專利名稱：用來制造特別用于化學或生物制品試樣的、具有凹坑的板的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明的背景本發明涉及一種用來制造特別用于化學或生物制品試樣的、具有凹坑的板的方法和裝置，更具體地說，涉及一種由塑態熱變形材料制成的片材所制成的板。
已知這種具有各凹坑的板可用來進行生物試驗或培養，并且它們是由一種已熱變形的有機塑料材料(聚碳酸酯)片材制成的。裝在各凹坑內的各試樣常常需要用一顯微鏡透過各凹坑的底部來進行觀察，尤其是當這些試樣含有因重力作用而聚集在這些凹坑底部的活細胞時。由有機塑料材料制成的板通常不太適于進行這種觀察，因為這種有機塑料材料的光學性能不理想，諸如雙折射、所述材料的熒光性、無光學光潔度的表面等。
為了克服這種缺陷，有一種所謂的“微量滴定法”板，它是由一種注塑材料制成的，這種板包括多個二維分布的、無底的凹部。將一由具有光學品質的聚碳酸酯制成的板膠合在所有的凹部上，以形成變得獨立的各凹坑的底部。顯然，這種板可以利用顯微鏡、透過各凹坑的底部來進行觀察，但是，它仍具有以下缺陷它需要利用一可能對細胞培養物來說具有毒性的粘結劑來膠合所述聚碳酸酯板，將各板膠合在一起還會提高所述板的制造成本。
本發明的概述本發明旨在制造一種具有各凹坑的板，它沒有上述缺陷，并且可以利用一顯微鏡進行觀察，同時制造成本低廉。
本發明的該目的，以及其它一些在閱讀了以下描述后變得清楚的目的，是由一種用來制造本發明前序部分內所描述的那種類型的、具有各凹坑的板的方法來實現的，該包括包括以下步驟a)提供一模具，所述模具穿制有多個孔，所述各孔根據待形成的的各凹坑的分布情況而設置；b)將一可熱變形材料放置在所述模具上，并將所述片材加熱至使它處于塑態的溫度，以及c)在所述片材的兩側面之間建立一氣壓，從而使垂直于所述模具的各孔的所述片材能凸聳入這些孔內，從而呈現出各凹坑的形狀，由此使各凹坑的底部與所述模具的其它表面脫開而沒有任何接觸。
正如將在下文中看到的那樣，這種方法可以使一凹坑的底部的兩個相對的表面保持一具有光學品質的表面或光潔狀態，從而可以透過該底部來進行觀察，這種光學光潔度保持完好，因為在模制過程中，各凹坑的底部和其它表面之間發生的任何能影響其表面狀況的接觸均得以避免。
為了實施這種方法，本發明提供了一種裝置，它包括a)一模具，它具有一能承接一可熱變形片材的側面，所述模具垂直于所述側面穿制有多個孔，b)一限定所述模具使之具有一空間的殼體，c)用來對所述片材進行加熱并使它處于塑態的裝置，以及d)一低壓氣體發生器，它可以有選擇地連接于所述空間，以藉助凸聳入垂直于所述各孔的所述片材的各孔內而使所述片材內的孔熱變形。
本發明的方法可以制造一種具有各凹坑的板，所述板包括分布在由熱塑性材料制成的片材內的熱變形凹坑，其特點在于，形成在片材內的凹坑的壁面的兩側呈現出具有光學性能的表面狀態。所用的熱塑性材料最好由無機玻璃組成。
本發明的其它特征和優點將在閱讀了以下描述后變得更為清楚。
附圖的簡要說明
圖1是用來實施本發明方法的裝置的第一實施例的示意圖。
圖2是一塊利用圖1所示裝置獲得的、具有諸個凹坑的板的局部立體圖。
圖3是本發明板的剖視圖，所述板安裝在一適于該板的框架上。
圖4是用來實施本發明方法的裝置的第二實施例的示意圖。
較佳實施例的描述現請參閱圖1，它以剖視圖的形式示出了一限定出一空間2的殼體1，所述空間可以被設置成通過一管子3的中介作用與一低壓發生器(未示)連通。所述殼體被一模具4所封閉，所述模具4的總體形狀呈一其上被一些圓柱形孔51、52、…5i穿孔的平板，并且其軸線垂直于其表面。這些孔也可以是圓錐形的，并且在這種情況下，它們的錐度是5-20°。它們的截面可以是圓形的或者是多邊形的，例如，邊緣倒圓的方形。諸孔最好具有相同的幾何形狀，并且是以一種密集的、規則的、二維分布形式呈行、列設置的。
為了能制造出一塊根據本發明的、具有諸個凹坑的板，在將一諸如無機玻璃之類的熱塑性材料片材或一諸如聚碳酸酯之類的有機材料片材放置在模具4上之后，將殼體1放置在一烘爐內。所述片材的表面狀態所具有的光學品質必須可與待制造的各凹坑的底部壁面所需性能相適應。對所述烘爐進行加熱至可使玻璃達到一其粘度適于進行熱變形作業的溫度。空間2內隨即就建立起一與存在于所述烘爐內的氣體壓力相比較低的低壓，特別是在與面朝著空間2相對的所述板面處建立起一低壓。由于氣壓差，所述玻璃板就在該板的那些覆蓋住各孔5i的區域內發生變形。這些區域朝著空間2的方向聳起，并逐漸呈現出一種近似半球形的形狀。
根據本發明的一重要特征，對所述板的溫度、往殼體1內施加低壓的時間以及該低壓值進行調節，從而在它們逐漸變形的過程中，所述板的凸聳區域基本上能始終保持與所述孔的各表面以及其它任一表面相分開。以此方式，可以保證一具有諸凹坑71、72、…、7i的板6的制造，如圖1的剖視圖所示的那樣，每一凹坑的壁面的兩側具有一優良的光學光潔度，這是由于在真空下利用熱變形來形成這些凹坑的過程中，這些壁面和所述模具的各表面之間是沒有任何接觸的。
可以理解的是，所獲得的光學光潔度對于生物培養的觀察來說是非常有利的，例如，透過在該處完成這些培養的各凹坑底部來觀察。當用來制造所述板的材料是一種具有光學性能的材料時，諸如無機或有機玻璃，更是如此。對于生物的培養來說，由于礦物玻璃(mineral glass)的化學惰性，因此，選擇一種礦物玻璃是特別合適的。
還應予注意的是，由于采用真空熱變形方法來制造這些凹坑，因此，本發明的具有凹坑6的板具有這樣一些凹坑，這些凹坑的底部厚度要薄于在開口處的厚度。因此，本發明的制造方法可以制成出其凹坑底部厚度較小的板，例如小于0.2毫米，所述板適于利用一具有極短焦距的顯微鏡進行觀察，諸如，共焦顯微鏡。在圖3中，示出了這樣一種顯微鏡的透鏡20，它正通過一index-adapting液體的液滴21對一凹坑的底部進行觀察。
作為一說明性和非限制性例子，下面對具有本發明各凹坑的板的一實施例進行描述，如圖2和圖3所示。所述板由一種平面狀的玻璃板制成，在康寧公司的產品目錄中其標號為0211，該板覆蓋住一80毫米×116毫米的表面，并包括呈8、16或32行且12、24或48列設置的96、384或1536個凹坑。所述板還可以具有一顯微鏡載物片(26×76毫米)的標準尺寸，并包括例如60或250個凹坑。各凹坑的間距適于用于多路分布吸移管的常用裝置。
為了使這些板熱變形，模具4由一種耐火合金制成，在UGINE公司的產品目錄中其標號為NS 30(AFNOR Z12CN25-20)，該模具穿制有一些深度為2毫米且直徑為2毫米的孔，這些孔被一些厚度至少為0.25毫米并最好具有5-20℃[原文如此]后角的壁面所隔開。在承接玻璃板的所述模具的表面上，預備了粉狀氫氧化鈣的酒精懸浮液(alcohol suspension)，后者具有小于1毫米的粒徑，加入分散劑，諸如可以從BYK Chemie公司(德國)獲得的試劑DISPERBYK 190。該懸浮液有助于在具有各凹坑的板發生熱變形之后將所述板與所述模具分開。由于是施加在所述模具的頂面上，因此，該懸浮液不會影響各凹坑底部的表面狀態。
將平面狀的玻璃板安裝在模具4上，并將所述板/模具、殼體組件設置在一烘爐內，并將后者加熱至一近似675-695℃的溫度，并保持該溫度約5-7分鐘，同時將一0.75巴的低壓施加給空間2。
最初的平面狀玻璃板最好具有0.3毫米的厚度。從上文中可以看到，各凹坑的底部的厚度較小，在該例子中，近似0.160毫米。這種厚度與顯微鏡的透鏡的焦距相一致，尤其是共焦顯微鏡，其焦距通常是0.2毫米。
由于形成有各凹坑并且所述板的溫度能使得所述板具有足夠的剛度(或近似550-600℃)，因此，在所述模具可以保持冷卻并損壞所述板之前，藉助在空間2內建立一微小的過壓，可將所述板與所述模具分開。
圖2示出了利用一具有機械掃描作用的顯微鏡看到的所得板的表面的一局部。在該圖中，各凹坑7i、7i+1大體上呈半球形的形狀，該圖還示出了各凹坑的開口藉助一些表面而彼此相連，具有一連續的曲率，而不是不連續的。從至少兩個角度說，這種幾何形狀是有利的。它可以防止當液體介質內的培養物被分布在各凹坑內時各氣泡被俘獲在所述表面上。它還可以有助于活細胞因重力作用而收集在各凹坑的底部，這將在下文中看到。
有兩種方法可以用來將培養物分布在一液體介質內，或者，更普通的是，分布在各不同凹坑的任何液體內。第一種方法包括使用一些彼此獨立的或成組的標準微量吸移管。第二種方法包括將一液滴沉積在所述板上，所述液滴可同時覆蓋住幾個相鄰的凹坑。藉助重力，該液體可散布在所述板上，還可能會填滿其它相鄰的凹坑。如果液體含有植物或動物細胞，人們可注意到，在重力作用下，它們自己就會分布在各凹坑之間，并且較佳的是，它們會重新聚集在它們的底部。
還可以將一種諸如硅烷之類的疏水制品施加于所述板的表面，圍住各凹坑的各開口。該表面的這種處理有助于各凹坑的填充，因為它可以防止液體停留在各凹坑之間。它還可以避免在相鄰凹坑被填滿之后有液體將兩相鄰凹坑連通起來。這種處理可以對一塊具有250個或1536個直徑為2毫米的凹坑的板進行操作，而不需要進行特殊的預防措施，而且這種板甚至還可以被上下倒置過來，以例如進行懸滴培養。
本發明的具有各凹坑的板6可以藉助一被卸空的框架8來支承，所述框架8具有一邊緣8’，所述板6的周緣緊抵在所述邊緣上，如圖3所示。板6可以被膠合于或焊接于框架8，于邊緣8’處。框架8的高度大于板6的厚度，從而可以防止各凹坑的底部與一其上放置所述框架的表面相接觸。后者還有助于對本發明的板進行手動或自動的搬運作業，圖4示出了用來實施本發明方法的所述裝置的另一實施例，它適于進行連續的生產，并且從經濟的角度說也是有利的。這種裝置包括一盛裝熔融玻璃的容器(未示)，它可通過一狹縫9將一粘度經調整的玻璃片材排放出去。該片材是由一圓柱形滾筒10來處理(take up)，所述圓柱形滾筒安裝得能使它圍繞固定軸11旋轉，并且可以藉助裝置(未示)以預定速度被驅動。
滾筒10與一位于所述滾筒內部的圓柱形內芯整體地相連。所述內芯的表面于滾筒10的內表面稍稍隔開，緊靠在那些形成內芯12上的諸如131、132等軸向凸肋上。
對于它來說，固定軸11被掏空而呈圓周腔室14的形式，該腔室通過一徑向溝槽15和一軸向通道16的中介作用而與一低壓發生器(未示)連通。當滾筒10轉動時，腔室14在每一時刻均能藉助諸如181、182之類的環形腔室之一與諸如171、172、173之類的幾個徑向溝槽之一連通，所述環形腔室位于滾筒10和內芯12之間，于各凸肋13i的平面處。
滾筒10起著一用于玻璃片材19的模具的作用，所述玻璃片材將該滾筒包封起來。為此，所述滾筒上有一些穿孔5’i，如圖1中的模具4那樣。由于所述低壓發生器與管子16相連，因此，連續不斷地從狹縫19中傳送下來的玻璃片材19藉助所述滾筒表面的抽吸作用而被抓緊，然后該玻璃片材將所述滾筒的近似1/4表面包封住。片材19在其與滾筒相接觸的側面處因管子17i的作用受到一低壓，所述管子可在一給定時刻將一低壓傳送至相應的旋轉環形腔室181、182。可見，穿制在滾筒10內的穿孔5’i隨后是起著圖1所示模具的孔5i的作用，在玻璃片材19的各凹坑的形成過程中，它通過使這些凹坑的表面與任何接觸面相分開而形成的，如結合圖1在上文中看到的那樣。對離開漏斗9的玻璃的流動速率、所述滾筒的旋轉速度、片材19的溫度和厚度，以及施加于該片材的低壓進行調整，從而可以獲得基本上半球形的、與圖1所示的那些相同的凹坑。經過如此變形的片材離開滾筒10，從而隨后可以在一高溫下進行切割，并隨后藉助未予圖示的裝置而冷卻，以形成分段6i、6i+1，每一所述分段均能構成一塊根據本發明的具有各凹坑的板。
清楚的是，圖4所示裝置可保證板的連續生產，與圖1所示裝置相比，其生產過程更適于大生產量。對于這種生產過程來說，玻璃的溫度可以在740-760°C范圍內，并且玻璃片材和滾筒之間的接觸時間僅為5-20秒。所述滾筒的溫度可藉助未予示出的裝置而保持在近似550-600℃。
至此顯然的是，本發明確實可以獲得預定目的，也就是，可以保證以低成本來制造具有各凹坑的板，所述板可透過它們的底部、借助顯微鏡來觀察各凹坑的含量。除了本發明板的前文指出的那些優點之外，所述板還具有可含有各種數量凹坑的優點，所述數量可以是很高的，所述制造方法適于小容積的凹坑，例如，0.2-10毫升。由于具有數量極多的凹坑，所以可同時對大量試樣進行處理，例如，100,000試樣/天，這在如今已是很常規的。此外，本發明板的各凹坑，由于它們的幾何形狀和它們的無中斷性連接，因此，有助于使每一凹坑內的所含液體形成一凸彎液面。當所述液體含有活細胞時，它們由此可因具有一用來與空氣交換氧的最大表面而得到益處，這對于活細胞的發展來說是有利的。此外，如果所述凹坑的容積很小，這些凹坑內表面所含的毒素對各凹坑內所含試樣造成的污染，以及盛裝在各凹坑內的溶劑通過各壁面的散逸作用也是尤為重要的。本發明使用具有高化學惰性的玻璃來制造具有這樣一些小容積凹坑的板是特別有利的，它可以最大程度地減少該問題。
正如從上文中可以看到的那樣，本發明可以制造出具有大體半球形底部的凹坑的板。如果有將幾摩爾的珠滴的綜合體放置在這些凹坑內，那么，它可以有利地降低覆蓋住各珠滴的試劑的容積。
當然，本發明并不僅限于所描述的和所示出的那些實施例，這些實施例僅僅是作為例子給出的。因此，本發明的板可以用來在一些化學制品以及生物制品或材料的試樣上進行試驗。此外，雖然由于無機玻璃具有上述化學惰性，因此對于制造這種板來說是較佳的，但是，也可以采用其它材料或例如有機的熱塑性材料。除了具有光學品質的透明材料之外，如果不需要透過所述凹坑的底部來進行觀察，也可以用其它材料。
權利要求
1．一種用來藉助一處于塑態的片材的變形來制造一具有諸凹坑的板的方法，所述板設計成能容納化學或生物制品試樣，它包括以下步驟a)提供一具有多個孔的模具(4；10)，所述各孔根據待形成在所述片材內的各凹坑的分布情況而分布，b)將一可熱變形材料的片材放置在所述模具(4；10)上，并將所述片材加熱至使它處于塑態的溫度，以及c)在所述片材的兩側面之間建立一氣壓，從而使垂直于所述模具的各孔的所述片材能凸聳入這些孔內，從而呈現出各凹坑(5i；5’i)的形狀，由此使各凹坑的底部與所述模具的其它表面脫開而沒有任何接觸。
2．一種用來實施如權利要求1所述方法的裝置，其特征在于，它包括a)一模具(4；10)，它具有一能承接一可熱變形片材的側面，所述模具垂直于所述側面穿制有多個孔(5i；5’i),b)一限定所述模具(4；10)使之具有一空間(2；18)的殼體(1；12),c)用來對所述片材進行加熱并使它處于塑態的裝置，以及d)一低壓氣體發生器，它可以有選擇地連接于所述空間(2；18)，以藉助凸聳入垂直于所述各孔的所述片材的各孔內而在所述片材內使凹坑(7i)熱成形。
3．如權利要求2所述的裝置，其特征在于，穿制入所述模具(4；10)內的各孔(5i；5’i)的形狀可以是從以下形狀中選擇出來的圓柱形、或圓錐形，并且橫截面是圓形或多邊形的。
4．如權利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述各孔(5i；5’i)以一種規則地方式二維地分布。
5．如權利要求2-4中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述模具(4)的那一承接所述片材的表面大體上是平面狀的，并且它可以承接一個體化的片材。
6．如權利要求2-5中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，它包括在空間(2)內建立低壓的裝置，所述低壓可以將所述模制板與其模具(4)分開。
7．如權利要求2-4中任一權利要求所述的裝置，其特征在于，所述模具(10)的那一承接所述片材的表面是圓柱形的，而且該表面圍繞其軸線連續地轉動以承接一處于塑態的片材(19)，所述片材藉助一供送源(9)而連續地卸料在所述模具的一部分表面上，所述片材離開該表面從而提供一具有各凹坑的連續片材。
8．如權利要求7所述的裝置，其特征在于，它包括連續地切割藉助模具(10)的表面所提供的片材以形成一些具有各凹坑的板的裝置。
9．利用權利要求1所述方法獲得的、具有各凹坑的板，它包括分布在由熱塑性材料制成的片材內的熱成形凹坑，其特征在于，形成在片材內的凹坑(7i)的壁面的兩側呈現出具有光學品質的表面狀態。
10．如權利要求9所述的板，其特征在于，它由無機玻璃組成。
11．如權利要求9和10中任一權利要求所述的板，其特征在于，其厚度是從底部朝著各凹坑的開口方向遞增。
12．如權利要求11所述的板，其特征在于，在各凹坑底部處的其厚度小于0.2毫米。
13．如權利要求9-12中任一權利要求所述的板，其特征在于，圍繞各凹坑的開口，它具有一疏水的覆層。
14．如權利要求9-13中任一權利要求所述的板，其特征在于，它包括以二維方式規則分布的凹坑。
全文摘要
根據本方法,可藉助熱變形對一種由塑態材料制成的片材進行處理。提供一模具(4),它穿制有多個孔(文檔編號B01L3/00GK1232412SQ97198551
公開日1999年10月20日 申請日期1997年10月23日 優先權日1996年11月6日
發明者T·達努克斯, G·皮若爾 申請人:康寧股份有限公司