JP2008249720A - Droplet dispensing system - Google Patents

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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
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    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B01L2400/0439—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces ultrasonic vibrations, vibrating piezo elements

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To introduce a chemical sample and biological sample into a sample operation system such as a trace fluid system capable of rapidly, efficiently, and highly controllably operating and analyzing such samples. <P>SOLUTION: A droplet dispensing pin 13 includes a droplet ejection nozzle 25, a filling channel 20, a fluid chamber 21 and an actuator 24 for ejecting droplets on demand. The pin 13 is mounted in a holder including a control circuit to form a dispensing system. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

関連出願の参照
本出願は、2001年6月20日に出願された米国特許仮出願第60/299,515号、2001年9月25日に出願された米国特許仮出願第60/325,040号、2001年12月21日に出願された米国特許出願第10/029,108号、2001年12月21日に出願された米国特許出願第10/028,852号、2001年12月21日に出願された米国特許出願第10/027,484号、2001年12月21日に出願された米国特許出願第10/027,516号、2001年12月21日に出願された米国特許出願第10/027,171号、および2001年12月21日に出願された米国特許出願第10/027,922号に対する優先権を主張するものである。これらの出願はすべて、参照として明示的に本明細書に組み入れられる。 Reference to Related ApplicationsThis application is a U.S. provisional application 60 / 299,515 filed June 20, 2001, a U.S. provisional application 60 / 325,040 filed September 25, 2001, 2001. U.S. Patent Application No. 10 / 029,108 filed on December 21, U.S. Patent Application No. 10 / 028,852 filed on Dec. 21, 2001, U.S. Patent Application No. 10 / 028,852 filed on Dec. 21, 2001 No. 10 / 027,484, U.S. Patent Application No. 10 / 027,516, filed Dec. 21, 2001, U.S. Patent Application No. 10 / 027,171, filed Dec. 21, 2001, and Dec. 21, 2001. Claims priority to US patent application Ser. No. 10 / 027,922, filed in the United States. All of these applications are expressly incorporated herein by reference.

発明の分野
本発明は、液体試料の液滴を形成し供給する液体供給システムに関する。 FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a liquid supply system that forms and supplies liquid sample droplets.

発明の背景
多くの化学産業、バイオメディカル産業、バイオサイエンス産業、および製薬産業では、反応、分離、その後に続く検出段階などの化学工程を試料に対して行う必要がある。化学的試料および生物学的試料を迅速に、効率的に、かつ高度に制御可能に操作し分析することができる微量流体システムなどの試料操作システムに、このような試料を導入することが一般に望ましい。 BACKGROUND OF THE INVENTION Many chemical, biomedical, bioscience, and pharmaceutical industries require chemical processes such as reaction, separation, and subsequent detection steps to be performed on a sample. It is generally desirable to introduce such samples into sample manipulation systems such as microfluidic systems that can manipulate and analyze chemical and biological samples quickly, efficiently and highly controllable. .

電気泳動システムの方へ、電気泳動システム内で、または電気泳動システム間で、流体、たとえば試料や、アナライトや、試薬や、合成の前駆物質や、緩衝液を連通させる多数の方法が発表されている。一般に、微量流体システムへの液体試料の導入は、試料管路または試料ウェルを通して行われる。微量流体システムに液体試料を導入するために、試料ウェル、試料管路、またはその他の試料導入ポートに液体試料を供給する毛管を設けることができる。毛管を使用することの顕著な欠点は、毛管では本来、注入効率が低く、すなわち、微量流体システムの一部における特定の化学工程に必要な液体の体積と、導入工程に必要な液体の全体積との比が大きいことに関する。さらに、毛管を用いて供給される試料の厳密な体積を調節するのは一般に困難である。さらに、管を満たすのに用いられるのと同じポートが液体試料を吐出するのにも用いられるため、毛管は汚染されやすい。   Numerous methods for communicating fluids, such as samples, analytes, reagents, synthesis precursors, and buffers, within, or between electrophoresis systems, have been announced. ing. In general, introduction of a liquid sample into a microfluidic system occurs through a sample line or sample well. In order to introduce a liquid sample into the microfluidic system, a capillary can be provided to supply the liquid sample to a sample well, sample conduit, or other sample introduction port. A significant disadvantage of using capillaries is that they are inherently low in injection efficiency, i.e. the volume of liquid required for a particular chemical process in the part of the microfluidic system and the total volume of liquid required for the introduction process. This is related to the large ratio. Furthermore, it is generally difficult to adjust the exact volume of the sample supplied using the capillary. In addition, the same port used to fill the tube is also used to eject the liquid sample, so that the capillary is susceptible to contamination.

内容が参照として本明細書に組み入れられるMartinskyの米国特許第6,101,946号（特許文献１）は、生化学物質のマイクロアレイを印刷するピン・ベースのシステムを記載している。マイクロアレイ印刷システムは、試料管路と平坦な先端とを有するステンレススチール印刷ピンを含んでいる。ピンは、試料管路を満たし、その後、印刷基板に直接接触して試料を試料管路から印刷基板に供給することによって生化学物質を与える。第6,101,946号特許（特許文献１）に記載されたピン・ベースのシステムの欠点は、供給される試料の量を調節する能力である。ピン・ベースのシステムでは、ピンの先端と印刷基板とを直接接触させる必要があるので、汚染および破壊が起こりやすい。他の欠点は、試料を供給するのに十分な接触が行われるようにこの先端を厳密に位置させるのが困難であることに関する。   Martinsky US Pat. No. 6,101,946, the contents of which are incorporated herein by reference, describes a pin-based system for printing biochemical microarrays. The microarray printing system includes a stainless steel printing pin having a sample line and a flat tip. The pins fill the sample conduit and then provide biochemicals by contacting the printed substrate directly and feeding the sample from the sample conduit to the printed substrate. A disadvantage of the pin-based system described in the 6,101,946 patent is the ability to adjust the amount of sample delivered. Pin-based systems are prone to contamination and destruction because the tip of the pin needs to be in direct contact with the printed circuit board. Another drawback relates to the difficulty of precisely positioning this tip so that sufficient contact is made to supply the sample.

内容が参照として本明細書に組み入れられるShalonらの米国特許第6,110,426号（特許文献２）は、生物学的試料のマイクロアレイを形成する毛管ディスペンサを記載している。この毛管ディスペンサは、液体試料を保持するようになっている細長い開放された毛管路を含んでいる。管路は、互いの方へ先細りにされ、管路の下方の端部にある先端領域に収束する、間隔を置いて配置され、空間内に同一の広がりを持つ、一対の細長い管路によって形成されている。細長い部材は、互いに対して固定されており、毛管路は一定の体積に制限されている。さらに、獲得され第6,110,426号特許（特許文献２）の毛管ディスペンサから供給される試料の量を調節するのは困難である。
米国特許第6,101,946号 米国特許第6,110,426号 Shalon et al., US Pat. No. 6,110,426, the contents of which are incorporated herein by reference, describes a capillary dispenser that forms a microarray of biological samples. The capillary dispenser includes an elongated open capillary channel adapted to hold a liquid sample. The conduits are formed by a pair of elongated conduits that are spaced apart and coextensive in space, tapering towards each other and converging to a tip region at the lower end of the conduit. Has been. The elongate members are fixed with respect to each other and the capillary passage is limited to a constant volume. Furthermore, it is difficult to adjust the amount of sample obtained and supplied from the capillary dispenser of the 6,110,426 patent.
U.S. Patent No. 6,101,946 U.S. Patent No. 6,110,426

発明の概要
本発明は、表面な液体試料の液滴を形成し供給する液滴供給システムを提供する。液滴供給システムは、ホルダおよび1つまたは複数の供給ピンを含んでいる。各供給ピンは、先端に格納されている供給された液体試料から液体試料の液滴を形成し吐出する先端を有している。各供給ピンの先端は、供給ピンの先端から液滴を制御可能にかつ選択的に吐出する液滴吐出ノズルを含んでいる。各供給ピン先端は、供給された液体試料を保持する吐出ノズルと流体連通する試料チャンバを含んでいる。先端は、リザーバからの所定の体積の液体試料を先端に満たすように試料と流体連通する充填管路をさらに含んでいる。アクチュエータは、先端に吐出ノズルに隣接して配置され、試料チャンバと連通している。液滴供給システムは、アクチュエータを作動させることによって液滴を形成し吐出ノズルを通して吐出する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a droplet supply system that forms and supplies droplets of a surface liquid sample. The droplet supply system includes a holder and one or more supply pins. Each supply pin has a tip that forms and discharges a droplet of the liquid sample from the supplied liquid sample stored at the tip. The tip of each supply pin includes a droplet discharge nozzle that controls and selectively discharges droplets from the tip of the supply pin. Each supply pin tip includes a sample chamber in fluid communication with a discharge nozzle that holds a supplied liquid sample. The tip further includes a fill line in fluid communication with the sample so as to fill the tip with a predetermined volume of liquid sample from the reservoir. The actuator is disposed at the tip adjacent to the discharge nozzle and communicates with the sample chamber. The droplet supply system forms a droplet by operating an actuator and discharges the droplet through a discharge nozzle.

供給システムを製造する方法も提供される。例示的な態様によれば、液滴供給システムは、シリコン・ウェハから製造される。フォトリソグラフィ・プロセスを利用して供給ピンの先端に充填管路、試料チャンバ、および吐出ノズルがエッチングされる。液滴を形成して吐出ノズルから吐出できるようにする適切なアクチュエータが先端に取り付けられる。   A method of manufacturing a delivery system is also provided. According to an exemplary aspect, the droplet supply system is manufactured from a silicon wafer. A filling line, a sample chamber, and a discharge nozzle are etched at the tip of the supply pin using a photolithography process. A suitable actuator is attached to the tip to allow droplets to be formed and discharged from the discharge nozzle.

液滴供給システムは、所定量の液体試料を供給ピンの先端を介して供給システムに高速にかつ柔軟に満たすのを可能にする。液滴供給システムは、液体試料を、厳密に調節された体積を有する液滴の形で供給ピンの先端から効率的にかつ高速に供給できるようにする。液滴供給システムは、廃棄物および汚染を軽減しつつ、効率、速度、および制御性を向上させることによって、液体試料の付与を改善する。   The droplet supply system allows a predetermined amount of liquid sample to be quickly and flexibly filled into the supply system via the tip of the supply pin. The droplet supply system allows a liquid sample to be supplied efficiently and rapidly from the tip of a supply pin in the form of a droplet having a precisely regulated volume. The droplet delivery system improves the application of liquid samples by improving efficiency, speed, and controllability while reducing waste and contamination.

一局面によれば、供給ピンを含む液滴供給システムが提供される。試料供給システムは、先端を有する供給ピンを含んでいる。先端は、試料チャンバと、先端に、試料と流体連通するように形成され、液体試料を試料チャンバに充填する試料充填管路と、試料チャンバと流体連通し、液体試料の液滴を試料チャンバから吐出する液滴吐出ノズルと、試料チャンバに隣接して配置され、液滴を形成するアクチュエータとを含んでいる。   According to one aspect, a droplet supply system is provided that includes a supply pin. The sample supply system includes a supply pin having a tip. The tip is formed in fluid communication with the sample chamber at the tip, a sample filling line for filling the sample chamber with the liquid sample, fluid communication with the sample chamber, and droplets of the liquid sample from the sample chamber It includes a droplet discharge nozzle that discharges and an actuator that is disposed adjacent to the sample chamber and forms a droplet.

他の局面によれば、2本の相互作用ピンを含む液滴供給システムが提供される。この2ピン液滴供給システムは、互いに近くに位置させられ、互いの間に充填管路を形成する第1のピンおよび供給ピンを含んでいる。供給ピンは、試料充填管路と流体連通するように配置された試料チャンバと、試料チャンバから液滴を吐出する吐出ノズルと、液滴の形成および吐出ノズルからの吐出をトリガするアクチュエータとをさらに含む先端を有している。   According to another aspect, a droplet supply system is provided that includes two interaction pins. The two-pin droplet supply system includes a first pin and a supply pin that are located close to each other and that form a filling line therebetween. The supply pin further includes a sample chamber arranged to be in fluid communication with the sample filling line, a discharge nozzle for discharging a droplet from the sample chamber, and an actuator for triggering the formation of the droplet and the discharge from the discharge nozzle It has a tip that contains.

他の局面によれば、液体試料を供給する方法が提供される。液体試料を供給する方法は、所定の体積の液体試料を先端に満たす充填管路と、試料チャンバと、吐出ノズルと、液滴を形成するアクチュエータとを含む先端を有するピンを含む液滴供給システムを設ける段階を含む。この方法は、アクチュエータを作動させて試料吐出ノズルにおいて液体試料の液滴を生成する段階をさらに含む。   According to another aspect, a method for supplying a liquid sample is provided. A method for supplying a liquid sample includes: a droplet supply system including a pin having a tip including a filling line that fills the tip with a liquid sample of a predetermined volume; a sample chamber; a discharge nozzle; and an actuator that forms a droplet. Providing a step. The method further includes actuating an actuator to generate a liquid sample droplet at the sample discharge nozzle.

他の局面によれば、ホルダと、ホルダに連結された供給ピンのアレイとを含む液体試料供給システムが提供される。アレイ内の各供給ピンは、先端を有すると共に、先端に形成され、所定の体積の試料を保持する試料チャンバと、先端に、試料チャンバと流体連通するように形成され、試料チャンバに液体試料を充填する試料充填管路と、試料チャンバと流体連通し、試料チャンバから液体試料の液滴を吐出する液滴吐出ノズルとを有している。液体試料供給システムは、1本または複数の供給ピンの試料チャンバに結合され、作動した場合に1つまたは複数の液滴を形成するアクチュエータをさらに含んでいる。   According to another aspect, a liquid sample supply system is provided that includes a holder and an array of supply pins coupled to the holder. Each supply pin in the array has a tip and is formed at the tip and holds a sample of a predetermined volume. The tip is formed in fluid communication with the sample chamber. A sample filling conduit for filling, and a droplet discharge nozzle that is in fluid communication with the sample chamber and discharges a droplet of the liquid sample from the sample chamber. The liquid sample supply system further includes an actuator coupled to the sample chamber of the one or more supply pins to form one or more droplets when activated.

例示的な態様の詳細な説明
本発明は、流体システム用の試料の液滴を形成し供給する液滴供給システムを提供する。本発明の液滴供給システムは、サブミクロン・サイズの液滴の形での、液体試料の試料操作システムへの厳密な試料取込みおよび供給を可能にする。液滴供給システムは、基本研究環境または商業環境で用いるのに適している。供給システムは、廃棄物および汚染を著しく減らしつつ、液滴を形成し供給する効率、速度、および制御性を高めることによって試料操作システムへの試料の導入を著しく改善する。当業者には、本発明をいくつかの異なる用途および態様で実施することができ、かつ本発明が、本明細書に示されている特定の態様への適用に特に制限されないことが理解されると考えられる。 DETAILED DESCRIPTION OF ILLUSTRATIVE EMBODIMENTS The present invention provides a droplet supply system that forms and supplies sample droplets for a fluid system. The droplet supply system of the present invention allows for strict sample uptake and supply of liquid samples to the sample handling system in the form of submicron sized droplets. The droplet supply system is suitable for use in a basic research environment or a commercial environment. The delivery system significantly improves sample introduction into the sample handling system by increasing the efficiency, speed, and controllability of forming and delivering droplets while significantly reducing waste and contamination. Those skilled in the art will appreciate that the present invention can be implemented in a number of different uses and embodiments, and that the present invention is not particularly limited to application to the specific embodiments shown herein. it is conceivable that.

本発明の液滴供給システムは、試料を供給するのに直接的な接触を必要とする従来のピン・ベースの供給システム、および毛管ベースの供給システムに勝る顕著な改良を実現する。空気圧またはリモート・アクチュエータによって液滴を生成する毛管ベースの供給は、10ナノリットルから1マイクロリットルの範囲の大形の液滴の形成に限られている。先端の近くにアクチュエータを含む他の毛管ベースのシステムは、先端の後方から充填され、一般に、充填に長時間、すなわち10分から30分かかる。これに対して、本発明の液滴供給システムは、供給ピンの端部に一緒に配置された充填管路および液滴吐出アクチュエータを含んでいる。このように、供給システムの充填が高速に行われる。さらに、本発明の供給システムは、小さなサブナノリットル・サイズの液滴を形成することができる。   The droplet delivery system of the present invention provides a significant improvement over conventional pin-based delivery systems and capillary-based delivery systems that require direct contact to deliver a sample. Capillary-based delivery that generates droplets by pneumatic or remote actuators is limited to the formation of large droplets ranging from 10 nanoliters to 1 microliter. Other capillary-based systems that include an actuator near the tip are filled from behind the tip and generally take a long time to fill, ie 10 to 30 minutes. In contrast, the droplet supply system of the present invention includes a filling line and a droplet discharge actuator disposed together at the end of the supply pin. In this way, the supply system is filled at high speed. Furthermore, the delivery system of the present invention can form small sub-nanoliter size droplets.

図1は、例示的な態様の液滴供給システム10を示している。液滴供給システムは、ホルダ12に取り付けられた供給ピン11を含んでいる。液滴供給システム10は、選択された液体試料の液滴を形成し供給して、試料操作システムへの液体試料の制御された導入を可能にする。試料液滴は、形成され、供給ピン11の先端13から衝撃によって押し出される。これについては以下に詳述する。ホルダ12は、液体試料の液滴の形成および先端13から吐出をトリガするアクチュエータに液滴吐出信号を供給する制御回路を含む電子機器15を含んでよい。電気コネクタ16は、電子機器15とアクチュエータとを電気的に接続し、制御回路とアクチュエータとの間で液滴吐出信号を送信する。電子機器15の制御下で液滴を形成し先端13から吐出することについては以下に詳述する。本明細書では、語ホルダは、1つまたは複数の供給ピンを固定的にまたは取外し・交換可能に保持するのに適した任意の構造を含むものである。   FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment droplet supply system 10. The droplet supply system includes a supply pin 11 attached to the holder 12. The droplet supply system 10 forms and supplies droplets of a selected liquid sample to allow controlled introduction of the liquid sample into the sample handling system. The sample droplet is formed and pushed out from the tip 13 of the supply pin 11 by impact. This will be described in detail below. The holder 12 may include an electronic device 15 that includes a control circuit that supplies a droplet ejection signal to an actuator that triggers droplet formation and ejection from the tip 13 of a liquid sample. The electrical connector 16 electrically connects the electronic device 15 and the actuator, and transmits a droplet discharge signal between the control circuit and the actuator. The formation of droplets under the control of the electronic device 15 and ejection from the tip 13 will be described in detail below. As used herein, a word holder is intended to include any structure suitable for holding one or more supply pins in a fixed or removable / replaceable manner.

例示的な態様のピン11は、直径が約1mmの先端13を有する細長い構造を含んでいる。例示的な態様によれば、試料の充填は、供給ピン11の先端13を所望の液体試料を含むリザーバ14に浸漬することによって行われる。当業者には、先端13が、液体のリザーバに浸漬し、リザーバ内に液体を保持するのに適した、たとえば最大で数ミリメートルの任意の直径を有してよいことが認識されると考えられる。   The pin 11 of the exemplary embodiment includes an elongated structure having a tip 13 having a diameter of about 1 mm. According to an exemplary embodiment, sample filling is performed by immersing the tip 13 of the supply pin 11 in a reservoir 14 containing the desired liquid sample. One skilled in the art will recognize that the tip 13 may have any diameter, for example up to a few millimeters, suitable for immersing and holding liquid in the reservoir. .

供給ピン11の先端13は、所定の体積の生物学的試料または化学的試料を保持する試料チャンバと、試料チャンバを充填する充填管路と、アクチュエータと、吐出ノズルとを含んでいる。先端13は、所定の体積の試料によって各ピンの充填管路および試料チャンバが満たされるように生物学的試料に浸漬される。次いで、液滴供給システム10は微量流体システムや印刷基板などの試料操作システムの流体界面ポートの近くに移動させられる。チャンバ内に配置されたアクチュエータが、試料の液滴を形成し、吐出ノズルを形成するピン先端から供給するように選択的に作動させられる。液滴供給システム10は、所定の、必要に応じて調節可能な速度で液滴を、選択された経路に沿って押し出し、液滴試料を微量流体システムに導入する。   The tip 13 of the supply pin 11 includes a sample chamber for holding a predetermined volume of biological or chemical sample, a filling line for filling the sample chamber, an actuator, and a discharge nozzle. The tip 13 is immersed in the biological sample such that a predetermined volume of sample fills the filling line and sample chamber of each pin. The droplet supply system 10 is then moved close to the fluid interface port of a sample manipulation system such as a microfluidic system or a printed substrate. An actuator located in the chamber is selectively actuated to form a sample droplet and feed it from a pin tip that forms a discharge nozzle. The droplet supply system 10 pushes droplets along a selected path at a predetermined, adjustable rate as needed, and introduces a droplet sample into the microfluidic system.

図2に示されている本発明の他の態様によれば、ピン供給システム100は、ホルダ120に配置され、複数の試料を同時に形成し供給できるようにする供給ピン11のアレイ110を含んでよい。供給ピン11のアレイを有するピン供給システム100では、各供給ピンを、対応する制御回路150によって個別に制御することができる。または、一群の供給ピンを共通の制御回路によって同時に制御することができる。液滴供給システムは、特定の用途に応じて任意の適切な構成に配置された任意の適切な数の供給ピン11を含んでよい。本発明の例示的な態様のピン供給システムのアレイは、フォトリソグラフィのような任意の適切な微細製造技術を用いて、シリコン・ウェハなどの基板から製造することができる。   In accordance with another aspect of the present invention shown in FIG. 2, the pin supply system 100 includes an array 110 of supply pins 11 disposed in a holder 120 that allows multiple samples to be formed and supplied simultaneously. Good. In a pin supply system 100 having an array of supply pins 11, each supply pin can be individually controlled by a corresponding control circuit 150. Alternatively, a group of supply pins can be controlled simultaneously by a common control circuit. The droplet supply system may include any suitable number of supply pins 11 arranged in any suitable configuration depending on the particular application. An array of pin delivery systems of exemplary aspects of the invention can be fabricated from a substrate such as a silicon wafer using any suitable microfabrication technique such as photolithography.

本発明の例示的な態様の液滴供給システム10は、核酸分子やタンパク質などの生化学物質のアレイ、または他の適切な液体試料を、プロテオミクス、ゲノム科学、スクリーニング、診断、およびその他の用途に使用できるように印刷基板、滴定プレート、微量流体システムまたは装置などの試料操作システムに印刷または排出するスポッティング・システムとして利用することができる。ピン先端13は、液滴を獲得した後、表面に接近させられる。表面は、固体表面または液体を含んでよい。表面は、多孔膜などの多孔構造、または顕微鏡スライドなどの非多孔構造を含んでよい。充填されたピンは、ピン先端13と表面とが直接接触することによって、選択されたスポット体積を有するスポットを表面上に付着させる。例示的な態様によれば、供給されるスポットの体積は、獲得される液滴の体積よりもずっと小さく、一般にサブナノリットルである。ただし、当業者には、本発明がこの範囲に限らないことが認識されると考えられる。   An exemplary embodiment of the droplet delivery system 10 of the present invention can be used for proteomics, genomics, screening, diagnostics, and other applications for arrays of biochemicals such as nucleic acid molecules and proteins, or other suitable liquid samples. It can be used as a spotting system for printing or discharging to a sample handling system such as a printed substrate, titration plate, microfluidic system or device for use. The pin tip 13 is brought close to the surface after acquiring the droplet. The surface may comprise a solid surface or a liquid. The surface may comprise a porous structure such as a porous membrane or a non-porous structure such as a microscope slide. The filled pin deposits a spot having a selected spot volume on the surface by direct contact between the pin tip 13 and the surface. According to an exemplary embodiment, the volume of the delivered spot is much smaller than the volume of the droplet obtained, and is generally sub-nanoliter. However, it will be appreciated by those skilled in the art that the present invention is not limited to this range.

図3は、本発明の第1の態様による液滴供給システム10の供給ピン11の先端13の詳細図である。先端13は、液滴供給システムに液体試料を充填する充填構造と、液体試料の液滴を形成し供給ピンの先端から吐出させる個別の液滴作動構造の両方を含んでいる。図3に示されているように、充填管路20は、先端13に形成され、選択された液体試料を含むリザーバから、充填ノズルとして示されている取込みポート22を通して試料を取り込む。充填管路は好ましくは、毛管力を用いることによって試料を取り込む。充填管路20は、先端13に形成された試料チャンバ21と連通している。試料チャンバ21は、液滴吐出ノズル23を形成する先細りの端部を有している。吐出ノズル23は、試料チャンバ内の液体試料から液滴を形成するようなサイズおよび寸法を有する吐出ポート25を含んでいる。図示のように、吐出ノズルは、試料チャンバ21の近くに試料チャンバ21と流体連通するように位置している。先端は、試料チャンバに隣接し試料チャンバに接触するアクチュエータ24をさらに含んでいる。アクチュエータは、液滴を形成させ吐出ノズル23を通じて吐出させるのに十分な力を試料チャンバにかける。アクチュエータ24は、ピン・ホルダ内の電子機器によって選択的に作動させられ、必要に応じて吐出ノズルから液滴を供給する。図示のように、先端13は、充填管路20の先端に形成された取込みポート22と、液滴吐出ノズル23に形成された吐出ポート25との間に連続的な流路を形成する。当業者には、チャンバが任意の選択された形状を有してよく、チャンバを、特定の用途に応じて配置し、かつ特定の用途に応じた寸法にしてよいことが容易に認識されると考えられる。さらに、供給ピン11は、ピンの先端に形成された複数の試料チャンバを含んでもよい。   FIG. 3 is a detailed view of the tip 13 of the supply pin 11 of the droplet supply system 10 according to the first aspect of the present invention. The tip 13 includes both a filling structure that fills the droplet supply system with a liquid sample and a separate droplet actuation structure that forms a droplet of the liquid sample and ejects it from the tip of the supply pin. As shown in FIG. 3, a filling line 20 takes a sample from a reservoir formed at the tip 13 and containing a selected liquid sample through an intake port 22 shown as a filling nozzle. The filling line preferably takes the sample by using capillary forces. The filling line 20 communicates with a sample chamber 21 formed at the tip 13. The sample chamber 21 has a tapered end that forms a droplet discharge nozzle 23. The discharge nozzle 23 includes a discharge port 25 that is sized and dimensioned to form droplets from the liquid sample in the sample chamber. As shown, the discharge nozzle is positioned in fluid communication with the sample chamber 21 near the sample chamber 21. The tip further includes an actuator 24 adjacent to and in contact with the sample chamber. The actuator applies enough force to the sample chamber to form a droplet and eject it through the ejection nozzle 23. The actuator 24 is selectively actuated by electronic equipment in the pin holder, and supplies droplets from the discharge nozzle as needed. As shown in the figure, the tip 13 forms a continuous flow path between the intake port 22 formed at the tip of the filling pipe 20 and the discharge port 25 formed in the droplet discharge nozzle 23. Those skilled in the art will readily recognize that the chamber may have any selected shape, and that the chamber may be arranged and dimensioned for a particular application. Conceivable. Further, the supply pin 11 may include a plurality of sample chambers formed at the tip of the pin.

充填ノズル22を液体試料に浸漬することによって、ピン先端に液体試料が容易に、柔軟に、かつ高速に満たされる。液体試料は、充填管路20を通り、連結された試料チャンバ21に送り込まれる。例示的な態様によれば、充填管路20は、毛管力によって液体試料が自動的に充填管路20を通って試料チャンバ21に引き込まれるようなサイズおよび寸法になっている。他の態様によれば、充填は、アクチュエータ24による汲取り作用によって行われる。充填される試料の体積は、先端がリザーバに浸漬される時間の長さ、充填管路およびチャンバのサイズ、および管路にかけられる力に依存する。充填管路20および試料チャンバ21の内部体積は、先端に充填できる試料の最大体積を定める。当業者には、取込みポート20をいくつかの異なる位置に形成できることが容易に認識されると考えられる。   By immersing the filling nozzle 22 in the liquid sample, the liquid sample is easily, flexibly and rapidly filled at the tip of the pin. The liquid sample passes through the filling line 20 and is fed into the connected sample chamber 21. According to an exemplary embodiment, the fill line 20 is sized and dimensioned such that a liquid sample is automatically drawn through the fill line 20 into the sample chamber 21 by capillary forces. According to another aspect, the filling is performed by a pumping action by the actuator 24. The volume of sample to be filled depends on the length of time that the tip is immersed in the reservoir, the size of the filling line and chamber, and the force applied to the line. The internal volume of the filling line 20 and the sample chamber 21 determines the maximum volume of the sample that can be filled at the tip. Those skilled in the art will readily recognize that the intake port 20 can be formed in a number of different locations.

液滴供給システム10は、液滴を供給し、高速にかつ効率的に試料操作システムに排出するかまたは押し出すことができる。先端に液体試料が満たされた後、液滴供給システム10は、必要に応じて、アクチュエータ24を作動させることによって、試料液体の液滴を形成し試料チャンバ21から供給する。例示的な態様によれば、アクチュエータ24は、試料チャンバ21の側壁の、吐出ノズル23のすぐ隣に取り付けられた圧電膜を含んでいる。ホルダ電子機器内の制御回路は、電気コネクタ16を通して印加されアクチュエータ24を導通させる液滴吐出信号を生成する。圧電膜に電圧が印加されると、圧電膜がたわむ。圧電膜がたわむと、試料チャンバ21に対する力が生成され、それによって液滴が生成され、吐出ノズル23から吐出ポート25を通して吐出される。当業者には、アクチュエータ24が圧電アクチュエータに限らず、インク・ジェット印刷システムに用いられる様々なアクチュエータのような、ノズルから液滴を吐出させる任意の適切なアクチュエータを利用できることが認識されると考えられる。たとえば、アクチュエータは、電気機械アクチュエータ、磁気アクチュエータ、熱電アクチュエータ、または液滴を形成して吐出ノズルから吐出させる任意の適切なアクチュエータを含んでよい。   The droplet supply system 10 can supply droplets and expel or extrude them to the sample handling system quickly and efficiently. After the tip is filled with the liquid sample, the droplet supply system 10 forms a droplet of the sample liquid and supplies it from the sample chamber 21 by actuating the actuator 24 as necessary. According to an exemplary embodiment, the actuator 24 includes a piezoelectric film attached to the side wall of the sample chamber 21 immediately adjacent to the discharge nozzle 23. A control circuit in the holder electronics generates a droplet ejection signal that is applied through the electrical connector 16 and causes the actuator 24 to conduct. When a voltage is applied to the piezoelectric film, the piezoelectric film bends. When the piezoelectric film bends, a force is generated on the sample chamber 21, thereby generating a droplet, which is discharged from the discharge nozzle 23 through the discharge port 25. Those skilled in the art will recognize that the actuator 24 is not limited to a piezoelectric actuator, but can use any suitable actuator that ejects droplets from a nozzle, such as various actuators used in ink-jet printing systems. It is done. For example, the actuator may include an electromechanical actuator, a magnetic actuator, a thermoelectric actuator, or any suitable actuator that forms a droplet and ejects it from a dispensing nozzle.

例示的な態様によれば、ノズル出口25のサイズおよび形状を含む、吐出ノズル23および試料チャンバ21の形状は、形成される液滴のサイズおよび速度を決定する。充填管路20と試料チャンバ21の組合せ体積は、完全に充填されるたびに供給システムに格納される液体試料の量を決定する。例示的な態様によれば、充填管路20および試料チャンバ21の内部体積は、約1ナノリットルから約10ナノリットルの間である。当業者には、取込みポートを含む充填管路、および試料チャンバが図示の構成に限らず、本発明の範囲から逸脱せずに変更および変形が可能であることが認識されると考えられる   According to an exemplary embodiment, the shape of the discharge nozzle 23 and the sample chamber 21, including the size and shape of the nozzle outlet 25, determines the size and velocity of the droplets that are formed. The combined volume of the filling line 20 and the sample chamber 21 determines the amount of liquid sample that is stored in the supply system each time it is completely filled. According to an exemplary embodiment, the internal volume of the filling line 20 and the sample chamber 21 is between about 1 nanoliter and about 10 nanoliters. Those skilled in the art will recognize that the fill line, including the intake port, and the sample chamber are not limited to the configuration shown, but can be modified and modified without departing from the scope of the present invention.

試料チャンバ21の端部に形成された先細りの液滴吐出ノズル23は、液滴が衝撃によって供給ピン11の先端13から押し出されるように、試料チャンバからの液体の流れを加速し、その方向を定めるように構成されている。吐出ノズル23および吐出ポートは、液体が、一般に毛管力によって保持され、アクチュエータ24を適切に作動させることによって必要な場合にのみ押し出されるようなサイズおよび寸法を有している。例示的な態様によれば、吐出ノズル吐出ポート25は、約30μmから約50μmの間の直径を有し、その結果、直径が約45μmで、体積が約35ピコリットルの液滴が得られる。当業者には、これらの寸法の変更が本発明の範囲内であり、体積および寸法を特定の用途に適合するように変更できることが認識されると考えられる。試料チャンバ21および充填チャンバ20は、特定の用途に応じて、任意の選択されたサイズの液滴を、充填1回当たり10個から10,000個生成するようなサイズおよび寸法を有することができる。   The tapered droplet discharge nozzle 23 formed at the end of the sample chamber 21 accelerates the flow of liquid from the sample chamber so that the droplet is pushed out from the tip 13 of the supply pin 11 by impact, and the direction thereof It is configured to determine. The discharge nozzle 23 and the discharge port are sized and dimensioned so that the liquid is generally held by capillary forces and is pushed out only when needed by proper actuation of the actuator 24. According to an exemplary embodiment, the discharge nozzle discharge port 25 has a diameter between about 30 μm and about 50 μm, resulting in a droplet having a diameter of about 45 μm and a volume of about 35 picoliters. Those skilled in the art will recognize that these dimensional changes are within the scope of the present invention and that the volume and dimensions can be changed to suit a particular application. The sample chamber 21 and the filling chamber 20 can be sized and dimensioned to produce 10 to 10,000 droplets of any selected size per fill depending on the particular application.

例示的な態様によれば、液滴吐出ノズル23と取込みポート22は、供給された液体試料を充填し、液体試料を液滴の形で供給する、供給ピン先端13を通る連続的な流路を形成するように、供給先端13上に一緒に製造される。取込みポート22と吐出ノズル23は、先端上に別々に位置しており、したがって、取込みポート22を、それと同時に吐出ノズル23を浸漬する必要なしに試料リザーバに浸漬することができる。図示のように、ノズル22とノズル23はどちらも、供給ピンの先端に形成されているが、充填ノズル22は、吐出ノズル23を越えて所定の距離だけ延びている。このように、吐出ノズルを浸漬する必要も、場合によって汚染する必要もなしに、充填ノズルのみを浸漬することによって所定量の液体試料を先端13に充填することができる。   According to an exemplary embodiment, the droplet discharge nozzle 23 and the intake port 22 are continuous channels through the supply pin tip 13 that fill the supplied liquid sample and supply the liquid sample in the form of droplets. Are manufactured together on the feed tip 13 to form The intake port 22 and the discharge nozzle 23 are located separately on the tip, so the intake port 22 can be immersed in the sample reservoir without the need to immerse the discharge nozzle 23 at the same time. As shown, both the nozzle 22 and the nozzle 23 are formed at the tip of the supply pin, but the filling nozzle 22 extends beyond the discharge nozzle 23 by a predetermined distance. In this way, the tip 13 can be filled with a predetermined amount of the liquid sample by immersing only the filling nozzle, without the need to immerse the discharge nozzle or possibly cause contamination.

図4は、線A-Aに沿った図3のピン先端13の断面図である。図示のように、先端13はシリコン基板30を含んでいる。例示的な態様によれば、液滴供給システムは、標準的なフォトリソグラフィ・プロセスを用いてシリコン・ウェハから製造される。当業者には、他の材料および製造技術を利用できることが認識されれると考えられる。たとえば、ピン供給システムは、ガラス、プラスチック、または他の任意の適切な材料で作ることができる。   4 is a cross-sectional view of the pin tip 13 of FIG. 3 taken along line AA. As shown, the tip 13 includes a silicon substrate 30. According to an exemplary aspect, the droplet supply system is manufactured from a silicon wafer using a standard photolithography process. Those skilled in the art will recognize that other materials and manufacturing techniques can be utilized. For example, the pin supply system can be made of glass, plastic, or any other suitable material.

例示的な態様の液滴供給システムを形成するには、シリコン基板30を設ける。基板をエッチングして充填管路20、試料チャンバ21、および吐出ノズル23を形成する。充填管路20および試料チャンバ21を形成した後シリコンの頂部層31を基板に結合し、エッチングされた管路およびチャンバを被覆し密封する。アクチュエータ24によって生じた力が試料チャンバ21に移され、液滴を形成し衝撃によって吐出ノズルから押し出すように、頂部層31の外側表面の、試料チャンバ21に隣接した吐出ノズル23に近い位置にアクチュエータ24を配置する。前述のように、アクチュエータ24を制御回路に接続して液滴吐出信号をアクチュエータ24に送信できるようにする電気コネクタを設ける。当業者には、フォトリソグラフィを含む任意の従来の微細製造技術など、様々な異なる方法で先端を製造し構成できることが容易に認識されれると考えられる。   To form the exemplary embodiment droplet supply system, a silicon substrate 30 is provided. The substrate is etched to form the filling line 20, the sample chamber 21, and the discharge nozzle. After forming the fill line 20 and the sample chamber 21, the silicon top layer 31 is bonded to the substrate, covering and sealing the etched line and chamber. The force generated by the actuator 24 is transferred to the sample chamber 21 to form a droplet and push it out of the discharge nozzle by impact, on the outer surface of the top layer 31 close to the discharge nozzle 23 adjacent to the sample chamber 21 Place 24. As described above, an electrical connector is provided that connects the actuator 24 to a control circuit so that a droplet ejection signal can be transmitted to the actuator 24. One skilled in the art will readily recognize that the tip can be manufactured and configured in a variety of different ways, such as any conventional microfabrication technique including photolithography.

液滴供給システム10は、液体試料を与える必要のある様々な用途に利用することができる。試料が供給先端13に充填された後、供給ピン11が試料操作システムの流体界面ポートに接近させられる。例示的な態様の液滴供給システムを利用して液体試料の液滴を形成し、液滴を微量流体システムに導入することができる。たとえば、内容が参照として本明細書に組み入れられる「マイクロスケール仮想壁を形成しこの壁を微量流体用途に用いる方法（Methods For Forming A Microscale Virtual Wall And Use Of Said Wall In Microfluidic Applications）」という名称の米国特許仮出願第60/299,215号に記載されているように、液滴供給システム10を利用して、仮想壁界面ポートを有するマイクロチップに液滴を供給することができる。簡単に言えば、米国特許仮出願第60/299,515号は、微小管路の側壁に仮想壁を形成するようなサイズおよび寸法を持つ開口を含む流体界面ポートを有する微量流体システムを記載している。例示的な態様の液滴供給システムを利用して液滴を形成し仮想壁の方へ押し出して微小管路の内側に液体試料を導入することができる。または、液滴供給システム10を利用して、ウェルのような、微量流体システム内の試料リザーバに液体試料を導入することができる。他の用途によれば、米国特許第6,101,946号に記載されたような、印刷基板上に生化学物質のアレイを印刷するスポッティング用途に液滴供給システムを利用することができる。   The droplet supply system 10 can be utilized in a variety of applications where a liquid sample needs to be provided. After the sample is filled into the supply tip 13, the supply pin 11 is brought close to the fluid interface port of the sample handling system. An exemplary embodiment of a droplet supply system can be utilized to form a droplet of a liquid sample and introduce the droplet into a microfluidic system. For example, named “Methods For Forming A Microscale Virtual Wall And Use Of Said Wall In Microfluidic Applications”, the contents of which are incorporated herein by reference. As described in US Provisional Application No. 60 / 299,215, droplet supply system 10 can be used to supply droplets to a microchip having a virtual wall interface port. Briefly, U.S. Provisional Application No. 60 / 299,515 describes a microfluidic system having a fluid interface port that includes an opening that is sized and dimensioned to form a virtual wall on the side wall of a microtubule. . An exemplary embodiment of a droplet supply system can be used to form a droplet and push it toward a virtual wall to introduce a liquid sample inside the microchannel. Alternatively, the droplet supply system 10 can be utilized to introduce a liquid sample into a sample reservoir in a microfluidic system, such as a well. According to other applications, the droplet delivery system can be utilized for spotting applications such as those described in US Pat. No. 6,101,946 for printing an array of biochemicals on a printed substrate.

図5は、本発明の他の態様による液滴供給システム40の詳細分解図であり、この場合、2本の相互作用ピンの先端に充填・液滴作動機構が形成されている。図示のように、液滴供給機構は、2本の別々に移動可能なピン、すなわち、第1のピン41および供給ピン42を用いて形成されている。ピン41および42は、充填管路43および充填ノズル44を各ピンの先端間に形成するように互いに対して位置している。供給ピン42の先端は、充填管路43と流体連通する試料チャンバ45を含んでおり、かつピン42の先端に形成された液滴吐出ノズル46と、液滴吐出ノズル46内の吐出ポート48を通してピン42の先端から吐出される液体試料の液滴を形成するアクチュエータ47とをさらに含んでいる。ピン41および42間の離隔距離Dは、充填時に獲得される試料の量を増減するように変えることができる。たとえば、充填1回当たり試料体積を増やしたい場合、離隔距離が広げられ、それによって充填管路43の体積が増し、より多くの液体試料を格納し、その後供給することが可能になる。   FIG. 5 is a detailed exploded view of a droplet supply system 40 according to another embodiment of the present invention, in which a filling / droplet actuation mechanism is formed at the tip of two interaction pins. As shown, the droplet supply mechanism is formed using two separately movable pins, that is, a first pin 41 and a supply pin 42. The pins 41 and 42 are positioned relative to each other so as to form a filling line 43 and a filling nozzle 44 between the tips of each pin. The tip of the supply pin 42 includes a sample chamber 45 that is in fluid communication with the filling line 43 and through a droplet discharge nozzle 46 formed at the tip of the pin 42 and a discharge port 48 in the droplet discharge nozzle 46. And an actuator 47 that forms a droplet of a liquid sample discharged from the tip of the pin 42. The separation distance D between the pins 41 and 42 can be varied to increase or decrease the amount of sample obtained during filling. For example, if it is desired to increase the sample volume per fill, the separation distance is increased, thereby increasing the volume of the fill line 43, allowing more liquid sample to be stored and then delivered.

例示的な態様の液滴供給システム40は、試料操作システムに液体試料を導入するプロセスを著しく改善する。例示的な構成は、充填管路と試料チャンバとの間のデッドボリュームを制限して、試料をより効率的に利用し、試料の廃棄物を少なくする。アクチュエータを吐出ノズルの近くに配置すると、小さな液滴が形成され、それによって試料供給プロセスの制御性および効率が向上する。流路の素通り（flow-through）構成によって、試料が無駄になることはなく、先端内の充填された液体試料全体が利用される。   The exemplary embodiment droplet supply system 40 significantly improves the process of introducing a liquid sample into the sample handling system. The exemplary configuration limits the dead volume between the fill line and the sample chamber to more efficiently utilize the sample and reduce sample waste. Placing the actuator close to the discharge nozzle forms small droplets, thereby improving the controllability and efficiency of the sample supply process. The flow-through configuration of the flow path ensures that the sample is not wasted and the entire filled liquid sample in the tip is utilized.

例示的な態様は、供給される試料の量をデジタルに調節できるようにすることによって液滴の形成を制御する能力を著しく改善する。液滴供給システムは、所定の、厳密に調節される体積を有する液滴を必要に応じて形成し吐出する。供給される試料の体積は、供給される液滴の数を変化させることによって容易に修正される。たとえば、試料の体積を増やす必要がある場合、アクチュエータをより頻繁に作動させてより多くの液滴を生成する。さらに、液体試料の液滴を必要に応じて生成できるので、資源を効率的に利用することができる。   The exemplary embodiment significantly improves the ability to control droplet formation by allowing the amount of sample delivered to be adjusted digitally. The droplet supply system forms and discharges droplets having a predetermined and strictly regulated volume as needed. The volume of sample supplied is easily modified by changing the number of drops supplied. For example, if the sample volume needs to be increased, the actuator is actuated more frequently to produce more drops. Furthermore, since liquid sample droplets can be generated as needed, resources can be used efficiently.

液滴供給システムは、試料ディスペンサと基板または流体界面ポートを直接接触させる必要なしに液体試料を供給するのも可能にする。液滴供給システムは、液滴を厳密に形成し、押し出し、その方向を定める。液滴供給システムはさらに、複雑な機構や機械を必要とせずに、調節された体積の液体試料を高速に、容易に、かつ効率的に充填し吐出できるようにする。   The droplet supply system also allows a liquid sample to be supplied without the need for direct contact between the sample dispenser and the substrate or fluid interface port. The droplet supply system precisely forms, extrudes and directs the droplet. The droplet supply system further allows a regulated volume of liquid sample to be filled and discharged quickly, easily and efficiently without the need for complex mechanisms or machines.

本発明の液滴供給システムの他の利点は、使用後のシステムの洗浄に関する。個別の取込みポートおよび吐出ポートを含む、流路のフロースルー構成によって、システムに洗浄液を流し、それによって汚染物質を著しく少なくすることができる。液滴供給システムを洗浄する場合、ピン先端が洗浄液にリザーバに浸漬される。アクチュエータを連続的に作動させて、洗浄液を充填管路および試料チャンバに流し、そこから吐出ノズルに流すことができる。汚染物質を供給ピンの先端から洗い流すことによって、例示的な液滴供給システムは、従来の供給システムに勝る顕著な利点をもらす。さらに、シリコンを用いて内側流路を形成することによって、システムを劣化させずにより強力な洗浄液を利用することができる。   Another advantage of the droplet supply system of the present invention relates to cleaning the system after use. A flow-through configuration of the flow path, including separate intake and discharge ports, allows the cleaning liquid to flow through the system, thereby significantly reducing contaminants. When cleaning the droplet supply system, the pin tip is immersed in the reservoir in the cleaning liquid. The actuator can be operated continuously to allow the cleaning liquid to flow through the filling line and the sample chamber and from there to the discharge nozzle. By flushing contaminants from the tip of the supply pin, the exemplary droplet supply system offers significant advantages over conventional supply systems. Further, by forming the inner flow path using silicon, a stronger cleaning liquid can be used without degrading the system.

本発明について、例示的な態様に関して説明した。本発明の範囲から逸脱せずに上記の構成にある種の変更を加えることができるので、上記の説明に含まれるかまたは添付の図面に示されたすべての事項は例示的なものと解釈され、制限的な意味では解釈されないものとする。   The invention has been described with reference to exemplary embodiments. Since certain changes may be made to the above construction without departing from the scope of the invention, all matter contained in the above description or shown in the accompanying drawings is to be construed as illustrative. Shall not be construed in a limiting sense.

特許請求の範囲が、本明細書に記載された本発明のすべての一般的な特徴および特定の特徴と、言葉の問題として、これらの特徴間に入ると言える本発明の範囲のすべての記述をカバーすることも理解されたい。   The claims are intended to describe all the general and specific features of the invention described herein as well as any description of the scope of the invention that can be said to fall between these features as a matter of language. It should also be understood that it covers.

本発明の開示による液滴供給システムの概略図である。1 is a schematic diagram of a droplet supply system according to the present disclosure; FIG. ホルダに連結された供給ピンのアレイを含む、本発明の開示による液滴供給システムの斜視図である。1 is a perspective view of a droplet supply system according to the present disclosure, including an array of supply pins coupled to a holder. FIG. 図1の液滴供給システムに用いられる供給ピンの先端の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of a tip of a supply pin used in the droplet supply system of FIG. 図3の供給ピンの先端の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the tip of the supply pin of FIG. 充填管路が2つの相互作用ピン構造によって形成される、液滴供給システムの他の態様の分解詳細図である。FIG. 6 is an exploded detail view of another embodiment of a droplet supply system in which a filling line is formed by two interacting pin structures.

Claims (43)

先端を有すると共に、先端に形成され、所定の体積の試料を保持する試料チャンバと、先端に、試料チャンバと流体連通するように形成され、試料チャンバに液体試料を充填する試料充填管路と、試料チャンバと流体連通し、試料チャンバから液体試料の液滴を吐出する液滴吐出ノズルとを有する供給ピンと、
試料チャンバに結合され、作動した場合に液滴を形成するアクチュエータとを含む試料供給システム。 A sample chamber having a tip and formed at the tip and holding a sample of a predetermined volume; a sample filling line formed at the tip and in fluid communication with the sample chamber and filling the sample chamber with a liquid sample; A supply pin in fluid communication with the sample chamber and having a droplet discharge nozzle for discharging liquid sample droplets from the sample chamber;
A sample supply system including an actuator coupled to the sample chamber to form a droplet when activated. 先端が約0.5mmから約5mmの間の直径を有する、請求項1記載の試料供給システム。   The sample delivery system of claim 1, wherein the tip has a diameter between about 0.5 mm and about 5 mm. 先端が約1.0mmの直径を有する、請求項2記載の試料供給システム。   The sample supply system of claim 2, wherein the tip has a diameter of about 1.0 mm. 供給ピンを取り付けるホルダをさらに含む、請求項1記載の試料供給システム。   2. The sample supply system according to claim 1, further comprising a holder for attaching a supply pin. アクチュエータを作動させる制御回路をさらに含む、請求項4記載の試料供給システム。   5. The sample supply system according to claim 4, further comprising a control circuit for operating the actuator. 制御回路とアクチュエータを電気的に接続する電気コネクタをさらに含む、請求項5記載の試料供給システム。   6. The sample supply system according to claim 5, further comprising an electrical connector for electrically connecting the control circuit and the actuator. 供給ピンが、微細製造技術を用いてシリコン・ウェハ上に形成されている、請求項1記載の試料供給システム。   2. The sample supply system according to claim 1, wherein the supply pins are formed on the silicon wafer using a fine manufacturing technique. 充填管路が、吐出ノズルから離して配置されている、請求項1記載の試料供給システム。   2. The sample supply system according to claim 1, wherein the filling line is arranged away from the discharge nozzle. 充填管路が、充填管路に液体試料を導入する充填ノズルを含む、請求項1記載の試料供給システム。   2. The sample supply system according to claim 1, wherein the filling line includes a filling nozzle for introducing a liquid sample into the filling line. 充填ノズルが吐出ノズルを越えて延びており、したがって、先端がリザーバに浸漬されると、吐出ノズルが浸漬されることなく、充填ノズルが、供給された液体に浸漬される、請求項9記載の試料供給システム。   The filling nozzle extends beyond the discharge nozzle, so that when the tip is immersed in the reservoir, the discharge nozzle is not immersed, and the filling nozzle is immersed in the supplied liquid. Sample supply system. 液滴吐出ノズルが、約30μmから約50μmの間の直径を有する吐出ポートを有する、請求項1記載の試料供給システム。   2. The sample supply system of claim 1, wherein the droplet discharge nozzle has a discharge port having a diameter between about 30 μm and about 50 μm. アクチュエータが、試料チャンバの側壁に取り付けられた圧電膜を含む、請求項1記載の試料供給システム。   2. The sample supply system of claim 1, wherein the actuator includes a piezoelectric film attached to a side wall of the sample chamber. アクチュエータが、吐出ノズルから液滴を吐出させる電気機械アセンブリを含む、請求項1記載の試料供給システム。   2. The sample supply system according to claim 1, wherein the actuator includes an electromechanical assembly that discharges droplets from the discharge nozzle. アクチュエータが、吐出ノズルから液滴を吐出させる磁気アセンブリを含む、請求項1記載の試料供給システム。   2. The sample supply system according to claim 1, wherein the actuator includes a magnetic assembly that discharges droplets from the discharge nozzle. アクチュエータが、吐出ノズルから液滴を吐出させる熱電アセンブリを含む、請求項1記載の試料供給システム。   2. The sample supply system according to claim 1, wherein the actuator includes a thermoelectric assembly that discharges droplets from the discharge nozzle. 充填管路と試料チャンバが、約1ナノリットルから約10ナノリットルの間の組合せ体積を有する、請求項1記載の試料供給システム。   The sample delivery system of claim 1, wherein the fill line and the sample chamber have a combined volume between about 1 nanoliter and about 10 nanoliters. 液滴供給システムにおいて、
先端を有する第1のピンと、
先端を有し、第1のピンと第2のピンとの間に試料充填管路を形成するように第1のピンに隣接するように第1のピンから離して配置された供給ピンであって、試料充填管路と流体連通するように配置された試料チャンバと、試料チャンバから液滴を吐出する吐出ノズルと、液滴の形成および吐出ノズルからの吐出をトリガするアクチュエータとを有する供給ピンとを含む液滴供給システム。 In the droplet supply system,
A first pin having a tip;
A supply pin having a tip and disposed away from the first pin so as to be adjacent to the first pin so as to form a sample filling conduit between the first pin and the second pin; A sample chamber disposed in fluid communication with the sample filling line, a discharge nozzle for discharging a droplet from the sample chamber, and a supply pin having an actuator for triggering the formation of the droplet and discharge from the discharge nozzle Droplet supply system. 第1のピンと第2のピンが、試料充填管路のサイズを変化させるように互いに対して移動可能である、請求項17記載の液滴供給システム。   18. The droplet supply system of claim 17, wherein the first pin and the second pin are movable relative to each other to change the size of the sample filling line. 第1のピンの先端および供給ピンの先端が約0.5mmから約5mmの間の直径を有する、請求項17記載の試料供給システム。   The sample supply system of claim 17, wherein the tip of the first pin and the tip of the supply pin have a diameter between about 0.5 mm and about 5 mm. 供給ピンの先端が約1.0mmの直径を有する、請求項19記載の試料供給システム。   20. The sample supply system of claim 19, wherein the tip of the supply pin has a diameter of about 1.0 mm. 第1のピンおよび供給ピンを取り付けるホルダをさらに含む、請求項17記載の試料供給システム。   18. The sample supply system according to claim 17, further comprising a holder for attaching the first pin and the supply pin. ホルダがアクチュエータを作動させる制御回路を含む、請求項21記載の試料供給システム。   22. The sample supply system according to claim 21, wherein the holder includes a control circuit that operates the actuator. 制御回路とアクチュエータを電気的に接続する電気コネクタをさらに含む、請求項22記載の試料供給システム。   23. The sample supply system according to claim 22, further comprising an electrical connector for electrically connecting the control circuit and the actuator. 第1のピンおよび供給ピンがシリコン・ウェハから形成されている、請求項17記載の試料供給システム。   18. The sample supply system of claim 17, wherein the first pin and the supply pin are formed from a silicon wafer. 充填管路が、充填管路に液体試料を導入する充填ノズルを含む、請求項17記載の試料供給システム。   18. The sample supply system according to claim 17, wherein the filling line includes a filling nozzle for introducing a liquid sample into the filling line. 充填ノズルが吐出ノズルを越えて延びており、したがって、第1のピンの先端および供給ピンの先端がリザーバに浸漬されると、供給先端の吐出ノズルが浸漬されることなく、充填ノズルが、供給された液体に浸漬される、請求項25の試料供給システム。   The filling nozzle extends beyond the discharge nozzle, so when the tip of the first pin and the tip of the supply pin are immersed in the reservoir, the supply nozzle is supplied without the discharge nozzle at the supply tip being immersed 26. The sample supply system of claim 25, wherein the sample supply system is immersed in a liquid. 液滴吐出ノズルが、約30μmから約50μmの間の直径を有する吐出ポートを有する、請求項17記載の試料供給システム。   18. The sample supply system of claim 17, wherein the droplet discharge nozzle has a discharge port having a diameter between about 30 μm and about 50 μm. アクチュエータが、試料チャンバの側壁に取り付けられた圧電膜を含む、請求項17記載の試料供給システム。   18. The sample supply system of claim 17, wherein the actuator includes a piezoelectric film attached to the side wall of the sample chamber. アクチュエータが、吐出ノズルから液滴を吐出させる電気機械アセンブリを含む、請求項17記載の試料供給システム。   18. The sample supply system of claim 17, wherein the actuator includes an electromechanical assembly that ejects droplets from the ejection nozzle. アクチュエータが、吐出ノズルから液滴を吐出させる磁気アセンブリを含む、請求項17記載の試料供給システム。   18. The sample supply system according to claim 17, wherein the actuator includes a magnetic assembly that discharges droplets from the discharge nozzle. アクチュエータが、吐出ノズルから液滴を吐出させる熱電アセンブリを含む、請求項17記載の試料供給システム。   18. The sample supply system of claim 17, wherein the actuator includes a thermoelectric assembly that discharges droplets from the discharge nozzle. 充填管路と試料チャンバが、約1ナノリットルから約10ナノリットルの間の組合せ体積を有する、請求項17記載の試料供給システム。   18. The sample delivery system of claim 17, wherein the filling line and the sample chamber have a combined volume between about 1 nanoliter and about 10 nanoliters. 液体試料の液滴を形成し供給する方法であって、
所定の体積の液体試料を先端に満たす充填管路と、所定の体積の液体試料を保持する試料チャンバと、吐出ノズルと、前記体積の液体試料から液滴を形成するアクチュエータとを形成する先端を有するピンを含む液滴供給システムを設ける段階と、
アクチュエータを作動させて試料吐出ノズルにおいて液体試料の液滴を生成する段階とを含む方法。 A method for forming and supplying droplets of a liquid sample, comprising:
A tip that forms a filling line that fills the tip with a predetermined volume of liquid sample, a sample chamber that holds the predetermined volume of liquid sample, a discharge nozzle, and an actuator that forms droplets from the volume of liquid sample. Providing a droplet supply system including a pin having;
Actuating an actuator to generate a droplet of a liquid sample at a sample discharge nozzle. アクチュエータを作動させる段階の前に先端に液体試料を満たす段階をさらに含む、請求項33記載の方法。   34. The method of claim 33, further comprising filling the tip with a liquid sample prior to actuating the actuator. 先端を充填する段階が、供給された液体試料を含むリザーバに先端を浸漬する段階を含む、請求項34記載の方法。   35. The method of claim 34, wherein filling the tip comprises immersing the tip in a reservoir containing a supplied liquid sample. 浸漬段階が、吐出ノズルを浸漬せずに充填管路の取込みポートを浸漬する段階を含む、請求項35記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the immersing step includes immersing the intake port of the filling line without immersing the discharge nozzle. 充填段階が、アクチュエータを作動させて充填管路に液体試料を汲み入れる段階を含む、請求項35記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein the filling step comprises actuating an actuator to pump a liquid sample into the filling line. アクチュエータを作動させる段階が、液滴吐出信号を制御回路からアクチュエータに送信する段階を含む、請求項33記載の方法。   34. The method of claim 33, wherein actuating the actuator comprises transmitting a droplet ejection signal from the control circuit to the actuator. 液体試料の液滴を流体界面ポートに送る段階をさらに含む、請求項33記載の方法。   34. The method of claim 33, further comprising sending a droplet of a liquid sample to the fluid interface port. 液滴を排出するシステムに用いられるピンであって、
先端と、
先端に形成され、所定の体積の試料を保持する試料チャンバと、
先端に、試料チャンバと流体連通するように形成され、試料チャンバに液体試料を充填する試料充填管路と、
試料チャンバと流体連通し、試料チャンバから液体試料の液滴を吐出する液滴吐出ノズルとを含むピン。 A pin used in a system for discharging droplets,
The tip,
A sample chamber formed at the tip and holding a sample of a predetermined volume;
A sample filling line formed at the tip so as to be in fluid communication with the sample chamber and filling the sample chamber with a liquid sample;
A pin in fluid communication with the sample chamber and including a droplet discharge nozzle for discharging a droplet of a liquid sample from the sample chamber; 試料チャンバに結合され、作動した場合に液滴を形成するアクチュエータをさらに含む、請求項40記載のピン。   41. The pin of claim 40, further comprising an actuator coupled to the sample chamber and forming a droplet when actuated. ホルダと、
ホルダに連結され、各供給ピンが、先端を有すると共に、先端に形成され、所定の体積の試料を保持する試料チャンバと、先端に、試料チャンバと流体連通するように形成され、試料チャンバに液体試料を充填する試料充填管路と、試料チャンバと流体連通し、試料チャンバから液体試料の液滴を吐出する液滴吐出ノズルとを有する供給ピンのアレイと、
1つまたは複数の供給ピンの試料チャンバに結合され、作動した場合に1つまたは複数の液滴を形成するアクチュエータとを含む液体試料供給システム。 A holder,
Each supply pin connected to the holder has a tip and a tip chamber formed at the tip and holding a sample of a predetermined volume. The tip is formed in fluid communication with the sample chamber. An array of supply pins having a sample filling line for filling the sample, a droplet ejection nozzle in fluid communication with the sample chamber and ejecting a droplet of the liquid sample from the sample chamber;
A liquid sample supply system including an actuator coupled to a sample chamber of one or more supply pins and forming one or more droplets when activated. 微細化試料供給システムにおいて、
シリコン・ウェハ上に微細化供給ピンであって、先端を有すると共に、先端に形成され、所定の体積の試料を保持する試料チャンバと、先端に、試料チャンバと流体連通するように形成され、試料チャンバに液体試料を充填する試料充填管路と、試料チャンバと流体連通し、試料チャンバから液体試料の液滴を吐出する液滴吐出ノズルとを有する供給ピンと、
試料チャンバに結合され、作動した場合に液滴を形成するアクチュエータとを含む微細化試料供給システム。 In the miniaturized sample supply system,
A miniaturized supply pin on a silicon wafer, having a tip, formed at the tip and holding a sample of a predetermined volume, and formed at the tip in fluid communication with the sample chamber. A supply pin having a sample filling line for filling the chamber with a liquid sample, a droplet discharge nozzle in fluid communication with the sample chamber and discharging a droplet of the liquid sample from the sample chamber;
A miniaturized sample supply system including an actuator coupled to the sample chamber and forming a droplet when activated.
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