喷墨设备以及通过向衬底上释放多个物质以制造生物测定衬底的方法

专利名称：喷墨设备以及通过向衬底上释放多个物质以制造生物测定衬底的方法
技术领域：
本发明涉及一种通过向衬底上淀积多个物质来制造生物测定衬底 的喷墨设备。本发明进一步涉及一种制造这种生物测定衬底的方法以 及将喷墨设备用于制造这种生物测定衬底的方法的用途。
背景技术：
本发明揭示了一种通过向衬底上淀积复数个物质来制造生物测定 衬底的喷墨设备、制造这种衬底的方法以及将喷墨设备用于这种方法 的用途。尤其对于诊断而言，需要多个衬底，以非常精确和准确的方 式将多个优选不同的物质淀积于这些衬底上。这些复数个物质通常位 于衬底上，以在这种衬底上进行大量的生物化学测试或反应。
衬底上的生物活性物质阵列用于生物测试测定，例如对人的血液 或组织样本进行某些细菌、病毒和/或真菌的存在的分析。这些阵列包
括捕获探针斑点(capture probe spot)，这些捕获探针点具有用于预定 指示因子的选择性粘合能力，这种预定指示因子如属于特定的细菌、 病菌或真菌的蛋白质、DNA或RNA序列。通过使捕获探针点具有用 于不同因子的不同特异性，该阵列可被用于同时测定各种不同的因子。 例如可通过荧光来标记预定指示因子的分子从而显现该指示因子的存 在，该预定指示因子如隶属于该测试样本中所含的特定细菌、病菌或 真菌的蛋白质、DNA或RNA序列，这就导致该特定因子所粘着到的 斑点上的可检测到的荧光。使用这些阵列允许在单轮运行(single run) 中用于指示某些细菌、病毒和/或真菌的大量因子的样本的高吞吐量筛 查(high-throughput screening )。
捕获探针斑点被打印在衬底(如膜)上。为了使捕获探针可打印， 优选将捕获探针溶解在溶剂中，如水或酒精。适当的生物活性物质可 以是如特定的DNA序列和/或抗体的溶液。传染病的诊断要求使衬底设 有不同的捕获探针斑点的整个过程的非常高的可靠性，更具体地讲， 要求这些捕获探针斑点的打印过程具有非常高的可靠性。例如，该测 定衬底的读数将疾病与特定的捕获探针的位置直接联系。因此，能够
4将这些捕获探针可靠而正确地定位于该膜上是非常重要的。通常会非 常希望能够比当前公知的打印设备打印更多不同的生物活性材料(例
如可达100或更多)的更多捕获探针斑点(例如可达IOOO或更多)。
这将会提高筛查吞吐量。

发明内容
本发明的目的在于提供一种喷墨设备以及通过向衬底上淀积多个 物质沉积制造生物测定衬底的方法，这种设备和方法允i午以可靠和更 加有效的方式制造衬底。
通过一种如权利要求1所述的用于通过将多个物质淀积到多孔衬 底上来制造生物测定村底的喷墨设备、通过用于制造这种测定衬底的 方法以及通过根据本发明的喷墨设备的用途来实现上述目的。根据本 发明的喷墨设备包括至少一个打印头以及分别用于打印头和衬底的安 装装置，因此，该设备还包括使衬底进行加速运动的装置。有待打印 的物质从打印头或喷墨设备的头部被喷出并撞击该衬底的表面。然后， 打印的物质至少部分地渗透到衬底内。当衬底结构是各向同性时，渗 透在所有的方向进行，从而扩大捕获探针斑点的大小。当被打印的斑 点的面积密度太高时，打印的捕获探针斑点的侧向生长可能在重叠斑 点中结束。使用根据本发明的喷墨设备，使衬底进行加速运动。令人 惊奇的是，现已发现这种技术措施有效地控制物质渗入村底以及因此 也控制了斑点大小。能够以 一种有效的方式控制斑点的大小也允许增 加在衬底上的打印的捕获探针斑点的面积密度。根据本发明的喷墨设 备特别适用于向衬底上淀积生物活性材料和其它材料的溶液，因为溶
液易于在干燥时渗入村底。
根据本发明的喷墨设备能够有利地用于以 一种受控方式将多个物 质打印到多孔衬底上。特别地，能够对该多孔村底上的打印的衬底斑 点的大小以及侧向分布和厚度分布进行控制。打印技术经常使用多孔 衬底如生物测定膜的吸取力。捕获分子的实际定位取决于吸取力(吸 取力本身通常受诸如气孔大小、膜的气孔大小分布、衬底的表面张力、 多孔衬底的湿润性能以及这种物质的粘性这样的因素所控制)和溶液 的蒸发速度，在这种溶液中，这些捕获分子被稀释以用于打印。有利 地，根据本发明的喷墨设备使用蒸发溶液通常所花费的时间，以控制
5进入多孔衬底中的这种物质的扩散。
本发明的这种喷墨设备的另 一个优点在于这种设备允许以多种方 式通过衬底控制物质的摄取，这些物质尤其是具有荧光标记的生物活
性分子的生物活性材料，这些生物活性分子如蛋白质，DNA或RNA 序列。实际上，例如，提供具有多个生物活性流体捕获探针斑点的衬 底是可能的，这些生物活性液体捕获探针斑点深深地渗透到该衬底中， 从而有效地限制甚至阻止以侧向方向的活性区域的生长。另一方面， 还可能制造具有捕获探针斑点的测试测定衬底，这些捕获探针斑点带 有尽可能接近于该衬底或膜的表面的荧光标示的分子。这就增加了光 的耦合输出并且因此提高了诊断的质量。
根据该发明的该喷墨设备有利地允许制造具有比通过通常所使用 的公知的喷墨设备所获得的衬底横向空间小的横向空间的衬底，而并 不损害打印的捕获探针斑点的数量。这种膜优选包括具有大小减小和 斑点与斑点间的节距减小的多个捕获探针斑点。本发明的喷墨设备进 一步的优点是，该喷墨设备要求较少的流体以将多个捕获探针斑点精 确地定位于衬底上以获得确定的表面密度。
根据本发明的喷墨设备的一个优选实施例，使该衬底进行加速运 动的装置包括离心分离机，该离心分离机至少配备有用于一种旋转滚 筒的驱动装置以及用于该旋转滚筒的支撑结构。该驱动装置能够将该 离心分离机的旋转滚筒设置成相对于它的静止支撑结构以可调速度进
行旋转运动。通过将多个衬底附接到该旋转滚筒，这些衬底就受到向 心加速度的影响，向心加速度的大小取决于旋转该滚筒的旋转速度以 及距旋转轴的距离。由于该衬底的这种向心加速度的原因，被打印在 这些衬底上的物质会受到离心力的影响并且被迫使沿这些力的方向扩 散(或者更精确地来讲，被对流)。这样就可以有效地对物质实际上 扩散至衬底中的方式进行控制。举例而言，通过固定这些衬底相对于 该旋转轴的位置，可以改变该向心加速度的方向，并因此而改变这些 离心力的方向。
优选根据本发明的喷墨设备用于增强物质以衬底的厚度方向的渗 透，这种物质如生物活性流体，这种衬底如一种膜。在一个优选实施 例中，根据本发明的喷墨设备包括用于设在该旋转滚筒上的衬底的安 装装置。所述用于衬底的安装装置允许沿该离心分离机的滚筒的内衬附装多个衬底。在这种情况下，这些打印的物质上的这些离心力大致
垂直于衬底表面起作用。"大致"垂直是指不偏离90度的15%的范围 的任何角度。通过使用离心力，实际上可在这些衬底中获得打印的物 质的任何希望的分布，而并不倚靠于特殊的衬底设计和/或形态结构。 作为一个示例，为了达到衬底中物质的充分渗透，安装该衬底，从而 使该物质上的这些离心力以该衬底的深度方向起作用，即朝向该衬底 的后表面。实际应用中，将该衬底安装在该滚筒上，从而使它的后表 面背向旋转的中心。为了制造具有大量的接近于该衬底的前表面的物 质的打印的衬底，应安装该衬底，以使在该衬底上的这些离心力沿朝 向该前表面的方向起作用。实际应用中，将该衬底安装在该滚筒上， 从而使它的前表面远离该旋转的中心。在本申请的技术方案中，将这 种物质的前表面定义为将这种物质打印到上面的表面。
在根据本发明的喷墨设备的一个优选实施例中，用于该打印头的 安装装置设在该旋转滚筒的总体上静止的支撑结构上。相对于这些可 打印的衬底的这些打印头的准确定位是理想的。通过将这些打印头刚 性固定在该旋转滚筒的大致静止的支撑结构上，如通过支撑环，可以 限制或阻止对准误差。然而，还可以提供用于这些打印头的安装装置， 这种安装装置形成该离心分离机的旋转滚筒的一个整体部分。
在根据本发明的喷墨设备的另 一个优选实施例中，将该旋转滚筒 的支撑结构布置在该旋转滚筒的中心。本实施例中，典型的将这些打 印头周向布置在该滚筒的设置在中心支撑结构上，以使这些打印头可 将其物质以基本上径向的方向进行处理。本实施例特别虑及了向这些 衬底上的衬底斑点的准确淀积。此外，在将以该滚筒的周向方向的这 些衬底与基本上朝向该中心设置的支撑结构的对准时，有效地制造打 印的衬底，且物质有效地渗透到该衬底内从而有效地限制或甚至阻止 这些斑点以侧向方向的生长。
在本发明的喷墨设备的另 一个优选实施例中，用于这些衬底的安 装装置包括旋转装置，这种旋转装置能够将这些衬底相对于作用在这 种旋转装置上的向心力而对准。利用根据该优选实施例的设备，通过 将设有衬底的安装装置转动约180度的角度，可容易地将这些衬底在 该滚筒的周向方向上对准，且它们的后表面基本上朝向该中心设置的 支撑结构。在这种情况下，有效地制造打印的物质，且物质尽可能地接近于该衬底的表面，这就提高了诊断质量。同样还可能将该安装装
置转动0度至360之间的任何中间角度，从而可在基本上获得任何扩 散性各向异性。
在根据本发明的喷墨设备的再一个优选实施例中，将用于这些打 印头的支撑结构同心布置在该旋转滚筒的周围。因此，典型地以向内 朝向(即远离该滚筒的旋转角度)的该支撑结构的周向方向布置这些 打印头。在本实施例中，典型地，以该旋转滚筒的外表面的周向方向 布置这些衬底，从而朝向该支撑结构的同心布置的内壁表面。而且， 如前面对另一个实施例进行的描述那样，在以该滚筒的周向方向将这 些衬底与基本上朝向该支撑结构的内壁表面的它们的前表面对准时， 有效地制造打印的衬底，且物质足够地渗透到这些衬底内，从而有效 地限制或甚至阻止了在侧向方向上的斑点的生长。通过提供用于这些 衬底的可旋转的安装装置，可容易地以该滚筒的周向方向将这些衬底 对准，且它们的后表面基本上朝向该支撑结构的同心设置的内壁。在 这种情况下，有效地制造打印的衬底，且物质尽可能地接近于这种衬 底的表面，这就提高了诊断质量。
为了进一步控制打印的材料扩散到这些衬底中，根据本发明的喷 墨设备进一步设有用于评估进入衬底中的物质的渗透轮廓的检测装 置，更具体地来讲是在衬底厚度上的物质的渗透深度。可以利用本领 域中任何已知的方法执行渗透轮廓的监测。适当的方法包括光学测量 方法、超声测量方法以及电气测量方法。在反馈回路中包括测量仪器 是有利的，这种测量仪器能够根据所测量的渗透轮廓控制该离心滚筒 的驱动装置。
优选根据本发明的喷墨设备进一步包括分别测量和调整打印头的
安装装置与衬底的相对位置的装置。虽然根据本发明的喷墨设备可设
有仅带有一个喷嘴的打印头，但优选这种喷墨设备包括多个单喷嘴和/
或多喷嘴打印头和/或多个多喷嘴打印头。因此，将多个小液滴同时从 一个单打印头喷射出是可能的。这就加速了打印过程。
根据本发明，优选该村底是平衬底、构造的衬底或多孔衬底。更 优选的是，更衬底是一种尼龙膜、硝酸纤维或PVDF村底，或者是一 种涂覆的多孔衬底。由于优选这种衬底是多孔的衬底，所以这些斑点 或液滴不仅位于该表面上，而且还渗入这种膜中。如前面详尽地讨论
8的那样，根据本发明的喷墨设备能够通过有效地控制该衬底或膜中的 斑点或液滴的渗透来制造具有理想的侧向尺寸和深度尺寸的斑点。
在本发明的进一步的实施例中，该衬底包括多个村底区域，优选 每个衬底区域由膜支架支撑的分离的膜。因此，通过使用发明的喷墨 设备，可以同时制造多个分离的膜。
进一步优选的是，该衬底包括多个村底位置，这些衬底位置至少 由位于这些衬底位置中的一个的液滴的平均直径相互隔开。因此，可 以将物质的不同液滴精确而独立地定位于该衬底上的精确位置。还可 以有利地将多个小滴置于相同的衬底位置上。
优选将包括生物活性分子的物质溶解在一种溶剂中。这种溶剂通
常是一种液体，如水或不同种类的酒精，如甘油、乙二醇、DMSO, 并且还可以含有少量的添加剂，例如，以调整表面张力和/粘度。沸点 同样也可能是重要的，沸点越高，蒸发越慢。优选将全部这些因素都 考虑在内，以优化打印特性、斑点形成、生物活性流体的保存期限等等。
本发明还涉及一种用于制造生物测定衬底的方法，其中将多个物 质从打印头被释放到该衬底上，并且还使该衬底进行加速运动。根据 本发明的方法的优点已经在该喷墨设备的技术方案中进行了详细描 述，此处不再重复。优选在根据本发明的方法中，使这种衬底在大约 垂直于衬底平面的方向上进行加速运动。这种方法有效地控制在膜的 厚度方向上的打印的物质的扩散。通过控制膜的厚度上的扩散，还可 以控制打印的物质斑点的侧向尺寸。这就允许精确地制造生物测定衬 底。而且，用这种方法制造的生物测定衬底展示出比迄今为止已知的 探针斑点的面密度大的捕获探针斑点的面密度。
在根据本发明的方法中，优选通过将该衬底定位到离心机的旋转 滚筒上并以高速旋转该滚筒来4吏这种衬底进行加速运动，这就向该衬 底上施加向心力。该方法具有在该旋转滚筒低速或速度为零时将这些 物质从打印头释放到村底上的有益效果。这就提高了打印的精度。根 据进一步的优选实施例，根据本发明的方法的特征在于安装该衬底， 从而使向心力在从与打印表面相对的衬底的表面到打印面起作用。在 另一个优选实施例中，安装该衬底，从而使向心力在从该衬底的打印 面至背向该打印面的表面起作用。优选在进行加速运动之前、期间或
9之后测量该衬底厚度上的物质的渗透深度。
本发明还包括根据本发明的喷墨设备的用途，其中该物质包括生
或(部分的)RNA/PNA/LNA。通过将本发明的喷墨设备用于这种目的， 可以非常准确地将某种数量的物质打印在衬底上，并且对这些淀积的 物质的侧向尺寸和厚度空间进行控制。
本发明还涉及一种测定衬底，该测定衬底包括用于生物分析的多 个物质，可通过本发明的喷墨设备和方法获得该衬底。
从参考下面描述的实施例就会明白本发明的这些和其它方面，且 参考下面描述的实施例对本发明的这些和其它方面进行说明，这些描
述结合附图，这些附图通过示例示出了本发明的原理。该描述仅为了 举例，而不是限定本发明的范围。下面引用的附图标记涉及附图。


在图中
图1示意性地示出了可通过本发明所喷墨设备和方法获得的生物
测试阵列的俯视图2示意性地示出了根据本发明的喷墨设备的实施例的俯视图3示意性地示出了图2所示的喷墨设备的实施例的侧视图4示意性地示出了根据本发明的喷墨设备的另一个实施例的侧
视图5示意性地示出了根据本发明的喷墨设备的另一个实施例的俯 视图6示意性地示出了根据本发明的喷墨设备的另一个实施例的俯 视图。
具体实施例方式
图1示出了可通过本发明的喷墨设备和方法获得的生物测试阵列 1，生物测试阵列1包括淀积在圆形膜102上的斑点2，该圆形膜102 的直径大约为6mm，优选小于6mm。图1中所示的测试阵列1的实施 例由128个斑点2的图案覆盖，这些斑点的图案包括以预定图案打印 的43种不同的生物活性流体。将这些斑点2编号，每个号码表示唯一 的基因序列或含有基准材料。注意，这些基因序列以在多个相互远离的位置上的阵列1中的多个复制品出现。膜102被安装在支撑结构上 (未示出)。由于这仅作为一个示例，所以斑点的数量可根据基因序 列的数量和所使用的复制品的数量而变化并且通常会大得多。将具有 支撑结构(支架)的膜102置于筒中。在这种筒中，使含有用于不同 的病毒的DNA的不同的基因序列特性的血液样本与包括斑点2的这种 阵列的膜102接触。不同的DNA类型(基因序列)粘附于不同的打印 的捕获探针斑点。在图l所示的实施例中，可看到不同的斑点。编号l 至18表示9种不同的病原体和9种抗性。对于测量的可靠性而言，相 同生物选择性捕获物质被打印在膜102的四个不同象限11、 12、 13、 14中。在每个象限ll、 12、 13、 14中，相同编号的斑点的具有不同的 相邻斑点，从而防止由于来自邻近的斑点2的过度暴露而使得不强烈 的斑点2不被检测到。强度校准斑点Rl至R10可以被打印在膜102以 及在用于膜102上的强度校准分布的该膜的角中的四个斑点D上。PCR 控制斑点P1、 P2也被打印以通过PCR验证适当的DNA扩增。优选根 据本发明的生物测试阵列包括总量约为130的斑点，如图1所示，更 优选包括大于400个斑点，更优选包括大于800个斑点，最优选包括 大于1000个斑点。这些斑点的典型的直径小于200y m，更优选小于 150pm，更优选小于100Mm，最优选小于50ym,并且它们被设置在 一种图案中，以小于400pm的节距设置这些斑点，优选小于300pm， 更优选小于200ym，最优选小于100Mm。而且，典型地将大量不同 的生物活性流体(优选IOO种或更多)打印在膜102上。
在图2中示出了根据本发明的喷墨设备10的示意性俯视图，且更 具体而言是离心分离机的旋转滚筒100，该离心分离机至少装配有用于 旋转滚筒100的驱动装置(未示出)以及用于旋转滚筒100的支撑结 构IOI (见图3)。多个衬底或膜102通过适当的安装装置103安装到 滚筒100的内衬上。用于多个打印头105的静止的支撑环104附接在设 置在中心的支撑结构101上。如在图3和图4中示意性地示出的那样， 该静止的打印头支撑环与滚筒IOO分离设置。用于滚筒100的驱动装 置能够使该滚筒围绕滚筒的旋转中心轴线110旋转(见图3)。在图2 中，由箭头106指示该滚筒的旋转方向。在图3中示出了图2所示的 喷墨设备的实施例的侧视图。除上述已经描述的器件以外，喷墨设备 IO还包括通过螺栓附接到滚筒100的支撑结构101的可拆卸盖107。打印头支架104配备有3组打印头105，每组朝向衬底或膜102的相应的 环。滚筒100由设置在中心的轴108支撑、由滚柱轴承109引导并由驱 动装置旋转性地驱动。刚性支撑结构101由多个相对较弱的弹簧111 悬挂，这些弹簧通过基础结构112附接到地面。由于滚筒100的相对 较弱的悬挂，所以传递至环境的力相对较低。而且，在旋转时离心分 离机的滚筒会寻找其本身的旋转轴线，该旋转轴线可能会偏离静止时 的旋转轴线IIO。在其他的因素中，沿滚筒100内圓周的质量分布以及 滚筒100和轴承109的不平衡均会对实际定位造成影响。在图3中所示 的优选实施例中，将打印头支撑环104刚性地固定至支撑结构101的 盖107。这就确保了打印头105相对于膜102的定位的执行而基本上并 不产生未对准误差。
用于制造生物测定衬底1的方法的优选实施例如下，其中将多个 物质从这些打印头105释放到多个村底102上。在第一步骤中，这些 膜102被牢固地定位在旋转滚筒100上并通过盖107置于离心分离机支 撑结构101中。将盖107关闭并相对于这些膜102将这些打印头105 定位。在笫二步骤中，确定和调整膜支撑滚筒IOO相对于在旋转和高 度方向上的静止打印头支架104的相对位置。在第三步骤中，当滚筒 IOO相对緩慢地旋转(通常每秒钟只有几转)时，基本上将全部可打印 的膜102打印。该步骤确保了设有它们的各自的流体的全部打印头105 经过安装到滚筒IOO上的全部的可打印膜102。在第四步骤中，将滚筒 IOO加速至高转动速度，这种高转动速度通常为每秒钟几百转。这个旋 转速度向这些膜102上施加向心力，这种向心力使打印在这些膜102 上的物质在背向该旋转轴线的径向向外方向(即朝向这些膜102的后 表面)上渗透到这些膜102中。当已达到所希望的渗透深度时，将滚 筒100减速，直至完全停止。在最后的第五步骤中，将盖107移开、 从支撑结构101取出具有这些膜102的支撑滚筒100，并在最后用设有 一组未打印的衬底的另一个滚筒100替代。
图4中示出了根据本发明的喷墨设备10的另一个优选实施例。在 此实施例中，将这些打印头105通过可滑动的安装装置120安装到打 印头支持架104上，该可滑动的安装装置允许将打印头105沿着离心 分离机的轴线110上下移动。因此，可以使用较少的打印头105为更 多的膜102提供捕获探针斑点。
12用于制造生物测定衬底1的方法基本上类似于前面所描述的方法。
在并不希望打印这些膜102的时间长的情况下，也可在滚筒100的相 对较高的旋转速度时进行打印。在本发明的方法的这种实施例中，必 需采取预防措施以确保液滴落在这些膜102上的正确位置中。这些预 防措施是本领域目前所公知的并且包括如考虑打印头与衬底之间的缝 隙内的空气力。为了避免这些空气力对从该打印头到该衬底的行进的 液滴的影响，可在打印之前将离心分离机排空。这同样也加快了蒸发 进程并且可导致更短的运行时间。
为了提高滚筒100上这些衬底102的准确定位，优选喷墨打印机 10配备有在打印之前检查全部的膜102的位置的对准相机(未示出)。 因此，优选实际上所测得的这些位置由打印软件使用以将这些液滴在 正确的位置淀积到这些膜102上。
为了在膜102表面中的一个表面附近集中所打印的物质(如生物 活性物质)，根据本发明的方法的一个优选实施例如下。在第一步骤 中，这些膜102被牢固地定位在旋转滚筒100上并通过盖107置于离心 分离机支撑结构101中。将盖107关闭并相对于这些膜102将这些打印 头105定位。在第二步骤中，确定和调整膜支撑滚筒IOO相对于在旋 转和高度方向上的静止打印头支架104的相对位置。在第三步骤中， 当滚筒100相对緩慢地旋转(通常每秒钟只有几转)时，基本上将全 部可打印的膜102打印。在第四步骤中，将滚筒100加速至高转动速 度，这种高转动速度通常为每秒钟几百转。这个旋转速度向这些膜102 上施加向心力，这种向心力使打印在这些膜102上的物质在背向该旋 转轴线的径向外向方向(即朝向这些膜102的后表面)上渗透到这些 膜102中。保持滚筒100的旋转，直到基本上所有的物质材料已被穿 过这些膜102输送并且已在它们的后表面被收集。有必要对在后表面 的膜进行处理以提高那里的表面张力，并且更好地留住这种物质材料。 当已达到所希望的物质轮廓时，将滚筒100减速，直至完全停止。在 最后的第五步骤中，将盖107移开并且从支撑结构101取出具有这些 膜102的支撑滚筒100。
另一种可能性是将这些膜102安装在安装结构121上，这些安装 结构可绕着轴线122旋转，该轴线平行于离心轴110，如图5中所示。 喷墨装置的这个实施例允许在打印这些膜102之后旋转这些膜，例如旋转180度。通过旋转带有处于这些旋转的位置的这些薄膜102的滚 筒100，这些离心作用迫使该物质材料流向这些膜102的前表面(打印 表面)，通过表面张力将这种物质材料在该前表面保持在适当的位置。 还可优选对这些膜102的前表面进行处理，这样就增加表面张力。
用于制造生物测定衬底1的方法的优选实施例如下，在该实施例 中，从这些打印头105将多个物质释放到多个衬底102上。在第一步 骤中，这些膜102被牢固地定位在旋转滚筒100上并通过盖107置于离 心分离机支撑结构101中。将盖107关闭并相对于这些膜102将这些打 印头105定位。在第二步骤中，确定和调整膜支撑滚筒IOO相对于在 旋转和高度方向上的静止打印头支架104的相对位置。在第三步骤中， 当滚筒100相对緩慢地旋转(通常每秒钟只有几转)时，基本上将全 部可打印的膜102打印。该步骤确保了设有它们的各自的流体的全部 打印头105经过安装到滚筒IOO上的全部的可打印膜102。在第四步骤 中，将这些膜102绕着它们的轴线122旋转约180度，即平行于该离心 分离机的旋转轴线110。在笫五步骤中，将滚筒IOO加速至高转动速度， 这种高转动速度通常为每秒钟几百转。这个旋转速度向这些膜102上
施加向心力，这种向心力使打印在这些膜102上的物质在背向该旋转 轴线的径向向外方向(即朝向这些膜102的后表面)上渗透到这些膜 102中。当已达到所希望的物质在该前表面的收集时，将滚筒100减速， 直至完全停止。在最后的第六步骤中，将盖107移开、从支撑结构IOI 取出具有这些膜102的支撑滚筒100，并在最后用设有一组未打印的衬 底的另一个滚筒100替代。
最后，图6中示出了喷墨设备10的另一个实施例。在此实施例中， 这些打印头105安装在外部圆柱形的静止支撑结构104上，而这些衬 底或膜102通过安装装置103安装在滚筒100的外村上。在此实施例中， 旋转滚筒IOO被放置在打印头支撑机构104中。当这些膜102如前面所 描述的那样打印之后，滚筒100开始旋转运动，这种旋转运动迫使打 印的物质材料聚集在这些膜102的前表面，即朝向这些打印头105的 表面。
虽然在特定实施例方面并参考某些附图以及前面的描述对本发明 进行了说明和描述，但这些说明和描述应视为示例性而不是限制性的。 本发明并不限于所描述的这些实施例。相反，根据本发明的喷墨打印机可用于任何液滴向膜上的精确放置。本发明特别适用于制造用于分 子诊断的生物传感器。诊断包括复杂生物混合物(例如血液、尿液、 精液或唾液)中蛋白质和核酸的快速而灵敏的检测，以进行现场测试 或中央实验室中的诊断。其它应用在药物(用于心脏病学、传染性疾
病和肿瘤学的DNA/蛋白质诊断)、食品以及环境it断领域。
在附图中，为了图示的目的，将一些元件的大小放大且并不按比
例绘制。在指单数名词而使用不定冠词或定冠词时，如"一个"、"该"
时，这包括该名词的复数形式，除非另有说明。
另外，本说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于
区别类似的元件而不一定用于描述次续或时间顺序。将会理解，如此
实施例可以通过其它顺序执行，而不是以本申请文件所描述的顺序执 行。
而且，本说明书和权利要求书中的术语"顶部"、"底部"、"上 方，，、"下面，，等仅用于描述目的，而不一定描述相对位置。将会理
的发明实施方式可以在其它方向上执行，而不在本申请文件举例或说 明的方向上执行。
应注意，本说明书和权利要求书中使用的术语"包括"不应当被
解释为对之后列出的装置进行限制；并不排除其它元件或步骤。因此，
表达方式"一种设备包括装置A和B，，的范围不应限制成设备仅由器 件A和B所构成。这就意味着对本发明而言，这种设备的唯一相关的 器件是A和B。
1权利要求
1.喷墨设备(10)，所述喷墨设备用于通过向衬底(102)上释放多个物质来制造生物测定衬底(102)，所述设备(10)包括至少一个打印头(105)以及分别用于打印头(105)和衬底(102)的安装装置(104，103)，其中所述设备进一步包括使所述衬底进行加速运动的装置。
2. 如权利要求1所述的喷墨设备(10)，其中，使所述衬底进行 加速运动的所述装置包括离心分离机，所述离心分离机装备有用于旋 转滚筒(100)的至少一个驱动装置以及用于所述旋转滚筒(100)的 支撑结构(101)。
3. 如权利要求1或2所述的喷墨设备(10),其中，用于所述打 印头(105)的安装装置(104)被静止地设在所述旋转滚筒的所述支 撑结构(101)上。
4. 如权利要求1至3中的任一项所述的喷墨设备(10)，其中， 用于所述衬底(102)的所述安装装置(103)设在所述旋转滚筒(100) 上。
5. 如前述权利要求中的任一项所述的喷墨设备(10)，其中，用 于所述打印头(105)的所述安装装置(104)被中心地布置在所述旋 转滚筒(100)内。
6. 如前述权利要求中的任一项所述的喷墨设备(10)，其中，用于 所述打印头(105)的所述安装装置(104)被同心地布置在所述旋转 滚筒(100)周围。
7. 如前述权利要求中的任一项所述的喷墨设备(10)，其中，用 于所述衬底(102)的所述安装装置包括能够将所述衬底(102)相对 于作用在所述衬底上的向心力而对准的旋转装置(121)。
8. 如前述权利要求中的任一项所述的喷墨设备(10)，其中所述 设备进一步包括检测装置，所述检测装置用于评估在所述衬底(102) 的厚度上的所述物质的渗透深度。
9. 如前述权利要求中的任一项所述的喷墨设备(10)，其中所述 设备进一步包括分别测量和调整打印头与衬底的安装装置(104， 103) 的相对位置的装置。
10. 用于制造生物测定衬底(102)的方法，其中多个物质从打印头(105)释放在所述衬底(102)上，并且使所述衬底进行加速运动。
11. 如权利要求IO所述的方法，其中，所述衬底U02)在大致垂 直于所述衬底的平面的方向上进行加速运动。
12. 如权利要求IO或11所述的方法，其中通过将所述村底定位于 离心机的所述旋转滚筒(100)上并高速旋转所述滚筒来使所述衬底(102)进行加速运动，所述高速旋转向所述衬底(102)上施加向心 力。
13. 如权利要求12所述的方法，其中，所述旋转滚筒(100)为低 速或零速时，将所述物质从所述打印头(105)释放到所述衬底(102) 上。
14. 如权利要求10至13中的任一项所述的方法，其中安装所述衬 底(102)，从而使所述向心力从所述村底的与所述打印相对的侧面至 所述打印表面起作用。
15. 如权利要求10至13中的任一项所述的方法，其中，安装所述 衬底(102)以使所述向心力从所述衬底的所述打印表面至与所述打印 表面相对的表面起作用。
16. 如权利要求10至15中的任一项所述的方法，其中，在加速运 动期间对在所述村底(102)的厚度上所述物质的渗透深度进行测量。
17. 如权利要求1所述的喷墨设备(10)的用途，其中所述物质包 括生化反应物，和/或低核苷酸，和/或多肽，和/或蛋白质，和/或细胞， 和/或(部分的)RNA/PNA/LNA。
18. 测定衬底，所述测定衬底包括用于生物分析的多个物质，可通 过根据权利要求IO至17中的任一项所述的方法获得所述测定衬底。
全文摘要
本发明提供一种用于制造生物测定衬底的喷墨设备(10)。该设备从装有物质的打印头(105)将多个物质释放到该衬底(102)上。该设备进一步包括使打印的衬底进行加速运动(100)的装置。大致垂直于衬底(102)的表面起作用的加速运动起到控制物质渗透至衬底(102)中的作用。本发明还涉及用于制造生物测定衬底的方法以及可通过这种方法获得的生物测定衬底。
文档编号B01J19/00GK101516493SQ200780035202
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月17日 优先权日2006年9月21日
发明者A·皮里克, J·F·迪克斯曼, R·库尔特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司