ES2983011T3 - Dispositivo de formación de gotas, método de formación de gotas y aparato dispensador - Google Patents
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Abstract
Se proporciona un dispositivo formador de gotitas (100). El dispositivo formador de gotitas (100) incluye un soporte de líquido (11) configurado para contener un líquido (15), una película (12) que tiene un orificio de descarga (14), dos o más generadores de vibración (13A; 13B) configurados para hacer vibrar la película (12) y un controlador (20) configurado para aplicar una señal de control a los generadores de vibración (13A; 13B). Uno o más de los generadores de vibración (13A; 13B) están dispuestos en cada región de la película (12) en la que difiere una polaridad del momento de flexión. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de formación de gotas, método de formación de gotas y aparato dispensador
Antecedentes
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a un dispositivo de formación de gotas, un método de formación de gotas y un aparato dispensador.
Descripción de la técnica relacionada
En los últimos años, con el progreso de las tecnologías de células madre, se han desarrollado técnicas para descargar una pluralidad de células mediante inyección de tinta para formar tejidos.
En tales circunstancias, se ha propuesto un dispositivo formador de gotas para descargar una suspensión celular en la que se dispersan las células en JP-2016-116489-A. El dispositivo está configurado para hacer vibrar una película provista de orificios de descarga mediante un accionador para descargar un líquido sobre la película. En este dispositivo de formación de gotas, un contenedor de líquido para contener el líquido está abierto a la atmósfera, y el líquido en la película puede inyectarse directamente sin aplicar ninguna presión para descargar las gotas en el contenedor del líquido. Por lo tanto, incluso un líquido de alta tensión superficial, tal como una suspensión celular, puede descargarse de manera estable sin verse afectado por las burbujas de aire que quedan en el contenedor de líquido.
Se ha propuesto un cabezal de impresión por inyección de tinta en JP-2017-209980-A que tiene una configuración en la que se proporciona una diferencia de nivel entre un extremo de electrodo superior y un extremo de electrodo inferior de una película piezoeléctrica de un elemento piezoeléctrico dispuesto en una película provista de orificios de descarga, para evitar la ruptura dieléctrica entre los electrodos superior e inferior en contacto con la película piezoeléctrica y evitar una disminución en la eficiencia de accionamiento debido a un aumento en la rigidez de la película piezoeléctrica.
US 2008/0241962 A1 se refiere a un dispositivo de diagnóstico micromecanizado con flujo controlado de fluido y reacción. Este documento se refiere a un dispositivo de diagnóstico microfluídico micromecanizado que comprende uno o múltiples canales de ensayo, cada uno de los cuales comprende un puerto de muestra, una primera válvula, una cámara de reacción, una segunda válvula, una matriz de eyectores de fluido, una tercera válvula, una cámara de tampón, una zona de captura y una cámara de residuos. Cada uno de estos componentes del dispositivo está interconectado a través de canales microfluídicos. Este documento se refiere además al método de funcionamiento de un dispositivo de diagnóstico microfluídico micromecanizado. El flujo de fluido en los microcanales se regula a través de válvulas micromecanizadas. La reacción de los analitos de muestra con etiquetas fluorescentes y anticuerpos de detección en la cámara de reacción se mejora mediante el mezclador activo micromecanizado. Al expulsar la mezcla de reacción sobre la zona de captura a través de la matriz de eyectores de fluido micromecanizados, los analitos marcados con fluorescencia se unen con los anticuerpos de captura en la zona de captura. La matriz de eyectores de fluido expulsa adicionalmente fluido tampón para eliminar por lavado las etiquetas fluorescentes no unidas.
US 2007/0029070 A1 se refiere a un aparato de circulación de fluido de tipo lámina y a una estructura de enfriador de dispositivo electrónico que usa el mismo. Un aparato de circulación de fluido de tipo lámina incluye: una trayectoria de fluido que tiene una estructura cerrada provista en un espacio interior de una lámina flexible apilada; relleno de fluido en la trayectoria de fluido; una unidad de transporte de fluido provista en al menos una parte de la trayectoria de fluido de la lámina flexible para hacer circular el fluido en la trayectoria de fluido; y una unidad de circuito de control para controlar la unidad de transporte de fluido. Se puede proporcionar un aparato de circulación de fluido de tipo lámina de peso ligero, compacto y flexible, y una placa de circuito o una muestra en un proceso biomédico se puede enfriar de manera individual y óptima.
US 2009/0232685 A1 se refiere a un dispositivo de transporte de fluidos. Un dispositivo de transporte de fluidos incluye un sustrato y un elemento piezoeléctrico en forma de disco dispuesto de manera flexible sobre el sustrato. Se proporciona una pluralidad de electrodos de segmento concéntrico sustancialmente circular en el elemento piezoeléctrico, y se proporcionan tensiones con fases que se desplazan. Por lo tanto, se produce una deformación anular ondulada en el elemento piezoeléctrico. Una cavidad producida entre el elemento piezoeléctrico y el sustrato se mueve en una dirección radial para transportar un fluido desde una porción exterior sustancialmente circular a una porción central y para descargar el fluido desde la porción central.
Un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de formación de gotas que proporcione suficiente fuerza de accionamiento al aumentar la eficiencia de desplazamiento de una película y proporcione una alta productividad de gotas al acortar el período de vibración residual de la película.
Sumario
Para lograr el objeto mencionado anteriormente, se proporciona un dispositivo de formación de gotas de acuerdo con la reivindicación 1. Además, se proporciona un método de formación de gotas de acuerdo con la reivindicación 9. Las realizaciones ventajosas se definen por las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
Se obtendrá fácilmente una apreciación más completa de la divulgación y muchas de las ventajas concomitantes de la misma a medida que la misma se entienda mejor por referencia a la siguiente descripción detallada cuando se considere en relación con los dibujos adjuntos, en donde:
la figura 1A es un diagrama que ilustra un estado de vibración de la película en una etapa inicial (A) y durante el accionamiento (B) y un momento de flexión (C) de la película;
la figura 1B es un diagrama que ilustra un estado de vibración de la película en una etapa inicial (A) y durante el accionamiento (B) y un momento de flexión (C) de la película;
la figura 2A es una vista esquemática de un dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una primera realización de la presente invención;
la figura 2B es una vista en planta de la película del dispositivo de formación de gotas ilustrado en la figura 2A visto desde abajo;
la figura 3A es un gráfico que muestra el desplazamiento de la película cuando se aplica una onda sinusoidal de tensión positiva a uno de los generadores de vibración;
la figura 3B es un gráfico que muestra el desplazamiento de la película cuando se aplica una onda sinusoidal de tensión positiva a otro de los generadores de vibración;
la figura 4A es un gráfico que muestra la respuesta de desplazamiento de la película cuando la señal de accionamiento aplicada a cada uno de los generadores de vibración se ajusta de tal manera que los picos de desplazamiento de la película generados por los generadores de vibración se superponen entre sí;
la figura 4B es un gráfico que muestra la respuesta de desplazamiento de la película cuando la señal de accionamiento aplicada a cada uno de los generadores de vibración se ajusta de tal manera que los picos de desplazamiento de la película generados por los generadores de vibración se cancelan entre sí;
la figura 5A es un diagrama que ilustra la forma y disposición de los generadores de vibración de acuerdo con una realización de la presente invención;
la figura 5B es un diagrama que ilustra la forma y disposición de los generadores de vibración de acuerdo con otra realización de la presente invención;
la figura 5C es un diagrama que ilustra la forma y disposición de los generadores de vibración de acuerdo con otra realización de la presente invención;
la figura 5D es un diagrama que ilustra la forma y disposición de los generadores de vibración de acuerdo con otra realización de la presente invención;
la figura 5E es un diagrama que ilustra la forma y disposición de los generadores de vibración de acuerdo con otra realización de la presente invención;
la figura 6A es un diagrama que ilustra una forma de onda de la señal de accionamiento aplicada a los generadores de vibración;
la figura 6B es un diagrama que ilustra otra forma de onda de la señal de accionamiento aplicada a los generadores de vibración;
la figura 6C es un diagrama que ilustra otra forma de onda de la señal de accionamiento aplicada a los generadores de vibración;
la figura 7 es una vista esquemática de un dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una segunda realización de la presente invención;
la figura 8 es una vista esquemática de un dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una tercera realización de la presente invención;
la figura 9 es una vista esquemática de otro dispositivo de formación de gotas de acuerdo con la tercera realización de la presente invención;
la figura 10 es una vista esquemática de otro dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una cuarta realización de la presente invención;
la figura 11 es una vista esquemática de un aparato dispensador de acuerdo con una realización de la presente invención;
la figura 12 es un diagrama de flujo de una operación del aparato dispensador de acuerdo con una realización de la presente invención; y
la figura 13 es un diagrama de flujo de otra operación del aparato dispensador de acuerdo con una realización de la presente invención.
Los dibujos adjuntos pretenden representar realizaciones de ejemplo de la presente invención y no deben interpretarse para limitar el alcance de la misma. Los dibujos adjuntos no deben considerarse dibujados a escala a menos que se indique explícitamente.
Descripción detallada
La terminología usada en el presente documento tiene el fin de describir únicamente realizaciones particulares y no pretende ser limitativa de la presente invención. Como se usa en el presente documento, las formas singulares "un/una" y "el/la" pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entenderá además que los términos "incluye" y/o "incluyendo", cuando se usan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de características, números enteros, etapas, operaciones, elementos y/o componentes establecidos, pero no excluyen la presencia o adición de una o más otras características, números enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos.
Las realizaciones de la presente invención se describen en detalle a continuación con referencia a los dibujos adjuntos. Al describir las realizaciones ilustradas en los dibujos, se emplea terminología específica en aras de la claridad. Sin embargo, la divulgación de esta memoria descriptiva de patente no pretende limitarse a la terminología específica así seleccionada, y debe entenderse que cada elemento específico incluye todos los equivalentes técnicos que tienen una función similar, operan de manera similar y logran un resultado similar.
En aras de la simplicidad, se dará el mismo número de referencia a elementos constituyentes idénticos tales como partes y materiales que tienen las mismas funciones y se omitirán las descripciones redundantes de los mismos a menos que se indique lo contrario.
Dispositivo de formación de gotas y método de formación de gotas
Un dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una realización de la presente invención incluye: un contenedor de líquido configurado para contener un líquido; una película que tiene un orificio de descarga; dos o más generadores de vibración configurados para hacer vibrar la película; y un accionador configurado para aplicar una señal de accionamiento a los generadores de vibración, donde uno o más de los generadores de vibración están dispuestos en cada región de la película donde difiere la polaridad del momento de flexión.
El método de formación de gotas de acuerdo con una realización de la presente invención forma gotas usando el dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una realización de la presente invención.
Los dispositivos de formación de gotas convencionales forman gotas haciendo vibrar una película mediante un único generador de vibración. Cuando se usa un único elemento piezoeléctrico como generador de vibraciones, no se puede generar una fuerza de accionamiento suficiente para desplazar la película (es decir, la eficiencia de desplazamiento de la película es baja), ya que la cantidad de desplazamiento de la película depende de la tensión de accionamiento máxima aplicable al elemento piezoeléctrico. Por otro lado, cuando aumenta el número de veces de formación de gotas por unidad de tiempo, es necesario aplicar una señal inhibidora para inhibir la vibración residual de la película generada después de la formación de gotas. En el caso de un único generador de vibración, es necesario proporcionar un intervalo de tiempo desde el final de la salida de una señal de descarga para formar gotas hasta el inicio de la salida de la señal inhibidora. Por lo tanto, el período de vibración residual de la película se prolonga indeseablemente.
En vista de esta situación, en el dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una realización de la presente invención que incluye: un contenedor de líquido configurado para contener un líquido; una película que tiene un orificio de descarga; dos o más generadores de vibración configurados para hacer vibrar la película; y un accionador configurado para aplicar una señal de accionamiento a los generadores de vibración, donde uno o más de los generadores de vibración están dispuestos en cada región de la película donde difiere una polaridad del momento de flexión, preferiblemente, el accionador está configurado para aplicar selectivamente una señal de accionamiento arbitrario a los dos o más generadores de vibración para controlar la fase, la amplitud y el ciclo de vibración generados por cada generador de vibración, de modo que se proporcione una fuerza de accionamiento suficiente al aumentar la eficiencia de desplazamiento de la película, se expanda la selectividad del líquido y se mejore la productividad de las gotas al acortar el período de vibración residual de la película.
Específicamente, el dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una realización de la presente invención incluye un descargador de gotas que incluye el contenedor de líquido, la película y los generadores de vibración, y el accionador, y opcionalmente otros dispositivos según se requiera.
Descargador de gotas
El descargador de gotas incluye el contenedor de líquido, la película y los generadores de vibración, y puede incluir además otros miembros según sea necesario.
El descargador de gotas puede ser de cabezal abierto o de cabezal cerrado.
Contenedor de líquido
El contenedor de líquido es una unidad configurada para contener un líquido.
Cuando el descargador de gotas es de cabezal abierto, se puede proporcionar una abertura atmosférica en una parte superior del mismo. La posición de la abertura atmosférica no se limita a la parte superior. El contenedor de líquido está configurado de tal manera que las burbujas de aire mezcladas en el líquido pueden descargarse desde la abertura atmosférica.
La forma, el tamaño, el material y la estructura del contenedor de líquido no están particularmente limitados y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito.
Los ejemplos del material del contenedor de líquido incluyen, pero sin limitación, acero inoxidable, níquel, aluminio, dióxido de silicio, alúmina y zirconia.
Entre estos, se prefiere un material que tenga baja adhesión a células o proteínas cuando se manipulan células o proteínas como partículas.
En general, se dice que la adhesión a las células depende del ángulo de contacto de un material con el agua. Los materiales altamente hidrofílicos o altamente hidrofóbicos tienen baja adhesión a las células. Como materiales altamente hidrófilos, se pueden usar diversos materiales metálicos y cerámicos (óxidos de metal). Como materiales altamente hidrófobos, se puede usar fluororesina.
Además, la adhesión a las células puede reducirse recubriendo la superficie de un material con, por ejemplo, los materiales de metal u óxido de metal descritos anteriormente o polímeros de fosfolípidos sintéticos que imitan la membrana celular (por ejemplo, LIPIDURE disponible de NOF CORPORATION).
Película
La película es un miembro en el que se forma un orificio de descarga (boquilla), configurado para descargar el líquido contenido en el contenedor de líquido como gotas desde el orificio de descarga mediante su movimiento de vibración. La película se fija a una porción de extremo inferior del contenedor de líquido cuando el descargador de gotas es de cabezal abierto.
La película se fija a una porción de extremo superior del contenedor de líquido cuando el descargador de gotas es de cabezal cerrado.
El líquido contenido en el contenedor de líquido se descarga como gotas desde el orificio de descarga, que es un orificio pasante, por vibración de la película.
La forma plana, el tamaño, el material y la estructura de la película no están particularmente limitados y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito.
La forma plana de la película puede ser, por ejemplo, un círculo, una elipse, un rectángulo, un cuadrado o un rombo. Como material de la película, es preferible un material que tenga un cierto grado de dureza, porque si el material es demasiado blando, la película es fácil de vibrar y difícil de reducir inmediatamente la vibración cuando se suspende la descarga. Los ejemplos de materiales adecuados incluyen, pero sin limitación, metales, cerámicas y materiales poliméricos. Los ejemplos específicos de los mismos incluyen, pero sin limitación, acero inoxidable, níquel, aluminio, dióxido de silicio, alúmina y zirconia. Entre estos, se prefiere un material que tenga baja adhesión a células o proteínas cuando se manipulan células o proteínas como partículas, como es el caso del contenedor de líquido.
Orificio de descarga
Los orificios de descarga no están particularmente limitados con respecto al número de filas, forma de disposición, espaciado (paso), forma y tamaño de la abertura y similares, y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito.
El número de filas de los orificios de descarga no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Preferiblemente, se proporcionan una o más filas, más preferiblemente de una a cuatro filas, a lo largo de la dirección longitudinal de la superficie de descarga del descargador de gotas. Al proporcionar una o más filas de los orificios de descarga, se puede aumentar el número de gotas descargadas por unidad de tiempo y se pueden descargar diferentes tipos de partículas (por ejemplo, células) desde las filas respectivas a la vez.
El número de orificios de descarga por fila no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente dependiendo del propósito, pero es preferiblemente de 2 a 100, más preferiblemente de 2 a 50, y mucho más preferiblemente de 2 a 12. Cuando el número de orificios de descarga por fila es de 2 a 100, el número de gotas descargadas por unidad de tiempo aumenta, proporcionando de este modo un dispositivo de formación de gotas que tiene una alta productividad.
La forma de disposición de los orificios de descarga no está particularmente limitada y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito y puede ser una disposición regular (por ejemplo, disposición escalonada) o una disposición irregular.
Cuando los orificios de descarga están dispuestos en una pluralidad de filas, es preferible que se proporcione una partición entre las filas para evitar la interferencia entre las gotas descargadas desde los orificios de descarga adyacentes y para mejorar la sensibilidad de detección de partículas. Como partición puede utilizarse, por ejemplo, una placa divisoria.
Preferiblemente, los orificios de descarga están dispuestos a intervalos iguales. El intervalo (paso) P, que es la distancia más corta entre los centros de los orificios de descarga adyacentes, no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito, pero es preferiblemente de 50 a 1000 |jm.
La forma de la abertura de los orificios de descarga no está particularmente limitada y puede seleccionarse de acuerdo con el propósito, y puede ser circular, elíptica o cuadrada.
El diámetro promedio de los orificios de descarga no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Para evitar la obstrucción de los orificios de descarga con las partículas, es preferible que el diámetro promedio de los orificios de descarga sea el doble o más del tamaño de la partícula. Por ejemplo, cuando las partículas son células animales, particularmente células humanas que generalmente tienen un tamaño de 5 a 50 jm , el diámetro promedio de los orificios de descarga es preferiblemente de 10 a 100 jm . Por otro lado, cuando las gotas son demasiado grandes, es difícil lograr el propósito de formar gotas diminutas. Por lo tanto, el diámetro promedio de los orificios de descarga es preferiblemente de 200 jm o menos. Por consiguiente, el diámetro promedio preferido de los orificios de descarga está en el intervalo de 10 a 200 jm .
Generador de vibraciones
El generador de vibraciones hace vibrar la película para descargar gotas desde el orificio de descarga (boquilla). El generador de vibraciones se forma en un lado de la superficie inferior (lado de la superficie de descarga) de la película cuando el descargador de gotas es de cabezal abierto.
El generador de vibraciones se forma en un lado de la superficie superior (lado de la superficie sin descarga) de la película cuando el descargador de gotas es de cabezal cerrado.
Para aumentar la eficiencia de desplazamiento de la película y acortar el período de vibración residual de la película, se proporcionan dos o más generadores de vibración. Preferiblemente, el número de generadores de vibración es de 2 a 10, más preferiblemente de 2 a 5, y particularmente preferiblemente 2 para una instalación sencilla del accionador y cableados.
Preferiblemente, los dos o más generadores de vibración están dispuestos en la película separados hacia fuera por una cierta distancia desde el centro del orificio de descarga, para aumentar la eficiencia de desplazamiento de la película y acortar el período de vibración residual de la película.
Preferiblemente, los dos o más generadores de vibración están dispuestos en la película en forma anular o en forma de marco con respecto al centro del orificio de descarga, para aumentar la eficiencia de desplazamiento de la película y acortar el período de vibración residual de la película.
Con respecto a la disposición de los dos o más generadores de vibración, con referencia a las figuras 1A y 1B, es preferible que cada uno de los generadores de vibración esté dispuesto en cada región en una película 12 donde la polaridad (+/-) del momento de flexión difiere, es decir, cada región en un lado positivo (+) y un lado negativo (-) de la película 12 con respecto a una línea de conversión de polaridad (+/-) de momento de flexión 21 entre ellos. Esta disposición hace posible cambiar la dirección de desplazamiento de la película generada por cada generador de vibración y, por lo tanto, accionar individualmente cada generador de vibración en los tiempos apropiados. En consecuencia, el desplazamiento de la película se puede controlar de tal manera que se pueda lograr una alta eficiencia de desplazamiento y un alto efecto de aislamiento de vibraciones.
Cuando la película 12 tiene una forma circular que tiene un radio de r, preferiblemente, uno de los dos o más generadores de vibración está dispuesto dentro de una región circular concéntrica en la película 12 que tiene un radio de aproximadamente (1/2)r y otro de los generadores de vibración está dispuesto fuera de la región circular concéntrica. En la presente divulgación, un círculo concéntrico que tiene un radio de "aproximadamente" (1/2)r se refiere al que existe en las proximidades de un círculo concéntrico que tiene un radio de (1/2)r, más específicamente, un círculo concéntrico que existe en una región colocada entre un círculo concéntrico que tiene un radio de (2/5)r y otro círculo concéntrico que tiene un radio de (3/5)r. La línea de conversión de polaridad (+/-) de momento de flexión 21 puede fluctuar dentro del intervalo descrito anteriormente dependiendo de la irregularidad del espesor o la irregularidad del material de la película. La disposición de manera que cada uno de los generadores de vibración está dispuesto en cada región dentro y fuera de la línea de conversión de polaridad (+/-) del momento de flexión 21 hace posible cambiar la dirección de desplazamiento de la película 12 generada por cada generador de vibración y por lo tanto, accionar individualmente cada generador de vibración en los tiempos apropiados, aumentando así la eficiencia de desplazamiento de la película y acortando el período de vibración residual de la película.
Es preferible que una señal de accionamiento aplicada a cada uno de los generadores de vibración se ajuste de modo que los picos de desplazamiento de la película generados por los generadores de vibración se superpongan entre sí. Al superponer los picos de desplazamiento de las vibraciones generadas por los generadores de vibración, se puede lograr una mayor eficiencia de desplazamiento de la película basándose en el principio de superposición de ondas.
Es preferible que una señal de accionamiento aplicada a cada uno de los generadores de vibración se ajuste de tal manera que los picos de desplazamiento de las vibraciones residuales de la película generadas por los generadores de vibración se cancelen entre sí. Superponiendo picos de desplazamiento de vibraciones residuales de la película generadas por los generadores de vibración para cancelar los picos de desplazamiento, se puede lograr un mayor efecto de aislamiento de vibración de la película basándose en el principio de superposición de ondas.
Los ejemplos preferidos del generador de vibraciones incluyen un elemento piezoeléctrico. El elemento piezoeléctrico puede configurarse con un material piezoeléctrico intercalado entre electrodos para aplicar una tensión a las superficies superior e inferior del material piezoeléctrico. En este caso, a medida que se aplica una tensión desde el accionador entre los electrodos en las superficies superior e inferior del elemento piezoeléctrico, se aplica tensión de compresión en la dirección lateral de la película y la película vibra en la dirección vertical.
El material piezoeléctrico no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos del material piezoeléctrico incluyen, pero sin limitación, titanato de zirconato de plomo (PZT), óxido de hierro de bismuto, niobato de metal, titanato de bario y estos materiales a los que se añade un metal o un óxido diferente. Entre estos, se prefiere el titanato de zirconato de plomo (PZT).
Accionador
El accionador no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Por ejemplo, cuando el descargador de gotas es un cabezal de inyección de tinta de un método de presión piezoeléctrica, el accionador puede configurarse para introducir una tensión de accionamiento al descargador de gotas. En este caso, el accionador puede deformar el elemento piezoeléctrico para descargar gotas diminutas. Los ejemplos específicos del accionador incluyen, pero sin limitación, un generador de funciones.
El accionador aplica selectivamente una señal de accionamiento arbitraria a los dos o más generadores de vibración. Como resultado, la fase, la amplitud y el ciclo de la vibración generada por cada generador de vibración pueden controlarse para aumentar la cantidad de desplazamiento de la película y reducir la vibración residual.
Preferiblemente, la señal de accionamiento contiene una frecuencia natural de la película. En este caso, el dispositivo de formación de gotas excita la resonancia de la película para lograr una alta eficiencia de accionamiento.
Líquido
El líquido no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos del líquido incluyen, pero sin limitación, una suspensión de partículas y una tinta de alta viscosidad.
Los ejemplos preferidos de la suspensión de partículas incluyen una suspensión celular.
Gota
Preferiblemente, la gota contiene una partícula.
El número de partículas contenidas en la gota es preferiblemente 1 o más, y más preferiblemente de 1 a 5.
El diámetro de la gota no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito, pero es preferiblemente de 25 a 150 |jm. Cuando el diámetro de la gota es de 25 |jm o más, el diámetro de la partícula contenida en la misma se vuelve apropiado y aumenta el número de tipos de partículas aplicables. Cuando el diámetro de la gota es de 150 jm o menos, la descarga de la gota se vuelve estable.
Además, es preferible que se satisfaga la fórmula R > 3r, donde R representa el diámetro de la gota y r representa el diámetro de la partícula. Cuando se satisface la fórmula R > 3r, la relación entre el diámetro de la partícula y el diámetro de la gota es apropiada, y la precisión en el recuento de partículas se mejora sin verse afectada por la relación entre el diámetro de la partícula y el diámetro de la gota.
La cantidad de la gota no está particularmente limitada y puede seleccionarse apropiadamente dependiendo del propósito, pero es preferiblemente de 1000 pL o menos, y más preferiblemente de 100 pL o menos.
La cantidad de la gota se puede medir, por ejemplo, determinando el tamaño de la gota a partir de una imagen de la gota y calculando el volumen de la misma.
Los ejemplos de la partícula contenida en la gota incluyen, pero sin limitación, partículas metálicas, partículas inorgánicas y células. Entre estos, se prefieren las células.
Las células no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Todos los tipos de células son utilizables independientemente de si las células lo son. Por ejemplo, pueden usarse células eucariotas, células procariotas, células de organismos multicelulares y células de organismos unicelulares. Cada uno de estos tipos puede usarse solo o dos o más de ellos pueden usarse en combinación.
Las células eucariotas no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el fin. Los ejemplos de las células eucariotas incluyen, pero sin limitación, células de animales, células de insecto, células vegetales, hongos, algas y protozoos. Cada uno de estos tipos puede usarse solo o dos o más de ellos pueden usarse en combinación. Entre estos, son preferibles las células de animales y los hongos, y son más preferibles las células de origen humano.
También se pueden usar células adherentes, que incluyen células primarias recogidas directamente de tejidos u órganos o células obtenidas subcultivando las células primarias recogidas directamente de tejidos u órganos. Los ejemplos de las células adherentes incluyen, pero sin limitación, células diferenciadas y células no diferenciadas.
Las células diferenciadas no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el fin. Los ejemplos de las células diferenciadas incluyen, pero sin limitación: hepatocitos que son células parenquimatosas del hígado; células estrelladas; células de Kupffer; células endoteliales vasculares; células endoteliales, tales como células endoteliales ductales y células endoteliales corneales; fibroblastos; osteoblastos; osteoclastos; fibroblastos de ligamento periodontal; células epidérmicas, tales como queratinocitos epidérmicos; células epiteliales traqueales; células epiteliales gastrointestinales; células epiteliales cervicales; células epiteliales tales como células epiteliales corneales; células de glándula mamaria; pericitos; células musculares, tales como células de músculo liso y células de músculo cardíaco; células renales; islotes pancreáticos de células de Langerhans; células nerviosas, tales como células nerviosas periféricas y células nerviosas ópticas; células de cartílago; y células óseas.
Las células no diferenciadas no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos de las células indiferenciadas incluyen, pero sin limitación: células madre pluripotentes, tales como células madre embrionarias que son células no diferenciadas y células madre mesenquimatosas multipotentes; células madre unipotentes, tales como células progenitoras endoteliales vasculares que tienen un potencial de diferenciación; y células iPS.
Los hongos no están particularmente limitados y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos de los hongos incluyen, pero sin limitación, mohos y levaduras. Cada uno de estos tipos puede usarse solo o dos o más de ellos pueden usarse en combinación. Entre estos, se prefieren las levaduras porque el ciclo celular de las mismas es ajustable y se pueden usar haploides de las mismas.
El ciclo celular se refiere a un proceso en el que las células (células hijas) generadas por división celular se convierten en células (células madre) que experimentan división celular de nuevo para producir nuevas células hijas.
Las levaduras no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos preferidos de las levaduras incluyen, pero sin limitación, una levadura deficiente en Bar-1 que tiene una sensibilidad aumentada a una feromona (hormona sexual) que controla el ciclo celular a la fase G1. Cuando se usa una levadura deficiente en Bar-1, puede reducirse la relación de abundancia de levaduras cuyo ciclo celular no está controlado, evitando de este modo un aumento del número de ácidos nucleicos específicos de las células alojadas en un recipiente.
Las células procariotas no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el fin. Los ejemplos de las células procariotas incluyen, pero sin limitación, eubacterias y arqueobacterias. Cada uno de estos tipos puede usarse solo o dos o más de ellos pueden usarse en combinación.
Preferiblemente, las células son células muertas. Las células muertas pueden evitar la aparición de división celular después de la clasificación.
Preferiblemente, las células son capaces de emitir luz cuando reciben luz. Cuando las células son capaces de emitir luz cuando reciben luz, el número de células para aterrizar en un objeto objetivo de aterrizaje puede controlarse con alta precisión.
Un sensor óptico se refiere a un sensor pasivo que adquiere la forma y similares de una célula objetivo como datos de imagen al recopilar luz visible (luz visible para los ojos humanos) y luz que tiene longitudes de onda más largas (una de infrarrojo cercano, infrarrojo de longitud de onda corta, y regiones infrarrojas térmicas) con una lente.
Células capaces de emitir luz cuando reciben luz
Las células capaces de emitir luz cuando reciben luz no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito siempre que puedan emitir luz cuando reciben luz. Los ejemplos de tales células incluyen, pero sin limitación, células teñidas con un colorante fluorescente, células que expresan una proteína fluorescente y células marcadas con un anticuerpo marcado con fluorescencia.
El sitio de tinción por el colorante fluorescente, el sitio de expresión de la proteína fluorescente o el sitio de marcaje por el anticuerpo marcado con fluorescencia no están particularmente limitados y pueden estar presentes en células completas, núcleos celulares o membranas celulares.
Colorante fluorescente
Los ejemplos del colorante fluorescente incluyen, pero sin limitación, fluoresceínas, azos, rodaminas, cumarinas, pirenos y cianinas. Cada uno de estos tipos puede usarse solo o dos o más de ellos pueden usarse en combinación. Entre estos, son preferibles las fluoresceínas, los azos y las rodaminas, y son más preferibles la eosina, el azul de Evans, el azul de tripano, la rodamina 6G, la rodamina B y la rodamina 123.
Como colorante fluorescente, se pueden usar productos disponibles comercialmente, tales como eosina Y (fabricada por FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation), azul de Evans (fabricado por FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation), azul de tripano (fabricado por FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation), rodamina 6G (fabricada por FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation), rodamina B (fabricada por FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation) y rodamina 123 (fabricada por FUJIFILM Wako Pure Chemical Corporation).
Proteína fluorescente
Los ejemplos de la proteína fluorescente incluyen, pero sin limitación, Sirius, EBFP, ECFP, mTurquoise, TagCFP, AmCyan, mTFP1, MidoriishiCyan, CFP, TurboGFP, AcGFP, TagGFP, Azami-Green, ZsGreen, EmGFP, EGFP, GFP2, HyPer, TagYFP, EYFP, Venus, YFP, PhiYFP, PhiYFP-m, TurboYFP, ZsYellow, mBanana, KusabiraOrange, mOrange, TurboRFP, DsRed-Express, DsRed2, TagRFP, DsRed-Monomer, AsRed2, mStrawberry, TurboFP602, mRFP1, JRed, KillerRed, mCherry, mPlum, PS-CFP, Dendra2, Kaede, EosFP y KikumeGR. Cada uno de estos tipos puede usarse solo o dos o más de ellos pueden usarse en combinación.
Anticuerpo marcado con fluorescencia
El anticuerpo marcado con fluorescencia no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente dependiendo del propósito siempre que esté marcado con fluorescencia. Los ejemplos del anticuerpo marcado con fluorescencia incluyen, pero sin limitación, CD4-FITC y CD8-PE. Cada uno de estos tipos puede usarse solo o dos o más de ellos pueden usarse en combinación.
Preferiblemente, las células portan un ácido nucleico específico. El número de células que tienen un ácido nucleico específico no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente dependiendo del propósito siempre que sea plural.
Ácido nucleico específico
El ácido nucleico específico no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el fin. Los ejemplos del ácido nucleico específico incluyen, pero sin limitación, una secuencia de bases usada para una prueba de enfermedad infecciosa, un ácido nucleico que no existe en la naturaleza, una secuencia de bases derivada de células animales y una secuencia de bases derivada de células vegetales. Cada uno de estos tipos puede usarse solo o dos o más de ellos pueden usarse en combinación. Además, un plásmido también puede usarse adecuadamente como el ácido nucleico específico.
El ácido nucleico se refiere a un compuesto orgánico macromolecular en el que se unen regularmente bases que contienen nitrógeno derivadas de purinas o pirimidinas, azúcares y ácidos fosfóricos.
El ácido nucleico específico no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el fin. Los ejemplos de los mismos incluyen, pero sin limitación, ADN y ARN. Entre estos, se usan adecuadamente un ADN que corresponde a un ARN derivado de una región de fijación de enfermedad infecciosa tal como norovirus y un ADN que no existe en la naturaleza.
El ácido nucleico específico en la pluralidad de células puede ser un ácido nucleico específico derivado de la célula en uso o un ácido nucleico específico introducido por transferencia génica. Cuando el ácido nucleico específico es un ácido nucleico específico introducido por transferencia génica o un plásmido, es preferible confirmar si se ha introducido una copia del ácido nucleico específico en una célula. El método para confirmar si se ha introducido una copia del ácido nucleico específico no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el fin. La confirmación puede realizarse, por ejemplo, mediante un secuenciador, un método de PCR, un método de Southern blot.
El método de transferencia génica no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito siempre que la secuencia de ácido nucleico específica pueda introducirse en la ubicación objetivo con el número objetivo de moléculas. Los ejemplos de los mismos incluyen, pero sin limitación, recombinación homóloga, CRISPR/Cas9, TALEN, nucleasa de dedo de zinc, Flip-in y Jump-in. En particular, en el caso de la levadura, se prefiere la recombinación homóloga para una alta eficiencia y facilidad de control.
Las partículas metálicas no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos de las partículas metálicas incluyen, pero sin limitación, partículas de plata y partículas de cobre. En este caso, las gotas descargadas pueden usarse para estirar cableados.
Las partículas inorgánicas no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos de las partículas inorgánicas incluyen, pero sin limitación, óxido de titanio y óxido de silicio que se usan para tintas blancas y para la aplicación de materiales espaciadores.
En un caso en el que las partículas se agregan, el número de partículas en el líquido puede ajustarse ajustando la concentración de las partículas en el líquido, ya que la concentración y el número de las partículas en el líquido siguen la distribución de Poisson.
El disolvente del líquido no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos del disolvente incluyen, pero sin limitación, agua de intercambio iónico, agua destilada, agua pura, solución salina y diversos disolventes orgánicos tales como alcoholes, aceites minerales y aceites vegetales.
Cuando se usa agua como disolvente, es preferible que el agua contenga un agente humectante para evitar la evaporación del agua y/o un tensioactivo para reducir la tensión superficial. Para la formulación, se pueden usar materiales comunes usados para tintas de inyección de tinta.
Detector de cantidad de líquido
Preferiblemente, el dispositivo de formación de gotas tiene un detector de cantidad de líquido configurado para detectar la cantidad del líquido en el contenedor de líquido, y el accionador está configurado para controlar una forma de onda de aislamiento de vibración basándose en un resultado de detección del detector de cantidad de líquido.
Incluso cuando la frecuencia natural de la película cambia con un aumento o disminución de la cantidad de líquido en el contenedor de líquido, el detector de cantidad de líquido detecta la cantidad de líquido e introduce una forma de onda de aislamiento de vibración adaptada al cambio de la frecuencia natural, logrando así una eficiencia de accionamiento estable.
El método de detección de la cantidad de líquido con el detector de cantidad de líquido no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos del mismo incluyen, pero sin limitación: (1) un método para detectar la cantidad de un líquido que tiene conductividad usando una pluralidad de electrodos dispuestos en la dirección de profundidad de la superficie de pared interior del contenedor de líquido para medir la continuidad eléctrica o el valor de resistencia entre los electrodos; y (2) un método para calcular la distancia a la superficie del líquido proporcionando un sensor óptico por encima del contenedor de líquido para emitir luz a la superficie del líquido y recibir la luz reflejada desde la superficie del líquido y medir la diferencia de fase entre la luz emitida y la luz reflejada.
Contador de número de partículas
El contador del número de partículas está configurado para contar las partículas contenidas en la gota. Preferiblemente, el contador del número de partículas comprende un sensor configurado para contar el número de partículas contenidas en la gota después de que se descarga la gota y antes de que la gota aterrice en un objeto objetivo de aterrizaje.
El sensor se refiere a un dispositivo que sustituye las propiedades mecánicas, electromagnéticas, térmicas, acústicas o químicas de los fenómenos y artefactos naturales, o la información espacial o la información temporal indicada por los mismos, con una señal de un medio separado que es fácil de manejar por humanos o máquinas aplicando algunos principios científicos.
El contador del número de partículas no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. El contador del número de partículas puede incluir un proceso de observación de partículas antes de la descarga y un proceso de recuento de partículas después del aterrizaje.
El número de partículas contenidas en la gota después de la descarga de la gota y antes de que la gota caiga sobre el objeto objetivo de aterrizaje se cuenta preferiblemente observando las partículas en la gota en un momento en el que la gota se coloca inmediatamente por encima de una abertura de pocillo de una placa como el objeto objetivo de aterrizaje donde se espera que entre la gota.
La placa no está particularmente limitada, y puede usarse una que tenga un orificio generalmente utilizada en el campo de la biotecnología.
El número de pocillos en la placa no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente dependiendo del propósito, y puede ser singular o plural.
Como placa que tiene una pluralidad de pocillos, se usa preferiblemente una placa en la que se forman orificios con un número y tamaño general en la industria, tal como la que tiene 24, 96 o 384 pocillos.
El material de la placa no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Para procesos posteriores, se usan preferiblemente aquellos que tienen una adhesión reducida a las superficies de pared de las células o ácidos nucleicos.
El método de observación de las partículas en la gota puede ser, por ejemplo, un método de detección óptica o una detección eléctrica/magnética.
Otros dispositivos
Los otros dispositivos no están particularmente limitados y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos de los mismos incluyen, pero sin limitación, un emisor de luz, un receptor de luz, una pantalla y un controlador.
Emisor de luz
El emisor de luz está configurado para emitir luz a las gotas descargadas desde el descargador de gotas.
El emisor de luz no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos del emisor de luz incluyen, pero sin limitación, un láser de estado sólido, un láser semiconductor y un láser de colorante.
Los ejemplos de láseres de estado sólido incluyen, pero sin limitación, láser YAG, láser de rubí y láser de vidrio. Los ejemplos de productos comercialmente disponibles de láser YAG incluyen, pero sin limitación, EXPLORER ONE-532-200-KE (fabricado por Spectra-Physics KK).
El diámetro de punto del láser no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito, pero es preferiblemente de 100 a 2000 |jm. Cuando el diámetro del punto es de 100 a 2000 |jm, la probabilidad de que la gota se irradie con el haz láser es alta incluso cuando se produce una variación en la descarga de las gotas, de modo que se evita ventajosamente una disminución en la precisión del recuento de las partículas en la gota.
Preferiblemente, la luz emitida desde el emisor de luz es luz pulsada. De este modo, se puede mejorar la precisión en el recuento del número de partículas en la gota.
El ancho de pulso de la luz pulsada no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito, pero es preferiblemente de 10 js o menos, y más preferiblemente de 1 js o menos.
La energía por pulso unitario no está particularmente limitada y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Aunque dependiendo en gran medida del sistema óptico (por ejemplo, si está presente o no un condensador), la energía por pulso unitario es preferiblemente de 0,1 jJ o más, y más preferiblemente de 1 jJ o más. El emisor de luz emite luz a la gota en vuelo. Aquí, la gota "en vuelo" se refiere a un estado desde la descarga de la gota hasta el aterrizaje de la gota en el objeto objetivo de aterrizaje.
Preferiblemente, el emisor de luz es capaz de emitir luz en sincronización con la descarga de la gota. Por lo tanto, la gota descargada desde una posición diferente se irradia de manera más fiable con luz.
En este caso, la sincronización se logra a medida que el emisor de luz emite luz en el momento en que la gota descargada alcanza una posición predeterminada. Es decir, el emisor de luz emite luz con un retardo de un periodo de tiempo predeterminado desde la descarga de la gota.
Preferiblemente, el emisor de luz emite luz a solo una gota en vuelo.
Receptor de luz
El receptor de luz está configurado para recibir luz de las partículas irradiadas con luz.
El receptor de luz no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos del receptor de luz incluyen, pero sin limitación, una cámara que tiene un elemento unidimensional o un elemento bidimensional. Entre estos, es preferible una cámara que tenga un elemento bidimensional. Cuando el receptor de luz es una cámara que tiene un elemento bidimensional, es ventajosamente fácil obtener no solo el valor de luminancia de la luz emitida sino también la forma en la superficie receptora de luz emitida.
Los ejemplos específicos del elemento unidimensional incluyen, pero sin limitación, un fotodiodo y un fotosensor. Entre estos, son preferibles un tubo fotomultiplicador y un fotodiodo de avalancha. Cuando el elemento unidimensional es un tubo fotomultiplicador o un fotodiodo de avalancha, es posible una medición altamente sensible.
Los ejemplos específicos del elemento bidimensional incluyen, pero sin limitación, un dispositivo de acoplamiento de carga (CCD), un sensor de imagen de semiconductor de óxido de metal complementario (CMOS) y un CCD de puerta.
Como receptor de luz, es preferible una cámara que tenga un sensor de imagen CMOS.
Los ejemplos de productos disponibles comercialmente de la cámara que tienen un sensor de imagen CMOS incluyen, pero sin limitación, una cámara altamente sensible (pco.edge, sCMOS, fabricada por Tokyo Instruments, Inc.).
En un caso en el que la gota en vuelo contenga partículas capaces de emitir luz tras la irradiación con luz, el receptor de luz recibe fluorescencia emitida desde las partículas que han absorbido la luz como luz de excitación. Dado que la fluorescencia se emite desde las partículas en todas las direcciones, el receptor de luz puede disponerse en cualquier posición donde pueda recibirse la luz emitida desde las partículas. Para mejorar el contraste, el receptor de luz se dispone preferiblemente en una posición donde la luz emitida desde el emisor de luz no incide directamente.
Preferiblemente, se proporcionan dos o más receptores de luz y cada receptor de luz recibe luz emitida desde las partículas en diferentes direcciones. Como se proporcionan dos o más receptores de luz, incluso cuando uno de los receptores de luz recibe la luz emitida de manera superpuesta, otro de los receptores de luz puede recibir la luz emitida de manera no superpuesta, de modo que las partículas contenidas en la gota se pueden contar con alta precisión basándose en la luz emitida recibida por el otro de los receptores de luz.
Dado que la luz se emite en todas las direcciones desde las partículas capaces de emitir luz tras la irradiación con luz, se pueden disponer dos o más receptores de luz en cualquier posición en la que la luz emitida en diferentes direcciones desde las partículas capaces de emitir luz tras la irradiación con luz pueda ser recibida. Obsérvese que pueden disponerse tres o más receptores de luz en cualquier posición donde pueda recibirse la luz emitida en diferentes direcciones desde las partículas capaces de emitir luz tras la irradiación con luz. Los receptores de luz pueden tener la misma memoria descriptiva o memorias descriptivas diferentes.
En un caso en el que el número de receptores de luz sea uno, cuando la gota en vuelo contiene una pluralidad de partículas capaces de emitir luz tras la irradiación con luz, el contador del número de partículas puede detectar erróneamente el número de partículas capaces de emitir luz tras la irradiación con luz (es decir, puede producirse un error de recuento) debido a la superposición de las partículas capaces de emitir luz tras la irradiación con luz entre sí. En un caso en el que se proporcionan dos o más receptores de luz, se puede reducir la influencia de la superposición de las partículas capaces de emitir luz tras la irradiación con luz.
Una realización del contador del número de partículas que se describirá más adelante puede implementarse comparando un valor de luminancia o un valor de área de las partículas capaces de emitir luz tras la irradiación con luz con un valor umbral preestablecido. Cuando se proporcionan dos o más receptores de luz, la aparición de un error de recuento puede reducirse adoptando datos que indican el valor máximo de entre los valores de luminancia o los valores de área obtenidos de los receptores de luz, ya que el valor de luminancia y el valor de área disminuyen ambos cuando se produce la superposición de las partículas. Cuando se proporciona una pluralidad de elementos receptores de luz bidimensionales, el número de partículas puede determinarse mediante un algoritmo para estimar el número de partículas basándose en una pluralidad de datos de forma obtenidos.
Las partículas irradiadas con luz emiten luz en todas las direcciones. Por lo tanto, los dos o más receptores de luz no están particularmente limitados y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el fin siempre que estén dispuestos en una posición en la que pueda recibirse la luz emitida. Preferiblemente, los receptores de luz están dispuestos de manera que el ángulo formado entre las direcciones de recepción de luz de los mismos no sea de cero grados. En este caso, la información se obtiene en un estado de menos superposición de emisión de luz, lo que es ventajoso.
Cuando el número de receptores de luz es dos, preferiblemente, uno de los receptores de luz está dispuesto de manera que la dirección de recepción de luz del mismo sea sustancialmente ortogonal a la dirección de recepción de luz del otro de los receptores de luz. Por lo tanto, entre la información recibida por el uno de los receptores de luz y el otro de los receptores de luz, puede seleccionarse información en un estado de menos superposición de emisión de luz. En el presente documento, "sustancialmente ortogonal" se refiere a un estado en el que el ángulo entre los mismos varía de 80 a 100 grados.
Las direcciones de recepción de luz de los receptores de luz distintos de los dos receptores de luz descritos anteriormente no están particularmente limitadas y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el fin. Cuando dos o más receptores de luz están dispuestos en el mismo plano, es preferible que el ángulo formado entre las direcciones de recepción de luz de receptores de luz adyacentes sea un ángulo obtenido dividiendo equitativamente 360 grados por el número de receptores de luz. Por ejemplo, cuando se disponen tres receptores de luz en el mismo plano, es preferible que el ángulo formado entre las direcciones de recepción de luz de receptores de luz adyacentes sea de 120 grados.
Preferiblemente, el receptor de luz está dispuesto de tal manera que la dirección de recepción de luz del mismo sea sustancialmente ortogonal a la dirección de descarga de las gotas. Más preferiblemente, todos los receptores de luz están dispuestos de manera que las direcciones de recepción de luz de los mismos sean sustancialmente ortogonales a la dirección de descarga de las gotas. Esto facilita el ajuste de la posición del receptor de luz, lo que es ventajoso porque la estructura del dispositivo de formación de gotas no es complicada.
Para mejorar el contraste, el receptor de luz se dispone preferiblemente en una posición donde la luz emitida desde el emisor de luz no incide directamente.
Preferiblemente, el receptor de luz es capaz de recibir la luz emitida en sincronización con la descarga de múltiples gotas. Por lo tanto, múltiples gotas descargadas desde diferentes posiciones se irradian con luz emitida desde el emisor de luz, y el receptor de luz recibe de manera más fiable la luz emitida desde las partículas.
En este caso, la sincronización se logra a medida que el receptor de luz recibe la luz emitida en el momento en que las múltiples gotas descargadas se irradian con luz al alcanzar una posición predeterminada y las partículas capaces de emitir luz al irradiar con luz emiten luz. Es decir, el receptor de luz detecta la luz emitida con un retardo de periodos de tiempo predeterminados, cada uno desde la descarga de las múltiples gotas desde diferentes posiciones y desde la emisión de luz por el emisor de luz.
Pantalla
Se puede usar una pantalla o un altavoz como dispositivo de salida. La pantalla no está particularmente limitada y se pueden usar apropiadamente las bien conocidas. Los ejemplos de la pantalla incluyen, pero sin limitación, una pantalla de cristal líquido y una pantalla electroluminiscente (EL) orgánica.
Controlador
Un controlador controla el funcionamiento general del dispositivo de formación de gotas. Los ejemplos del controlador incluyen, pero sin limitación, un ordenador provisto de diversos software y programas.
El dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una realización de la presente invención se describe en detalle a continuación con referencia a los dibujos.
En cada dibujo, se dan los mismos números de referencia a los mismos componentes, y se puede omitir una explicación redundante. El número, la posición, la forma y similares de los miembros constituyentes no se limitan a la realización descrita a continuación, y pueden determinarse adecuadamente.
Primera realización
La figura 2A es una vista esquemática del dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una primera realización de la presente invención. La figura 2B es una vista en planta de la película del descargador de gotas ilustrado en la figura 2A vista desde abajo.
Un dispositivo de formación de gotas 100 ilustrado en la figura 2A incluye un descargador de gotas 10 y un accionador20.
El descargador de gotas 10 es de cabezal abierto en la presente realización. El descargador de gotas 10 incluye un contenedor de líquido 11 y una película 12 sobre la que se forma un orificio de descarga 14. Un líquido 15 contenido en el contenedor de líquido 11 se descarga como gotas desde el orificio de descarga 14 cuando dos generadores de vibración 13A y 13B aplican vibración a la película 12.
El contenedor de líquido 11 contiene el líquido 15. Dado que el descargador de gotas 10 es de cabezal abierto en la presente realización, se proporciona una abertura atmosférica 18 en una parte superior del contenedor de líquido 11. Las burbujas de aire mezcladas en el líquido 15 pueden descargarse desde la abertura atmosférica 18.
En la presente realización, dado que el descargador de gotas 10 es de cabezal abierto, los dos generadores de vibración 13A y 13B están dispuestos en la superficie inferior de la película 12.
Preferiblemente, los generadores de vibración 13A y 13B están dispuestos en la película 12 separados hacia fuera por una cierta distancia desde el centro del orificio de descarga 14, y están dispuestos en forma anular con respecto al centro del orificio de descarga 14, para aumentar la eficiencia del desplazamiento de la película y acortar el período de vibración residual de la película.
Específicamente, haciendo referencia a la figura 2B, es preferible que los dos generadores de vibración 13A y 13B estén dispuestos en cada región de la película 12 donde la polaridad (+/-) del momento de flexión difiere, es decir, cada región en un lado positivo (+) y un lado negativo (-) de la película 12 con respecto a la línea de conversión de polaridad (+/-) de momento de flexión 21 interpuesta entre ellas. Esta disposición hace posible cambiar la dirección de desplazamiento de la película generada por cada generador de vibración y, por lo tanto, accionar individualmente cada generador de vibración en tiempos apropiados, aumentando de este modo la eficiencia de desplazamiento de la película y acortando el período de vibración residual de la película. Un número de referencia 22 en la figura 2B indica la porción de extremo de la película 12.
Cuando el generador de vibraciones 13B y el generador de vibraciones 13A están dispuestos como se ilustra en la figura 2B y se aplica una onda sinusoidal de una tensión positiva al generador de vibración 13B, la película se desplaza en la dirección de descarga, es decir, la dirección negativa del eje y en el gráfico como se ilustra en la figura 3A. Por el contrario, cuando se aplica una onda sinusoidal de una tensión positiva al generador de vibración 13A, la película se desplaza en la dirección del contenedor de líquido, es decir, la dirección positiva del eje y en el gráfico como se ilustra en la figura 3B.
Por lo tanto, aplicando individualmente señales de accionamiento arbitrarias a los dos generadores de vibración 13A y 13B y controlando el estado de desplazamiento de la película basándose en el principio de superposición de ondas, es posible aumentar la cantidad de desplazamiento (que es uno de los factores importantes para formar gotas) inmediatamente después del inicio del accionamiento y aislar rápidamente la vibración residual después de la formación de gotas.
Las figuras 4A y 4B son diagramas para explicar señales de accionamiento específicas para el descargador de gotas.
Las señales de accionamiento aplicadas a los generadores de vibración 13A y 13B pueden ajustarse de modo que los picos de desplazamiento de la película 12 generados por los generadores de vibración 13A y 13B se superpongan entre sí. Por ejemplo, en un caso en el que los generadores de vibración 13A y 13B están dispuestos como se ilustra en la figura 2B, cuando la forma de onda aplicada se establece de manera que los picos de desplazamiento en las respuestas de desplazamiento ilustradas en las figuras 3A y 3B se superponen y refuerzan entre sí, la amplitud de la película 12 aumenta como en la respuesta de desplazamiento ilustrada en la figura 4A.
Como alternativa, las señales de accionamiento aplicadas a los generadores de vibración 13A y 13B pueden ajustarse de modo que los picos de desplazamiento de la película 12 generados por los generadores de vibración 13A y 13B se cancelen entre sí. Por ejemplo, en un caso en el que los generadores de vibración 13A y 13B están dispuestos como se ilustra en la figura 2B, cuando la forma de onda aplicada se establece de manera que los picos de desplazamiento en las respuestas de desplazamiento ilustradas en las figuras 3A y 3B se superponen y se debilitan entre sí, la vibración residual de la película 12 se reduce como en la respuesta de desplazamiento ilustrada en la figura 4B.
La forma y el tamaño de los generadores de vibración se pueden diseñar de acuerdo con la forma y el tamaño de la película 12. Los ejemplos de los generadores de vibraciones incluyen, pero sin limitación, los ilustrados en las Figuras 5A a 5E. La forma de los generadores de vibración puede ser anular (en forma de anillo) como se ilustra en la figura 5A, elíptica como se ilustra en la figura 5E, en forma de marco cuadrado como se ilustra en la figura 5B, en forma de marco rectangular como se ilustra en la figura 5C, o en forma de marco cuadrado con bordes redondeados como se ilustra en la figura 5D.
El número de disposiciones de los generadores de vibración no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Para procesos de preparación más simples del accionador y cableados, el número preferido es dos. El límite superior del número de disposiciones no está particularmente limitado, ya que es posible controlar el desplazamiento de la película con una mayor eficiencia de accionamiento cuando el número de disposiciones de los generadores de vibración aumenta a 3, 4 o más.
Los dos generadores de vibración 13A y 13B comprenden típicamente un elemento piezoeléctrico. A medida que se aplica una tensión al elemento piezoeléctrico, se aplica una tensión de compresión en la dirección lateral de la superficie sobre la que la figura 2B se estira y la película 12 se deforma.
El material del elemento piezoeléctrico no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos del mismo incluyen, pero sin limitación, diversos materiales piezoeléctricos tales como titanato de zirconato de plomo, óxido de hierro de bismuto, niobato metálico, titanato de bario, y estos materiales a los que se añade un metal o un óxido diferente.
Los dos generadores de vibración 13A y 13B no se limitan a elementos piezoeléctricos. Por ejemplo, un material que tiene un coeficiente de expansión lineal diferente al de la película 12 puede unirse a la película 12 y calentarse para deformar la película debido a la diferencia en el coeficiente de expansión. En este caso, preferiblemente, se forma un calentador en el material que tiene un coeficiente de expansión lineal diferente para que la película pueda deformarse calentando el calentador mediante la aplicación de corriente.
El accionador 20 es capaz de aplicar selectivamente señales de accionamiento arbitrarias a los dos generadores de vibración 13A y 13B como formas de onda de descarga, deformando así la película 12 y descargando el líquido 15 contenido en el contenedor de líquido 11 como gotas.
Se pueden aplicar diferentes señales de accionamiento a los dos generadores de vibración 13A y 13B para controlar la fase, amplitud y ciclo de vibración de la película 12 generada por cada generador de vibración 13A y 13B, aumentando de este modo la cantidad de desplazamiento de la película 12 o reduciendo la vibración residual de la película 12 después de la descarga de gotas. Las señales de accionamiento aplicadas a los dos generadores de vibración 13A y 13B pueden tener todas la misma forma de onda para simplificar la generación de señales de accionamiento.
Las figuras 6A a 6C son diagramas para explicar las señales de accionamiento aplicadas a los generadores de vibración del descargador de gotas 10. La señal de accionamiento aplicada a cada generador de vibración se establece en una forma de onda que incluye el ciclo de vibración natural To de la película.
La forma de onda de la señal de accionamiento puede ser, como se ilustra en las figuras 6A a 6C, no solo una onda triangular o una onda sinusoidal, sino también una onda triangular que ha pasado un filtro de paso bajo para tener un borde suave.
La cantidad del líquido 15 contenido en el contenedor de líquido 11 no está particularmente limitada y puede seleccionarse de acuerdo con el fin, pero es preferiblemente de 1 |jl a 1 ml. En un caso en el que el líquido es un líquido caro, tal como una suspensión celular en la que las células se dispersan como partículas, es preferible que se puedan formar gotas con una pequeña cantidad del líquido. Más preferiblemente, la cantidad del líquido se mantiene en un intervalo de 1 a 50 jL .
La forma de la película 12 puede ser circular, elíptica o poligonal. Independientemente de la forma de la película, es deseable que el generador de vibraciones esté dispuesto dentro de la región circular inscrita de la película. En el caso de disponer el generador de vibraciones en el lado exterior de la circunferencia de un círculo que tiene un radio r en la película, es deseable que el generador de vibraciones esté dispuesto de tal manera que al menos una parte del mismo esté en contacto con la película.
El material de la película 12 no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Sin embargo, si el material es demasiado blando, la película es fácil de hacer vibrar y difícil de reducir inmediatamente la vibración cuando se suspende la descarga. Por lo tanto, es preferible un material que tenga un cierto grado de dureza. En general, se pueden usar materiales metálicos, materiales cerámicos y materiales poliméricos que tienen un cierto grado de dureza.
Preferiblemente, el orificio de descarga 14 está formado como un orificio pasante sustancialmente circular en el centro de la película 12. El diámetro del orificio de descarga 14 no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito, pero es preferiblemente de 1 a 200 jm para la estabilización de la forma de las gotas descargadas.
Segunda realización
La figura 7 es una vista esquemática del dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una segunda realización de la presente invención. En la segunda realización, los mismos componentes que los de las realizaciones ya descritas se indican con los mismos números de referencia, y se omitirá la descripción de los mismos.
Un dispositivo de formación de gotas 100 ilustrado en la figura 7 incluye un descargador de gotas 10 y un accionador 20.
El descargador de gotas 10 es de cabezal cerrado en la presente realización. El descargador de gotas 10 incluye un contenedor de líquido 11 que tiene un orificio de descarga 14 formado en un extremo inferior del mismo, y una película 12. Un líquido 15 contenido en el contenedor de líquido 11 se descarga como gotas desde el orificio de descarga 14 cuando dos generadores de vibración 13A y 13B aplican vibración a la película 12.
En la presente realización, dado que el descargador de gotas 10 es de cabezal cerrado, los dos generadores de vibración 13A y 13B están dispuestos en la superficie superior de la película 12. La película 12 puede vibrar suministrando una señal de accionamiento a los dos generadores de vibración 13A y 13B desde el accionador 20. Por lo tanto, las gotas pueden descargarse desde el orificio de descarga 14.
Tercera realización
La figura 8 es una vista esquemática del dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una tercera realización de la presente invención. En la tercera realización, los mismos componentes que los de las realizaciones ya descritas se indican con los mismos números de referencia, y se omitirá la descripción de los mismos.
El dispositivo de formación de gotas 100 de acuerdo con la tercera realización ilustrada en la figura 8 tiene la misma configuración que el dispositivo de formación de gotas de acuerdo con la primera realización, excepto por incluir además un detector de cantidad de líquido capaz de detectar la cantidad de líquido en el contenedor de líquido.
En el dispositivo de formación de gotas 100 ilustrado en la figura 8, una pluralidad de electrodos está dispuesta como un detector de cantidad de líquido 16 en la dirección de profundidad de la superficie de pared interior del contenedor de líquido 11. Cuando el líquido es un líquido que tiene conductividad, la cantidad del líquido puede detectarse midiendo la continuidad eléctrica o el valor de resistencia entre los múltiples electrodos.
El accionador 20 puede configurarse para poder establecer la forma de onda de aislamiento de vibración basándose en el resultado de detección del detector de cantidad de líquido 16. Por ejemplo, el accionador 20 puede configurarse para seleccionar una frecuencia natural apropiada basándose en una señal relacionada con la cantidad de líquido detectada por el detector de cantidad de líquido 16 y emitir una señal de accionamiento ilustrada en las figuras 6A a 6C.
Además, en otro ejemplo del dispositivo de formación de gotas 100 de acuerdo con la tercera realización ilustrada en la figura 9, se proporciona un sensor óptico como un detector de cantidad de líquido 17 por encima del contenedor de líquido 11. La superficie del líquido refleja la luz emitida desde el sensor óptico y el sensor óptico recibe la luz reflejada desde la superficie del líquido, de modo que la distancia a la superficie del líquido se calcula por la diferencia de fase entre la luz emitida y la luz reflejada.
El detector de cantidad de líquido no se limita a los descritos anteriormente, y pueden usarse diversas técnicas conocidas para la medición de distancia y detección de nivel de líquido.
Cuarta realización
La figura 10 es una vista esquemática del dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una cuarta realización de la presente invención. En la cuarta realización, los mismos componentes que los de las realizaciones ya descritas se indican con los mismos números de referencia, y se omitirá la descripción de los mismos.
El dispositivo de formación de gotas 100 de acuerdo con la cuarta realización ilustrada en la figura 10 tiene la misma configuración que la ilustrada en las figuras 2A y 2B excepto por incluir además un emisor de luz 30, un receptor de luz 41 y un contador de número de partículas 50.
El emisor de luz 30 emite luz a una gota 210 en vuelo descargada desde el orificio de descarga 14 del descargador de gotas 10. El emisor de luz 30 es capaz de emitir luz en sincronización con la descarga de la gota por el descargador de gotas 10 (en sincronización con una señal de accionamiento suministrada desde el accionador 20 al descargador de gotas 10). En esta fase, la gota 210 "en vuelo" se refiere a un estado desde la descarga de la gota 210 por el descargador de gotas 10 hasta el aterrizaje de la gota 210 en el objeto objetivo de aterrizaje.
En este caso, la sincronización se logra a medida que el emisor de luz 30 emite luz en el momento en que la gota vuela para alcanzar una posición predeterminada y se irradia con luz, no en el momento en que el descargador de gotas 10 descarga la gota (no en el momento en que el accionador 20 suministra una señal de accionamiento al descargador de gotas 10). Es decir, el emisor de luz 30 emite luz con un retardo de un periodo de tiempo predeterminado desde la descarga de la gota 210 por el descargador de gotas 10 (desde el suministro de la señal de accionamiento desde el accionador 20 al descargador de gotas 10).
Preferiblemente, el emisor de luz 30 emite luz L a solo una gota en vuelo. Cuando se descargan simultáneamente múltiples gotas 210 desde el orificio de descarga 14 y se emite luz L simultáneamente a las gotas 210, la luz emitida por las partículas 200 contenidas en las gotas 210 se recibe simultáneamente, de modo que se vuelve difícil contar el número de partículas 200 incluido en cada gota. Para mejorar la precisión al contar el número de partículas en la gota, es preferible que cada gota se descargue desde el orificio de descarga 14 en un momento diferente.
Preferiblemente, la luz L emitida desde el emisor de luz 30 es luz pulsada. Por ejemplo, se usan adecuadamente un láser de estado sólido, un láser semiconductor y un láser de colorante. Cuando la luz es luz pulsada, el ancho de pulso es preferiblemente de 10 ps o menos, y más preferiblemente de 1 ps o menos. La energía por pulso unitario depende en gran medida del sistema óptico (por ejemplo, si está presente o no un condensador), pero es preferiblemente de 0,1 pJ o más, y más preferiblemente de 1 pJ o más.
En un caso en el que la gota en vuelo contenga partículas 200, el receptor de luz 41 recibe fluorescencia emitida desde las partículas 200 que han absorbido la luz como luz de excitación. Dado que la fluorescencia se emite desde las partículas 200 en todas las direcciones, el receptor de luz 41 puede disponerse en cualquier posición en la que pueda recibirse la fluorescencia. Para mejorar el contraste, el receptor de luz 41 está dispuesto preferiblemente en una posición donde la luz emitida desde el emisor de luz 30 no incide directamente.
Los ejemplos específicos del receptor de luz 41 incluyen, pero sin limitación, un elemento unidimensional tal como un fotodiodo y un fotosensor. Cuando se requiere una medición de alta sensibilidad, se usa preferiblemente un tubo fotomultiplicador o un fotodiodo de avalancha. Los ejemplos específicos del receptor de luz incluyen adicionalmente, pero sin limitación, un elemento bidimensional tal como un dispositivo de acoplamiento de carga (CCD), un semiconductor de óxido de metal complementario (CMOS) y un CCD de puerta.
Dado que la luz Lf emitida desde las partículas 200 es más débil que la luz L emitida por el emisor de luz 30, puede disponerse un filtro que atenúa el intervalo de longitud de onda de la luz delante del receptor de luz 41 (en el lado de la superficie receptora de luz). En este caso, en el receptor de luz 41, la luz con un contraste muy alto puede obtener una imagen de las partículas 200. Los ejemplos del filtro incluyen, pero sin limitación, un filtro de muesca que atenúa un intervalo de longitud de onda específico que incluye la longitud de onda de la luz.
El contador de número de partículas 50 detecta el número de partículas 200 en la gota (incluyendo el caso de que el número sea cero) basándose en la información del receptor de luz 41.
El contador de número de partículas 50 puede incluir, por ejemplo, una unidad central de procesamiento (CPU), una memoria de solo lectura (ROM), una memoria de acceso aleatorio (RAM) y/o una memoria principal. En este caso, pueden implementarse diversas funciones del contador de número de partículas 50 a medida que un programa almacenado en la ROM es leído por la memoria principal y ejecutado por la CPU. Por otro lado, parte o todo el contador de número de partículas 50 puede implementarse únicamente por hardware. Además, el contador de número de partículas 50 puede configurarse físicamente con una pluralidad de dispositivos o similares.
Por ejemplo, el contador de número de partículas 50 puede detectar el número de partículas 200 comparando la cantidad de luz recibida por el receptor de luz 41 con un valor umbral preestablecido. En este caso, puede usarse un elemento unidimensional o un elemento bidimensional como el receptor de luz 41.
Cuando se usa un elemento bidimensional como el receptor de luz 41, el contador de número de partículas 50 puede realizar un procesamiento de imagen para calcular el valor de luminancia o el área de las partículas 200 basándose en una imagen bidimensional obtenida del receptor de luz 41. En este caso, el contador de número de partículas 50 calcula el valor de luminancia o el valor de área de las partículas 200 mediante procesamiento de imágenes, y compara el valor de luminancia o valor de área calculado con un valor umbral preestablecido para detectar el número de las partículas 200. En el caso de usar un elemento bidimensional, el fallo de encendido puede detectarse capturando una imagen de la gota en un momento inmediatamente antes de recibir la luz emitida.
Preferiblemente, las partículas 200 son células, y más preferiblemente, células teñidas con un colorante fluorescente o células capaces de expresar una proteína fluorescente. En cuanto a estas, el receptor de luz 41 recibe la autofluorescencia, y el contador de número de partículas 50 detecta el número de células contenidas en la gota.
Los ejemplos del colorante fluorescente incluyen, pero sin limitación, Cell Tracker Orange y Cell Tracker Red.
Los ejemplos de la proteína fluorescente incluyen, pero sin limitación, proteína fluorescente verde (GFP), proteína fluorescente roja (RFP) y proteína fluorescente amarilla (YFP).
El dispositivo de formación de gotas y el método de formación de gotas de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención proporcionan suficiente fuerza de accionamiento al aumentar la eficiencia de desplazamiento de una película y proporcionan una alta productividad de gotas al acortar el período de vibración residual de la película. Por lo tanto, se usan adecuadamente en diversos campos, particularmente se usan adecuadamente para un aparato dispensador de acuerdo con una realización de la presente invención descrita a continuación.
Aparato dispensador
El aparato dispensador de acuerdo con una realización de la presente invención incluye el dispositivo de formación de gotas descrito anteriormente de acuerdo con una realización de la presente invención, preferiblemente incluye además un controlador, y opcionalmente incluye además otros dispositivos según sea necesario.
El aparato dispensador descarga gotas a un objeto objetivo de aterrizaje para hacer que las gotas caigan sobre el mismo.
Objeto de destino de aterrizaje
El objeto objetivo de aterrizaje es un miembro sobre el que aterrizan las gotas descargadas desde el descargador de gotas del dispositivo de formación de gotas.
El objeto objetivo de aterrizaje no está particularmente limitado en material, forma, tamaño, estructura y similares y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito siempre que las gotas descargadas puedan adherirse al mismo.
El material del objeto objetivo de aterrizaje no está particularmente limitado y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Los ejemplos preferidos de los mismos incluyen, pero sin limitación, los formados con semiconductores, cerámica, metal, vidrio, vidrio de cuarzo o plásticos.
La forma del objeto objetivo de aterrizaje no está particularmente limitada y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito, pero es preferiblemente una forma similar a un tablero o una forma similar a una placa. La estructura del objeto objetivo de aterrizaje no está particularmente limitada y puede seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito, y puede ser, por ejemplo, una estructura de una sola capa o una estructura de múltiples capas.
Los ejemplos del objeto objetivo de aterrizaje incluyen, pero sin limitación, placas de pocillos en las que se forman una pluralidad de rebajes y placas de vidrio sin rebaje. Entre estas, se prefieren las placas de pocillos.
En el caso de usar una placa de pocillos, cuando el contador del número de partículas del dispositivo de formación de gotas determina que el número de partículas contenidas en la gota es cero, el descargador de gotas vuelve a descargar una gota en el mismo rebaje, dispensando de este modo de manera fiable las partículas en rebajes.
El número de rebajes proporcionado en la placa de pocillos es múltiple, preferiblemente 2 o más, más preferiblemente 5 o más, y mucho más preferiblemente 50 o más.
Controlador
El controlador está configurado para controlar la relación posicional relativa entre el descargador de gotas y el objeto objetivo de aterrizaje, e incluye una unidad central de procesamiento (CPU), una memoria de solo lectura (ROM), una memoria de acceso aleatorio (RAM) y una memoria principal. El controlador ejecuta diversos procesamientos basándose en un programa de control para controlar el funcionamiento de todo el aparato dispensador.
Otros dispositivos
Los otros dispositivos no están particularmente limitados y pueden seleccionarse apropiadamente de acuerdo con el propósito. Preferiblemente, se incluyen un dispositivo de registro, un dispositivo de cultivo, un dispositivo de calentamiento, un dispositivo de agitación y/o un dispositivo de lavado.
El aparato dispensador de acuerdo con una realización de la presente invención está equipado con el contador de número de partículas de acuerdo con una realización de la presente invención que tiene una precisión de detección mejorada de partículas contenidas en las gotas descargadas, así como una alta productividad que puede aumentar el número de gotas descargadas por unidad de tiempo. Por lo tanto, el aparato dispensador se usa adecuadamente para la preparación de un tejido, particularmente un tejido tridimensional, que puede utilizarse ampliamente en diversos campos tales como medicina regenerativa, medicina, cosmética y evaluación de seguridad y eficacia de sustancias químicas.
El aparato dispensador de acuerdo con una realización de la presente invención se describe en detalle a continuación con referencia a los dibujos.
Primera realización de aparato dispensador
La figura 11 es una vista esquemática del aparato dispensador de acuerdo con una primera realización. En la primera realización, el dispositivo de formación de gotas de acuerdo con una realización de la presente invención se usa como un aparato dispensador que dispensa partículas en rebajes de un objeto objetivo de aterrizaje. En el aparato dispensador de acuerdo con la primera realización, los mismos componentes que los de las realizaciones ya descritas se indican con los mismos números de referencia, y se omitirá la descripción de los mismos.
Un aparato dispensador 220 ilustrado en la figura 11 incluye el dispositivo de formación de gotas 100, un objeto objetivo de aterrizaje 301, una plataforma 400 y un controlador 500.
El dispositivo de formación de gotas 100 es de acuerdo con la cuarta realización ilustrada en la figura 10.
El objeto objetivo de aterrizaje 301 está dispuesto en la plataforma 400 configurado para ser móvil. Se forma una pluralidad de rebajes (pocillos) 330 en el objeto objetivo de aterrizaje 301, sobre el que caen las gotas 210 descargadas desde el descargador de gotas 10 del dispositivo de formación de gotas 100.
El controlador 500 mueve la plataforma 400 para controlar la relación de posición relativa entre el descargador de gotas 10 del dispositivo de formación de gotas 100 y cada uno de los rebajes 330. Por lo tanto, las gotas 210 que contienen las partículas 200 pueden descargarse secuencialmente en cada uno de los rebajes 330 desde el descargador de gotas 10 del dispositivo de formación de gotas 100.
El controlador 500 puede incluir, por ejemplo, una CPU, una ROM, una RAM y/o una memoria principal. En este caso, pueden implementarse diversas funciones del controlador 500 a medida que la memoria principal lee un programa almacenado en la ROM y la CPU lo ejecuta. Por otra parte, parte o todo el controlador 500 puede implementarse únicamente mediante hardware. Además, el controlador 500 puede configurarse físicamente con una pluralidad de dispositivos o similares.
La figura 12 es un diagrama de flujo de una operación del aparato dispensador de acuerdo con la primera realización. En primer lugar, en la etapa S101, el descargador de gotas 10 del dispositivo de formación de gotas 100 descarga una gota 210 hacia un rebaje predeterminado 330.
A continuación, en la etapa S102, el contador de número de partículas 50 del dispositivo de formación de gotas 100 detecta el número de partículas 200 contenidas en la gota 210 en vuelo y transmite un resultado de detección al controlador 500. Si el resultado de detección del contador de número de partículas 50 no es "uno o más" (en el caso de cero), se repite la operación de la etapa S101.
Si el resultado de detección del contador de número de partículas 50 es "uno o más" en la etapa S102, el proceso continúa a la etapa S103. En la etapa S103, el controlador 500 controla la plataforma 400 para mover el objeto objetivo de aterrizaje 301 de tal manera que el descargador de gotas 10 del dispositivo de formación de gotas 100 y el siguiente rebaje 330 queden uno frente al otro. El proceso se transfiere a continuación a la etapa S101 y repite la misma operación.
Por lo tanto, cuando el número de partículas 200 contenidas en la gota 210 en vuelo hacia el rebaje 330 es cero, otra gota 210 se descarga de nuevo hacia el mismo rebaje 330, de modo que las partículas 200 se dispensan de manera fiable en los múltiples rebajes 330.
También es posible detectar el número de partículas 200 contenidas en la gota 210 en vuelo de la manera ilustrada en la figura 13 en lugar de basarse en la presencia o ausencia de partículas 200 contenidas en la gota 210 en vuelo.
La figura 13 es un diagrama de flujo de otra operación del aparato dispensador de acuerdo con la primera realización.
En la figura 13, después de la etapa S101 similar a la de la figura 12, en la etapa S202, el contador de número de partículas 50 del dispositivo de formación de gotas 100 detecta el número de partículas 200 contenidas en la gota 210 en vuelo y transmite un resultado de detección al controlador 500. La operación de la etapa S101 se repite hasta que el resultado de detección del contador de número de partículas 50 sea "tres".
Dado que la precisión de detección del contador de número de partículas 50 puede disminuir si el número de partículas 200 contenidas en la gota 210 aumenta, el número de partículas 200 contenidas en la gota 210 descargadas en un momento no se establece necesariamente en tres. Por ejemplo, el número de partículas 200 contenidas en la gota 210 descargadas en un momento puede establecerse en cero o uno. En este caso, la operación de la etapa S101 se repite hasta que el número total de partículas 200 contenidas en la gota 210 sea tres.
Si el resultado de detección del contador de número de partículas 50 es "tres" en la etapa S202, el proceso continúa a la etapa S103 similar a la de la figura 12. El proceso se transfiere a continuación a la etapa S101 y repite la misma operación. Por lo tanto, es posible dispensar las partículas 200 de modo que el número de partículas 200 en cada rebaje 330 sea tres.
En los procesos ilustrados en las figuras 12 y 13, la función de mover el dispositivo de formación de gotas 100 a una posición predeterminada a lo largo de la plataforma 400 puede incluirse como un programa en el controlador 500.
Numerosas modificaciones y variaciones adicionales son posibles a la luz de las enseñanzas anteriores. Por lo tanto, debe entenderse que, dentro del alcance de las enseñanzas anteriores, la presente divulgación puede practicarse de otra manera que no sea como se describe específicamente en el presente documento. Habiéndose descrito así algunas realizaciones, será obvio que las mismas pueden variarse de muchas maneras. El alcance de la invención está definido en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Un dispositivo de formación de gotas (100) que comprende:
un descargador de gotas (10); y
un accionador (20),
en donde el descargador de gotas (10) comprende:
un contenedor de líquido (11) configurado para contener un líquido (15);
una película (12) que tiene un orificio de descarga (14); y
dos o más generadores de vibración (13A, 13B) configurados para hacer vibrar la película (12); en donde el accionador (20) está configurado para aplicar una señal de accionamiento a los generadores de vibración (13A, 13B),
en donde uno de los dos o más de los generadores de vibración (13A; 13B) están dispuestos en cada región de la película (12) donde difiere una polaridad del momento de flexión, es decir, en cada región en un lado positivo y un lado negativo de la película (12) con respecto a una línea de conversión de polaridad de momento de flexión (21) interpuesta entre ellas,
en donde los dos o más generadores de vibración (13A, 13B) están dispuestos sobre la película (12) separados hacia fuera por una cierta distancia desde un centro del orificio de descarga (14), en donde los dos o más generadores de vibración (13A, 13B) están dispuestos sobre la película (12) en forma anular o en forma de marco con respecto al centro del orificio de descarga (14),
en donde el accionador (20) está configurado para accionar individualmente cada generador de vibración (13A, 13B) en tiempos apropiados para cambiar una dirección de desplazamiento de la película (12).
2. El dispositivo de formación de gotas (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el accionador (20) está configurado para aplicar selectivamente una señal de accionamiento arbitraria a los dos o más generadores de vibración (13A, 13B).
3. El dispositivo de formación de gotas (100) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2,
en donde la película (12) tiene una forma circular,
en donde uno de los dos o más generadores de vibración (13A, 13B) está dispuesto dentro de una región circular concéntrica en la película (12) que tiene un radio de aproximadamente (1/2)r y otro de los dos o más generadores de vibración (13A, 13B) está dispuesto fuera de la región circular concéntrica.
4. El dispositivo de formación de gotas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la señal de accionamiento contiene una frecuencia natural de la película (12).
5. El dispositivo de formación de gotas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además:
un detector de cantidad de líquido (16) configurado para detectar una cantidad del líquido (15) en el contenedor de líquido (11),
en donde el accionador (20) está configurado para controlar una forma de onda de aislamiento de vibración basándose en un resultado de detección del detector de cantidad de líquido (16).
6. El dispositivo de formación de gotas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la señal de accionamiento aplicada a cada uno de los generadores de vibración (13A, 13B) se ajusta de tal manera que los picos de desplazamiento de la película (12) generados por los generadores de vibración (13A, 13B) se superponen entre sí.
7. El dispositivo de formación de gotas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la señal de accionamiento aplicada a cada uno de los generadores de vibración (13A, 13B) se ajusta de tal manera que los picos de desplazamiento de las vibraciones residuales de la película (12) generadas por los generadores de vibración (13A, 13B) se cancelan entre sí.
8. El dispositivo de formación de gotas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende además:
un contador de número de partículas (50) configurado para contar un número de partículas (200) contenidas en una gota (210) descargada desde el orificio de descarga (14).
9. Un método de formación de gotas que comprende:
formar una gota (210) con el dispositivo de formación de gotas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
10. Un aparato dispensador (220) que comprende:
el dispositivo de formación de gotas (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
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