.

[0056] На фиг. 8 показаны альтернативные конфигурации наконечника толкателя 68. На фиг. 8(A) толкатель 68а имеет конфигурацию с одним затупленным острием. На фиг. 8(B) толкатель 68b имеет раздвоенную конфигурацию острия. А на фиг. 8(C) толкатель 68 с имеет раздвоенную конфигурацию с полукруглым поперечным профилем.

[0057] Коллектор заливки жидкости

[0058] В соответствии с приведенными здесь примерами, аппарат для направления жидкости внутрь и наружу устройства, имеющего впуск жидкости и выпуск жидкости, может содержать жидкостный коллектор, который должен быть соединен или интегрирован в жидкостное устройство, требующее обмена жидкостей в одном поточном местоположении. В этом контексте поточное местоположение будет обозначаться как впуск жидкости жидкостного устройства. Коллектор выполнен с возможностью заливки реагентов или других жидкостей до очень короткой совместно используемой жидкостной линии, или общей линии, с подачей на впуск жидкости. Термины "заливка", "запасание", "залить" или "запасти" в данном контексте описывают действие перемещаемых жидкостей или других жидкостей путем проталкивания или втягивания жидкостей в предназначенные для них каналы вплоть до их доставки в жидкостное устройство и использования внутри него.

[0059] Как показано на фиг. 11, иллюстративный аппарат для направления жидкости внутрь и наружу устройства, имеющего впуск жидкости и выпуск жидкости включает в себя коллектор 100 заливки жидкости. Коллектор 100 выполнен на подложке 102, на которой закреплено или к которой подсоединено жидкостное устройство 50, например проточная ячейка, имеющая впуск 52 жидкости и выпуск 54 жидкости.

[0060] Коллектор 100 содержит два или более каналов 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости (пять каналов заливки жидкости в проиллюстрированном примере, хотя коллектор может содержать больше или меньше пяти каналов заливки жидкости) и байпасные линии 120. Один или несколько каналов 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости могут иметь змеевиковую конфигурацию для максимального увеличения количества жидкости, которое может быть запасено в канале. Каналы 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости сходятся непосредственно перед впуском 52 жидкости и находятся в связи по текучей среде с впуском 52 жидкости, в котором может происходить обмен жидкостей. В проиллюстрированном примере две отдельные общие линии 162, 164 образованы перед впуском 52 жидкости, причем каналы 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости сходятся, чтобы войти в жидкостное устройство 50 из того же самого местоположения отверстия на впуске 52 жидкости. Разделенные сходящиеся пути удерживают жидкости (например, реагенты), чувствительные друг к другу, разделенными, сохраняя при этом одну точку входа на жидкостном устройстве 50.

[0061] В различных примерах, каждое из отдельных местоположений 124, 126, 128, 130, 132 клапанов функционально связано с одним из каналов 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости, соответственно, чтобы обеспечить выбор того, какой канал заливки жидкости должен быть выбран при передаче жидкости. Отдельное местоположение 122 клапана функционально связано с байпасной линией 120.

[0062] В этом контексте клапан, который функционально связан с каналом, соединен с каналом таким образом, что селективное приведение в действие клапана разрешит или предотвратит поток жидкости через соответствующий канал и/или селективное управление потоком жидкости через канал.

[0063] Соединители или фитинги 136, 138, 140, 142, 144 могут быть предусмотрены для соединения каждого из каналов 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости, соответственно, с источником жидкости. Например, соединители 136, 138, 140, 142, 144 могут подсоединяться к общему каналу, направляющему жидкость от впуска жидкости, который соединен с ротационным лотком для хранения жидкости (см. выше), в котором находятся различные заправляемые или запасаемые жидкости в каналах 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости. Соединитель 134 может быть связан с байпасной линией 120. В различных примерах байпасный канал 120 может содержать второй клапан 154 на противоположном конце от клапана 122. Байпасный канал 120 может также содержать соединитель 160. В различных примерах каналы 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости и соответствующие клапаны в местоположениях 124, 126, 128, 130, 132 клапанов физически отделены от первичной области (областей) хранения жидкостей, из которой жидкость поступает в каналы заливки жидкости.

[0064] Каждый канал 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости предназначен для одного реагента или другой жидкости, подлежащей заливке в жидкостное устройство 50. Переключение потока между отдельными каналами осуществляется посредством манипулирования клапанами 124, 126, 128, 130, 132, расположенными между каналами заливки и источником жидкости для каждого канала. В различных примерах клапаны 124, 126, 128, 130, 132 могут состоять из небольших закругленных углублений, изготовленных так, чтобы они представляли собой вход каждого соответствующего канала 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости, соответственно, и могут зажиматься с помощью внешних зажимных стержней для герметизации их соответствующих каналов. В различных примерах материал, присоединенный к каналам, должен быть достаточно гибким, чтобы можно было использовать этот режим пережимного клапана. Эти типы клапанов обычно называют пережимными клапанами. Только канал с открытым клапаном позволяет возникнуть потоку, создавая тем самым определенный поток выбранных жидкостей в их соответствующие каналы.

[0065] Помимо заливочных каналов существует один или несколько других клапанных каналов, таких как байпасный канал 120, который образуют прямую линию ввода образца и байпасный канал в другую реактивную зону. Байпасный канал позволяет производить промывку общей линии воздухом или промывочным буфером, чтобы избежать при заливке загрязнения остатками предыдущих залитых жидкостей. Байпасный канал 120 может использоваться для подачи пузырьков воздуха для отделения отдельных болюсов различных жидкостей, подаваемых в жидкостное устройство 50 из каналов заливки. В других примерах, байпасный канал 120 также может быть использован в качестве объема запаса жидкости повторного использования. Например, для жидкости, которая поступает через впуск 52, во избежание отталкивания этой жидкости назад к лунке-источнику, байпасный канал 120 можно использовать в качестве канала временного хранения (при условии, что объем хранящейся жидкости не превышает внутренний объем байпасного канала).

[0066] Может существовать любое количество заливочных каналов и других, если их наличие не будет препятствовать возможности заливки во вход проточной ячейки.

[0067] Возможной альтернативой пережимным клапанам могут быть другие микрожидкостные клапаны, в том числе пневматически управляемые эластомерные клапаны.

[0068] Другой жизнеспособной альтернативой пережимным клапанам является узел ротационного клапана, как показано на фиг. 12-14. В одном примере узел ротационного клапана содержит ротационный клапан 202, установленный на подложке 200 коллектора с возможностью вращения и соединенный посредством общей впускной линии 236 и общей выпускной линии 238 с впуском и выпуском 232, 234, соответственно, жидкостного устройства 230, например проточной ячейки.

[0069] Как показано на фиг. 13, в одном из примеров ротационный клапан 202 содержит первый диск 204, который может быть изготовлен из жесткого пластика, и эластомерную крышку 206, расположенную (например, отлитую под давлением) поверх диска 204. Подходящими эластомерами для крышки 206 могут быть термопластичные эластомеры, такие как Dynaflex®, Santoprene® и силикон. Крышка 206 содержит кольца 208 круглого сечения, расположенные по окружности, и канал 210. Как показано на фиг. 14, для подсоединения ротационного клапана 202 к двигателю или другим средствам механизированного вращения может быть предусмотрен вал 216. Для ограничения вращения клапана 202 может быть предусмотрен жесткий упорный рычаг 218.

[0070] В подложке 200 коллектора образовано множество каналов 220, 222, 224, 226 заливки жидкостей, которые могут быть соединены с резервуарами для хранения реагентов (не показаны) через сквозные отверстия 240, 242, 244, 246.

[0071] Каждый канал 220, 222, 224, 226 заливки жидкости заканчивается в общем радиальном положении по отношению к центру ротационного клапана 202. Канал 210, выполненный в крышке 206, включает в себя выпуск 214, соответствующий центру клапана 202, и впуск 212. Когда клапан 202 повернут таким образом, чтобы впускной конец 212 канала 210 был совмещен с терминальным концом одного из каналов 220, 222, 224, 226 заливки жидкости, жидкость может течь из канала заливки во впуск 212, через канал 210, в выпуск 214, который подсоединен к общей впускной линии 236. Терминальные концы остальных неподсоединенных линий заливки жидкости будут совмещены с одним из колец 208 круглого сечения для герметизации каждой из этих линий. Таким образом, ротационный клапан может вращать канал 210 до выбранной линии заливки жидкости, поскольку все другие каналы заливки жидкости герметично закрыты от потока жидкости.

[0072] Общая выпускная линия 238 может быть подсоединена к насосу (не показан) для всасывания жидкостей через узел ротационного клапана и жидкостное устройство. Один или несколько дополнительных клапанов, таких как пережимные клапаны, могут быть предусмотрены для управления подачей давления от насоса, а также для управления подачей жидкости из общей выпускной линии 238, например, для обеспечения возможности обхода и повторного использования жидкости и/или для подсоединения выпускного потока к сливному приемнику.

[0073] Некоторые жидкости могут быть несовместимы друг с другом и должны храниться раздельно. Если эти жидкости не разделены или недостаточно смыты до того, как следующая жидкость начнет протекать через общую линию, последующие реакции или другие процессы могут отрицательно сказаться на процессе переработки. Различные примеры заливочного коллектора выполнены таким образом, чтобы каждый канал заливки вел во впуск жидкости в одном положении, предотвращая при этом перекрестное загрязнение. Например, в проиллюстрированном коллекторе 100 совмещение двух общих линий 162, 164, ведущих в одно впускное отверстие 52 (а не нескольких отдельных линий или только одна линия) позволяет эффективно промывать линии для предотвращения перекрестного загрязнения. В проиллюстрированном примере каналы 104, 106 и 108 заливки жидкости соединены с общим каналом 162, в котором канал 106 заливки жидкости объединяется с каналом 104 в месте 114 соединения, а канал 108 заливки жидкости объединяется с каналами 104 и 106 заливки жидкости в месте 116 соединения. Расстояние от места 114 соединения до впуска 52 жидкости плюс расстояние от впуска 52 жидкости до выпуска 54 жидкости можно назвать промываемым объемом, а расстояние от места 116 соединения до впуска 52 можно назвать общим объемом линии. Также в проиллюстрированном примере каналы 110 и 112 заливки жидкости соединены с общим каналом 164, в котором канал 110 заливки жидкости объединяется с каналом 112 заливки жидкости в месте 118 соединения. Расстояние от места 118 соединения до впуска 52 жидкости и от 116 до впуска 52 является промываемым объемом. В идеальном случае места 114, 116, 118 соединений должны быть как можно ближе к впуску 52 жидкости, чтобы свести к минимуму промываемые объемы.

[0074] Коллектор 100 также включает в себя выпускной канал 148 для жидкости, находящийся в связи по текучей среде с выпуском 54 жидкости. Выпускной канал 148 может иметь змеевиковую конфигурацию, позволяющую максимально увеличить количество жидкости, которое может быть запасено. В различных примерах индивидуальное местоположение клапана 152 связано с выпускным каналом 148 для управления потоком в выпускном канале. Клапан 152 может быть пережимным клапаном или другим подходящим клапаном.

[0075] Соединитель 158 может быть предусмотрен для подсоединения выпускного канала 148 к жидкостному элементу, расположенному ниже по потоку, например сливной камере, и/или для подсоединения выпускного канала 148 к источнику разности давлений, такому как насос.

[0076] Вторичный канал 146 проходит от выпускного канала 148 и включает в себя клапан 150 для управления потоком через вторичный канал. Вторичный канал 146 может быть открыт для воздуха и обеспечивает пузырьки воздуха для разделения болюсов жидкости, поступающей в выпускной канал 148.

[0077] Расширение линий заливки жидкости до впуска 52 жидкости с каналом 104, 106, 108, 110, 112 заливки жидкости позволяет получить усовершенствования жидкостной системы по сравнению с некоторыми ранее существующими системами. В основном, целевая заливка значительно сокращает необходимое расстояние протягивания жидкостей во время использования. Когда длина жидкостных линий сведена к минимуму, также уменьшаются и общие объемы, необходимые для смывки предыдущих жидкостей во избежание перекрестного загрязнения.

[0078] В одном примере передача жидкости осуществляется с помощью шприцевого насоса (не показан), подсоединенного к выпускному каналу 148 и позволяющего перемещать жидкости вперед и назад. Любой другой механизм создания разности давлений также будет работать, но механизм с возможностью изменения направления потока идеально подходит для повторного использования жидкости.

[0079] Например, первая жидкость (например, первый реагент или другой аналитический или реакционный компонент) может быть перемещена из канала 104 заливки жидкости через общую линию 162 в устройство 50 через впуск 52 посредством приложения разности давлений к коллектору и работы одного или нескольких клапанов. Затем из канала 106 заливки жидкости через общую линию 162 протягивается объем второй жидкости, который может отличаться от объема первой жидкости (например, второй реагент или другой аналитический или реакционный компонент), чтобы смыть любое остаточное количество первой жидкости. Количество второй жидкости, равное промываемому объему между местом 116 соединения и впуском 52, обычно умноженное на коэффициент умножения, перемещается через общую линию между местом 116 соединения и впуском 52 и направляется в байпасную линию 120 вместо впуска 52 в обход устройства 50. После промывки некоторое количество второй жидкости можно переместить из канала 106 заливки жидкости через общую линию 162 в устройство 50 через впуск 52. При перемещении второй жидкости в устройство 50, количество первой жидкости, ранее перемещенной в устройство 50, может быть перемещено в выпускной канал 148 через выпуск 54 жидкости. Затем количество второй жидкости может быть перемещено из устройства 50 через впуск 52 жидкости и обратно в канал 106 заливки жидкости, а количество первой жидкости, удерживаемой в выпускном канале 148, может быть перемещено из выпускного канала 148 обратно в устройство 50 через выпуск 54 жидкости для повторного использования в устройстве 50.

[0080] Коллектор целевой заливки включает в себя систему микрожидкостных каналов, выполненную как часть более крупного жидкостного устройства для соединения жидкостей, хранящихся в резервуарах устройства, с определенной поточной целевой областью для обмена жидкостей. В различных примерах система жидкостных каналов коллектора может быть выполнена в основном корпусе микрожидкостного устройства с картриджами с функцией подачи жидкостей для секвенирования в интегрированную проточную ячейку. Каналы могут иметь конструктивные особенности на корпусе устройства, изготовленного методом литья под давлением, или отдельном изготовленном методом литья под давлением распределительном слое, уплотненном на корпусе, например, на подложке 102 для формирования каналов.

[0081] Следует понимать, что все комбинации вышеуказанных концепций и дополнительных концепций, более подробно рассмотренных ниже (при условии, что они не противоречат друг другу), рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе. В частности, все комбинации заявленных объектов, представленные в конце данного раскрытия, рассматриваются как часть объекта изобретения, раскрытого в данном документе. Следует также понимать, что термины, явным образом используемые в настоящем документе, которые также могут встречаться в любом раскрытии, включенном в настоящее изобретение посредством ссылки, должны иметь значение, наиболее соответствующее конкретным концепциям, раскрытым в настоящем документе.

[0082] Хотя объект настоящего изобретения был подробно описан и показан со ссылкой на некоторые иллюстративные примеры, включая различные комбинации и подкомбинации признаков, специалисты в данной области легко найдут другие примеры, вариации и модификации, входящие в объем настоящего изобретения. Более того, описание таких примеров, комбинаций и подкомбинации не означает, что заявленный объект требует признаков или комбинаций признаков, отличных от тех, которые прямо перечислены в формуле изобретения. Соответственно, объем настоящего изобретения должен включать все модификации и вариации, охватываемые сущностью и объемом приведенной ниже формулы изобретения.

Настоящая группа изобретений относится к аппарату и способу для направления жидкости в жидкостное устройство и из него, содержащему два или более каналов заливки жидкости, подсоединенных к впуску жидкости жидкостного устройства, клапан управления потоком для каждого канала заливки жидкости для управления потоком между каналом заливки жидкости и впуском жидкости, один или более выпускных каналов, подсоединенных к выпуску жидкости жидкостного устройства, и клапан управления потоком для каждого выпускного канала для управления потоком между выпуском жидкости и соответствующим выпускным каналом. Аппарат для подачи жидкостей на впуск жидкости содержит пластину, выполненную с возможностью вращения вокруг оси вращения, и множество отделений для жидкости, расположенных на пластине, каждое из которых имеет выходное отверстие для жидкости, расположенное на общем радиальном расстоянии от оси вращения и расположенное так, чтобы оно было совмещено с впуском жидкости при вращении пластины вокруг оси вращения. Технический результат – усовершенствование жидкостной системы путем обеспечения целевой заливки жидкости, уменьшение габаритов. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Аппарат для направления жидкости внутрь и наружу жидкостного устройства, имеющего впуск жидкости и выпуск жидкости, содержащий:

два или более каналов заливки жидкости, подсоединенных к впуску жидкости жидкостного устройства;

клапан управления потоком, функционально связанный с каждым каналом заливки жидкости, для управления потоком между соответствующим каналом заливки жидкости и впуском жидкости;

один или более выпускных каналов, подсоединенных к выпуску жидкости жидкостного устройства;

клапан управления потоком, функционально связанный с каждым выпускным каналом, для управления потоком между выпуском жидкости и соответствующим выпускным каналом;

пластину, выполненную с возможностью вращения вокруг оси вращения, ортогональной поверхности пластины, причем жидкостное устройство соединено с этой пластиной;

множество отделений для жидкости, расположенных на пластине, каждое из которых имеет выходное отверстие для жидкости, выполненное через пластину;

и крышку, расположенную над множеством отделений для жидкости, причем крышка включает в себя клапанные исполнительные механизмы для открытия и закрытия клапанов для управления потоком жидкости из выходных отверстий для жидкости.

2. Аппарат по п. 1, в котором каждый клапан управления потоком представляет собой пережимной клапан или пневматически управляемый эластомерный клапан.

3. Аппарат по п. 1, дополнительно содержащий байпасный канал, обходящий впуск жидкости и выпуск жидкости.

4. Аппарат по п. 1, в котором перемещение жидкости через аппарат и устройство предусмотрено под действием разности давлений.

5. Аппарат по п. 1, в котором по меньшей мере два канала заливки жидкости, но менее, чем все каналы заливки жидкости, объединяются перед впуском жидкости.

6. Способ управления потоком жидкости жидкостного устройства, включающий в себя этапы, на которых:

запасают различные жидкости в каждом из двух или более каналов заливки жидкости, подсоединенных к впуску жидкости жидкостного устройства, соединенного с пластиной, выполненной с возможностью вращения вокруг оси вращения, ортогональной поверхности пластины, причем на пластине расположено множество отделений для жидкости, поверх которых расположена крышка, включающая в себя клапанные исполнительные механизмы для открытия и закрытия клапанов для управления потоком жидкости из выходных отверстий для жидкости, выходящим из указанных отделений, причем с помощью клапана управления потоком, функционально связанного с каждым каналом заливки жидкости, управляют потоком между соответствующим каналом заливки жидкости и впуском жидкости;

перемещают по меньшей мере часть первой жидкости в первом из двух или более каналов заливки жидкости во впуск жидкости;

перемещают первую жидкость через выпуск жидкости жидкостного устройства в выпускной канал, подсоединенный к выпуску жидкости, причем с помощью клапана управления потоком, функционально связанного с выпускным каналом, управляют потоком между выпуском жидкости и выпускным каналом;

перемещают по меньшей мере часть второй жидкости во втором из двух или более каналов заливки жидкости через общий канал заливки жидкости, соединяющий первый и второй каналы заливки жидкости с впуском жидкости, для промывки общего канала заливки жидкости;

и перемещают по меньшей мере часть второй жидкости во втором канале заливки жидкости во впуск жидкости.

7. Способ по п. 6, дополнительно включающий в себя перемещение второй жидкости через выпуск жидкости в выпускной канал.

8. Способ по п. 7, дополнительно включающий в себя перемещение по меньшей мере части первой жидкости из выпускного канала в устройство через выпуск жидкости.

9. Способ по п. 6, дополнительно включающий в себя, перед перемещением второй жидкости во впуск жидкости, всасывание объема воздуха во впуск жидкости для отделения второй жидкости от первой жидкости.

10. Способ по п. 6, в котором перемещение первой и второй жидкости включает в себя приложение разности давлений к каналам заливки жидкости.

11. Ротационный лоток для хранения жидкости, содержащий:

пластину, выполненную с возможностью вращения вокруг оси вращения, ортогональной поверхности пластины;

множество отделений для жидкости, расположенных на пластине, каждое из которых имеет выходное отверстие для жидкости, выполненное через пластину, причем выходные отверстия для жидкости множества отделений для жидкости расположены на общем радиальном расстоянии от оси вращения, при этом каждое выходное отверстие для жидкости расположено так, чтобы оно было совмещено с впуском жидкости жидкостного устройства при вращении пластины вокруг оси вращения;

и крышку, расположенную над множеством отделений для жидкости, причем крышка включает в себя клапанные исполнительные механизмы для открытия и закрытия клапанов для управления потоком жидкости из выходных отверстий для жидкости.

12. Ротационный лоток для хранения жидкости по п. 11, в котором пластина является круглой, а отделения для жидкости образуют окружный контур пластины.

13. Ротационный лоток для хранения жидкости по п. 11, в котором пластина имеет форму прямоугольного тороида.

14. Ротационный лоток для хранения жидкости по п. 11, в котором пластина является круглой, причем выходные отверстия для жидкости расположены на внешнем окружном контуре пластины.

15. Ротационный лоток для хранения жидкости по п. 11, в котором пластина является круглой, причем выходные отверстия для жидкости расположены вблизи средней точки пластины.

16. Ротационный лоток для хранения жидкости по п. 11, дополнительно содержащий эластомерное уплотнение между выходным отверстием каждого отделения для жидкости и впуском жидкости.

17. Ротационный лоток для хранения жидкости по п. 16, в котором эластомерное уплотнение отлито под давлением поверх дна пластины с лунками.

18. Ротационный лоток для хранения жидкости по п. 11, дополнительно содержащий приводную систему пластины для осуществления механизированного вращения пластины вокруг оси вращения.

19. Ротационный лоток для хранения жидкости по п. 18, в котором приводная система пластины содержит моторизованный редукторный привод, находящийся в зацеплении с сопрягаемыми шестеренными зубьями, сформированными на периферии пластины.