專利名稱：用于在基材上釋放多種物質(zhì)的噴墨設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在基材上釋放多種物質(zhì)的噴墨設(shè)備及方法。 本發(fā)明公開了一種用于在基材上釋放多種物質(zhì)的噴墨設(shè)備及方法。尤
其對于診斷來說，需要有多種基材，以便根據(jù)專門的預(yù)定模式(pattern)以 很精確和準(zhǔn)確的方式在基材上放置多種不同物質(zhì)。通常在基材上要沉積多 種物質(zhì)，以在基材上進行大量生化試驗或反應(yīng)。為了能夠以可靠且可再生 的方式進行這些試驗和反應(yīng)，提供一種具有高精確度的噴墨設(shè)備及打印方 法是很重要的。因此，根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備及方法優(yōu)選地用于基材上各 種物質(zhì)的打印過程，其中就是否能按照預(yù)定模式將一滴物質(zhì)正確地放置在 基材上的問題而言該打印過程必須是極為可靠的。此外，根據(jù)本發(fā)明的噴 墨設(shè)備及方法優(yōu)選地用于通過以特定模式在基材上釋放多種物質(zhì)來產(chǎn)生一 種生物測定基材。
背景技術(shù)：
例如，在美國專利申請US 2005/0221279 Al中公開了一種用于通過以 特定模式將多種物質(zhì)釋放到基材上來產(chǎn)生生物測定基材的方法。這里，說 明了一種產(chǎn)生化學(xué)傳感器的方法，包括提供一個光學(xué)陣列以及使用一個或 多個硬針打印工具在該光學(xué)陣列上接觸打印一個或多個化學(xué)指示劑。該方 法提供了一種以給定模式和很多種微點幾何形精確打印很多不同材料的裝 置。
雖然，已知的噴墨設(shè)備及方法能以令人滿意的方式在基材上打印多種 物質(zhì)，但是它們的生產(chǎn)速度相對較低。這嚴重限制了打印或噴墨設(shè)備的適
用性，特別是使用多種不同物質(zhì)的可靠且自動化的打印過程對于生物測定 基材的節(jié)約型生產(chǎn)至關(guān)重要的應(yīng)用。確實，特別對于生物測定基材來說很 重要的是，能在盡可能短的生產(chǎn)時間內(nèi)生產(chǎn)大量基材，而無須犧牲該打印 過程的可靠性和精確度。此外，就生產(chǎn)時間而言，能達到的有關(guān)特定打印 模式(點間距、流體數(shù))的靈活性也是很有利的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種在處理待打印的多種不同打印流體或 物質(zhì)的同時，以增加的生產(chǎn)速度和高度可靠性將多種物質(zhì)釋放到基材上的 噴墨設(shè)備及方法。
通過將多種物質(zhì)釋放到基材上的一種噴墨設(shè)備和方法、以及通過使用 根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備來完成以上目標(biāo)。那么，該噴墨設(shè)備包括至少一個
打印頭，該打印頭可相對于基材是位置可變的(positionalbe)并且包括至少 一個噴嘴，該噴嘴用于噴射多種物質(zhì)之一的液滴，所述噴墨設(shè)備(10)設(shè)計為 通過至少一個打印頭相對于基材(40)的大約一次移動，將多種物質(zhì)以預(yù)定模 式沉積在基材上。通過這些措施，現(xiàn)在有可能在相對少量時間內(nèi)并以所期 望的可靠度和精確度產(chǎn)生大量的基材，每個基材上提供有大量不同物質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，該噴墨設(shè)備允許通過(多個)打印頭相對于基材作有限 數(shù)量的移動來產(chǎn)生基材。通過這種方式也就意味著，該噴墨設(shè)備能夠在該 (多個)打印頭經(jīng)過基材上方期間同時沉積很多物質(zhì)。移動數(shù)量明顯取決 于基材的特性，但優(yōu)選地應(yīng)低于十次，更優(yōu)選地應(yīng)低于五次，更優(yōu)選地應(yīng) 為大約一次。優(yōu)選地，這種移動或經(jīng)過大約是連續(xù)的，通過這種方式也就 意味著這些移動基本上僅出現(xiàn)在一個方向上，不會實質(zhì)上偏離該方向。下 文中，該方向也稱為打印方向。根據(jù)該優(yōu)選的實施例，例如，該噴墨設(shè)備 能夠在打印方向上產(chǎn)生完全連續(xù)的運動以及聯(lián)貫的啟動終止運動。
根據(jù)本發(fā)明，該噴墨設(shè)備包括至少一個噴嘴，用于噴射多種物質(zhì)之一
的液滴。另外，為該噴墨設(shè)備的至少一個打印頭提供換能器。優(yōu)選地，該
換能器是一種將機械波和水聲波應(yīng)用到該打印頭的機電換能器。優(yōu)選地， 該至少一個打印頭是一個幾乎閉合的物體，其中至少部分填充要打印的液
體，即要打印的物質(zhì)。為該打印頭提供了填充裝置，填充裝置至少包括盛 有要打印物質(zhì)的貯液器，并且優(yōu)選地還包括在輕微真空壓力下支撐該打印 頭的裝置。 一條與貯液器相連的連接線路允許將物質(zhì)從貯液器吸入到打印 頭。還為該打印頭提供了開口或管道， 一旦有激勵脈沖就可以將打印頭內(nèi) 保存的至少一部分液體排出或射出，以在該打印頭外部形成該液體的液滴。 下面在本發(fā)明的上下文中，也將這種開口或管道稱為噴嘴。
根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備的一個優(yōu)選實施例，該噴墨設(shè)備包括多噴嘴打 印頭以及為每個噴嘴提供不同物質(zhì)的填充裝置。優(yōu)選地，這允許將要打印 到基材上的所有不同物質(zhì)填充到該噴墨設(shè)備的打印頭中。例如，如果要為
一個基材提供16種不同物質(zhì)，則要為打印頭提供至少16個噴嘴，其中要 提供至少16個填充裝置，從而為至少16個噴嘴中的每個噴嘴供應(yīng)其自己 的物質(zhì)。
在根據(jù)本發(fā)明的一個特定優(yōu)選的噴墨設(shè)備中，為該噴墨設(shè)備提供用于 將多噴嘴打印頭放置成使得它能與打印頭相對基材的移動方向(即，打印方 向)形成一個角的裝置。該實施例能產(chǎn)生幾乎任意所期望的在該基材上沉積 物質(zhì)的模式。實際上，通過改變打印頭相對于打印方向的角度，可以容易 地獲得不同模式。在該實施例中，每種物質(zhì)可能的沉積總數(shù)僅僅受到每個 打印頭的噴嘴數(shù)的限制。
在根據(jù)本發(fā)明的一個更優(yōu)選的噴墨設(shè)備的實施例中，可以將基材放置 成與打印頭相對于該基材的移動方向形成一個角。這就提供了在基材上產(chǎn) 生更多沉積物質(zhì)模式的可能。甚至有可能在打印頭已經(jīng)移動之前、期間或 之后通過改變基材的夾角，為基材的不同區(qū)域提供不同的模式。
根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備的另一個優(yōu)選實施例包括多個打印頭以及為每個打印頭提供其自己的物質(zhì)的填充裝置。該實施例具有額外的優(yōu)勢，艮P， 為了改變其中一種物質(zhì)以產(chǎn)生不同的沉積模式，只需要將包含有舊物質(zhì)的 打印頭和/或填充裝置替換為包含有新物質(zhì)的打印頭和/或填充裝置。這就增 加了打印過程的靈活性，此外還允許進行例如清洗的脫機操作。
噴墨設(shè)備的一個特定優(yōu)選實施例包括在打印頭相對于基材移動的方向 上(即，在打印方向上)逐個放置的多個打印頭。這就允許為該噴墨設(shè)備提供 一個載體，其中可以將多個打印頭以所期望的順序安裝。通過這種方式， 有可能為噴墨設(shè)備提供集成的多噴嘴打印頭，根據(jù)要產(chǎn)生的模式組成該多 噴嘴打印頭。
更優(yōu)選地是一種噴墨設(shè)備，其中在垂直于打印頭相對于基材的移動方 向的方向上排列多個打印頭，使得提供有它自己物質(zhì)的這些打印頭的每個 噴嘴在移動方向上與該噴嘴的液滴要放置到基材上的基材位置對齊。通過 這種方式，有可能僅僅通過每個物質(zhì)自己的打印頭來沉積該物質(zhì)，從而消 除了頻繁清洗的需要，并且還減少了錯誤打印和其它錯誤的風(fēng)險，提高了 生產(chǎn)速度。
本發(fā)明的噴墨設(shè)備的另一個優(yōu)選實施例的特征在于它包括多個打印頭 以及為每個打印頭提供其自己的物質(zhì)的填充裝置，其中將這些打印頭逐個 放置在打印頭相對于基材的移動方向上，并且其中每個打印頭包括多個噴 嘴。因此， 一個單獨打印頭有可能噴出多個液滴。在該實施例中，沒必要 驅(qū)動這些多噴嘴打印頭的所有噴嘴。對于包括一種物質(zhì)的打印頭，所有噴 嘴都優(yōu)選地填充該種物質(zhì)。還有可能只填充選定數(shù)目的噴嘴，但那樣需要 對打印頭的硬件進行改裝，這并不是優(yōu)選的方案。將所有噴嘴都填充物質(zhì)， 有可能通過單獨的噴嘴定時來分別驅(qū)動每個噴嘴。通過這種方式，只有被 驅(qū)動的噴嘴才會噴出液滴。當(dāng)然，這些被優(yōu)選地發(fā)射或驅(qū)動的噴嘴在移動 方向上要與要在基材上放置該噴嘴的液滴的基材位置相對齊。該實施例具 有的額外優(yōu)點是，當(dāng)需要不同沉積模式時，只需要改變所驅(qū)動的噴嘴。當(dāng)需要更多沉積時，可以提供附加的多噴嘴打印頭。在大部分情況下，將多 噴嘴打印頭中沉積模式的間距選定等于所期望的這些噴嘴的間距。為了使 多噴嘴打印頭的間距與所期望的間距相配，還可以為該噴墨設(shè)備提供定位 裝置，該定位裝置能夠相對于打印方向旋轉(zhuǎn)該(多個)多噴嘴打印頭。以 這種方式，能夠獲得比打印頭間距小的所有可能間距。通過僅使用每第二 個噴嘴(或每第三個、或每第四個、或每第任意其它數(shù)目個，取決于所期望 的間距大小)并且將打印頭放置成與打印方向成一個角，也可以獲得大于打 印頭間距的間距。
根據(jù)本發(fā)明更優(yōu)選地使用一種噴墨設(shè)備，其中該噴墨設(shè)備還包括打印 臺、打印橋和具有固定板形式基材載體的平臺，該平臺可以沿著第一方向 相對于打印臺移動，至少一個打印頭安裝在可移動打印頭固定器上并且該 可移動打印頭固定器安裝在打印橋上，使得至少一個打印頭可以相對于打 印橋旋轉(zhuǎn)，以與第一方向成一個角。因此，有可能將物質(zhì)的液滴打印或釋 放到大的應(yīng)用面積，因為大基材或各個基材可以作為一批被打印，使得打 印產(chǎn)品的生產(chǎn)可以變得相當(dāng)成本有效。在該實施例中，可以一次全部打印 一盤不同基材。打印臺在一個方向移動，打印頭固定器在另一個方向移動。 在某些情況下，打印臺也可以在兩個方向上移動。通過這樣做，可以為整 盤基材提供所有物質(zhì)。所需生產(chǎn)時間通常受批次大小所限。相對而言，批 次大小越小，用于對齊、清洗、填充以及對噴嘴進行其它操作的時間總量 就越大。
更優(yōu)選地是提供一種噴墨設(shè)備，其中將打印橋相對于打印臺固定，并 且其中基材載體相對于打印橋在第一方向上可以移動，其中打印頭固定器 可相對于打印橋旋轉(zhuǎn)，以與第一方向形成一個角。通過使基材載體可移動 并且將至少一個打印頭保持在固定位置處，可以獲得很高的生產(chǎn)率?？梢?展望使基材載體能夠相對于打印臺移動的幾種裝置。使可打印的基材相對 于至少一個打印頭移動的一個優(yōu)選項是，為本發(fā)明的噴墨設(shè)備提供基本上
連續(xù)移動的裝置，例如循環(huán)傳送帶。通過連續(xù)流水作業(yè)(循環(huán)傳送帶)，將基 材在(多個)打印頭下方移動，而(多個)打印頭不移動。這導(dǎo)致了更高的生產(chǎn) 率。然而，技術(shù)人員可以展望其它的選項。
根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備的另一個優(yōu)選實施例的特征在于，固定板相對 于打印橋可以旋轉(zhuǎn)，以與第一方向形成角p。這就允許所產(chǎn)生的基材具有更 精細的沉積模式。在這方面，更優(yōu)選地提供具有可相對于打印橋在第二方 向上移動的打印頭固定器的噴墨設(shè)備，其中第一和第二方向優(yōu)選地相互垂 直。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選基材是平板基材、結(jié)構(gòu)基材或多孔基材。更優(yōu)選地，
基材是尼龍薄膜、硝化纖維、或者PVDF基材、或者涂層多孔基材。因為 基材優(yōu)選為多孔，斑點或液滴不會僅僅留在表面，而且還會透入薄膜里。
本發(fā)明的另一個實施例中，基材包括多個基材區(qū)域，每個基材區(qū)域優(yōu) 選為由薄膜固定器固定的獨立薄膜。.因此，可以使用本發(fā)明的噴墨設(shè)備以 高生產(chǎn)速度產(chǎn)生多個獨立的薄膜。
本發(fā)明并不限于任何特定的可打印物質(zhì)。然而，優(yōu)選地，可打印的物 質(zhì)包括一種在液體諸如水中的揮發(fā)溶液以及諸如此類，其中存在不同的分 子或不同的化合物，尤其是生物分子。例如，可以添加諸如甘油的酒精、 除垢劑等不同的添加劑來改進液滴和斑點的形成特性。
本發(fā)明還包括一種通過使用上述噴墨設(shè)備在基材上釋放多種物質(zhì)來產(chǎn) 生生物測定基材的方法，其中噴墨設(shè)備包括至少一個打印頭，該打印頭相 對于基材是位置可變的并且包括至少一個用于噴射液滴的噴嘴，其中可以 在至少一個打印頭相對于基材的大概一次移動中，以預(yù)定模式將多種物質(zhì) 沉積在基材上。該方法的優(yōu)勢從上述說明來看顯而易見，并且已經(jīng)在噴墨 設(shè)備描述的上下文中得到說明，因此這里就不再重復(fù)。
一種特定優(yōu)選的方法的特征在于，噴墨設(shè)備包括多噴嘴打印頭以及為 每個噴嘴提供不同物質(zhì)的填充裝置，其中被填充的多噴嘴打印頭和/或基材
彼此相對移動，由此可以將該噴嘴打印頭放置成與打印頭相對于基材的移 動方向形成一個角，并且該打印頭釋放其物質(zhì)以產(chǎn)生預(yù)定的模式。
一種更優(yōu)選的方法使用包括多個打印頭和為每個打印頭提供其自己物 質(zhì)的填充裝置的噴墨設(shè)備，其中，該被填充的打印頭和/或基材彼此相對移 動，其中，將這些打印頭逐個放置在打印頭相對于基材的移動方向上，并 且由此在垂直于打印頭相對于基材的移動方向的方向上排列這些打印頭， 使得打印頭的每個噴嘴在移動方向上與該噴嘴的液滴要放置在基材上的基 材位置對齊，并且這些打印頭釋放它們的物質(zhì)以產(chǎn)生預(yù)定的模式。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一優(yōu)選實施例使用一種噴墨設(shè)備，其中每個打 印頭包括多個噴嘴，至少驅(qū)動其中某些噴嘴噴射液滴。在一種更優(yōu)選的方 法中，將基材放置成與打印頭相對于基材的移動方向成一個角。
本發(fā)明還包括根據(jù)本發(fā)明的創(chuàng)新噴墨設(shè)備的使用，其中所述物質(zhì)包括 生化反應(yīng)物、和/或核酸、和/或多肽、和/或蛋白質(zhì)、和/或細胞。通過將該 創(chuàng)新的噴墨設(shè)備用于這種目的，可以基本上無錯誤并以相對較高生產(chǎn)速度 很精確地將很多種物質(zhì)打印到基材上，該基材可以包括大量薄膜。
本發(fā)明還涉及一種包括多種用于生物分析的物質(zhì)的測定基材，可以通 過本發(fā)明的噴墨設(shè)備和方法來獲得這種基材。
附圖簡要說明
結(jié)合附圖，從下列詳細說明中，本發(fā)明的這些以及其它特性、特征和 優(yōu)點將變得顯而易見，這些附圖通過舉例的方式說明了本發(fā)明的原理。給 出說明僅僅是為了舉例，而不是要限制本發(fā)明的范圍。下面所引用的參考 圖是指附圖，其中


圖1示意性地說明了本發(fā)明噴墨設(shè)備的實施例的俯視圖； 圖2示意性地說明了穿過基材區(qū)域和薄膜固定器的橫剖面； 圖3示意性地說明了具有噴嘴和檢測裝置的打印頭； 圖4示意性地說明了基材區(qū)域與薄膜固定器的一部分； 圖5示意性地說明了具有薄膜固定器的完整薄膜；
圖6根據(jù)本發(fā)明示意性地說明了多噴嘴線性陣列打印頭和基材的俯視
圖7根據(jù)本發(fā)明示意性地說明了多個單噴嘴打印頭和基材的俯視圖； 圖8最后根據(jù)本發(fā)明示意性地說明了多個多噴嘴線性陣列打印頭和基 材的俯視圖。
具體實施例方式
在附圖中，為了說明的目的，可能夸大某些組件的大小，并且沒有按 比例畫出。
其中，當(dāng)提到單數(shù)名詞時，使用不定冠詞或者定冠詞，例如"一個"、 "這個"，除非特別指出，否則這包括該名詞的復(fù)數(shù)。
此外，說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一、第二、第三等用于在類似的 組件之間進行區(qū)分，而不是必須用于說明順序或者時間次序。應(yīng)該理解， 可以在適當(dāng)情況下互相交換如此使用的術(shù)語，并且這里所描述的本發(fā)明的 實施例可以以其它不是這里所描述或說明的順序運行。
此外，說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語頂、底、上、下等用于描述性目的， 而不是必須用于說明相對位置。應(yīng)該理解，可以在適當(dāng)情況下互相交換如 此使用的術(shù)語，并且這里所描述的本發(fā)明的實施例可以在其它不是這里所 描述或說明的方向上操作。
應(yīng)該注意，不應(yīng)該將本說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語"包括"解釋 為受限于其后所列的裝置；"包括"不排除其它組件或步驟。因此，短語"包 含裝置A和B的設(shè)備"的范圍不應(yīng)該被限制于僅由組件A和B組成的設(shè)備。 它意味著設(shè)備關(guān)于本發(fā)明的相關(guān)組件僅僅是A和B。
在圖1中，示出了根據(jù)本發(fā)明的噴墨設(shè)備10的示意俯視圖。在打印臺
50上，將固定板55安裝在線性平臺上，該線性平臺允許固定板55在X方 向上的運動。在根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，固定板55還可以關(guān)于X-方向 旋轉(zhuǎn)伊角(例如，見圖6)。在該固定板55中，放置了多個具有薄膜41的薄 膜固定器44。將全體薄膜41稱為基材40。薄膜固定器44可以具有任何形 狀，例如如圖6中所示的的矩形，但是優(yōu)選地是圓環(huán)形44。將圓形薄膜41 緊密結(jié)合在該圓環(huán)上。如此，在打印之后，圓環(huán)44與斑點化的薄膜41 一 起構(gòu)成了最終產(chǎn)品。將打印橋51相對于打印臺50剛性固定。打印橋51攜 帶可移動的打印頭固定器51'。具有固定板55的平臺可以沿著第一方向即 X-方向移動。將打印頭20安裝到打印頭固定器51'上，該打印頭固定器51' 優(yōu)選地可以沿著第二方向即Y-方向相對于打印橋51移動。在本發(fā)明的優(yōu)選 實施例中，打印頭固定器51'還可以關(guān)于X-方向旋轉(zhuǎn)0角(例如，見圖6)。 根據(jù)本發(fā)明，第一個方向(X-方向)和第二個方向(Y-方向)優(yōu)選地是垂直的。 因此，打印頭20可以在打印臺50的某個區(qū)域上移動，并且可以釋放物質(zhì) 的液滴，將物質(zhì)存儲在打印頭20中，或者存儲在打印頭20附近的貯液器 中(見圖7)。將薄膜41以在X-方向上均勻的距離和在Y-方向上均勻的距離 安裝在也被稱為記錄板55的固定板55中。X-方向中的距離可以與Y-方向 中的距離不同。
基材40可以由用于傳染病檢測的生物活性薄膜組成。這種疾病的診斷 需要打印過程具有非常高的可靠性。熒光模式的讀出將疾病直接與特定捕 獲探針的位置關(guān)聯(lián)起來。因此，絕對必須具有非常可靠的用于在多種不同 物質(zhì)中打印正確物質(zhì)的過程。由于必須將許多捕獲探針打印在許多基材上， 所以打印過程應(yīng)該能夠在很短時間內(nèi)產(chǎn)生許多基材。本發(fā)明的噴墨設(shè)備和 方法提供了該過程。
優(yōu)選地以花崗巖臺的形式提供打印臺50?？商鎿Q地，還可以使用其它 非常重的材料。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地將打印臺50安放在具有非常小振動干 擾的環(huán)境中。相對于花崗巖臺(打印臺50)安裝精密線性平臺，并且根據(jù)定
義，在第一方向(X-方向)上移動安裝在平臺上的固定板55。將另一個精密 線性平臺安裝在橋51上，并且根據(jù)定義，在第二方向(Y-方向)上引導(dǎo)打印 頭固定器51'。
在圖2中，示出了單個基材薄膜固定器44和一部分固定板55的橫剖 面視圖的示意表示。薄膜固定器44承載一個薄膜41。所有薄膜41一起構(gòu) 成基材40(在圖2中，使用連譜號表示)。還可以將一個薄膜41稱為基材區(qū) 域41。每個獨立的薄膜固定器44位于固定板55上，該固定板55固定安裝 在線性平臺上，該線性平臺允許相對于花崗巖臺(打印臺)50在X-方向上的 線性運動。在基材40上，即在每個薄膜41上，提供多個基材位置42，使 得獨立的點(通過圖2中的參考符號22示意性示出)可以位于相互間隔一定 距離的位置上?？梢詮耐ㄟ^打印頭分配的一個液滴形成點，或者從相同物 質(zhì)的多個液滴構(gòu)成點。因此，可能在每個基材位置42上分配或者放置不同 種類的物質(zhì)。
在圖3中，示意性地示出了具有噴嘴21、 25的打印頭20。打印頭20 包括換能器24。換能器24優(yōu)選地是壓電換能器24。 一般，可以使用能夠 在打印頭20內(nèi)部提供機械波的機電換能器24作為換能器24?？梢酝ㄟ^由 控制單元(未示出)提供的激勵脈沖(未示出)激勵換能器24?？梢越o打印頭20 提供檢測單元25或檢測裝置25，其對換能器24的動作進行檢測，該換能 器的動作又受打印頭20和/或打印頭20與打印頭20內(nèi)部的流體或物質(zhì)23 一起的動作的影響。作為與打印過程有關(guān)的信息源，該檢測是有益的。還 給打印頭20進一步提供管道或閥門28，可以通過該管道或閥門28供應(yīng)物 質(zhì)23。
根據(jù)本發(fā)明，可以在打印頭20內(nèi)部提供多種物質(zhì)23。例如，這通過打 印頭20的另一個管道60(未示出)實現(xiàn)，其中，可以將真空泵(未示出)連接 到另一個管道60。如果移動打印頭使得固定在物質(zhì)23的貯液器61內(nèi)的噴 嘴21和真空泵被激勵，那么就可以將物質(zhì)23抽吸到打印頭20中。通過激
勵脈沖激勵換能器24，使得從打印頭20的噴嘴21中噴射出液滴22，以便 打印物質(zhì)23。
在圖4中，從頂部示出了薄膜41或基材區(qū)域41的一部分。在基材區(qū) 域41上定義了多個基材位置42、 42a、 42b。基材位置42、 42a、 42b是根 據(jù)本發(fā)明通過噴墨設(shè)備10放置液滴22的位置。還可能將相同物質(zhì)的多個 液滴放置在一個單獨的基材位置42上。通過打印頭20噴射并且在基材40 上著陸的液滴22將以平均直徑43覆蓋某個點區(qū)域或者在基材位置42、42a、 42b周圍的斑點，該平均直徑43低于基材位置42、 42a、 42b彼此之間各自 的距離43，(或者間距)。例如，在基材區(qū)域41上，可以提供130個可以打印 液滴的斑點或者基材位置42，例如，每個液滴需要大約lnl的體積。例如， 斑點或液滴22的直徑43是200pm，并且將斑點或液滴以具有例如400pm 間距的模式放置。當(dāng)然，也可能提供更多(多達1000)且更小的斑點，這僅 僅要求更小的間距，例如，30(Him或者僅200nm、 lOOpm或者lOpm。例 如，在所有物質(zhì)23包含在單獨一個打印頭中的情況下，以一個單獨打印頭 20打印130個斑點。在每種物質(zhì)一個打印頭的情況下，以總數(shù)目為至少物 質(zhì)數(shù)目的打印頭打印130個點。例如，在固定板55上，排列140個薄膜固 定器44，通過噴墨設(shè)備20在一批打印中對其進行處理。根據(jù)本發(fā)明，在 10至500pm的范圍內(nèi)提供液滴斑點的間距43'。液滴22的斑點的直徑43 在實際間距43，的大約20%至70%的范圍內(nèi)。液滴22的體積必須適應(yīng)斑點 的優(yōu)選大小以及所使用的基材40的材料(例如，取決于基材強或者弱吸收所 采用的物質(zhì)的地方)。典型地，液滴22的體積大約是0.001nl至10nl。根據(jù) 本發(fā)明，還可以通過將打印頭在基材上連續(xù)經(jīng)過，將多種物質(zhì)沉積在相同 的斑點位置。
在圖5中，示出了通過本發(fā)明的噴墨設(shè)備和方法可以獲得的基材區(qū)域 41的俯視圖。在所示實施例中，通過小圓圈代表多個基材位置42。為了將 基材區(qū)域41的薄膜用于診斷目的，可以將許多不同的物質(zhì)放置在這些不同200780002312.4
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的基材位置42上，但這并不是必須的。同樣地，可以定義多個包括基材位 置42的組42'，以在包括基材位置42和它們各自物質(zhì)的一個組42'內(nèi)完成 一整套測試。
在圖6中，示意性地并且部分地示出了本發(fā)明的噴墨設(shè)備10的第一個 實施例(僅示出了打印頭20和基材41)。優(yōu)選的噴墨設(shè)備10包括具有多個 噴嘴(22，22a,22b，…)的線性陣列打印頭20和用于為每個噴嘴(22，22a，22b,...) 提供不同物質(zhì)(23,23^2313,...:)的填充裝置(未示出)。除了線性陣列打印頭之 外，還可以使用其它類型的打印頭，例如分層線性陣列打印頭。給打印頭 20填充將要在基材(41，41a)上打印的所有不同物質(zhì)(23，23a，23b，,..)。在圖6 中，示出了 8種不同物質(zhì)(23，23a，23b，...)。因此，給打印頭20提供至少8 個噴嘴，由此，提供至少8個填充裝置為至少8個噴嘴中的每個提供它自 己物質(zhì)的來源。雖然在圖中僅示出了兩個基材41，但是應(yīng)該清楚，可以在 打印橋51和/或固定板55的一次移動中打印許多個基材41。還可以給噴墨 設(shè)備10提供對多噴嘴打印頭20進行定位以使得它可以關(guān)于打印頭20相對 于基材41的移動方向即打印方向成0角的裝置，在多數(shù)情況下，該打印方 向?qū)?yīng)于X-方向。如圖6中所示，可以將基材(41，41a)放置成與打印方向成 P角。通過改變角0和/或爐，可以容易地獲得沉積物質(zhì)(23,23a，23b,…)在基 材(41，41a)上的許多不同模式。
圖7涉及噴墨設(shè)備10的另一種優(yōu)選實施例。在該實施例中，提供了多 個單噴嘴打印頭(20、 20a、 20b、...)以及為每個打印頭提供它自己的物質(zhì)的 填充裝置(未示出)。將打印頭(20、 20a、 20b、...)逐個放置在打印頭(20、 20a、 20b、…)相對于基材(41、 41a)移動的方向上，即X方向上。優(yōu)選地，將打 印頭(20、 20a、 20b、...)以所期望的順序安裝在載體沐示出)上。將打印頭 (20、 20a、 20b、…)排列在垂直于X方向的方向(表示為Y方向)上，這樣使 提供有其自己各自物質(zhì)(23、 23a、 23b、...)的這些打印頭的每個噴嘴 (22,223，2213，...)與將其液滴放置在基材(41、 41a)上的基材位置對齊。在圖7
中，這些位置分別表示為(23、 23a、 23b、...)。通過虛線示意性示出了噴嘴 位置與噴射的液滴位置之間的對齊關(guān)系。
圖8示出了本發(fā)明的噴墨設(shè)備10的另一個優(yōu)選實施例，其中提供了多 個線性陣列打印頭(20、 20a、 20b、...)以及為每個打印頭(20、 20a、 20b、...) 提供其自己的物質(zhì)(23、 23a、 23b、...)的填充裝置(未示出)。將打印頭(20、 20a、 20b、...)逐個放置在X方向上，并且每個打印頭包括多個噴嘴(22、221、 222、 ...， 22a、 221a、 222a、...)。如圖8所示，每個打印頭包含其自己的 物質(zhì)。打印頭20包含物質(zhì)23、打印頭20a包含物質(zhì)23a等等。對于每個打 印頭(20、 20a、 20b、…)，可以僅驅(qū)動必須將對應(yīng)物質(zhì)(23、…)噴射到基材 上的那些噴嘴(22、...)。只有那些被驅(qū)動的噴嘴在X方向上與其液滴放置到 基材上的基材位置相對齊。例如，在打印頭20中只驅(qū)動了噴嘴222、 223 以及224。噴嘴22、 221以及225不被驅(qū)動，或者不將22、 221以及225與 填充裝置連接。同樣地，在打印頭20d中，只驅(qū)動了噴嘴221d和222d，而 噴嘴22d以及223d到225d都不被驅(qū)動，或者不將噴嘴22d以及223d到225 與填充裝置連接。雖然，這是獲得噴嘴選擇性噴射的優(yōu)選方法，但在本發(fā) 明范圍內(nèi)也可以展望其它方法。例如，有可能只把需要噴射的物質(zhì)23載入 噴嘴，或者把物質(zhì)23載入到所有噴嘴并且阻塞不需要噴射的那些噴嘴。
權(quán)利要求
1.用于在基材(40)上釋放多種物質(zhì)(23，23a，23b)的噴墨設(shè)備(10)，所述設(shè)備(10)包括至少一個打印頭(20)，該打印頭(20)相對于所述基材(40)是位置可變的并且包括至少一個用于噴射液滴(22)的噴嘴(21)，其中，所述噴墨設(shè)備(10)設(shè)計為通過所述至少一個打印頭(20)相對于所述基材(40)的有限數(shù)量的移動，將所述多種物質(zhì)(23，23a，23b)以預(yù)定模式沉積在所述基材(40)上。
2、 如權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其中，所述噴墨設(shè)備(10)包括多噴 嘴打印頭(20)以及用于給每個噴嘴提供不同物質(zhì)(23，23a，23b)的填充裝置 (100)。
3、 如權(quán)利要求2所述的噴墨設(shè)備，其中，將所述多噴嘴打印頭(20)放 置成與打印頭(20)相對于基材(40)的移動方向成一個角度。
4、 如權(quán)利要求2或3所述的噴墨設(shè)備，其中，將所述基材(40)放置成 與打印頭(20)相對于基材(40)的移動方向成一個角度。
5、 如權(quán)利要求1所述的噴墨設(shè)備，其中，所述噴墨設(shè)備(10)包括多個 打印頭(20,20a，20b)以及用于給每個打印頭(20,20a，20b)提供它自己的物質(zhì) (23,23a,23b)的填充裝置(100)。.
6、如權(quán)利要求5所述的噴墨設(shè)備，其中，將所述多個打印頭(20，20a,20b) 逐個放置在打印頭(20，20a,20b)相對于基材(40)的移動方向上。
7、 如權(quán)利要求5或6所述的噴墨設(shè)備，其中，將所述多個打印頭 (20，20a，20b)在垂直于所述多個打印頭(20，20a，20b)相對于所述基材(40)的移 動方向的方向上進行排列，以將所述多個打印頭(20，20a，20b)的提供有其自 己物質(zhì)(23，23a，23b)的每個噴嘴(21)與該噴嘴(21)的液滴(22)將要被放置在所 述基材(40)上的基材位置(42,42a，42b)在所述移動方向上對齊。
8、 如權(quán)利要求5至7中任何一個所述的噴墨設(shè)備，其中，所述多個打 印頭(20，20a，20b)各自包括多個噴嘴(21，21a，21b)。
9、 如前述權(quán)利要求中任何一個所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述噴墨 設(shè)備(10)還包括打印臺(50)、打印橋(51)和具有基材載體(55)的平臺，所述平 臺可以沿著第一方向(X-方向)相對于所述打印臺(50)移動，所述至少一個打 印頭(20)安裝在可移動打印頭固定器(51')上并且所述可移動打印頭固定器 (51 ')安裝在所述打印橋(5l)上，使得所述至少一個打印頭(20)可以相對于所 述打印橋(51)旋轉(zhuǎn)，以與所述第一方向成e角。
10、 如權(quán)利要求9所述的噴墨設(shè)備(10)，其中，所述打印橋(51)相對于 所述打印臺(50)是固定的，并且其中，所述基材載體(55)在所述第一方向(X-方向)上可以相對于所述打印橋(51)移動，其中，所述打印頭固定器(51')可 以相對于所述打印橋(51)旋轉(zhuǎn)，以與所述第一方向成e角。
11、 如權(quán)利要求9或所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述基材載體(55)可 以相對于所述打印橋(51 )旋轉(zhuǎn)，以與所述第一方向(X-方向)成cp角。
12、 如權(quán)利要求9至11中任何一個所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述 打印頭固定器(51')可以相對于所述打印橋(51)在第二方向(Y-方向)上移動。
13、 如權(quán)利要求10所述的噴墨設(shè)備(10)，其中，所述第一方向(X-方向) 和第二方向(Y-方向)互相垂直。
14、 如前述權(quán)利要求中任何一個所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述基材 (40)是平板基材、結(jié)構(gòu)基材、涂層基材或者多孔薄膜(41)，優(yōu)選是尼龍薄膜。
15、 如前述權(quán)利要求中任何一個所述的噴墨設(shè)備(IO)，其中，所述基材 (40)是包括多個基材區(qū)域(41)，每個基材區(qū)域(41)優(yōu)選是由薄膜固定器(44) 固定的單獨薄膜(41)。
16、 通過使用噴墨設(shè)備(10)在基材(40)上釋放多種物質(zhì)(23，23a，23b)來生 成生物測定基材(40)的方法，所述噴墨設(shè)備(10)包括至少一個打印頭(20)， 該打印頭(20)相對于所述基材(40)是位置可變的并且包括至少一個用于噴 射液滴(22)的噴嘴(21)，其中，通過所述至少一個打印頭(20)相對于所述基 材(40)有限數(shù)量的移動，將所述多種物質(zhì)(23，23a，23b)以預(yù)定模式沉積在所述 基材(40)上。
17、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述噴墨設(shè)備(10)包括多噴嘴 打印頭(20)以及用于給每個噴嘴提供不同物質(zhì)(23，23a，23b)的填充裝置 (100)，其中，被填充的多噴嘴打印頭(20)和域所述基材(40)彼此相對移動， 其中，將所述多噴嘴打印頭(20)放置成與打印頭(20)相對于基材(40)的移動 方向成P角，并且所述打印頭(20)釋放其物質(zhì)(23，23a，23b)以生成所述預(yù)定模 式。
18、 如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述噴墨設(shè)備(10)包括多個打 印頭(20，20a,20b)以及用于給每個打印頭(20，20a,20b)提供其自己物質(zhì) (23,23a,23b)的填充裝置(100)，其中，被填充的打印頭(20,20a，20b)和/或所述 基材(40)彼此相對移動，其中，將所述多個打印頭(20,20a，20b)逐個放置在所 述多個打印頭(20，20a,20b)相對于所述基材(40)的移動方向上，并且其中，將 所述多個打印頭(20,20a，20b)在垂直于所述多個打印頭(20，20a，20b)相對于所 述基材(40)的移動方向的方向上進行排列，以將所述多個打印頭(20，20a，20b) 的每個噴嘴(21)與該噴嘴(21)的液滴(22)將要被放置在所述基材(40)上的基 材位置(42，42a,42b)在所述移動方向上對齊，并且所述多個打印頭(20，20a,20b) 釋放其物質(zhì)(23，23a,23b)以生成所述預(yù)定模式。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述多個打印頭(20，20a,20b) 各自包括多個噴嘴(21，21a，21b)，給所述多個噴嘴(21,21a，21b)中的至少一些 噴嘴提供物質(zhì)(23，23a,23b)。
20、 如權(quán)利要求16至19中任何一個所述的方法，其中，將所述基材(40) 放置成與打印頭(20)相對于基材(40)的移動方向成9角。
21、 如權(quán)利要求1至15中任何一個所述的噴墨設(shè)備(10)的使用，其中， 所述物質(zhì)(23)包括生化反應(yīng)物、和/或核酸、和/或多肽、和/或蛋白質(zhì)。
22、 通過如權(quán)利要求16至20中任何一個所述的方法獲得的包括用于 生物分析的多種物質(zhì)的測定基材。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于在基材上釋放多種物質(zhì)的噴墨設(shè)備，該設(shè)備包括至少一個打印頭，該打印頭是相對于基材位置可變的并且包括至少一個用于噴射液滴的噴嘴。將該噴墨設(shè)備設(shè)計為通過至少一個打印頭相對于基材有限數(shù)量的移動，將多種物質(zhì)以預(yù)定模式沉積在基材上。
文檔編號B01L3/02GK101370588SQ200780002312
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月12日
發(fā)明者A·派里克, H·R·施塔伯特, J·F·迪克斯曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司