线性阵列压电喷头的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种线性阵列压电喷头，用于制备多样点生物芯片。
【背景技术】
[0002] 生物芯片技术是目前医学、生物领域前端产品，主要以生物样品微阵列的形式存 在。通过采用生物芯片点样仪（或亦可称作"点样装置"）将生物样品如DNA，RNA，蛋白质 及其他生物成分以高密度和高精度的方式按矩阵点形式固定在硅片、玻璃片或陶片等固相 密质载体上，形成生物微阵列。
[0003] 现有点样设备多采用压电喷头进行喷印样品静态制备生物芯片。压电喷头上具有 单一喷嘴，喷印效率较低。由于压电喷头单个喷嘴喷射出的液滴容积较小（PL级），而生物 芯片上样点的容积较大（nL级），因此一般采用的方式是静止喷样，即对准样点的相应喷嘴 静止、喷样数次、完成该批样点的制备。制备完毕后，喷头再移至下一批样点处，由喷嘴喷样 数次制备。该种方式严重制约了生物芯片的点样效率。
【发明内容】
[0004] 本实用新型之一是提供线阵喷头以改善点样效率，提高生物芯片的加工效率。
[0005] 为实现本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：
[0006] 一种线性阵列压电喷头，包括：
[0007] 压电喷嘴阵列，多个压电晶体，位移传感器和控制器，
[0008] 其中：
[0009] 压电喷嘴阵列中的每个喷嘴设置一个压电晶体；
[0010] 压电晶体控制压电喷嘴喷射液体；
[0011] 位移传感器用于检测线性阵列压电喷头的移动距离，将移动距离信号传送给控制 器；
[0012] 控制器控制压电晶体变形从而使得压电喷嘴喷射液体。
[0013] 如上所述的线性阵列压电喷头，其特征在于：
[0014] 该喷头用于进行生物芯片点样；
[0015] 其中生物芯片上最小单位为微阵列，生物芯片样点的间距为N，微阵列的长为1， 宽为w，1和w均是样点间距N的整数倍；
[0016] 为满足多喷头同时点样，则生物芯片样点的间距N分别为压电喷嘴阵列行间距D、 列间距d的整数倍Rp R2;
[0017] 所述压电喷嘴阵列行间距D为：
[0018] D = N/Ri
[0019] 所述压电喷嘴阵列列间距d为：
[0020] d = N/R2。
[0021] 如上所述的线性阵列压电喷头，其特征在于：
[0022] 所述喷头的喷嘴口直径d_s单位为um、数量较多，喷射出的液滴容积在pL范围内， 远小于样点容积nL级大小；可实现生物芯片样点的动态制备。
[0023] 如上所述的线性阵列压电喷头，其特征在于：
[0024] 所述线阵压电喷头的有效打印宽度为k = (n-l)x(d+die)+die，其中η为单行喷 嘴数，为喷嘴直径，k的大小存在以下要求：
[0025] k > No
[0026] 由于所制备的线性阵列压电喷头的有效打印宽度内同时覆盖生物芯片多个样点， 实现多样点同时喷印，提高生物芯片的制备速度。因喷头中每个喷嘴由各自压电晶体独立 控制，实现多样点同时喷印，提高生物芯片的制备速度。通过横向移动线阵喷头实现对生物 芯片的多样点动态同时点样；避免传统点样中喷嘴在样点位置静止、喷射多次的达到需要 的样品量；在横向移动过程中，连续或间隔多个喷嘴依次对多样点动态喷样，替代传统点样 时同一喷嘴对同一样点喷样，避免因喷嘴孔径不一带来的喷射液滴容积偏差累积，提高生 物芯片样点的一致性。
【附图说明】
[0027] 图1生物芯片基质示意图
[0028] 图2线性阵列压电喷头喷嘴阵列示意图
[0029] 图3线性阵列压电喷头结构示意图
[0030] 图4线性阵列压电喷头动态喷印方式示意图
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图详细描述本实用新型，本领域技术人员应当理解，下面描述的实施 例仅是对本实用新型的示例性说明，而非用于对其作出任何限制。
[0032] 在每一张生物芯片基质上存在多个生物芯片以阵列（A行B列）形式有序排列而 成；其中每个芯片又是由多个微阵列以阵列（a行b列）有序排列而成，如图1所示。
[0033] 线性阵列压电喷头包括一组压电喷嘴，喷嘴以阵列（p行q列）形式有序排列而 成，如图2所示；为方便说明，采用线阵组合喷头形式，以单行为例，而非用于对其作出任何 限制。
[0034] 一个样点所需容积为Vim ;单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V 。因此，在 单个样点处需要一个喷嘴喷射的次数r :
[0035] r = V样点/V喷点（如不能整除则四舍五入）
[0036] 单个喷头中喷嘴的列间距为d ;生物芯片样点间距为N。相邻芯片样点间的喷嘴数 k (不包括第一个喷嘴）：
[0037] k = N/d
[0038] 启动点样装置，在预点样确认喷头各个喷嘴喷射情况良好，无堵塞后，将喷头移动 至起始位置，完成定位后，进行喷射；由于压电喷头中每一个喷嘴均是由相应的压电原件独 立控制，因此满足线阵喷嘴的按需喷射液滴达到制备要求。控制器发出相应的脉冲电压信 号控制喷头将液体喷射出。
[0039] 如图3所示，线性阵列压电喷头包括：压电喷嘴阵列2,多个压电晶体1，位移传感 器4和控制器3,其中压电喷嘴阵列2中的每个喷嘴设置一个压电晶体I ;压电晶体1控制 喷嘴2喷射液体；位移传感器4用于检测线性阵列压电喷头的移动距离，将移动距离信号传 送给控制器3 ;控制器3控制压电晶体1变形从而使得喷嘴2喷射液体。
[0040] 进一步的，其中生物芯片上最小单位为微阵列，生物芯片样点的间距为N，微阵列 的长为1，宽为《，均是样点间距N的整数倍；
[0041] 为满足多喷头同时点样，则生物芯片样点的间距N分别为压电喷嘴阵列行间距D、 列间距d的整数倍R^R 2。
[0042] 所述压电喷嘴阵列行间距D为：
[0043] D = N/Ri
[0044] 所述压电喷嘴阵列列间距d为：
[0045] d = N/R2
[0046] 采用这样的设置能够保证相邻喷头之间的距离是样点距离的整数倍，实现多个喷 头在点样过程中能够对准相应样点进行同时点样，提升点样效率。
[0047] 进一步的，采用的压电喷头喷嘴直径较小（单位um)，数量较多，喷射出的液滴容 积在PL范围内，远小于样点容积（nL级）大小；其优点可满足生物芯片样点的动态制备，相 比传统点样方式，大幅度提高点样效率。
[0048] 具体喷印过程如图4,以单行为例。喷头中的第1号喷嘴对准该行样点中的第1 个样点，第2个样点对准该行样点中的第k+Ι号喷嘴（两样点间k个喷嘴），以此类推，第 (Q-I) X k+Ι号喷嘴对准该行样点中的第Q个样点，随后完成第一次喷印；
[0049] 在完成第一次液滴喷射，生物样点远未达到需求尺寸。控制器控制压电喷头沿 导轨作横向运动，移动喷嘴间距d，使得下一批喷嘴：第2号、第k+2号、第2k+2号…第 (Q-I) X k+2号再次分别对准第1个、第2个…第Q个样点。通过位移传感器检测喷头移动 距离，当达到间距d后，将反馈信号传送给控制器。继而控制器发出脉冲信号控制相应喷嘴 进行第二次喷射，在完成第二次喷射之后，重复上述动作。直至第r号、第k+r号、第2k+r 号…第（Q-I) Xk+r号完成对准相应样点的第r次喷射，此时Q个样点制备完成。
[0050] 重复上述动作，直至生物芯片基质上该行所有样点点样完毕，然后该喷头移至下 一行的待点样处进行喷射。如此重复，直至生物芯片上的所有样点全部点样完成，将已完成 的生物芯片基质取下，换另一张生物芯片基质吸附在工作平台上，为下一轮的点样做好准 备。同时多喷头组合阵列准备开始下一轮的清洗、取样、吸干和点样动作。
[0051] 其中采用线阵喷头的形式对生物芯片上的多个样点同时点样，则所需的喷嘴数 η ：
[0052] η 多 k · (m_l)+r
[0053] 其中m为同时点样的样点个数。
[0054] 另外，因喷头上各个喷嘴孔径大小不一造成喷射出液滴容积差，采用纵向移动喷 头进行喷印点样的方式，不同连续η个喷嘴或每两个喷嘴之间间隔Ii i个喷嘴的共计η个喷 嘴对同一样点依次喷射，所制备的样点容积LiS :
【主权项】
1. 一种线性阵列压电喷头，包括： 压电喷嘴阵列，多个压电晶体，位移传感器和控制器， 其中： 压电喷嘴阵列中的每个喷嘴设置一个压电晶体； 压电晶体控制压电喷嘴喷射液体； 位移传感器用于检测线性阵列压电喷头的移动距离，将移动距离信号传送给控制器； 控制器控制压电晶体变形从而使得压电喷嘴喷射液体。
2. 如权利要求1所述的线性阵列压电喷头，其特征在于： 该喷头用于进行生物芯片点样； 其中生物芯片上最小单位为微阵列，生物芯片样点的间距为N，微阵列的长为1，宽为 w，1和w均是样点间距N的整数倍； 为满足多喷头同时点样，则生物芯片样点的间距N分别为压电喷嘴阵列行间距D、列间 距d的整数倍R2; 所述压电喷嘴阵列行间距D为： D = NZR1 所述压电喷嘴阵列列间距d为： d = N/R2〇
3. 如权利要求1或2所述的线性阵列压电喷头，其特征在于： 所述喷头的喷嘴口直径单位为um，喷射出的液滴容积在pL范围内，远小于样点容 积nL级大小；可实现生物芯片样点的动态制备。
4. 如权利要求2所述的线性阵列压电喷头，其特征在于： 所述线性阵列压电喷头的有效打印宽度为k = (n-1) X (d+dm5 ) +dm5，其中n为单行喷 嘴数，为喷嘴直径，k的大小存在以下要求： k > N0
【专利摘要】一种线性阵列压电喷头，包括：压电喷嘴阵列，多个压电晶体，位移传感器和控制器，其中：压电喷嘴阵列中的每个喷嘴设置一个压电晶体；压电晶体控制喷嘴喷射液体；位移传感器用于检测线性阵列压电喷头的移动距离，将移动距离信号传送给控制器；控制器控制压电晶体变形从而使得喷嘴喷射液体。
【IPC分类】B41J2-045, B41J2-14
【公开号】CN204506137
【申请号】CN201520073422
【发明人】蔡锦达, 刘劲阳, 姚尚金, 邹亿, 许智, 郭振云, 张治亚, 杨宝山
【申请人】上海理工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年2月2日