DE60126557T2 - Detektions- und Regelsystem für den Füllstand in Vorrichtungen zum Ausstossen von Tropfen einer biologischen Flüssigkeit - Google Patents

Detektions- und Regelsystem für den Füllstand in Vorrichtungen zum Ausstossen von Tropfen einer biologischen Flüssigkeit Download PDF

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist auf das Messen und Regeln des Niveaus von Flüssigkeiten gerichtet, und insbesondere auf das Messen und Regeln des Niveaus eines Biofluids innerhalb von Tropfenausstoßeinrichtungen.
  • Für das Ausstoßen von Biofluiden wurden verschiedene Aufbauten vorgeschlagen, die das Hochgeschwindigkeitsdrucken von Abfolgen und Feldern von Tropfen von Biofluiden erlauben, die in verschiedenen Prüfungen und Versuchen verwendet werden sollen. In der vorliegenden Erörterung kann ein Biofluid, ebenso als Reagenz bezeichnet, irgendeine Substanz sein, die in einer chemischen Reaktion verwendet wird, um andere Substanzen zu detektieren, zu messen, zu überprüfen oder herzustellen, oder es ist die Substanz, welche detektiert, gemessen oder geprüft werden soll.
  • Einrichtungen zum Ausstoßen von Biofluid finden insbesondere bei der Ablagerung von Tropfen auf ein Substrat in der Form einer biologischen Probe Anwendung. Beim derzeitigem Prüfen von genetischen Defekten und anderen biochemischen Fehlern werden beispielsweise tausende von individuellen Biofluiden auf einem Glassubstrat an unterschiedlichen, klar definierten Stellen abgelegt. Daraufhin können zusätzliche Ablagerungsfluide auf denselben Stellen abgelagert werden. Diese gedruckte biologische Probe wird daraufhin mit einem Laser abgetastet, um Änderungen in einer optischen Eigenschaft, wie etwa Fluoreszenz, zu beobachten.
  • In diesen Fällen ist es kritisch, dass die Einrichtung zum Tropfenausstoßen nicht eine Quelle für Verunreinigung ist, oder unbeabsichtigte Querverunreinigung zwischen unterschiedlichen Biofluiden ermöglicht.
  • Da diese Biofluide teuer sind, ist es wünschenswert, nur kleine Volumen bei den Untersuchungsvorgängen zu verwenden und sicherzustellen, dass die ausgestoßenen Tropfen zusätzlich zur Vermeidung von Verunreinigung, vollständig ausgebildet werden. Diese Anforderung bedingt ein Problem hinsichtlich einer geeigneten Niveausteuerung des Biofluids und Aussaugen der Ausstoßeinrichtungen, um eine sehr effiziente und nützliche Tropfenausgabe zu erzeugen.
  • Im Blick auf das Vorstehende wurde es als wünschenswert erachtet, einen Mechanismus bereitzustellen, der die richtige Abgabe des Biofluids zu einer Ausstoßeinrichtung in einer zeitgerechten, nützlichen Art sicherstellt.
  • EP0294172 beschreibt einen akustischen Tintendrucker. Es werden polychromatische akustische Tintendrucker offenbart, die mehrere Ausführungen einschließen, die einen einzigen Druckkopf für das Ausstoßen von Tintentropfen auf Befehl von einem Transport nutzen, der die unterschiedlich gefärbten Tinten an dem Druckkopf vorbei in zeitlicher Synchronisation mit dem Drucken der entsprechenden Farbtrennungen befördert.
  • EP1008451A beschreibt Verfahren und Vorrichtungen zum lasergesteuerten Tintenstrahldrucken. Eine Druckeinrichtung, die einen Laser zur Erzeugung von mindestens einem Laserstrahl, eine Steuerung, einen Druckkopf mit einer Vielzahl von Düsen, und ein Tintenvorrat zum Zuführen von Tinte zu dem Druckkopf einschließt. Ein Niveausensor zum Erfassen der Höhe des auszustoßenden Fluides wird nicht beschrieben.
  • EP0683048A2 beschreibt lithografisch festgelegte Ausstoßeinheiten. Ein Materialablagerungskopf weist lithografisch festgelegte Ausstoßeinheiten auf. Vorzugsweise schließt jede Ausstoßeinheit eine Vielzahl von lithografisch festgelegten Tropfenejektoren ein. Jeder Tropfenejektor schließt einen akustischen Wandler und eine Linse zum fokussieren der akustischen Energie auf die Oberfläche einer Flüssigkeit ein.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Ausstoßen von Biofluidtropfen insbesondere im Hinblick auf die Verbesserung der Leistungsfähigkeit und der Zuverlässigkeit zu verbessern. Dieses Ziel wird durch Bereitstellen von Einrichtungen zum Ausstoßen von Biofluidtropfen gemäß Ansprüchen 1 und 8 erreicht. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 veranschaulicht eine akustische Tropfenausstoßeinheit, mit der die vorliegende Erfindung implementiert werden kann;
  • 2A und 2B stellen Fluidniveaus in einem Reagenzeinsatz dar;
  • 3 zeigt einen Mechanismus zur Niveaudetektion von Biofluid mit Laser;
  • 4A und 4B zeigen die Konfiguration eines Niveaudetektors für Biofluid mit einem akustischen Strahl;
  • 5 veranschaulicht einen Detektionsmechanismus zum Tropfenzählen;
  • 6 zeigt eine erste Ausführung zur Bewegung eines Reagenzeinsatzes in einer zweistückigen akustischen Tropfenausstoßeinheit;
  • 7 zeigt eine zweite Ausführung einer ergänzenden Versorgung für einen zweistückigen akustischen Tropfenausstoßmechanismus;
  • 8 zeigt einen einstückigen akustischen Tropfenausstoßmechanismus, in welchen die Konzepte der vorliegenden Erfindung implementiert werden können;
  • 9 zeigt eine erste Ausführungsform für das Zuführen von zusätzlichem Biofluid in einem einstückigen System;
  • 10 zeigt eine zweite Ausführungsform für einen einstückigen akustischen Tropfenausstoßmechanismus;
  • 11 zeigt eine zweite Ausführung für einen einstückigen akustischen Tropfenausstoßmechanismus;
  • 12 veranschaulicht einen einstückigen piezoelektrischen Tropfenausstoßmechanismus mit einem sekundären Biofluidbereich;
  • 13 zeigt einen zweistückigen piezoelektrischen Tropfenausstoßmechanismus mit einem sekundären Biofluidbereich;
  • 14 zeigt eine Absaugkonfiguration für einen piezoelektrischen Tropfenausstoßmechanismus; und
  • 15 veranschaulicht einen modifizierten, einstückigen piezoelektrischen Tropfenausstoßmechanismus, der ein Saugreservoir beinhaltet.
  • Eingehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Die 1 ist eine Querschnittsansicht einer akustischen Tropfenausstoßeinheit 10, die einen Reagenzeinsatz 12 aufweist, der innerhalb eines akustischen Tropfenausstoßme chanismus 14 eingesetzt ist. Ein Wandler 16 wird von einer Leistungsversorgungsquelle 18 mit Energie versorgt. Der Wandler 16 wird auf einer Oberfläche des Substrates 20, wie etwa Glas, bereitgestellt. Gemustert oder angeordnet auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Glassubstrates 20 ist eine Konfiguration von Fokussierungslinsen 22, wie etwa eine Fresnellinse. Es ist anzumerken, dass andere Typen von Fokussierungskonfigurationen anstelle der Fresnellinse 22 ebenso verwendet werden können.
  • Eine Verbindungsschicht 24, wie etwa ein akustisches Kopplungsfluid, ist zwischen der Fresnellinse 22 und dem Reagenzeinsatz 12 angeordnet. Das akustische Kopplungsfluid 24 ist mit einer niedrigen akustischen Abschwächung ausgewählt. Ein Beispiel eines akustischen Kopplungsfluids mit günstigen akustischen Eigenschaften für diese Anmeldung schließt Wasser ein. In einer alternativen Ausführung kann die Verbindungsschicht 24 als eine dünne Schicht aus Fett bereitgestellt werden. Die Fettverbindung wird nützlich sein, wenn die zusammentreffenden Oberflächen relativ eben sind, um die Möglichkeit von eingeschlossenen Blasen zu minimieren.
  • Auf der Oberseite des Glassubstrats 20 befinden sich Wände 26, 28, die die innere Kammer 30 festlegen, in der der Reagenzeinsatz 12 angeordnet ist. Die Seitenwand 31 des Einsatzes 12 schließt eine Dichtung 32 ein, die sich aus deren äußerer Oberfläche erstreckt. Die Dichtung 32 sichert den Einsatz 12 innerhalb der Kammer 30 und hält das akustische Kopplungsfluid 24 unterhalb der Dichtung 32. Ein präziser Tiefenanschlag 34 hält den Einsatz 12 bei der gewünschten Einsetzposition. Eine dünne Membran 36 ist auf einer unteren Fläche 37 des Einsatzes 12 ausgebildet, die im Wesentlichen oberhalb der Fresnellinse 32 angeordnet ist. Die Membran 36 ist eine akustisch dünne Membran, wobei akustisch dünn in diesem Zusammenhang definiert ist, zu bedeuten, dass die Dicke der Membran ausreichend gering ist, so dass diese mehr als 50% ihrer einfallenden akustischen Energie zu dem Biofluid 38 innerhalb des Einsatzes 12 durchleitet.
  • Im Betrieb emittiert die Ansteuerung des Wandlers 16 eine akustische Welle, die durch das Glassubstrat 20 zu der Fresnellinse 22 läuft. Die Linse erzeugt eine fokussierte akustische Energiewelle 39, die durch das akustische Kopplungsfluid 24 und die Membran 36 läuft und einen Apex an der Biofluid-Meniskusoberfläche 40 des Biofluids 38 erreicht. Das Zuführen der fokussierten Energie zu der Oberfläche 40 bewirkt Unterbrechungen in der Oberfläche, die das Ausstoßen eines Biofluidtropfens 42 von dem Einsatz 12 zu einem Substrat 43, wie etwa Papier, Glas, Kunststoff oder andere geeignete Materialien bedingt. Das ausgestoßene Biofluid kann bis zu ungefähr 15 μm im Durch messer klein sein. Diese Größenlimitierung basiert jedoch auf den verwendeten physikalischen Komponenten und es ist hervorzuheben, dass die durch eine akustische Tropfenausstoßeinheit ausgestoßenen Tropfen kleiner oder größer sein können im Einklang mit Auslegungsänderungen an den physikalischen Komponenten.
  • Die Oberfläche, von der die Biofluidtropfen 42 ausgestoßen werden, kann entweder vollständig offen oder durch eine Aperturplatte oder Deckel 44 zurückgehalten werden. Der Deckel 44 wird eine Apertur 45 von geeigneter Größe aufweisen, die größer ist als die ausgestoßene Tropfengröße, um irgendwelche Beeinflussung mit der Tropfenausstoßung zu vermeiden. Die Apertur 45 muss eine derartige Größe aufweisen, dass die Oberflächenspannung des Meniskus 40 über die Apertur 45 hinweg die Gravitationskraft auf das Biofluid 38 in ausreichendem Maße übersteigt. Diese Auslegung wird vermeiden, dass Biofluid 38 aus dem Reagenzeinsatz 12 herausfällt, wenn der Einsatz 12 mit der Apertur 45 nach unten gerichtet umgedreht wird. Die Konfiguration mit nach unten gerichteter Apertur weist einen Vorteil auf, das Biofluid 38 sauber zu haften in Bezug auf Material, welches von dem Substrat 43 herunterfallen kann.
  • Der Betrieb des Wandlers 16 der Stromversorgung 18 des Glassubstrates 20 und der Linse 22 funktioniert auf eine Weise, die den vorher erörterten Tropfenaustoßeinheiten auf dem Feld des akustischen Tintendruckens ähnlich ist. Derartiger Betrieb ist im Stand der Technik wohlbekannt.
  • Die vorstehende Auslegung isoliert Biofluid 38 innerhalb des Reagenzeinsatzes 12 und vermeidet, dass dieses in Berührung mit dem Tropfenausstoßmechanismus 14 oder anderen möglichen Quellen der Verschmutzung kommt, wie etwa luftbedingte Verschmutzung oder Verschmutzung aus Biofluiden, die früher mit dem Ausstoßmechanismus verwendet wurden. Der Reagenzeinsatz 12 ist von dem akustischen Kopplungsfluid 24 durch die Membran 36 getrennt. Der gesamte Einsatz kann aus einem biologisch inerten Material, wie etwa Polyethylen oder Polypropylen spritzgegossen werden. Der Einsatz 12 ist funktionsmäßig mit dem akustischen Tropfenausstoßmechanismus 14 durch eine Verbindungsschnittstelle verbunden, die die Membran 36 und das akustische Kopplungsfluid 24 einschließt.
  • In einer bestimmten Auslegung der vorliegenden Erfindung kann die Breite des Reagenzeinsatzes 12 ungefähr 300 μm sein und die Membran 36 kann 3 μm dick sein. In dieser besonderen Ausführungsform wird eine Auslegungseinschränkung einer Fokallänge der akustischen Welle von 300 μm und bei einer Betriebsfrequenz von bekannten akustischen Tropfenausstoßmechanismen, sollte die Meniskusanordnung innerhalb plus oder minus 5 μm von einem idealen Oberflächenniveau gehalten werden.
  • Die Stromversorgungsquelle 18 ist steuerbar variabel. Durch Ändern des Ausgangs der Stromversorgungsquelle 18 wird die durch den Wandler 16 erzeugte Energie angepasst, was wiederum genutzt werden kann, um das Volumen eines emittierten Biofluidtropfens 42 zu verändern.
  • Wie vorstehend erörtert, muss für einen geeigneten Betrieb der akustischen Tropfenausstoßeinrichtung 10 die Position der Meniskusoberfläche 40 innerhalb von Toleranzen gehalten werden, die durch die Konfiguration der Einrichtung festgelegt sind. Aufgrund des besonderen akustischen Tropfenausstoßmechanismus, der verwendet wird, ist diese Toleranz +/–5 μm wie in der vorstehend erörterten Ausführungsform. Es ist anzumerken, dass andere Bereiche für unterschiedlich konfigurierte Einrichtungen bestehen.
  • Das Konzept, die Biofluidniveaus eines Reagenzeinsatzes 12 innerhalb eines festgesetzten Niveaus von Parametern zu halten, ist in den 2A und 2B veranschaulicht. Die 2A zeigt beispielsweise den Reagenzeinsatz 12, wenn dieser mit Biofluid 38 gefüllt ist. In der 2B wird derselbe Einsatz 12 in einem Leerzustand gezeigt. Es ist anzumerken, dass sich leer in dieser Ausführung darauf bezieht, dass dort weniger Biofluid 38 vorhanden ist, als die vorbestimmte Parameterhöhe 46, in diesem Fall 10 μm. Daher befindet sich immer noch Biofluid innerhalb des Einsatzes 12. Aufgrund der Betriebseigenschaften der akustischen Tropfenausstoßeinheit 10 können Biofluidtropfen jedoch nicht zuverlässig ausgestoßen werden, sobald das Biofluid 38 außerhalb des vorbestimmten Niveaus 46 ist. Diese Situation besteht, da der Apex der akustischen Welle 39 sich nicht an der Oberfläche 40 des Biofluids 38 befindet und nicht ausreichend Energie übertragen wird, um die Oberfläche in einem Ausmaß zu stören, dass ein Tropfen an diesem niedrigeren Niveau ausgestoßen werden wird.
  • Es ist daher für den nutzbringenden Betrieb der Biofluidtropfenausstoßeinheit 10 wünschenswert, eine Konfiguration bereitzustellen, die das Biofluidniveau detektiert, während der Einsatz 12 sich in dem akustischen Tropfenmechanismus 14 befindet.
  • Mit Bezug auf die 3 wird eine erste Ausführung eines Detektionsmechanismus 50 für Biofluidniveau veranschaulicht, die in der Lage ist, das Niveau des Biofluids 38 innerhalb des Einsatzes 12 zu messen, wenn der Einsatz 12 sich in dem Ausstoßmechanismus 14 befindet.
  • Wenn Biofluidtropfen von dem Einsatz 12 ausgestoßen werden, wird sich das Niveau des Biofluids 30 ändern. Der Detektionsmechanismus 50 für das Biofluidniveau schließt einen Laser 52 ein, der derart angeordnet ist, dass der Laserstrahl 54, der von diesem emittiert wird, von der oberen Fläche 56 des Biofluids 38 reflektiert wird. Eine Laserdetektionseinrichtung 58 schließt einen ersten Laserstrahldetektor 60 und einen zweiten Laserstrahldetektor 62 ein. Der erste Laserstrahldetektor 60 ist an einem Winkel in Bezug auf die akustische Tropfenausstoßeinheit 10 derart angeordnet, dass, wenn der Einsatz 12 Biofluid innerhalb vorbestimmter Parameter aufweist, der Winkel des reflektierten Laserstrahls 64 auf den Sensor 60 auffallen wird. Der Laserstrahldetektor 62 ist bei einem Winkel in Bezug auf die akustische Tropfenausstoßeinheit 10 derart angeordnet, dass dieser den reflektierten Laserstrahl 66 erfassen wird, der sich bei einem Winkel befindet entsprechend zu dem Biofluid 38, das sich außerhalb des brauchbaren Bereiches für den sachgerechten Betrieb befindet.
  • Die Ausgaben des Sensordetektors 60 und des Sensordetektors 62 werden zu einer Steuerung 68 geliefert. Diese Information wird, zusammen mit vorprogrammierter Information bezüglich der Lage des Lasers 52 und der Detektoren 60, 62 verwendet, um das Biofluidniveau zu berechnen. Die durch die Steuerung 68 erhaltene Information kann darauf in der weiteren Steuerung des Biofluidniveaus verwendet werden, wie nachstehend eingehender beschrieben.
  • Mit Bezug auf die 4A und 4B wird eine zweite Ausführung für die Niveauabtastung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Insbesondere steuert die Steuerung 70 die Ausgabe der Stromversorgung 72, um einen kurzen Puls einer akustischen Welle zu bewirken, der von der Fresnellinse 78 zu der oberen Fläche 80 des Biofluids 38 übertragen wird. Die Steuerung 70 steuert die Ausgabe von der Stromversorgung 72 derart, dass der kurze Puls der akustischen Welle 76 nicht ausreichend ist, die Emission oder das Ausstoßen eines Biofluidtropfens zu verursachen. Statt dessen wird ein kurzer Puls der akustischen Welle 76 emittiert und durch die Linse 22 abgetastet. Diese auslaufende akustische Welle 76 erreicht, wie in 4A gezeigt, die Oberfläche 80 und wird daraufhin zurückreflektiert 84 zu der Linse 22, wodurch ein RF-Signal erzeugt wird, das für die Steuerung 70 bereitgestellt wird mit einer Anzeige der Emission und der Rückkehr der akustischen Welle 76.
  • Die Zeit, die die akustische Welle 76 benötigt, um zu der Oberfläche 80 und zurück zu der Linse 22 zu laufen, wird verwendet, um festzustellen, ob das Biofluid auf einem rich tigen Niveau ist. Diese Information wird verwendet werden, um das Fluidniveau anzupassen, wie nachstehend eingehender erörtert wird. In einer alternativen Ausführung ist es möglich, die angewandte Frequenz zu variieren, um den Fokus zu verschieben, um die akustische Welle bei der Meniskusfläche zu halten.
  • Die Steuerung 70 ist eingerichtet, die Zeit von der Emission der auslaufenden akustischen Welle 76 bis zum Empfang der reflektierten Welle 84 festzustellen, wobei diese mit Parametern bezüglich der Geschwindigkeit der akustischen Welle, der Tiefe des Biofluids in dem Einsatz 12 in gefülltem Zustand, der Viskosität des Biofluids ebenso wie anderer erforderlicher Parameter vorprogrammiert wurde. Unter Verwendung dieser Information berechnet die Steuerung 70 das Biofluidniveau innerhalb des Einsatzes 12. Diese Information wird daraufhin bei späteren Aufbauten für die Niveausteuerung verwendet, was nachfolgend eingehender erörtert wird.
  • In einer alternativen Ausführung kann die Steuerung 70 ausgelegt sein, eine Amplitude der rücklaufenden Welle abzutasten. Die abgetastete Amplitude ist mit dem Niveau des Biofluids korreliert. Insbesondere wird das zurückgeführte Signal der akustischen Welle 76 Amplitudeninformation mit sich tragen. Wenn die Fluidhöhe sich nicht auf dem richtigen Niveau befindet, entweder zu hoch oder zu tief, wird die Amplitude geringer sein als erwartet. Die zurückgelieferte Amplitude wird bei einem Spitzenwert liegen, wenn sich das Fluid bei einem richtigen Niveau für den Ausstoßbetrieb befindet. Um das richtige Niveau zu bestimmen, wird daher das Volumen des Biofluids verändert und es wird eine Messung durchgeführt, um festzustellen, ob die zurücklaufende Amplitude näher oder weiter von der maximalen Amplitude entfernt ist. In Abhängigkeit davon, ob Fluid hinzugefügt oder entfernt wurde und der Reaktion der Amplitude, kann festgestellt werden, ob mehr oder weniger Biofluid benötigt wird.
  • Mit Bezug auf 5 wird eine weitere Ausführung der Detektion von Biofluidniveau gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Schallpulse, die durch die Linse 22 emittiert werden, werden zu der Steuerung 88 geliefert. Die Steuerung 88 ist aufgebaut, die empfangenen Pulse zu akkumulieren und zu zählen und diesen Wert zu dem bekannten mittleren Volumen des Biofluids zu korrelieren, das in jeden Tropfen emittiert wird. Daraus folgernd berechnet die Steuerung 88 das Niveau des Biofluids 38 innerhalb des Einsatzes 12. Diese Niveauinformation über Biofluid wird daraufhin verwendet, um das Biofluidniveau zu steuern.
  • Es ist anzumerken, dass, wenngleich alternative Ausführungen der Biofluid-Niveaudetektion in dem Cartridge 12 in Verbindung mit 3, 4A, 4B und 5 offenbart worden sind, andere Konfigurationen ebenso implementiert werden können.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist es durch Ändern der Betriebsfrequenz unter Verwendung einer Auslegung mit Fresnellinse möglich, die Amplitude der emittierten akustischen Welle zu ändern. Unter Verwendung dieser Möglichkeit wird der Spitzenwert der emittierten akustischen Welle steuerbar. Wenn das Biofluid emittiert wird, aber immer noch innerhalb eines akzeptablen Bereiches, kann daher die Amplitude angepasst werden, um das neue Oberflächenniveau geeignet abzutasten. Durch diese Auslegung muss zusätzliches Biofluid nicht hinzugefügt werden, bis ein niedrigeres Oberflächenniveau abgetastet wird.
  • Mit Bezug auf die 6 wird eine erste Ausführung zur Änderung der Position des Reagenzeinsatzes 12, der innerhalb eines akustischen Tropfenausstoßmechanismus 14 angeordnet ist, veranschaulicht. Die Positionsänderung wird in Reaktion auf die Detektion der Biofluidniveaus durch die dargestellten Techniken, beispielsweise in Verbindung mit den 3, 4A, 4B und 5, durchgeführt.
  • Wenn festgestellt wird, dass das Niveau des Biofluids außerhalb eines gewünschten Bereiches ist, wird eine Anpassung auf das Niveau des Reagenzeinsatzes durchgeführt. Insbesondere wird eine Hilfsfluidkammer 90 bereitgestellt, die in funktioneller Beziehung mit der Kammer 30 über die Kammerverbindung 92 steht. Wenn festgestellt wird, dass das Biofluidniveau sich außerhalb eines akzeptablen Bereiches befindet, wird zusätzliches akustisches Kopplungsfluid 94 zu der Kammer 30 durch Aktivieren des Kolbens 96 zugeführt. Der Kolben 96 kann ein Hochpräzisionskolben sein, der durch einen rechnerangetriebenen Aktuator 98 gesteuert wird. Der rechnergetriebene Aktuator 98 wird über irgendeine der Steuerungen 68, 70 oder 88, die vorstehend in Verbindung mit den 3, 4A, 4B und 5 erörtert wurden, mit Signalen versorgt. Der Kolben 96 wird nach innen bewegt, wodurch zugeführtes akustisches Kopplungsfluid 94 in die Kammer 30 eingedrückt wird, um den Reagenzeinsatz 12 in einem ausreichenden Ausmaß anzuheben, um sicherzustellen, dass die Oberfläche 80 sich in einem akzeptablen Höhenbereich befindet.
  • Die 7 ist eine Seitenansicht einer zweistückigen Tropfenausstoßeinheit 100, die eine alternative Konfiguration des Reagenzeinsatzes 102 anwendet. Zusätzlich zu dem Auswurfreservoir 104, welches das Biofluid 38 enthält, wird ebenso ein Hauptreservoir 106 bereitgestellt, um das Ausstoßreservoir 104 zu versorgen. Ein Verbindungsweg zwi schen dem Ausstoßreservoir 104 und dem Hauptreservoir 106 wird über die Reservoirverbindung 108 bereitgestellt. In dieser Ausführung wird, wenn Biofluid 38 aus dem Ausstoßreservoir 104 ausgestoßen wird, zusätzliches Biofluid 38 über das Hauptreservoir 106 und die Reservoirverbindung 108 zugeführt.
  • Der Reagenzeinsatz 102 ist in funktionsmäßiger Anordnung mit dem akustischen Tropfenausstoßmechanismus 110. Das Ausstoßreservoir 104 ist über der Linse 22, dem Glassubstrat 20 und dem Wandler 16 auf eine Art und Weise angeordnet, die es ermöglicht, erzeugte akustische Energie zu fokussieren und mit ausreichender Energie zu dem Ausstoßreservoir 104 zu übertragen, um Biofluidtropfen auszustoßen. Um diesen zweistückigen Aufbau zu implementieren, wird eine Kopplungsschicht 24, wie etwa ein akustisches Kopplungsfluid, bereitgestellt und ein Bodenabschnitt des Einsatzes 102 ist mit der Membran 112 ausgebildet, die ermöglicht, ausreichend akustische Energie zu dem Tropfenausstoßreservoir zu übertragen.
  • Das Hauptreservoir 106 wird durch den Füllstützen 114 gefüllt. Das Hauptreservoir 106 und die Reservoirverbindung 108 verwenden Kapillarwirkung, um ein anfängliches Füllen des Ausstoßreservoirs 104 zu unterstützen, wenn sich dieses in einem leeren Zustand befindet. Wenn Tropfen von dem Ausstoßreservoir 104 ausgestoßen werden, bewirkt daraufhin die Oberflächenspannung, dass Biofluid von dem Hauptreservoir zu dem Ausstoßreservoir gesaugt wird. Insbesondere ist die Öffnung 45 des Ausstoßreservoirs 104 ausreichend kleiner ausgebildet als der Füllstützen 114 des Hauptreservoirs 106 und ebenso klein genug, um Gravitationskräfte aufgrund der Reservoirhöhe zu überwinden, so dass Biofluid in dem Hauptreservoir 106 in das Ausstoßreservoir 104 gezogen wird.
  • Mit Bezug auf 8 wird eine einstückige akustische Biofluidausstoßeinheit 120 gezeigt. Unterschiede zwischen der zweistückigen Biofluid-Tropfenausstoßeinheit 10 und der einstückigen Einheit 120 schließen ein, dass die Dichtung 32 des Reagenzeinsatzes 12 nicht mehr verwendet wird. Statt dessen weist der Reagenzeinsatz 122 eine Seitenwand 124 mit einer ebenen äußeren Oberfläche 126 auf, die in unmittelbarem Kontakt mit den Wänden 26, 28 des Mechanismus 14 ist. Daher wird eine dauerhafte Verbindung zwischen den Wänden 26, 28 und dem Reagenzeinsatz 122 hergestellt. Eine derartige Verbindung kann während der Herstellung der Einrichtung über lithografische Techniken und/oder durch bekannter Adhäsionstechnologie durchgeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführung kann die untere Fläche 128, die die Membran 130 einschließt, entfernt werden, wodurch ermöglicht wird, dass Biofluid 38 in unmittelbare Berührung mit der Linse 22 kommt. Noch eine weitere Ausführung besteht darin, den Einsatz 112 zu entfernen und das Biofluid unmittelbar in die Kammer 30 zu führen, wobei die Kammer 30 als ein nicht verunreinigter Aufnahmebehälter für Biofluid wirkt. Bei diesem Aufbau wird die Kammer 30 in einer verunreinigungsfreien Umgebung mit Biofluid gefüllt.
  • Die 9 zeigt eine Ausführung zum Zuführen von zusätzlichem Biofluid zu dem Reagenzeinsatz 140, um das Biofluid 38 bei einem gewünschten Niveau zu halten. In dieser Ausführung weist ein zusätzlicher Fluidaufnahmebehälter 142 eine balgförmige Konfiguration auf, wobei ein Innenbereich 144 mit Biofluid 38 gefüllt ist.
  • Beim Empfangen eines Signals von einer Niveau-abtastenden Einrichtung (z.B. 3, 4A, 4B und 5), das anzeigt, dass das Biofluid innerhalb des Ausstoßreservoirs 146 sich unterhalb eines gewünschten Niveaus befindet, wird ein Präzisionskolben 148, der durch einen rechnerbetriebenen Aktuator 150 gesteuert wird, nach innen bewegt, wodurch die zusätzliche Biofluidaufnahmekammer 142 zusammengedrückt wird. Dieses Vorgehen presst eine vorbestimmte Menge des Biofluids 38 in die Hauptkammer 146 derart, dass die Meniskusoberfläche 152 des Biofluids in ein akzeptables, brauchbares Niveau bewegt wird.
  • Die 10 zeigt eine zweite Ausführung zum Zuführen von zusätzlichem Biofluid 38 zu der Reagenzkammer 160. In diesem Fall wird ein zusammenfallender Zusatzbereich oder -kammer 162 in Fluidverbindung mit dem Ausstoßreservoir 146 gebracht. Beim Empfang eines Niveausignals, das anzeigt, dass das Niveau des Biofluids 38 ergänzt werden muss, wird der Mechanismus 166 zum Zusammendrücken durch einen rechnergesteuerten Aktuator 168 aktiviert, um eine nach innen weisende Kraft auf die zusammenfallende Kammer 162 auszuüben. Der Druck wird in einem ausreichenden Ausmaß angewandt, um das Ausstoßreservoir 164 wieder auf ein akzeptables, brauchbares Niveau aufzufüllen.
  • Mit Bezug auf die 11 wird eine alternative Ausführung für eine einstückige akustische Tropfenausstoßeinheit 170 veranschaulicht. In dieser Figur sind das Ausstoßreservoir 172 und das Hauptreservoir 174 in Fluidverbindung durch die Reservoirverbindung 176 angeordnet. Das Biofluid 38 wird von dem Hauptreservoir 174 zu dem Ausstoßreservoir 172 aufgrund von Oberflächenspannung an dem Meniskus geführt, wie in Ver bindung mit 7 erörtert. Der Wandler 16 steht in funktionsmäßiger Verbindung mit dem Substrat 178 auf einer ersten Fläche 180 und die Linse 22 befindet sich auf einer zweiten Fläche 182, wobei diese Komponenten als Teile der einstückigen Einheit 170 ausgebildet sind. In dieser Ausführung wird die Kopplungsschicht 24 der 7 aufgrund der einkomponentigen, entsorgbaren Natur der vorliegenden Ausführung nicht benötigt. In dem Ausstoßreservoir 172 kommt das Biofluid in unmittelbare Berührung mit der Linse 22. Es besteht daher keine Notwendigkeit für das in 7 bereitgestellte, akustische Kopplungsfluid. Das Hauptreservoir 174 wird durch den Füllstützen 183 gefüllt.
  • Die 12 ist eine Seitenansicht einer einstückigen, piezoelektrischen Tropfenausstoßeinheit 190. Das Ausstoßreservoir 192 ist mit dem Hauptreservoir 194 über die Reservoirverbindung 196 verbunden. Das Biofluid wird über den Füllstützen 198 dem Hauptreservoir 194 zugeführt. Ein Piezoaktuator 200 steht in funktioneller Verbindung mit einer unteren Fläche 202 des Ausstoßreservoirs 192. Eine obere Fläche, die das Ausstoßreservoir 192 festlegt, hat in derselben eine Ausstoßdüse 204 ausgebildet.
  • Im Betrieb wird der Piezoaktuator 200 durch die Spannungsversorgung 210 angesteuert, die in Kombination mit der unteren Fläche 202 ein Unimorph festlegt, und wird in Reaktion auf eine angelegte Spannung ausgelenkt. In diesem Fall wird eine Kraft derart eingebracht, dass sich die unimorphe Konfiguration in das Ausstoßreservoir 192 hinein bewegt, wodurch das Volumen des Ausstoßreservoirs 192 verändert wird, was wiederum Biofluid aus dem Ausstoßreservoir 202 durch die Düse 204 als einen ausgestoßenen Biofluidtropfen herausdrückt. Die Größe der Düse 204 ist ein steuernder Faktor für die Größe der ausgestoßenen Tropfen.
  • Wenn Biofluidtropfen aus dem Ausstoßreservoir 192 ausgesandt werden, bewirkt die Oberflächenspannung in dem Ausstoßreservoir, dass Biofluid, das in dem Hauptreservoir 194 vorhanden ist, durch die Reservoirverbindung 196 in das Ausstoßreservoir 192 gezogen wird, wodurch das Biofluidniveau aufgefüllt wird. In der vorliegenden Ausführung weist das Hauptreservoir 194 eine integrale Abmessung von 1 cm in der Länge und 2,5 mm in der Höhe auf. Die Breite der gesamten piezoelektrischen Tropfenausstoßeinheit ist 5 mm. In einer Ausführung beträgt das Volumen des Biofluids in einem vollen Hauptreservoir von 50 bis 150 μl und das Biofluid in dem Ausstoßreservoir kann zwischen 5 und 25 μl betragen. Das Verhältnis des Biofluids in den Reservoiren kann von 2:1 bis 10:1 betragen. In anderen Fällen kann das Verhältnis größer sein. Das Volumen der Biofluidtropfen kann im Bereich von Picolitern sein.
  • Wie aus 12 ersichtlich, ist die untere Fläche 202, die mit dem Piezoaktuator 200 verbunden ist, in die gesamte piezoelektrische Tropfenausstoßeinheit 190 integriert. Bei diesem Aufbau wird die gesamte Einheit 190 entsorgt, wenn das Biofluid der Einheit 190 erschöpft ist.
  • Mit Bezug auf die 13 wird eine Seitenansicht einer zweistückigen piezoelektrischen Tropfenausstoßeinheit 220 für Biofluid veranschaulicht, die einen entsorgbaren Abschnitt und einen wieder verwendbaren Abschnitt aufweist. Der entsorgbare Abschnitt schließt ein Hauptreservoir 222 und ein Ausstoßreservoir 224 ein, welches integriert in demselben eine Auswurfdüse 226 aufweist. Das Ausstoßreservoir 224 ist über die Reservoirverbindung 232 mit dem Hauptreservoir 222 verbunden. Die Übertragung von Biofluid von dem Hauptreservoir 222 zu dem Ausstoßreservoir 224 über die Reservoirverbindung 230 findet aufgrund von Oberflächenspannung statt, die in der Ausstoßeinheit 224 vorliegt. Es ist ebenso ein Füllstützen 232 eingeschlossen.
  • Der wieder verwendbare Abschnitt der Einheit 220 schließt den Piezoaktuator 240 ein, der durch eine Stromversorgungsquelle 234 versorgt wird. Der Piezoaktuator 240 wird auf einem wieder verwendbaren Rahmen 244 getragen.
  • Eine untere Fläche des Ausstoßreservoirs 224 ist als eine Membran 264 ausgebildet und ist mit einer oberen Fläche oder Diaphragma 248 des wieder verwendbaren Rahmens 244 verbunden. Das Diaphragma 248 ist an dem Piezoaktuator 240 angebondet oder anderweitig mit diesem derart verbunden, dass das Diaphragma 248 als ein Teil einer unimorphen Struktur wirkt, um eine notwendige Volumenänderung innerhalb des Ausstoßreservoirs 224 zu erzeugen, um einen Biofluidtropfen von der Ausstoßdüse 226 auszustoßen. Die Membran 264 des Einsatzes 222 hat die Wirkung, die Volumenänderung in dem wieder verwendbaren Abschnitt 244 in den entsorgbaren Abschnitt zu übertragen.
  • In einer weiteren Ausführung weist der wieder verwendbare Abschnitt eine flexible Membran mit einem Piezoaktuator auf einer Fläche auf, um die Volumenverschiebung zu erzeugen, die notwendig ist, um einen Biofluidtropfen auszustoßen. Es kann ein Behälter hergestellt werden, um eine Kopplungsflüssigkeit in Berührung mit dem Wandler/der Membran anzuordnen. Diese Flüssigkeit unterstützt die Übertragung der von dem Wandler verursachten Volumenänderung zu einer zweiten Membran auf einer unterschiedlichen Behälterfläche. Die Behälterkanten sind so aufgebaut, dass dieselben eine hermetische Dichtung zwischen den wieder verwendbaren und den entsorgbaren Teilen herstellen. Der Behälter ist so vorgesehen, dass derselbe Luftblasen aus der Verbindungsflüssigkeit entfernt (bleeding). Die gegenüberliegende Fläche ist vor dem Zusammenbau mit dem entsorgbaren Teil offen.
  • Zwischen dem entsorgbaren und dem wieder verwendbaren Abschnitt wird eine hermetische Dichtung bereitgestellt und der entsorgbare Abschnitt ist mit einer Kopplungsflüssigkeit gefüllt, um Volumenänderungen von dem Wandler zu dem entsorgbaren Abschnitt zu übertragen. Um die Nachgiebigkeit und die Absorption von Volumenänderungen zu minimieren, werden alle Luftblasen in diesem Fluid vor dem Betrieb durch Ausbluten derselben durch einen Ausblutmechanismus in dem wieder verwendbaren Abschnitt entfernt.
  • Der Fachmann wird erkennen, dass weitere Konfigurationen für den Piezoaktuator, wie etwa "bulk mode"- oder "shear mode"-Aufbauten ebenso in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
  • In der vorstehenden Erörterung werden Konfigurationen offenbart, deren Funktion sicherstellt, dass die notwendigen Biofluidniveaus in einem System aufrechterhalten werden. In einer alternativen Ausführung können die in Verbindung mit 4A und 4B erörterten Konzepte in Systemen verwendet werden, in denen zusätzliches Biofluid nicht zugefügt wird.
  • In einer Ausführung wird eine Anpassung der erzeugten akustischen Weite verwendet, um die Betriebsmöglichkeiten des Systems auszudehnen. Diese Ausführung ist sowohl auf eine Fresnellinse als auch auf eine sphärische Linse anwendbar.
  • Mit Bezug auf die 4A und 4B versorgt die Steuerung 70 den Signalgenerator 12 mit einem Hinweis, die Ausgangsamplitude zu erhöhen oder zu vermindern, wenn festgestellt wird, dass die Fluidhöhe sich nicht auf dem gewünschten Niveau befindet, anstatt die Steuerung 70 zu verwenden, um einen Aktuator wahlweise zu aktivieren. Bei dieser Vorgehensweise wird der Fokuspunkt der akustischen Welle so angepasst, dass dieser an der tatsächlichen Meniskushöhe auftritt.
  • Eine weitere Ausführung würde darin bestehen, wiederum die Konzepte der 4A und 4B zu verwenden, um zu detektieren, dass die Fluidhöhe nicht auf dem gewünschten Niveau ist. Wenn eine Fresnellinse verwendet wird, ist es daraufhin möglich, die Betriebsfrequenz zu ändern, um den Fokalpunkt auf die genaue Fluidhöhe einzustellen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb der Einrichtung besteht. Für eine Fresnellinse ist die Fokalposition im Wesentlichen eine lineare Funktion der Frequenz. Daher ist in den 4A und 4B der anfängliche Schritt die Messung des tatsächlichen Biofluidniveaus. Daraufhin stellt die Steuerung 70 die Betriebsfrequenz derart ein, dass der Fokalpunkt dorthin bewegt wird, wo sich die Meniskusfläche tatsächlich befindet.
  • Unter der Verwendung des vorstehenden Aufbaus ist es möglich, ein System vorzustellen, das auf die Verwendung eines Aktuators verzichtet. Statt dessen erweitert die Verwendung der Frequenzsteuerung und/oder der Amplitudensteuerung den Bereich des geeigneten Biofluidniveaus für den Betrieb der Einrichtung. Ohne die vorstehend beschriebene Amplituden- oder Frequenzsteuerung wäre beispielsweise der Bereich für geeignete Verwendung +/–5 μm von dem idealen Niveau. Durch die Implementierung der Amplitudensteuerung kann dieser jedoch auf möglicherweise +/–10 μm und durch Frequenzsteuerung auf +/–30 μm ausgedehnt werden.
  • Die Konzepte der Frequenz- und Akustiksteuerung können alleine verwendet werden, ohne die Verwendung eines Aktuators, oder in Verbindung mit Aktuatorkonzepten, um eine verfeinerte Steuerung bereitzustellen.
  • Bei piezoelektrischen Tropfenausstoßeinheiten könnte der anfängliche Betrieb die gewünschte Tropfenausgabe nicht erzeugen. Wenn Luftblasen innerhalb des Ausstoßreservoirs vorhanden sind, können insbesondere nicht-sphärische Tropfen oder Tropfen ausgestoßen werden, die nicht die geeignete Konsistenz oder Größe aufweisen und noch wahrscheinlicher werden keine Tropfen erzeugt. Daher ist ein Absaugen der Ausstoßeinheit wünschenswert.
  • Die 14 veranschaulicht eine Absaugverbindung oder Mechanismus 250, der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Wie in 14 gezeigt, ist die Absaugverbindung 250 über einer Düse 204, 226 angeordnet, die so konfiguriert ist, dass dieselbe Biofluid aus dem Ausstoßreservoir 192, 224 emittiert. Im Betrieb kann die entsorgbare Absaugverbindung 250 eine robotisch angesteuerte Einrichtung sein, die sich über eine Ausstoßdüse 204, 226 bewegt. Die Absaugverbindung 250 schließt eine dauerhafte Vakuumverbindung 252 ein, die mit einer Vakuumeinheit 254 verbunden ist. Um den dauerhaften Vakuumanschluss 252 herum ist ein entsorgbarer Schlauchstutzen 256 angeordnet, der aus einem elastomerischen oder einem anderen passenden Material hergestellt ist. Sobald dieser über einer Ausstoßdüse 204, 224 angeordnet ist, wird der Vakuumanschluss 252 nach unten bewegt, wodurch der entsorgbare Schlauchstutzen 256 in einen losen Kontakt mit der Düse 204, 226 gebracht wird. Die Wirkung des Vakuums saugt Luft aus dem Ausstoßreservoir 204, 226.
  • Ein robotisch gesteuerter Detektionssensor 258 für die Flüssigkeitshöhe stellt fest, wann das Biofluid ein Niveau derart außerhalb der Düse erreicht hat, dass sichergestellt ist, dass die Luft innerhalb des Ausstoßreservoirs entfernt worden ist. Dieser Absaugbetrieb ermöglicht einen sachgerechten anfänglichen Betrieb der Tropfenausstoßung.
  • Mit Bezug auf 15 wird eine modifizierte, einstückige piezoelektrische Tropfenausstoßeinheit 260 veranschaulicht, die auf eine Weise aufgebaut ist ähnlich zu der Ausstoßeinheit 190, die in 12 veranschaulicht ist. Daher werden gemeinsame Elemente ähnlich nummeriert. Die vorliegend konfigurierte Einheit 260 schließt jedoch ebenso ein Absaugreservoir 262 ein, das eine Absaugöffnung 246 aufweist. Das Absaugen wird durch Bewegung des Absaugsystems 250 zu einer Position über der Absaugöffnung 264 erreicht. Sobald die Hülse 256 mit der Öffnung 264 in Eingriff steht, wird ein Vakuumdruck angewandt, um das Biofluid zum Zweck des Absaugens zu saugen. Während dieses Vorgangs erzeugt die Spannungsversorgung 210 Pulse für die Aktivierung des Piezoaktuators 200, um Biofluid innerhalb des Ausstoßreservoirs 192 zu der Düse 204 zu bewegen.
  • Es ist anzumerken, dass Reagenzeinsätze, die in den vorstehenden Ausführungen erörtert wurden, nur repräsentative Aufbauten für eine derartige Einrichtung sind, und dass es viele mögliche Abwandlungen für die Konfiguration des Einsatzes gibt.
  • Wenngleich die vorstehende Beschreibung Ausführungen für akustische Tropfenausstoßeinheiten und piezoelektrische Tropfenausstoßeinheiten darstellt, können die Konzepte der vorliegenden Erfindung auf andere Tropfenausstoßmechanismen und auf andere Fluide als Biofluide ausgedehnt werden, für die das Vermeiden von Kontamination günstig ist.
  • Es ist weiterhin anzumerken, dass, wenngleich die Figuren in der vorstehenden Beschreibung die vorliegende Erfindung veranschaulichen, diese nur exemplarisch sind. Weitere Personen werden viele Modifikationen und Anpassungen der veranschaulichten Ausführungen erkennen, die im Einklang mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind. Daher wird der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die anhängigen Ansprüche festgelegt.

Claims (8)

  1. Eine Tropfenausstoßeinrichtung (10) für Biofluid, die Biofluidtropfen ausstößt, und die umfasst: einen Tropfenausstoßmechanismus (14) für Biofluid, der einen Wandler (16) aufweist, der Energie erzeugt, die verwendet wird, um Biofluidtropfen auszustoßen; einen Reagenzeinsatz (12), der Biofluid (38) beinhaltet, das von dem Tropfenausstoßmechanismus (14) isoliert ist, um Kontamination zwischen dem Tropfenausstoßmechanismus (14) für Biofluid und dem Reagenzeinsatz (12) zu vermeiden, wobei der Reagenzeinsatz (12) derart in funktionsmäßiger Verbindung mit dem Tropfenausstoßmechanismus (14) ist, dass beim Betrieb des Tropfenausstoßmechanismus (14) das Biofluid als Biofluidtropfen ausgestoßen wird; und gekennzeichnet durch einen Niveausensor (50), der angeordnet ist, eine Höhe des Biofluids innerhalb des Einsatzes (12) abzutasten, wobei eine Einstellung für das Biofluid (38) und/oder den Reagenzeinsatz (12) und/oder den Wandler (16) durchgeführt wird, wenn abgetastet wird, dass die Höhe des Biofluids sich unterhalb eines definierten Niveaus befindet, der Ausstoßmechanismus (14) für Biofluid und der Reagenzeinsatz (12) sind getrennte Komponenten, wobei der Reagenzeinsatz (12) so eingerichtet ist, dass dieser entsorgbar ist und der Ausstoßmechanismus (14) für Biofluid so eingerichtet ist, dass dieser wiederverwendbar ist; und der Ausstoßmechanismus (14) für Biofluid und der Reagenzeinsatz (12) sind in einer gemeinsamen, festen Position in Bezug auf Richtungen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Richtung der Tropfenausstoßung sind.
  2. Die Tropfenausstoßeinrichtung (10) für Biofluid gemäß Anspruch 1, weiterhin einschließend einen Biofluid-Einstellmechanismus (90), der eingerichtet ist, das Niveau des Biofluids (38) innerhalb des Reagenzeinsatzes (12) und/oder das Niveau des Reagenzeinsatzes (12) in Bezug auf den Tropfenausstoßmechanismus (14) für Biofluid zu ändern, wenn der Niveausensor (50) die Höhe des Biofluids (38) unterhalb eines vorbestimmten Niveaus abtastet.
  3. Die Tropfenausstoßeinrichtung (10) für Biofluid gemäß Anspruch 1, wobei der Niveausensor einschließt: mindestens einen akustischen Pulsgenerator/-detektor (70, 72), der in der Lage ist, einen akustischen Puls (76) zu emittieren, wobei der akustische Pulsgenerator/-detektor derart in Bezug auf das Biofluid (38) angeordnet ist, dass der akustische Puls, der von dem akustischen Pulsgenerator/-detektor (70, 72) abgegeben wird, durch das Biofluid (38) zu einer Oberfläche des Biofluids läuft, wobei der akustische Puls daraufhin durch das Biofluid (38) zurückreflektiert wird und weiterhin eingerichtet ist, die Abgabe des akustischen Pulses abzutasten und die Ankunft des reflektierten akustischen Pulses (84) abzutasten; einen Zeitnehmer, um die Zeit von der akustischen Pulsabgabe zu der akustischen Pulsankunft zu festzustellen; und einen Biofluid-Höhenrechner, der eingerichtet ist, die festgestellte Zeit zu empfangen und die Höhe des Biofluids (38) zu berechnen.
  4. Die Tropfenausstoßeinrichtung (10) für Biofluid gemäß Anspruch 1, wobei der Niveausensor (50) einschließt: mindestens einen Laser (52), der in der Lage ist, einen Laserstrahl (54) abzugeben, wobei der Laser in Bezug auf das Biofluid (38) derart positioniert ist, dass der von dem Laser abgegebene Laserstrahl von der Oberfläche (56) des Biofluids reflektiert wird; einen optischen Sensoraufbau (58), der angeordnet ist, um den von der Biofluidoberfläche (56) reflektierten Laserstrahl abzutasten; und einen Biofluid-Höhenrechner (68), der eingerichtet ist, Daten von mindestens dem optischen Sensor (58) zu empfangen, wobei die empfangenen Daten das Höhenniveau des Biofluids repräsentieren.
  5. Die Tropfenausstoßeinrichtung (10) für Biofluid gemäß Anspruch 1, wobei der Niveausensor (50) einschließt: einen Tropfendetektor, der eingerichtet ist, eine Anzahl von Tropfen zu detektieren, die von dem Reagenzeinsatz (12) abgegeben werden; und einen Biofluid-Höhenrechner, der eingerichtet ist, die Höhe des Biofluids (38) basierend auf der Anzahl von abgegebenen Tropfen zu bestimmen.
  6. Die Tropfenausstoßeinrichtung (10) für Biofluid gemäß Anspruch 2, wobei der Einstellmechanismus einschließt: eine Kammer (106), die eine Menge von Biofluid in derselben enthält, wobei die Kammer in Fluidverbindung mit einem Innenraum des Reagenzeinsatzes (12) ist; und einen Aktuator, der in funktionsmäßiger Verbindung mit der Kammer (106) steht, um die Bewegung von Biofluid zwischen dem Reagenzeinsatz und der Kammer wahlweise zu regeln.
  7. Die Tropfenausstoßeinrichtung (10) für Biofluid gemäß Anspruch 2, wobei der Einstellmechanismus einschließt: eine Aufnahmekammer (30) für den Reagenzeinsatz, in der der Reagenzeinsatz (12) angeordnet ist; ein Kontrollfluidreservoir für den Reagenzeinsatz, das in Fluidverbindung mit äußeren Flächen der Aufnahmekammer (30) für den Reagenzeinsatz steht; und einen Aktuator (96) in funktionsmäßiger Verbindung mit dem Fluidreservoir, um die Bewegung des Kontrollfluids (94) für den Reagenzeinsatz zwischen der Aufnahmekammer (30) für den Reagenzeinsatz und dem Kontrollfluidreservoir für den Reagenzeinsatz wahlweise zu regeln.
  8. Eine Tropfenausstoßeinrichtung (10) für Biofluid, die Biofluidtropfen ausstößt und die umfasst: einen Tropfenausstoßmechanismus (14) für Biofluid, der einen Wandler (16) aufweist, der Energie erzeugt, die verwendet wird, um Biofluidtropfen auszustoßen; einen Reagenzeinsatz (12), der Biofluid beinhaltet, das von dem Tropfenausstoßmechanismus (14) isoliert ist, um Kontamination zwischen dem Tropfenaus stoßmechanismus (14) für Biofluid und dem Reagenzeinsatz (12) zu vermeiden, wobei der Reagenzeinsatz (12) derart in funktionsmäßiger Verbindung mit dem Tropfenausstoßmechanismus (14) ist, dass beim Betrieb des Tropfenausstoßmechanismus (14) das Biofluid als Biofluidtropfen ausgestoßen wird; und gekennzeichnet durch einen Niveausensor (50), der angeordnet ist, eine Höhe des Biofluids innerhalb des Einsatzes (12) abzutasten, wobei eine Einstellung für das Biofluid (38) und/oder den Reagenzeinsatz (12) und/oder den Wandler (16) durchgeführt wird, wenn abgetastet wird, dass die Höhe des Biofluids sich unterhalb eines definierten Niveaus befindet; und wobei der Ausstoßmechanismus (14) für Biofluid und der Reagenzeinsatz (12) als eine einzelne, entsorgbare Einheit eingerichtet sind.
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