基于喷墨打印技术的压电式点样装置的制作方法

本实用新型涉及微量点样装置领域。更具体地说，本实用新型涉及一种基于喷墨打印技术的压电式点样装置。

背景技术：

微量、自动化、高通量并行检测是生物医学检测技术的发展趋势之一，微阵列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。该技术已应用于基因、蛋白质、多肽等其它生物成分以极小的液滴形态固定于基片(玻璃片、硅片、或硝酸纤维等材料)上形成微阵列，实现高通量平行研究分析。

点样仪是制备微阵列芯片的专用设备，它将液体试剂离散为微小的液滴并列化排布于基片上。目前，点样方式分为接触式和非接触式两大类。接触式点样方式的点样针尖端的液体与芯片基地直接接触，通过毛细作用形成阵列点。这样的点样方式，试剂是开放的，易于更换，缺点是液滴的大小不够均匀；点样针头单次可承载的试剂量很少，点样时需要不断重复取样，效率极低；定量分析准确性及重复性较差，且因存在交叉污染而不能重复点样。现有的非接触式点样方式主要有两种方式：一种是借助注射泵和电磁阀的原理，先将样品从点样头吸进管道内或者整个系统液罐内充满液体样品，喷点时靠注射泵推，同时微小电磁阀打开，将设定的点样体积在瞬间从喷头喷出，形成所需要的阵列。但该方式的点样直径偏大，操作较为复杂。另一种是基于压电喷墨的点样原理，在点样的过程中给压电材料固定频率的脉冲电压，通过压电陶瓷的形变挤压毛细管壁，从而将腔体内的样品瞬间从针尖挤压出去，形成微小液滴。通常压电式的点样程序是将样品通过管路贯通到到整个点样头腔内，即使最后喷射的液滴量很小，但还是需要一定量的试剂，而且由于压电驱动元件和点样针集成在一起，当点样针发生堵塞等问题时不易清洗。因此，开发定量准确、重复性好、试剂用量少及易控制产生不同层级的大小液滴的点样仪，对于深入开展生命科学领域的研究具有重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是提供一种基于喷墨打印技术的压电式点样装置，以克服现有的接触式和非接触式点样头的不足，解决打印过程中样品试剂的浪费，不易清洗以及实现点样容量的定量和精确控制。

为了实现根据本实用新型的目的和其它优点，提供了一种基于喷墨打印技术的压电式点样装置，包括：

喷墨头，其用于控制产生稳定的大小液滴；

微注射泵，其经连接管件与所述喷墨头连接，用于控制所述喷墨头吸取样品和吸推清洗液。

优选的是，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述喷墨头包括，至少一个喷墨头主体，其由硅片、ITO玻璃和压电陶瓷组成，其中，所述硅片的一侧面通过刻蚀形成腔体通道，并以所述ITO玻璃的内侧面封盖，以使所述硅片与所述ITO玻璃组合形成腔体，所述压电陶瓷置于所述ITO玻璃的外侧面；驱动电压引线，其通过卡扣与所述压电陶瓷贴合；至少一个PEEK接头，其与喷墨头主体一一对应设置，所述PEEK接头设于所述硅片的顶部并与所述腔体连通。

优选的是，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述连接管件包括一密闭容器，所述密闭容器的上端通过管路与所述微注射泵连接，一侧面通过管路与所述喷墨头连接。

优选的是，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，还包括，X-Y-Z移动平台，其用于固定所述喷墨头，并控制其运行方向。

优选的是，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述X-Y-Z移动平台的Z 轴上设有与其滑动连接的L形支架；所述喷墨头主体的顶端套设有固定架，其用于与所述 L形支架的横板连接和固定所述喷墨头主体上的PEEK接头；所述密闭容器与所述L形支架的竖板连接。

优选的是，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述喷墨头主体有4个；所述密闭容器为方形，所述密闭容器的上端设有2个PEEK接头，用于连接与所述微注射泵连接的管路，一侧面设有4个PEEK接头，用于分别与所述喷墨头主体上的PEEK接头通过管路连接。

优选的是，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，还包括，操作平台，其设于所述X-Y-Z移动平台的X轴和Y轴组成的区域内，所述操作平台上设有喷墨头清洗区、样品区以及点样靶板区。

优选的是，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述喷墨头清洗区包括海绵池、乙醇池、水池和废液池。

优选的是，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述样品区设于所述喷墨头清洗区的前方，用于固定样品试剂管；所述点样靶板区设于所述喷墨头清洗区和所述样品区的一侧，所述点样靶板区上设有两个12.6cm×8.5cm×0.6cm的凹槽，用于放置MALDI 靶板。

优选的是，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述喷墨头的喷头端为方孔，其尺寸为0.08mm×0.04mm。

本实用新型的有益效果是：

第一、本实用新型的点样装置在液滴生成中，可以简单通过控制调节驱动电压和脉冲时间就完成对于不同大小的液滴需求，其状态是稳定，可重复性的。

第二、通过改变传统的喷墨头的进样注射方式，使用微注射泵控制需要的样品量从喷墨头的喷头端反吸样品液，极大的减少样品的浪费和死体积的出现，有效的节省样品资源。

第三、喷墨头可组成点样阵列，阵列中每个喷墨头可喷射不同种类的液滴，并可单独或同时工作。

第四、本实用新型的点样装置全自动化，易操作，试剂用量少，可按要求实现微升、纳升和皮升量级的试剂点样。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是根据本实用新型一个实施例的整体结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的喷墨头与L形支架连接示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例的喷墨头主体与固定架连接示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例的多个喷墨头主体与L形支架组合阵列连接示意图；

图5是本实用新型的点样装置实现打印细胞的点样阵列。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-4所示，本实用新型提供一种基于喷墨打印技术的压电式点样装置，包括：

喷墨头1，其用于控制产生稳定的大小液滴；

微注射泵2，其经连接管件与所述喷墨头1连接，用于控制所述喷墨头1吸取样品和吸推清洗液。

在上述技术方案中，微注射泵可为全自动微注射泵或普通微注射泵，通过将微注射泵与喷墨头连接，改变了传统的Inkjet喷墨头进样注射方式，使用微注射泵控制需要的样品量从Inkjet喷墨头反吸样品液，极大的减少样品的浪费和死体积的出现，有效的节省样品资源。Inkjet喷墨头可组成点样阵列，阵列中每个喷墨头可喷射不同种类的液滴，并可单独或同时工作。

在另一技术方案中，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述喷墨头1包括，至少一个喷墨头主体11，其由硅片111、ITO玻璃112和压电陶瓷113组成，其中，所述硅片111的一侧面通过刻蚀形成腔体通道，并以所述ITO玻璃112的内侧面封盖，以使所述硅片111与所述ITO玻璃112组合形成腔体114，所述压电陶瓷113置于所述ITO玻璃 112的外侧面；驱动电压引线12，其通过卡扣13与所述压电陶瓷113贴合；至少一个PEEK 接头14，其与喷墨头主体11一一对应设置，所述PEEK接头14设于所述硅片111的顶部并与所述腔体114连通。这里，硅片与ITO玻璃组合形成的腔体的体积可根据实际需要进行设定；可将多个喷墨头主体的侧面连接排列在一起，组成点样阵列，阵列中，可对任意一个喷墨头主体进行控制，每个喷墨头主体可单独工作或同其它喷墨头主体一同工作；喷射过程中，微注射泵不动，通过驱动电压引线施加驱动电压，压电陶瓷发生形变，使腔体的体积发生改变，当腔体的体积减小时，样品溶液定量的喷射出来，喷射的液滴大小由喷墨头主体结构、尺寸和驱动脉冲决定，喷出的体积最小可达到皮升级，在喷墨头主体结构和尺寸确定的情况下，液滴大小由驱动脉冲幅度来精确控制，即在液滴生成中，可以简单通过控制调节驱动电压和脉冲时间就完成对于不同大小的液滴需求，其状态是稳定，可重复性的。

在另一技术方案中，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述连接管件包括一密闭容器21，所述密闭容器21的上端通过管路与所述微注射泵2连接，一侧面通过管路与所述喷墨头1连接。这里，通过在微注射泵和喷墨头的连接管路中间设计密闭容器，将两者连接，一是，用于通过气体的吸入和推出来控制Inkjet喷墨头提取样品和清洗；二是，便于连接多个阵列设置的喷墨头，实现微注射泵与喷墨头间的多个接头的转换。

在另一技术方案中，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，还包括，X-Y-Z移动平台3，其用于固定所述喷墨头1，并控制其运行方向，以使喷墨头能在三维空间移动，便于操作。

在另一技术方案中，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述X-Y-Z移动平台3的Z轴上设有与其滑动连接的L形支架31；所述喷墨头主体11的顶端套设有固定架 15，其用于与所述L形支架31的横板连接和固定所述喷墨头主体11上的PEEK接头14；所述密闭容器21与所述L形支架31的竖板连接。这里，固定架由塑料制成，优选为PC 材料。

在另一技术方案中，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述喷墨头主体11 有4个；所述密闭容器21为方形，所述密闭容器21的上端设有2个PEEK接头22，用于连接与所述微注射泵2连接的管路，一侧面设有4个PEEK接头23，用于分别与所述喷墨头主体11上的PEEK接头14通过管路连接。

在另一技术方案中，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，还包括，操作平台 4，其设于所述X-Y-Z移动平台3的X轴和Y轴组成的区域内，所述操作平台4上设有喷墨头清洗区41、样品区42以及点样靶板区43。操作平台用于放置待吸取样品、点样靶板和清洗液，并回收废液。

在另一技术方案中，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述喷墨头清洗区 41包括海绵池、乙醇池、水池和废液池。所述海绵池、乙醇池、水池和废液池可为圆形、椭圆形或方形，优选为长方形；所述的海绵池用于干燥喷头主体表面的水分。

在另一技术方案中，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述样品区42设于所述喷墨头清洗区41的前方，用于固定样品试剂管；所述点样靶板区43设于所述喷墨头清洗区41和所述样品区42的一侧，所述点样靶板区43上设有两个12.6cm×8.5cm×0.6 cm的凹槽，用于放置MALDI靶板。

在另一技术方案中，所述的基于喷墨打印技术的压电式点样装置，所述喷墨头1的喷头端为方孔，其尺寸为0.08mm×0.04mm。

实施例1：将本实用新型的基于喷墨打印技术的压电式点样装置用于HepG2细胞的打印

本实例中所用的人肝癌细胞(HepG 2)购置于北京市肿瘤医院，在37℃，5％CO2的细胞培养箱中培养，使用前用胰酶将细胞消解，形成悬浮细胞溶液；打印结果见图5。

具体操作流程如下：样品准备，Inkjet喷墨头清洗,取样,打印液滴，后清洗。详细过程为：

1、样品准备

将处于对数生长期的人肝癌细胞HepG2从培养皿中消化下来，用PBS缓冲溶液调节细胞的浓度为1X10⁵个/mL，作为样品，并将样品放置样品区。

2、Inkjet喷墨通道清洗

在开始使用Inkjet喷墨头时，要对Inkjet喷墨通道(腔体)进行清洗，通过软件控制调节X-Y-Z移动平台，将喷墨头置于喷墨头清洗区，通过全自动微注射泵吸推一定量的乙醇和水冲洗三次，以移除腔体内存在的气泡和杂质，最后将Inkjet喷墨头插入海绵池中干燥表面水分。

3、取样

通过软件控制调节x-y-z移动平台，将喷墨头置于样品区，通过设定全自动微注射泵反推吸取需要的试剂量。

4、打印

通过软件控制调节x-y-z移动平台，将喷墨头置于点样靶板区，通过设定驱动脉冲(驱动电压和脉冲时间)，控制压电陶瓷，将X-Y-Z移动平台与喷墨头相配合，在基底上打印出液滴阵列。

5、后清洗

使用后，对Inkjet喷墨通道进行再次清洗，重复步骤2的过程，确保喷墨通道保持干净。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。