用于在基材上釋放多種物質(zhì)的噴墨設(shè)備及方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：用于在基材上釋放多種物質(zhì)的噴墨設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在基材上釋放多種物質(zhì)的噴墨設(shè)備及方法。 本發(fā)明公開(kāi)了一種用于在基材上釋放多種物質(zhì)的噴墨設(shè)備及方法。尤
其對(duì)于診斷來(lái)說(shuō)，需要有多種基材，以便根據(jù)專(zhuān)門(mén)的預(yù)定模式(pattern)以 很精確和準(zhǔn)確的方式在基材上放置多種不同物質(zhì)。通常在基材上要沉積多 種物質(zhì)，以在基材上進(jìn)行大量生化試驗(yàn)或反應(yīng)。為了能夠以可靠且可再生 的方式進(jìn)行這些試驗(yàn)和反應(yīng)，提供一種具有高精確度的噴墨設(shè)備及打印方 法是很重要的。因此，根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備及方法優(yōu)選地用于基材上各 種物質(zhì)的打印過(guò)程，其中就是否能按照預(yù)定模式將一滴物質(zhì)正確地放置在 基材上的問(wèn)題而言該打印過(guò)程必須是極為可靠的。此外，根據(jù)本發(fā)明的噴 墨設(shè)備及方法優(yōu)選地用于通過(guò)以特定模式在基材上釋放多種物質(zhì)來(lái)產(chǎn)生一 種生物測(cè)定基材。
背景技術(shù)：
例如，在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 2005/0221279 Al中公開(kāi)了一種用于通過(guò)以 特定模式將多種物質(zhì)釋放到基材上來(lái)產(chǎn)生生物測(cè)定基材的方法。這里，說(shuō) 明了一種產(chǎn)生化學(xué)傳感器的方法，包括提供一個(gè)光學(xué)陣列以及使用一個(gè)或 多個(gè)硬針打印工具在該光學(xué)陣列上接觸打印一個(gè)或多個(gè)化學(xué)指示劑。該方 法提供了一種以給定模式和很多種微點(diǎn)幾何形精確打印很多不同材料的裝 置。
雖然，已知的噴墨設(shè)備及方法能以令人滿(mǎn)意的方式在基材上打印多種 物質(zhì)，但是它們的生產(chǎn)速度相對(duì)較低。這嚴(yán)重限制了打印或噴墨設(shè)備的適
用性，特別是使用多種不同物質(zhì)的可靠且自動(dòng)化的打印過(guò)程對(duì)于生物測(cè)定 基材的節(jié)約型生產(chǎn)至關(guān)重要的應(yīng)用。確實(shí)，特別對(duì)于生物測(cè)定基材來(lái)說(shuō)很 重要的是，能在盡可能短的生產(chǎn)時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)大量基材，而無(wú)須犧牲該打印 過(guò)程的可靠性和精確度。此外，就生產(chǎn)時(shí)間而言，能達(dá)到的有關(guān)特定打印 模式(點(diǎn)間距、流體數(shù))的靈活性也是很有利的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種在處理待打印的多種不同打印流體或 物質(zhì)的同時(shí)，以增加的生產(chǎn)速度和高度可靠性將多種物質(zhì)釋放到基材上的 噴墨設(shè)備及方法。
通過(guò)將多種物質(zhì)釋放到基材上的一種噴墨設(shè)備和方法、以及通過(guò)使用 根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備來(lái)完成以上目標(biāo)。那么，該噴墨設(shè)備包括至少一個(gè)
打印頭，該打印頭可相對(duì)于基材是位置可變的(positionalbe)并且包括至少 一個(gè)噴嘴，該噴嘴用于噴射多種物質(zhì)之一的液滴，所述噴墨設(shè)備(10)設(shè)計(jì)為 通過(guò)至少一個(gè)打印頭相對(duì)于基材(40)的大約一次移動(dòng)，將多種物質(zhì)以預(yù)定模 式沉積在基材上。通過(guò)這些措施，現(xiàn)在有可能在相對(duì)少量時(shí)間內(nèi)并以所期 望的可靠度和精確度產(chǎn)生大量的基材，每個(gè)基材上提供有大量不同物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，該噴墨設(shè)備允許通過(guò)(多個(gè))打印頭相對(duì)于基材作有限 數(shù)量的移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生基材。通過(guò)這種方式也就意味著，該噴墨設(shè)備能夠在該 (多個(gè))打印頭經(jīng)過(guò)基材上方期間同時(shí)沉積很多物質(zhì)。移動(dòng)數(shù)量明顯取決 于基材的特性，但優(yōu)選地應(yīng)低于十次，更優(yōu)選地應(yīng)低于五次，更優(yōu)選地應(yīng) 為大約一次。優(yōu)選地，這種移動(dòng)或經(jīng)過(guò)大約是連續(xù)的，通過(guò)這種方式也就 意味著這些移動(dòng)基本上僅出現(xiàn)在一個(gè)方向上，不會(huì)實(shí)質(zhì)上偏離該方向。下 文中，該方向也稱(chēng)為打印方向。根據(jù)該優(yōu)選的實(shí)施例，例如，該噴墨設(shè)備 能夠在打印方向上產(chǎn)生完全連續(xù)的運(yùn)動(dòng)以及聯(lián)貫的啟動(dòng)終止運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，該噴墨設(shè)備包括至少一個(gè)噴嘴，用于噴射多種物質(zhì)之一
的液滴。另外，為該噴墨設(shè)備的至少一個(gè)打印頭提供換能器。優(yōu)選地，該
換能器是一種將機(jī)械波和水聲波應(yīng)用到該打印頭的機(jī)電換能器。優(yōu)選地， 該至少一個(gè)打印頭是一個(gè)幾乎閉合的物體，其中至少部分填充要打印的液
體，即要打印的物質(zhì)。為該打印頭提供了填充裝置，填充裝置至少包括盛 有要打印物質(zhì)的貯液器，并且優(yōu)選地還包括在輕微真空壓力下支撐該打印 頭的裝置。 一條與貯液器相連的連接線(xiàn)路允許將物質(zhì)從貯液器吸入到打印 頭。還為該打印頭提供了開(kāi)口或管道， 一旦有激勵(lì)脈沖就可以將打印頭內(nèi) 保存的至少一部分液體排出或射出，以在該打印頭外部形成該液體的液滴。 下面在本發(fā)明的上下文中，也將這種開(kāi)口或管道稱(chēng)為噴嘴。
根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該噴墨設(shè)備包括多噴嘴打 印頭以及為每個(gè)噴嘴提供不同物質(zhì)的填充裝置。優(yōu)選地，這允許將要打印 到基材上的所有不同物質(zhì)填充到該噴墨設(shè)備的打印頭中。例如，如果要為
一個(gè)基材提供16種不同物質(zhì)，則要為打印頭提供至少16個(gè)噴嘴，其中要 提供至少16個(gè)填充裝置，從而為至少16個(gè)噴嘴中的每個(gè)噴嘴供應(yīng)其自己 的物質(zhì)。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特定優(yōu)選的噴墨設(shè)備中，為該噴墨設(shè)備提供用于 將多噴嘴打印頭放置成使得它能與打印頭相對(duì)基材的移動(dòng)方向(即，打印方 向)形成一個(gè)角的裝置。該實(shí)施例能產(chǎn)生幾乎任意所期望的在該基材上沉積 物質(zhì)的模式。實(shí)際上，通過(guò)改變打印頭相對(duì)于打印方向的角度，可以容易 地獲得不同模式。在該實(shí)施例中，每種物質(zhì)可能的沉積總數(shù)僅僅受到每個(gè) 打印頭的噴嘴數(shù)的限制。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選的噴墨設(shè)備的實(shí)施例中，可以將基材放置 成與打印頭相對(duì)于該基材的移動(dòng)方向形成一個(gè)角。這就提供了在基材上產(chǎn) 生更多沉積物質(zhì)模式的可能。甚至有可能在打印頭已經(jīng)移動(dòng)之前、期間或 之后通過(guò)改變基材的夾角，為基材的不同區(qū)域提供不同的模式。
根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括多個(gè)打印頭以及為每個(gè)打印頭提供其自己的物質(zhì)的填充裝置。該實(shí)施例具有額外的優(yōu)勢(shì)，艮P， 為了改變其中一種物質(zhì)以產(chǎn)生不同的沉積模式，只需要將包含有舊物質(zhì)的 打印頭和/或填充裝置替換為包含有新物質(zhì)的打印頭和/或填充裝置。這就增 加了打印過(guò)程的靈活性，此外還允許進(jìn)行例如清洗的脫機(jī)操作。
噴墨設(shè)備的一個(gè)特定優(yōu)選實(shí)施例包括在打印頭相對(duì)于基材移動(dòng)的方向 上(即，在打印方向上)逐個(gè)放置的多個(gè)打印頭。這就允許為該噴墨設(shè)備提供 一個(gè)載體，其中可以將多個(gè)打印頭以所期望的順序安裝。通過(guò)這種方式， 有可能為噴墨設(shè)備提供集成的多噴嘴打印頭，根據(jù)要產(chǎn)生的模式組成該多 噴嘴打印頭。
更優(yōu)選地是一種噴墨設(shè)備，其中在垂直于打印頭相對(duì)于基材的移動(dòng)方 向的方向上排列多個(gè)打印頭，使得提供有它自己物質(zhì)的這些打印頭的每個(gè) 噴嘴在移動(dòng)方向上與該噴嘴的液滴要放置到基材上的基材位置對(duì)齊。通過(guò) 這種方式，有可能僅僅通過(guò)每個(gè)物質(zhì)自己的打印頭來(lái)沉積該物質(zhì)，從而消 除了頻繁清洗的需要，并且還減少了錯(cuò)誤打印和其它錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，提高了 生產(chǎn)速度。
本發(fā)明的噴墨設(shè)備的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征在于它包括多個(gè)打印頭 以及為每個(gè)打印頭提供其自己的物質(zhì)的填充裝置，其中將這些打印頭逐個(gè) 放置在打印頭相對(duì)于基材的移動(dòng)方向上，并且其中每個(gè)打印頭包括多個(gè)噴 嘴。因此， 一個(gè)單獨(dú)打印頭有可能?chē)姵龆鄠€(gè)液滴。在該實(shí)施例中，沒(méi)必要 驅(qū)動(dòng)這些多噴嘴打印頭的所有噴嘴。對(duì)于包括一種物質(zhì)的打印頭，所有噴 嘴都優(yōu)選地填充該種物質(zhì)。還有可能只填充選定數(shù)目的噴嘴，但那樣需要 對(duì)打印頭的硬件進(jìn)行改裝，這并不是優(yōu)選的方案。將所有噴嘴都填充物質(zhì)， 有可能通過(guò)單獨(dú)的噴嘴定時(shí)來(lái)分別驅(qū)動(dòng)每個(gè)噴嘴。通過(guò)這種方式，只有被 驅(qū)動(dòng)的噴嘴才會(huì)噴出液滴。當(dāng)然，這些被優(yōu)選地發(fā)射或驅(qū)動(dòng)的噴嘴在移動(dòng) 方向上要與要在基材上放置該噴嘴的液滴的基材位置相對(duì)齊。該實(shí)施例具 有的額外優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)需要不同沉積模式時(shí)，只需要改變所驅(qū)動(dòng)的噴嘴。當(dāng)需要更多沉積時(shí)，可以提供附加的多噴嘴打印頭。在大部分情況下，將多 噴嘴打印頭中沉積模式的間距選定等于所期望的這些噴嘴的間距。為了使 多噴嘴打印頭的間距與所期望的間距相配，還可以為該噴墨設(shè)備提供定位 裝置，該定位裝置能夠相對(duì)于打印方向旋轉(zhuǎn)該(多個(gè))多噴嘴打印頭。以 這種方式，能夠獲得比打印頭間距小的所有可能間距。通過(guò)僅使用每第二 個(gè)噴嘴(或每第三個(gè)、或每第四個(gè)、或每第任意其它數(shù)目個(gè)，取決于所期望 的間距大小)并且將打印頭放置成與打印方向成一個(gè)角，也可以獲得大于打 印頭間距的間距。
根據(jù)本發(fā)明更優(yōu)選地使用一種噴墨設(shè)備，其中該噴墨設(shè)備還包括打印 臺(tái)、打印橋和具有固定板形式基材載體的平臺(tái)，該平臺(tái)可以沿著第一方向 相對(duì)于打印臺(tái)移動(dòng)，至少一個(gè)打印頭安裝在可移動(dòng)打印頭固定器上并且該 可移動(dòng)打印頭固定器安裝在打印橋上，使得至少一個(gè)打印頭可以相對(duì)于打 印橋旋轉(zhuǎn)，以與第一方向成一個(gè)角。因此，有可能將物質(zhì)的液滴打印或釋 放到大的應(yīng)用面積，因?yàn)榇蠡幕蚋鱾€(gè)基材可以作為一批被打印，使得打 印產(chǎn)品的生產(chǎn)可以變得相當(dāng)成本有效。在該實(shí)施例中，可以一次全部打印 一盤(pán)不同基材。打印臺(tái)在一個(gè)方向移動(dòng)，打印頭固定器在另一個(gè)方向移動(dòng)。 在某些情況下，打印臺(tái)也可以在兩個(gè)方向上移動(dòng)。通過(guò)這樣做，可以為整 盤(pán)基材提供所有物質(zhì)。所需生產(chǎn)時(shí)間通常受批次大小所限。相對(duì)而言，批 次大小越小，用于對(duì)齊、清洗、填充以及對(duì)噴嘴進(jìn)行其它操作的時(shí)間總量 就越大。
更優(yōu)選地是提供一種噴墨設(shè)備，其中將打印橋相對(duì)于打印臺(tái)固定，并 且其中基材載體相對(duì)于打印橋在第一方向上可以移動(dòng)，其中打印頭固定器 可相對(duì)于打印橋旋轉(zhuǎn)，以與第一方向形成一個(gè)角。通過(guò)使基材載體可移動(dòng) 并且將至少一個(gè)打印頭保持在固定位置處，可以獲得很高的生產(chǎn)率?？梢?展望使基材載體能夠相對(duì)于打印臺(tái)移動(dòng)的幾種裝置。使可打印的基材相對(duì) 于至少一個(gè)打印頭移動(dòng)的一個(gè)優(yōu)選項(xiàng)是，為本發(fā)明的噴墨設(shè)備提供基本上
連續(xù)移動(dòng)的裝置，例如循環(huán)傳送帶。通過(guò)連續(xù)流水作業(yè)(循環(huán)傳送帶)，將基 材在(多個(gè))打印頭下方移動(dòng)，而(多個(gè))打印頭不移動(dòng)。這導(dǎo)致了更高的生產(chǎn) 率。然而，技術(shù)人員可以展望其它的選項(xiàng)。
根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，固定板相對(duì) 于打印橋可以旋轉(zhuǎn)，以與第一方向形成角p。這就允許所產(chǎn)生的基材具有更 精細(xì)的沉積模式。在這方面，更優(yōu)選地提供具有可相對(duì)于打印橋在第二方 向上移動(dòng)的打印頭固定器的噴墨設(shè)備，其中第一和第二方向優(yōu)選地相互垂 直。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選基材是平板基材、結(jié)構(gòu)基材或多孔基材。更優(yōu)選地，
基材是尼龍薄膜、硝化纖維、或者PVDF基材、或者涂層多孔基材。因?yàn)?基材優(yōu)選為多孔，斑點(diǎn)或液滴不會(huì)僅僅留在表面，而且還會(huì)透入薄膜里。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，基材包括多個(gè)基材區(qū)域，每個(gè)基材區(qū)域優(yōu) 選為由薄膜固定器固定的獨(dú)立薄膜。.因此，可以使用本發(fā)明的噴墨設(shè)備以 高生產(chǎn)速度產(chǎn)生多個(gè)獨(dú)立的薄膜。
本發(fā)明并不限于任何特定的可打印物質(zhì)。然而，優(yōu)選地，可打印的物 質(zhì)包括一種在液體諸如水中的揮發(fā)溶液以及諸如此類(lèi)，其中存在不同的分 子或不同的化合物，尤其是生物分子。例如，可以添加諸如甘油的酒精、 除垢劑等不同的添加劑來(lái)改進(jìn)液滴和斑點(diǎn)的形成特性。
本發(fā)明還包括一種通過(guò)使用上述噴墨設(shè)備在基材上釋放多種物質(zhì)來(lái)產(chǎn) 生生物測(cè)定基材的方法，其中噴墨設(shè)備包括至少一個(gè)打印頭，該打印頭相 對(duì)于基材是位置可變的并且包括至少一個(gè)用于噴射液滴的噴嘴，其中可以 在至少一個(gè)打印頭相對(duì)于基材的大概一次移動(dòng)中，以預(yù)定模式將多種物質(zhì) 沉積在基材上。該方法的優(yōu)勢(shì)從上述說(shuō)明來(lái)看顯而易見(jiàn)，并且已經(jīng)在噴墨 設(shè)備描述的上下文中得到說(shuō)明，因此這里就不再重復(fù)。
一種特定優(yōu)選的方法的特征在于，噴墨設(shè)備包括多噴嘴打印頭以及為 每個(gè)噴嘴提供不同物質(zhì)的填充裝置，其中被填充的多噴嘴打印頭和/或基材
彼此相對(duì)移動(dòng)，由此可以將該噴嘴打印頭放置成與打印頭相對(duì)于基材的移 動(dòng)方向形成一個(gè)角，并且該打印頭釋放其物質(zhì)以產(chǎn)生預(yù)定的模式。
一種更優(yōu)選的方法使用包括多個(gè)打印頭和為每個(gè)打印頭提供其自己物 質(zhì)的填充裝置的噴墨設(shè)備，其中，該被填充的打印頭和/或基材彼此相對(duì)移 動(dòng)，其中，將這些打印頭逐個(gè)放置在打印頭相對(duì)于基材的移動(dòng)方向上，并 且由此在垂直于打印頭相對(duì)于基材的移動(dòng)方向的方向上排列這些打印頭， 使得打印頭的每個(gè)噴嘴在移動(dòng)方向上與該噴嘴的液滴要放置在基材上的基 材位置對(duì)齊，并且這些打印頭釋放它們的物質(zhì)以產(chǎn)生預(yù)定的模式。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實(shí)施例使用一種噴墨設(shè)備，其中每個(gè)打 印頭包括多個(gè)噴嘴，至少驅(qū)動(dòng)其中某些噴嘴噴射液滴。在一種更優(yōu)選的方 法中，將基材放置成與打印頭相對(duì)于基材的移動(dòng)方向成一個(gè)角。
本發(fā)明還包括根據(jù)本發(fā)明的創(chuàng)新噴墨設(shè)備的使用，其中所述物質(zhì)包括 生化反應(yīng)物、和/或核酸、和/或多肽、和/或蛋白質(zhì)、和/或細(xì)胞。通過(guò)將該 創(chuàng)新的噴墨設(shè)備用于這種目的，可以基本上無(wú)錯(cuò)誤并以相對(duì)較高生產(chǎn)速度 很精確地將很多種物質(zhì)打印到基材上，該基材可以包括大量薄膜。
本發(fā)明還涉及一種包括多種用于生物分析的物質(zhì)的測(cè)定基材，可以通 過(guò)本發(fā)明的噴墨設(shè)備和方法來(lái)獲得這種基材。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
結(jié)合附圖，從下列詳細(xì)說(shuō)明中，本發(fā)明的這些以及其它特性、特征和 優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)，這些附圖通過(guò)舉例的方式說(shuō)明了本發(fā)明的原理。給 出說(shuō)明僅僅是為了舉例，而不是要限制本發(fā)明的范圍。下面所引用的參考 圖是指附圖，其中


圖1示意性地說(shuō)明了本發(fā)明噴墨設(shè)備的實(shí)施例的俯視圖； 圖2示意性地說(shuō)明了穿過(guò)基材區(qū)域和薄膜固定器的橫剖面； 圖3示意性地說(shuō)明了具有噴嘴和檢測(cè)裝置的打印頭； 圖4示意性地說(shuō)明了基材區(qū)域與薄膜固定器的一部分； 圖5示意性地說(shuō)明了具有薄膜固定器的完整薄膜；
圖6根據(jù)本發(fā)明示意性地說(shuō)明了多噴嘴線(xiàn)性陣列打印頭和基材的俯視
圖7根據(jù)本發(fā)明示意性地說(shuō)明了多個(gè)單噴嘴打印頭和基材的俯視圖； 圖8最后根據(jù)本發(fā)明示意性地說(shuō)明了多個(gè)多噴嘴線(xiàn)性陣列打印頭和基 材的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
在附圖中，為了說(shuō)明的目的，可能夸大某些組件的大小，并且沒(méi)有按 比例畫(huà)出。
其中，當(dāng)提到單數(shù)名詞時(shí)，使用不定冠詞或者定冠詞，例如"一個(gè)"、 "這個(gè)"，除非特別指出，否則這包括該名詞的復(fù)數(shù)。
此外，說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等用于在類(lèi)似的 組件之間進(jìn)行區(qū)分，而不是必須用于說(shuō)明順序或者時(shí)間次序。應(yīng)該理解， 可以在適當(dāng)情況下互相交換如此使用的術(shù)語(yǔ)，并且這里所描述的本發(fā)明的 實(shí)施例可以以其它不是這里所描述或說(shuō)明的順序運(yùn)行。
此外，說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)頂、底、上、下等用于描述性目的， 而不是必須用于說(shuō)明相對(duì)位置。應(yīng)該理解，可以在適當(dāng)情況下互相交換如 此使用的術(shù)語(yǔ)，并且這里所描述的本發(fā)明的實(shí)施例可以在其它不是這里所 描述或說(shuō)明的方向上操作。
應(yīng)該注意，不應(yīng)該將本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中使用的術(shù)語(yǔ)"包括"解釋 為受限于其后所列的裝置；"包括"不排除其它組件或步驟。因此，短語(yǔ)"包 含裝置A和B的設(shè)備"的范圍不應(yīng)該被限制于僅由組件A和B組成的設(shè)備。 它意味著設(shè)備關(guān)于本發(fā)明的相關(guān)組件僅僅是A和B。
在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備10的示意俯視圖。在打印臺(tái)
50上，將固定板55安裝在線(xiàn)性平臺(tái)上，該線(xiàn)性平臺(tái)允許固定板55在X方 向上的運(yùn)動(dòng)。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，固定板55還可以關(guān)于X-方向 旋轉(zhuǎn)伊角(例如，見(jiàn)圖6)。在該固定板55中，放置了多個(gè)具有薄膜41的薄 膜固定器44。將全體薄膜41稱(chēng)為基材40。薄膜固定器44可以具有任何形 狀，例如如圖6中所示的的矩形，但是優(yōu)選地是圓環(huán)形44。將圓形薄膜41 緊密結(jié)合在該圓環(huán)上。如此，在打印之后，圓環(huán)44與斑點(diǎn)化的薄膜41 一 起構(gòu)成了最終產(chǎn)品。將打印橋51相對(duì)于打印臺(tái)50剛性固定。打印橋51攜 帶可移動(dòng)的打印頭固定器51'。具有固定板55的平臺(tái)可以沿著第一方向即 X-方向移動(dòng)。將打印頭20安裝到打印頭固定器51'上，該打印頭固定器51' 優(yōu)選地可以沿著第二方向即Y-方向相對(duì)于打印橋51移動(dòng)。在本發(fā)明的優(yōu)選 實(shí)施例中，打印頭固定器51'還可以關(guān)于X-方向旋轉(zhuǎn)0角(例如，見(jiàn)圖6)。 根據(jù)本發(fā)明，第一個(gè)方向(X-方向)和第二個(gè)方向(Y-方向)優(yōu)選地是垂直的。 因此，打印頭20可以在打印臺(tái)50的某個(gè)區(qū)域上移動(dòng)，并且可以釋放物質(zhì) 的液滴，將物質(zhì)存儲(chǔ)在打印頭20中，或者存儲(chǔ)在打印頭20附近的貯液器 中(見(jiàn)圖7)。將薄膜41以在X-方向上均勻的距離和在Y-方向上均勻的距離 安裝在也被稱(chēng)為記錄板55的固定板55中。X-方向中的距離可以與Y-方向 中的距離不同。
基材40可以由用于傳染病檢測(cè)的生物活性薄膜組成。這種疾病的診斷 需要打印過(guò)程具有非常高的可靠性。熒光模式的讀出將疾病直接與特定捕 獲探針的位置關(guān)聯(lián)起來(lái)。因此，絕對(duì)必須具有非常可靠的用于在多種不同 物質(zhì)中打印正確物質(zhì)的過(guò)程。由于必須將許多捕獲探針打印在許多基材上， 所以打印過(guò)程應(yīng)該能夠在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生許多基材。本發(fā)明的噴墨設(shè)備和 方法提供了該過(guò)程。
優(yōu)選地以花崗巖臺(tái)的形式提供打印臺(tái)50?？商鎿Q地，還可以使用其它 非常重的材料。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地將打印臺(tái)50安放在具有非常小振動(dòng)干 擾的環(huán)境中。相對(duì)于花崗巖臺(tái)(打印臺(tái)50)安裝精密線(xiàn)性平臺(tái)，并且根據(jù)定
義，在第一方向(X-方向)上移動(dòng)安裝在平臺(tái)上的固定板55。將另一個(gè)精密 線(xiàn)性平臺(tái)安裝在橋51上，并且根據(jù)定義，在第二方向(Y-方向)上引導(dǎo)打印 頭固定器51'。
在圖2中，示出了單個(gè)基材薄膜固定器44和一部分固定板55的橫剖 面視圖的示意表示。薄膜固定器44承載一個(gè)薄膜41。所有薄膜41一起構(gòu) 成基材40(在圖2中，使用連譜號(hào)表示)。還可以將一個(gè)薄膜41稱(chēng)為基材區(qū) 域41。每個(gè)獨(dú)立的薄膜固定器44位于固定板55上，該固定板55固定安裝 在線(xiàn)性平臺(tái)上，該線(xiàn)性平臺(tái)允許相對(duì)于花崗巖臺(tái)(打印臺(tái))50在X-方向上的 線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)。在基材40上，即在每個(gè)薄膜41上，提供多個(gè)基材位置42，使 得獨(dú)立的點(diǎn)(通過(guò)圖2中的參考符號(hào)22示意性示出)可以位于相互間隔一定 距離的位置上?？梢詮耐ㄟ^(guò)打印頭分配的一個(gè)液滴形成點(diǎn)，或者從相同物 質(zhì)的多個(gè)液滴構(gòu)成點(diǎn)。因此，可能在每個(gè)基材位置42上分配或者放置不同 種類(lèi)的物質(zhì)。
在圖3中，示意性地示出了具有噴嘴21、 25的打印頭20。打印頭20 包括換能器24。換能器24優(yōu)選地是壓電換能器24。 一般，可以使用能夠 在打印頭20內(nèi)部提供機(jī)械波的機(jī)電換能器24作為換能器24?？梢酝ㄟ^(guò)由 控制單元(未示出)提供的激勵(lì)脈沖(未示出)激勵(lì)換能器24?？梢越o打印頭20 提供檢測(cè)單元25或檢測(cè)裝置25，其對(duì)換能器24的動(dòng)作進(jìn)行檢測(cè)，該換能 器的動(dòng)作又受打印頭20和/或打印頭20與打印頭20內(nèi)部的流體或物質(zhì)23 一起的動(dòng)作的影響。作為與打印過(guò)程有關(guān)的信息源，該檢測(cè)是有益的。還 給打印頭20進(jìn)一步提供管道或閥門(mén)28，可以通過(guò)該管道或閥門(mén)28供應(yīng)物 質(zhì)23。
根據(jù)本發(fā)明，可以在打印頭20內(nèi)部提供多種物質(zhì)23。例如，這通過(guò)打 印頭20的另一個(gè)管道60(未示出)實(shí)現(xiàn)，其中，可以將真空泵(未示出)連接 到另一個(gè)管道60。如果移動(dòng)打印頭使得固定在物質(zhì)23的貯液器61內(nèi)的噴 嘴21和真空泵被激勵(lì)，那么就可以將物質(zhì)23抽吸到打印頭20中。通過(guò)激
勵(lì)脈沖激勵(lì)換能器24，使得從打印頭20的噴嘴21中噴射出液滴22，以便 打印物質(zhì)23。
在圖4中，從頂部示出了薄膜41或基材區(qū)域41的一部分。在基材區(qū) 域41上定義了多個(gè)基材位置42、 42a、 42b?；奈恢?2、 42a、 42b是根 據(jù)本發(fā)明通過(guò)噴墨設(shè)備10放置液滴22的位置。還可能將相同物質(zhì)的多個(gè) 液滴放置在一個(gè)單獨(dú)的基材位置42上。通過(guò)打印頭20噴射并且在基材40 上著陸的液滴22將以平均直徑43覆蓋某個(gè)點(diǎn)區(qū)域或者在基材位置42、42a、 42b周?chē)陌唿c(diǎn)，該平均直徑43低于基材位置42、 42a、 42b彼此之間各自 的距離43，(或者間距)。例如，在基材區(qū)域41上，可以提供130個(gè)可以打印 液滴的斑點(diǎn)或者基材位置42，例如，每個(gè)液滴需要大約lnl的體積。例如， 斑點(diǎn)或液滴22的直徑43是200pm，并且將斑點(diǎn)或液滴以具有例如400pm 間距的模式放置。當(dāng)然，也可能提供更多(多達(dá)1000)且更小的斑點(diǎn)，這僅 僅要求更小的間距，例如，30(Him或者僅200nm、 lOOpm或者lOpm。例 如，在所有物質(zhì)23包含在單獨(dú)一個(gè)打印頭中的情況下，以一個(gè)單獨(dú)打印頭 20打印130個(gè)斑點(diǎn)。在每種物質(zhì)一個(gè)打印頭的情況下，以總數(shù)目為至少物 質(zhì)數(shù)目的打印頭打印130個(gè)點(diǎn)。例如，在固定板55上，排列140個(gè)薄膜固 定器44，通過(guò)噴墨設(shè)備20在一批打印中對(duì)其進(jìn)行處理。根據(jù)本發(fā)明，在 10至500pm的范圍內(nèi)提供液滴斑點(diǎn)的間距43'。液滴22的斑點(diǎn)的直徑43 在實(shí)際間距43，的大約20%至70%的范圍內(nèi)。液滴22的體積必須適應(yīng)斑點(diǎn) 的優(yōu)選大小以及所使用的基材40的材料(例如，取決于基材強(qiáng)或者弱吸收所 采用的物質(zhì)的地方)。典型地，液滴22的體積大約是0.001nl至10nl。根據(jù) 本發(fā)明，還可以通過(guò)將打印頭在基材上連續(xù)經(jīng)過(guò)，將多種物質(zhì)沉積在相同 的斑點(diǎn)位置。
在圖5中，示出了通過(guò)本發(fā)明的噴墨設(shè)備和方法可以獲得的基材區(qū)域 41的俯視圖。在所示實(shí)施例中，通過(guò)小圓圈代表多個(gè)基材位置42。為了將 基材區(qū)域41的薄膜用于診斷目的，可以將許多不同的物質(zhì)放置在這些不同200780002312.4
說(shuō)明書(shū)第12/13頁(yè)
的基材位置42上，但這并不是必須的。同樣地，可以定義多個(gè)包括基材位 置42的組42'，以在包括基材位置42和它們各自物質(zhì)的一個(gè)組42'內(nèi)完成 一整套測(cè)試。
在圖6中，示意性地并且部分地示出了本發(fā)明的噴墨設(shè)備10的第一個(gè) 實(shí)施例(僅示出了打印頭20和基材41)。優(yōu)選的噴墨設(shè)備10包括具有多個(gè) 噴嘴(22，22a,22b，…)的線(xiàn)性陣列打印頭20和用于為每個(gè)噴嘴(22，22a，22b,...) 提供不同物質(zhì)(23,23^2313,...:)的填充裝置(未示出)。除了線(xiàn)性陣列打印頭之 外，還可以使用其它類(lèi)型的打印頭，例如分層線(xiàn)性陣列打印頭。給打印頭 20填充將要在基材(41，41a)上打印的所有不同物質(zhì)(23，23a，23b，,..)。在圖6 中，示出了 8種不同物質(zhì)(23，23a，23b，...)。因此，給打印頭20提供至少8 個(gè)噴嘴，由此，提供至少8個(gè)填充裝置為至少8個(gè)噴嘴中的每個(gè)提供它自 己物質(zhì)的來(lái)源。雖然在圖中僅示出了兩個(gè)基材41，但是應(yīng)該清楚，可以在 打印橋51和/或固定板55的一次移動(dòng)中打印許多個(gè)基材41。還可以給噴墨 設(shè)備10提供對(duì)多噴嘴打印頭20進(jìn)行定位以使得它可以關(guān)于打印頭20相對(duì) 于基材41的移動(dòng)方向即打印方向成0角的裝置，在多數(shù)情況下，該打印方 向?qū)?yīng)于X-方向。如圖6中所示，可以將基材(41，41a)放置成與打印方向成 P角。通過(guò)改變角0和/或爐，可以容易地獲得沉積物質(zhì)(23,23a，23b,…)在基 材(41，41a)上的許多不同模式。
圖7涉及噴墨設(shè)備10的另一種優(yōu)選實(shí)施例。在該實(shí)施例中，提供了多 個(gè)單噴嘴打印頭(20、 20a、 20b、...)以及為每個(gè)打印頭提供它自己的物質(zhì)的 填充裝置(未示出)。將打印頭(20、 20a、 20b、...)逐個(gè)放置在打印頭(20、 20a、 20b、…)相對(duì)于基材(41、 41a)移動(dòng)的方向上，即X方向上。優(yōu)選地，將打 印頭(20、 20a、 20b、...)以所期望的順序安裝在載體沐示出)上。將打印頭 (20、 20a、 20b、…)排列在垂直于X方向的方向(表示為Y方向)上，這樣使 提供有其自己各自物質(zhì)(23、 23a、 23b、...)的這些打印頭的每個(gè)噴嘴 (22,223，2213，...)與將其液滴放置在基材(41、 41a)上的基材位置對(duì)齊。在圖7
中，這些位置分別表示為(23、 23a、 23b、...)。通過(guò)虛線(xiàn)示意性示出了噴嘴 位置與噴射的液滴位置之間的對(duì)齊關(guān)系。
圖8示出了本發(fā)明的噴墨設(shè)備10的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中提供了多 個(gè)線(xiàn)性陣列打印頭(20、 20a、 20b、...)以及為每個(gè)打印頭(20、 20a、 20b、...) 提供其自己的物質(zhì)(23、 23a、 23b、...)的填充裝置(未示出)。將打印頭(20、 20a、 20b、...)逐個(gè)放置在X方向上，并且每個(gè)打印頭包括多個(gè)噴嘴(22、221、 222、 ...， 22a、 221a、 222a、...)。如圖8所示，每個(gè)打印頭包含其自己的 物質(zhì)。打印頭20包含物質(zhì)23、打印頭20a包含物質(zhì)23a等等。對(duì)于每個(gè)打 印頭(20、 20a、 20b、…)，可以?xún)H驅(qū)動(dòng)必須將對(duì)應(yīng)物質(zhì)(23、…)噴射到基材 上的那些噴嘴(22、...)。只有那些被驅(qū)動(dòng)的噴嘴在X方向上與其液滴放置到 基材上的基材位置相對(duì)齊。例如，在打印頭20中只驅(qū)動(dòng)了噴嘴222、 223 以及224。噴嘴22、 221以及225不被驅(qū)動(dòng)，或者不將22、 221以及225與 填充裝置連接。同樣地，在打印頭20d中，只驅(qū)動(dòng)了噴嘴221d和222d，而 噴嘴22d以及223d到225d都不被驅(qū)動(dòng)，或者不將噴嘴22d以及223d到225 與填充裝置連接。雖然，這是獲得噴嘴選擇性噴射的優(yōu)選方法，但在本發(fā) 明范圍內(nèi)也可以展望其它方法。例如，有可能只把需要噴射的物質(zhì)23載入 噴嘴，或者把物質(zhì)23載入到所有噴嘴并且阻塞不需要噴射的那些噴嘴。
權(quán)利要求
1.用于在基材(40)上釋放多種物質(zhì)(23，23a，23b)的噴墨設(shè)備(10)，所述設(shè)備(10)包括至少一個(gè)打印頭(20)，該打印頭(20)相對(duì)于所述基材(40)是位置可變的并且包括至少一個(gè)用于噴射液滴(22)的噴嘴(21)，其中，所述噴墨設(shè)備(10)設(shè)計(jì)為通過(guò)所述至少一個(gè)打印頭(20)相對(duì)于所述基材(40)的有限數(shù)量的移動(dòng)，將所述多種物質(zhì)(23，23a，23b)以預(yù)定模式沉積在所述基材(40)上。
2、 如權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其中，所述噴墨設(shè)備(10)包括多噴 嘴打印頭(20)以及用于給每個(gè)噴嘴提供不同物質(zhì)(23，23a，23b)的填充裝置 (100)。
3、 如權(quán)利要求2所述的噴墨設(shè)備，其中，將所述多噴嘴打印頭(20)放 置成與打印頭(20)相對(duì)于基材(40)的移動(dòng)方向成一個(gè)角度。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的噴墨設(shè)備，其中，將所述基材(40)放置成 與打印頭(20)相對(duì)于基材(40)的移動(dòng)方向成一個(gè)角度。
5、 如權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其中，所述噴墨設(shè)備(10)包括多個(gè) 打印頭(20,20a，20b)以及用于給每個(gè)打印頭(20,20a，20b)提供它自己的物質(zhì) (23,23a,23b)的填充裝置(100)。.
6、如權(quán)利要求5所述的噴墨設(shè)備，其中，將所述多個(gè)打印頭(20，20a,20b) 逐個(gè)放置在打印頭(20，20a,20b)相對(duì)于基材(40)的移動(dòng)方向上。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的噴墨設(shè)備，其中，將所述多個(gè)打印頭 (20，20a，20b)在垂直于所述多個(gè)打印頭(20，20a，20b)相對(duì)于所述基材(40)的移 動(dòng)方向的方向上進(jìn)行排列，以將所述多個(gè)打印頭(20，20a，20b)的提供有其自 己物質(zhì)(23，23a，23b)的每個(gè)噴嘴(21)與該噴嘴(21)的液滴(22)將要被放置在所 述基材(40)上的基材位置(42,42a，42b)在所述移動(dòng)方向上對(duì)齊。
8、 如權(quán)利要求5至7中任何一個(gè)所述的噴墨設(shè)備，其中，所述多個(gè)打 印頭(20，20a，20b)各自包括多個(gè)噴嘴(21，21a，21b)。
9、 如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述噴墨 設(shè)備(10)還包括打印臺(tái)(50)、打印橋(51)和具有基材載體(55)的平臺(tái)，所述平 臺(tái)可以沿著第一方向(X-方向)相對(duì)于所述打印臺(tái)(50)移動(dòng)，所述至少一個(gè)打 印頭(20)安裝在可移動(dòng)打印頭固定器(51')上并且所述可移動(dòng)打印頭固定器 (51 ')安裝在所述打印橋(5l)上，使得所述至少一個(gè)打印頭(20)可以相對(duì)于所 述打印橋(51)旋轉(zhuǎn)，以與所述第一方向成e角。
10、 如權(quán)利要求9所述的噴墨設(shè)備(10)，其中，所述打印橋(51)相對(duì)于 所述打印臺(tái)(50)是固定的，并且其中，所述基材載體(55)在所述第一方向(X-方向)上可以相對(duì)于所述打印橋(51)移動(dòng)，其中，所述打印頭固定器(51')可 以相對(duì)于所述打印橋(51)旋轉(zhuǎn)，以與所述第一方向成e角。
11、 如權(quán)利要求9或所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述基材載體(55)可 以相對(duì)于所述打印橋(51 )旋轉(zhuǎn)，以與所述第一方向(X-方向)成cp角。
12、 如權(quán)利要求9至11中任何一個(gè)所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述 打印頭固定器(51')可以相對(duì)于所述打印橋(51)在第二方向(Y-方向)上移動(dòng)。
13、 如權(quán)利要求10所述的噴墨設(shè)備(10)，其中，所述第一方向(X-方向) 和第二方向(Y-方向)互相垂直。
14、 如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述基材 (40)是平板基材、結(jié)構(gòu)基材、涂層基材或者多孔薄膜(41)，優(yōu)選是尼龍薄膜。
15、 如前述權(quán)利要求中任何一個(gè)所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述基材 (40)是包括多個(gè)基材區(qū)域(41)，每個(gè)基材區(qū)域(41)優(yōu)選是由薄膜固定器(44) 固定的單獨(dú)薄膜(41)。
16、 通過(guò)使用噴墨設(shè)備(10)在基材(40)上釋放多種物質(zhì)(23，23a，23b)來(lái)生 成生物測(cè)定基材(40)的方法，所述噴墨設(shè)備(10)包括至少一個(gè)打印頭(20)， 該打印頭(20)相對(duì)于所述基材(40)是位置可變的并且包括至少一個(gè)用于噴 射液滴(22)的噴嘴(21)，其中，通過(guò)所述至少一個(gè)打印頭(20)相對(duì)于所述基 材(40)有限數(shù)量的移動(dòng)，將所述多種物質(zhì)(23，23a，23b)以預(yù)定模式沉積在所述 基材(40)上。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述噴墨設(shè)備(10)包括多噴嘴 打印頭(20)以及用于給每個(gè)噴嘴提供不同物質(zhì)(23，23a，23b)的填充裝置 (100)，其中，被填充的多噴嘴打印頭(20)和域所述基材(40)彼此相對(duì)移動(dòng)， 其中，將所述多噴嘴打印頭(20)放置成與打印頭(20)相對(duì)于基材(40)的移動(dòng) 方向成P角，并且所述打印頭(20)釋放其物質(zhì)(23，23a，23b)以生成所述預(yù)定模 式。
18、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述噴墨設(shè)備(10)包括多個(gè)打 印頭(20，20a,20b)以及用于給每個(gè)打印頭(20，20a,20b)提供其自己物質(zhì) (23,23a,23b)的填充裝置(100)，其中，被填充的打印頭(20,20a，20b)和/或所述 基材(40)彼此相對(duì)移動(dòng)，其中，將所述多個(gè)打印頭(20,20a，20b)逐個(gè)放置在所 述多個(gè)打印頭(20，20a,20b)相對(duì)于所述基材(40)的移動(dòng)方向上，并且其中，將 所述多個(gè)打印頭(20,20a，20b)在垂直于所述多個(gè)打印頭(20，20a，20b)相對(duì)于所 述基材(40)的移動(dòng)方向的方向上進(jìn)行排列，以將所述多個(gè)打印頭(20，20a，20b) 的每個(gè)噴嘴(21)與該噴嘴(21)的液滴(22)將要被放置在所述基材(40)上的基 材位置(42，42a,42b)在所述移動(dòng)方向上對(duì)齊，并且所述多個(gè)打印頭(20，20a,20b) 釋放其物質(zhì)(23，23a,23b)以生成所述預(yù)定模式。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述多個(gè)打印頭(20，20a,20b) 各自包括多個(gè)噴嘴(21，21a，21b)，給所述多個(gè)噴嘴(21,21a，21b)中的至少一些 噴嘴提供物質(zhì)(23，23a,23b)。
20、 如權(quán)利要求16至19中任何一個(gè)所述的方法，其中，將所述基材(40) 放置成與打印頭(20)相對(duì)于基材(40)的移動(dòng)方向成9角。
21、 如權(quán)利要求1至15中任何一個(gè)所述的噴墨設(shè)備(10)的使用，其中， 所述物質(zhì)(23)包括生化反應(yīng)物、和/或核酸、和/或多肽、和/或蛋白質(zhì)。
22、 通過(guò)如權(quán)利要求16至20中任何一個(gè)所述的方法獲得的包括用于 生物分析的多種物質(zhì)的測(cè)定基材。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于在基材上釋放多種物質(zhì)的噴墨設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個(gè)打印頭，該打印頭是相對(duì)于基材位置可變的并且包括至少一個(gè)用于噴射液滴的噴嘴。將該噴墨設(shè)備設(shè)計(jì)為通過(guò)至少一個(gè)打印頭相對(duì)于基材有限數(shù)量的移動(dòng)，將多種物質(zhì)以預(yù)定模式沉積在基材上。
文檔編號(hào)B01L3/02GK101370588SQ200780002312
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者A·派里克, H·R·施塔伯特, J·F·迪克斯曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司