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TWI664093B - 數位施配設備、用以製造數位滴定匣之方法及平面狀數位滴定匣 - Google Patents

數位施配設備、用以製造數位滴定匣之方法及平面狀數位滴定匣 Download PDF

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TWI664093B
TWI664093B TW106110607A TW106110607A TWI664093B TW I664093 B TWI664093 B TW I664093B TW 106110607 A TW106110607 A TW 106110607A TW 106110607 A TW106110607 A TW 106110607A TW I664093 B TWI664093 B TW I664093B
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傑佛瑞 A. 尼爾森
麥可 W. 庫米比
迪文 A. 莫瑞
西連 J. 喬伊
肯尼斯 瓦德
克里斯汀 杜丹霍福
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美商惠普發展公司有限責任合夥企業
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Abstract

一數位施配設備包括至少一流體施配裝置、流體性連接到該至少一流體施配裝置之至少一貯器、用以攜載該至少一流體施配裝置及貯器之一單塊載體結構，該單塊載體在該貯器與該流體施配裝置之間形成流體路由。

Description

數位施配設備、用以製造數位滴定匣之方法及平面狀數位滴定匣
本發明係有關於用於數位施配之包括流體路由之單塊載體結構。
在滴定領域中，數位滴定因為其效率及精密度而正在取代人工或類比滴定。高精密度數位滴定設備包括將放置在一數位施配主機設備中及更換之可更換式數位滴定匣。
數位滴定匣係設有位於一底側之一列流體施配晶粒以及位於一頂側之一相等數目的貯器。流體施配晶粒係可為分立之微機電系統(MEMS)，其中各晶粒係施配11皮升與10微升體積之間的微滴。貯器係在頂部開啟以例如從一移液管接收流體，且在底部可具有一較窄的開口，以將流體輸送到位於底部的個別流體施配器。
在操作中，施配晶粒係在設置於匣體下方的例如微井板或多井板之一井板的井中施配流體滴。例如，各井可含有用於稍後分析的試劑，其中試劑組份至少部份地由數位滴定主機設備決定。典型地，一數位滴定主機設 備係容納匣體及井板。主機設備係控制來自晶粒之流體射出，以將流體射至井中。主機設備可相對於井板妥當地設置匣體，以例如藉由在每一個施配動作之後將施配匣及井板相對於彼此移動，而在板的各預定井中施配所欲數量的流體。
依據本發明之一實施例，係特地提出一種數位施配設備，其包含：至少一流體施配裝置，其包括至少一噴嘴；至少一貯器，其流體性連接到該至少一流體施配裝置，以將流體輸送到該至少一流體施配裝置；一平面狀的單一單塊載體結構，其攜載該至少一流體施配裝置及貯器，該單塊載體在該貯器與該流體施配裝置之間形成流體路由，其中在操作中，作為該單塊載體的部份之流體路由壁係與流體接觸，以將流體從該貯器引導至該流體施配裝置。
1‧‧‧匣體；(數位)施配設備；設備；陣列
3‧‧‧頂側
5‧‧‧底側
7,107,207,407,507‧‧‧(單塊)載體結構
9,109,209,309‧‧‧貯器
11,111,411,511‧‧‧流體施配裝置
13‧‧‧微通路
15‧‧‧微滴產生器
19‧‧‧流體路由
21‧‧‧分支
31,231,431,531‧‧‧晶粒
100,110,200,210,220,230‧‧‧方塊
101,501‧‧‧數位滴定匣；匣體
117‧‧‧(接觸墊)陣列
118‧‧‧接觸墊
119,219,419,519‧‧‧流體路由
121A‧‧‧主分支
121B‧‧‧次分支
201‧‧‧數位滴定匣
211‧‧‧(流體施配)裝置：流體射出裝置
217‧‧‧電氣接觸墊陣列
221‧‧‧(流體路由)分支
223‧‧‧(流體)饋給槽
311‧‧‧(流體施配)裝置
325‧‧‧(流體施配晶粒)陣列；流體施配陣列
329,429‧‧‧貯器陣列
331‧‧‧(流體施配)晶粒
403‧‧‧頂表面
409,509‧‧‧(第一)貯器
421‧‧‧(流體路由)分支；角落分支；次分支
433‧‧‧(貯器)側壁；壁
435‧‧‧埠
503‧‧‧表面
505‧‧‧底側
521‧‧‧(第一流體路由)分支；流體(路由)分支；次分支
525‧‧‧流體施配晶粒陣列
529‧‧‧第一貯器陣列
539‧‧‧第二(流體)貯器
541‧‧‧(第二)流體路由
A‧‧‧間距軸線
Dc,Dr‧‧‧最大直徑
Hc‧‧‧水平分量
L‧‧‧長度
P‧‧‧(中央)平面；間距
T‧‧‧厚度
Vc‧‧‧垂直分量
圖1繪示一範例施配設備的橫剖前視圖之圖式；圖2繪示一範例數位滴定匣的圖式；圖3繪示另一範例數位滴定匣的圖式；圖4A-4C繪示不同流體施配晶粒陣列的圖解範例；圖4D-4G繪示被連接至圖4A-4C的流體施配陣列之不同的流體貯器陣列之圖解範例； 圖5以俯視圖繪示一包括貯器及流體路由之單塊載體結構的一範例；圖6以立體圖繪示圖5的範例單塊載體結構之一細部；圖7以俯視圖繪示一數位滴定匣的一範例；圖8繪示圖7的範例數位滴定匣之仰視圖；圖9繪示一用以製造一數位滴定匣之方法的一範例；及圖10繪示一用以製造一數位滴定匣之方法的另一範例。
圖1以圖解橫剖前視圖繪示一數位施配設備1的一範例。在一範例中，數位施配設備1係為一數位滴定匣。數位滴定匣係可意圖用於插入至一數位滴定主機設備中，並在使用後以另一匣體更換。數位滴定匣可在施配期間將流體施配至用於接收流體之在數位滴定匣下方延伸的微井板或多井板或類似物中。在一範例中，井板係用以容納個別容器中之類似或不同組成物之個別試劑。在不同範例中，井係用以容納數皮升至數微升的流體。雖然數位施配設備的一範例係為一包括數位可致動流體施配裝置的數位滴定匣，但此揭示中所描述的原理亦可適用於涉及高精密度、數位驅動式、流體施配的其他應用領域。
所繪示的施配設備1具有一頂側3及一底側5。雖然本揭示係指「頂部」及「底部」，這些用語應被 視為相對於彼此。施配設備1可具有任何定向，其中稱為頂側者可實際上於一底部上延伸，且反之亦然。在一範例中，頂部及底部係指設備1在施配期間的定向。
數位施配設備1包括至少一單塊載體結構7。載體結構7鑄造成單一體件。單塊載體結構7的範例材料包括環氧樹脂模化合物、玻璃、FR4、或任何適當的模製塑膠。
數位施配設備1可具有一概括平面形狀。在此揭示中，平面性可指比起設備1的長度L或寬度(延伸至頁面中的寬度)更小至少三倍、或比其長度L或寬度更小至少五倍之厚度T。載體結構7的長度L及寬度可沿著載體結構7的一虛擬中央平面P延伸，其中平面P延伸經過載體結構7的厚度T。在該範例中，單塊載體結構7大致上為平面狀的且大致平行於平面P延伸。
匣體1包括流體施配裝置11以施配流體。匣體1包括一貯器9及流體路由19以接收流體及使流體路由至流體施配裝置11。在此揭示的範例中，貯器9及流體路由19由單塊載體結構7形成。貯器9係用以從諸如一移液管的一外部源接收流體。流體路由19用以將該流體輸送到貯器9下游之至少一流體施配裝置11。
貯器9可在載體結構7的頂側3延伸。貯器9係可為載體結構7中之預模製的切口或為流體性連接至流體施配裝置11之個別附接的杯。例如，貯器9可為部份杯形，亦即在頂部開啟以接收流體，且亦對於流體路由19開啟以 朝向底側5輸送流體。貯器9在頂部可為較寬，並在一往下方向具有推拔或彎曲壁。流體路由19可流體性連接到流體施配裝置11的流體饋給槽。
載體結構7在其底側5攜載流體施配裝置11。各流體施配裝置11可設有一陣列的微滴產生器15，以將流體滴施配至一井板的一井中。流體施配裝置11係可嵌入載體結構7中，或藉由直接附著抑或間接地經過另一載體結構而附接至載體結構7。在一範例中，設備1包括至少一列及至少二行的流體施配裝置11。一範例施配設備1具有比該陣列的施配裝置11中的列更多之行。一列的長度係可與設備1的長度L呈平行地延伸。各流體施配裝置11可包括至少一饋給槽及以一扇出(fan out)方式位於饋給槽下游之微通路13，以從貯器9接收流體並將該流體引導朝向噴嘴。
各流體施配裝置11可為一MEMS晶粒的部份。在一範例中，各一流體施配裝置11係由一個別晶粒形成。在另一範例中，單一晶粒係包括複數個流體施配裝置11。晶粒31包括經處理的矽及薄膜層。一流體饋給槽係可延伸經過晶粒的一矽基材。晶粒構造可類似於熱或壓電噴墨列印頭晶粒。微滴產生器15及微通路13可延伸於薄膜層中。微滴產生器15可包括噴嘴腔室、噴嘴腔室中的微滴射出致動器、及噴嘴。噴嘴腔室從微通路接收流體。致動器將流體經過噴嘴從噴嘴腔室施配出去。噴嘴延伸經過流體施配裝置11的一噴嘴板。微滴射出致動器可為熱電阻器或 壓電致動器。各流體施配裝置11包括至少一微滴產生器陣列。各流體施配裝置11可具有任何數目的微滴產生器15，例如從1變動至大約1000。範例流體施配裝置11係利於一次從單一噴嘴施配單滴，而容許射出極少量的流體，例如11皮升或更小的最低微滴體積，或例如大約1及5皮升之間的最低微滴體積。在一範例中，如同藉由微滴產生器15所施配的個別微滴可具有大約1及10皮升之間的體積，藉此一流體施配裝置11之多重經組合的微滴係可施配大約1到大約1000皮升的體積。
在一範例中，提供流體路由19以將流體從貯器9輸送至流體施配裝置11。流體路由19可在一端對於貯器9開啟，而在另一端對於流體射出裝置11開啟。在一範例中，各貯器9及相關聯的流體路由19係可清楚地辨識為分立之流體組件，但在另一範例中，貯器9及流體路由19可形成一整體形狀用以接收及引導流體。貯器9及/或流體路由19可由單塊載體結構7的表面形成，藉此單塊載體結構7本身直接地引導接觸流體。例如，流體路由19可由單塊載體結構7的頂側3中之一切口形成。在所繪示範例中，流體路由19為槽形。
在一範例中，流體路由19將流體從位於頂側3的一貯器9輸送至位於底側5的複數個流體施配裝置11。例如，流體路由19可在一下游方向分岔，以將單一貯器9連接到複數個流體施配裝置11。例如，流體路由19可包括複數個分支21，該等分支21各將流體從一貯器9輸送到流 體施配裝置11。在一範例中，在主機設備的一操作性位置中，各貯器9及流體路由19係於每個個別的流體施配裝置11容納大約100微升或更少、大約50微升或更少或大約20微升或更少，以供輸送到至少一流體施配裝置11。
藉由提供單塊載體結構7中之流體路由19係容許貯器9的數目對流體施配裝置的數目具有彈性。例如，較密集陣列的施配陣列係可從一較不密集陣列的貯器被饋給，或反之亦然。此外，藉由直接地在單塊載體結構7中提供切口流體路由，可提供有效率製造施配設備1。並且，匣體可被客製化，以對於任何類型或尺寸的井板或井陣列作有效率之施配。
圖2繪示一數位滴定匣101的一範例。數位滴定匣101包括接近數位滴定匣101的一外邊緣處之二個貯器109。在所繪示範例中，貯器109沿著匣體101的一縱向邊緣放置。貯器109設置於一單塊載體結構107中。貯器109可在單塊載體結構107中被預模製。在一範例中，貯器109係在單塊載體結構107的一壓縮模製程序期間藉由模突件被直接地模製。在另一範例中，貯器109可為例如藉由附著或包覆模製(overmolding)技術被放置到單塊載體結構107上及/或中之個別剛性杯。
數位滴定匣101係包括一陣列的流體施配裝置111。該陣列包括兩列的八個流體施配裝置111。在所繪示範例中，各流體施配裝置111由單一流體施配晶粒形成。在操作中，貯器109在頂部接收流體，且流體施配裝 置111設置在匣體101的底部。流體施配裝置111可包覆模製在載體結構107中或附著至載體結構107。流體施配裝置可設置於與貯器109相同的單塊載體結構107中或一不同的載體結構中。
單塊載體結構107包括流體路由119，以將流體從貯器109引導至流體施配裝置111。流體路由119可包括被直接地形成於單塊載體結構107的頂表面中之槽式切口。流體路由119開啟至貯器109中以從貯器109接收流體。
流體路由119係包括一主分支121A，主分支121A直接地流體性連接至貯器109。流體路由119包括次分支121B，次分支121B將主分支121A流體性連接到複數個流體施配裝置111。在所繪示範例中，各貯器109連接到一個別流體路由119，其中各個別流體路由119連接到一個別群組的流體施配裝置111。各流體路由119在一下游方向分岔。
因此，提供一相對平面狀的且薄的數位滴定匣101，其中一相對密集陣列的流體施配裝置111可從一較小數目的貯器109被饋給。例如，流體路由119可利於較密集陣列的流體施配裝置111，其中一對應密集陣列的貯器109將變得不切實際。
在一範例中，數位滴定匣101包括一陣列117的接觸墊118。接觸墊陣列117將與一主機設備的電極構成介面，以容許主機設備控制各流體施配裝置111的微滴產生器。因此，匣體101包括用以將接觸墊陣列117連接至複 數個流體施配裝置111之電氣路由。一陣列117的各接觸墊118可連接至複數個流體施配裝置111。因此，並不對於各流體施配裝置111使用一個別接觸墊陣列117，而可使用單一接觸墊陣列117以發訊告知複數個流體施配裝置111。例如，一接地的接觸墊118可連接至複數個流體施配裝置111。另一發訊告知的接觸墊118可連接至複數個流體施配裝置111，以發訊告知微滴產生器施配流體。在一範例中，各發訊告知的接觸墊係可為一供應電壓(Vdd)、資料、時脈等中之至少一者。並且，假體墊(dummy pad)亦可設置於接觸墊陣列117中，其不連接至一流體施配裝置111。在特定範例中，特定的墊可具有一與施配未直接相關之功能，例如驗證。
在一範例中，一功能性接觸墊(其功能與施配直接相關)係連接至複數個流體施配裝置111。各功能性接觸墊118可使接地或信號中的一者傳導至/傳導自複數個流體施配裝置111，其中該信號諸如供應電壓、資料及時脈等。並且，對於一相對大型陣列流體施配裝置使用相對少個接觸墊係可利於較密集及/或較大型陣列的流體施配裝置。在一範例中，具有相同功能之貯器109的數目及接觸墊118的數目皆低於流體施配裝置111的數目。
圖3繪示具有與圖2相似的結構及材料之一範例數位滴定匣201，差異在於：此範例中具有比貯器209更少個的流體施配裝置211。單一晶粒231可形成流體施配裝置211。數位滴定匣201包括十個貯器209及一相等數目 的晶粒231之三個流體施配裝置211，各裝置211係為一個別晶粒。四個貯器209將流體提供至一流體施配裝置211。兩組的四個貯器209將流體提供至二個流體施配裝置211。另兩個貯器209將流體提供至一第三流體施配裝置211。
各貯器209經過流體路由219將流體提供至對應的流體施配裝置211，藉此多重的流體路由分支221係連接至各流體施配裝置211。各流體施配裝置可設有至少一流體饋給槽223，流體饋給槽223從多重分支221接收流體。在饋給槽223開始且往上游走，流體路由219朝向各一個別貯器209分岔到個別分支221中。電氣接觸墊陣列217可類似於上文參照圖2所描述者。
單一類型的流體係可分佈於相同相關聯的流體射出裝置211之四個貯器209上方。在另一範例中，不同流體可設置於四個貯器209中，例如一或二個貯器209可將一不同於其他貯器209的流體提供至流體射出裝置211。例如，單一流體施配裝置211可施配不同或預混合的流體。
圖4A-4C繪示流體施配晶粒陣列325的範例。各陣列325包括一系列的流體施配晶粒331。各流體施配晶粒331包括至少一流體施配裝置311。例如，圖4A、4B、4C的各流體施配晶粒陣列325係包括相同數目的流體施配裝置311，其配置於一不同數目的流體施配晶粒331內。圖4A繪示一範例，其中由一個別單一晶粒331形成各 流體施配裝置311。圖4B繪示一範例，其中單一晶粒331包括二個流體施配裝置311。圖4C繪示一範例，其中各單一晶粒331包括四個流體施配裝置311。
圖4D-4G繪示可將流體輸送至流體施配裝置311的各者之對應貯器陣列329的範例。如同輔以虛線軸線A所指示，圖4A-4C的各流體施配陣列325之流體施配裝置311係以與圖4D的貯器陣列329的貯器309相同之間距P作設置。在一範例中，間距P係為大約9毫米。在其他範例中，間距P可為0.5或0.75毫米的倍數(multitude)，其中該倍數係為一離散數字，例如從1至160。圖4E、4F、4G的貯器陣列329各具有一比以上圖式(分別為圖4D、4E、4F)的貯器陣列329更高二倍之節距。
在一範例中，圖4B及4C的各晶粒331可流體性連接至圖4D之多重的貯器309，使得不同的流體可從單一晶粒施配至不同對應的井中。不同流體可在相同晶粒331中從不同流體施配裝置311施配，其中各流體施配裝置311係流體性連接至單一貯器309，以從單一流體施配晶粒311施配單一流體。
在圖4A-4C中，各流體施配晶粒331具有一厚度、寬度及長度，其中厚度延伸至頁面中，寬度平行於間距軸線A延伸，而長度垂直於間距軸線A延伸。流體施配晶粒331可為一薄切片MEMS晶粒，例如具有大約0.5毫米或更小、300微米或更小、200微米或更小或是150微米或更小的一厚度。各晶粒331的寬度可為大約1毫米或更 小、0.5毫米或更小，例如大約0.3毫米或更小。各晶粒331的長度可依據間距P及晶粒331所併入之流體施配裝置311的所選數目而定。間距P可與一特定的井板井間距呈對準。例如，若是流體施配裝置的間距P經選擇為9毫米，圖4A的各晶粒331的長度可為大約1.5毫米或更小，圖4B的各晶粒331的長度可為大約10毫米，而圖4C的各晶粒331的長度可為大約30毫米。例如，晶粒的長度可從公式諸如Ls=(n*P)+m求出，其中Ls為晶粒長度，n為晶粒所併入之流體施配裝置的所選數目，P為流體施配裝置間距(其可以一井板井間距為基礎)，而m可依據各流體施配裝置的一所選長度而定。例如，m可為0.2及3毫米之間。流體施配裝置的所選長度m則可依據一噴嘴陣列的所欲長度而定。
如同所述，複數個流體施配裝置可被包括在一晶粒中。一流體施配裝置可藉由組構成在一個別井中施配流體而被界定。接觸墊陣列及電氣路由係可組構成在相同晶粒431上個別驅動各流體施配裝置。在一範例中，一噴嘴板係包括由無噴嘴區所分隔之具有噴嘴陣列的區，其中噴嘴陣列區係界定晶粒中的流體施配裝置。在另一範例中，一噴嘴陣列可不中斷地於晶粒長度上方延伸，其中電氣路由、軟體及/或韌體係可組構成致動較大陣列內之個別噴嘴群組，以供施配至個別井中，其中各噴嘴群組可界定一個別流體施配裝置。在其他範例中，假體噴嘴可設置於作動噴嘴的分區之間，其中作動噴嘴區係界定流體施配裝 置。
薄切片晶粒可附著至或嵌入於一單塊載體結構，如同此揭示全文所說明。在此揭示中，一薄切片晶粒係可包括一在頂部上具有至少一薄膜層之矽基材，其中晶粒可具有小於大約500微米、例如小於大約300微米、例如小於大約200微米、或例如小於大約150微米的一厚度(延伸至圖式頁面中)。在缺少足夠晶粒基材的情況下，剛性單塊載體結構207對於薄晶粒可提供機械性支撐。
流體路由可於貯器309的各者與流體施配裝置311的各者之間延伸。例如，流體路由係可直接地形成於一包括貯器309並攜載流體施配晶粒331之單塊載體中。在圖4E的範例中，各貯器309可流體性連接至二個流體施配裝置311，其中流體路由可具有二個分支以連接至二個流體施配裝置311。在圖4F的範例中，各貯器309可流體性連接至四個流體施配裝置311，其中流體路由可具有四個分支以連接至四個流體施配裝置311。在圖4G的範例中，各貯器309可流體性連接至八個流體施配裝置311，其中流體路由可具有八個分支以連接至八個流體施配裝置311。
在另一範例中，圖4B的一個流體施配晶粒331包括僅一個流體施配裝置311，而非二個。類似地，圖4C的一個流體施配晶粒331可包括僅一或二個流體施配裝置311，而非四個。例如，圖4D的貯器陣列329可將流體從多重貯器309流體性路由至圖4B、C的單一晶粒331，使 得二或四個貯器309將流體路由至一較小數目的流體施配裝置311。在此範例中，流體路由可在一上游方向分岔，以將多重貯器309連接至單一裝置311。流體路由係可直接地形成於一包括貯器309並攜載流體施配晶粒331之單塊載體中。
圖5及6繪示一單塊載體407的一範例，其包括貯器409的一貯器陣列429，其中流體路由419係可以四個分支421的形式從各貯器409延伸，以將流體路由至貯器409下游之四個流體施配裝置。圖5為俯視圖，而圖6以立體圖繪示圖5的一細部。流體施配裝置係可在單塊載體407的一相對側延伸。此相對側的一範例繪示於圖8。
單塊載體結構407可為單一模複合結構。貯器409及流體路由419的至少部份係可被一體地模製。例如，單一模突件係可使貯器409及流體路由分支421成形。
各貯器409可具有一相對淺的深度，以利於流體從貯器409至分支421及流體施配裝置之往下流動。各流體路由分支421可突出經過載體結構407以流體性連接至各流體施配裝置411。各貯器409可具有一最大直徑Dr、Dc，如同沿著流體施配裝置的列(Dr)或行(Dc)之一方向所測量，亦即分別幾乎相同於、大約相同於、或大於流體施配裝置的行或列的一間距。流體路由分支421可從各貯器409的一左上、右上、左下及右下延伸，其中單塊結構407的一長度L係與從左至右的方向呈平行或垂直地被定向。在一操作性定向中，各流體路由分支421可具有一水平分 量Hc，以在沿著一垂直分量Vc往下延伸至流體施配裝置之前，建立載體結構407的一長度L及/或寬度W方向中之流。在操作中，可例如利用一移液管在貯器409中提供流體，其後，流體可部份水平地且部份往下地流動經過角落分支421的各者，朝向所連接的流體施配裝置之各者。
在一範例中，各貯器409可具有貯器側壁433，貯器側壁433與一貯器底部一起形成貯器409。側壁433可往上延伸至單塊載體結構407的一頂表面403，或在特定範例中，壁433可突出載體結構407的大致頂表面403外直到一較高點。側壁433包括開孔，開孔係形成對於流體路由分支421之埠435。流體路由419比起貯器底部而言延伸更深入載體結構407中，以利於離開貯器409到流體施配裝置之重力流。
圖7繪示包括一單塊載體結構507之一數位滴定匣501的一範例。載體結構507包括一第一貯器陣列529及位於貯器509下游之流體路由分支521，其類似於圖5及6的貯器陣列及流體路由。單塊載體結構507進一步包括第二貯器539及位於貯器509上游之流體路由541。第二流體路由541可流體性連接至所有的第一貯器509及第一流體路由分支521。例如，第二流體路由541沿著單塊載體結構507的寬度及長度沿著多重的第一貯器509、例如沿著一完整列及/或完整行的第一貯器509而延伸。例如，第二流體路由541沿著載體結構507的邊緣延伸。第二流體路由541可為單塊載體結構507的表面503中之一切口。加寬第 二流體路由541的部分係可利於例如從作為該第二流體貯器539的一移液管或注射器之人工式流體進入。
在所繪示範例中，第一貯器509可作為接合件及/或緩衝物，以使流體朝向四個流體施配裝置分岔。事實上，在所繪示範例中，第一貯器形成流體路由的部份。如同此揭示早先提到，貯器及流體路由係可由載體結構中的一整體性切口形成。一貯器及相關聯的流體路由係可相對於彼此為整體性或呈齊平，或可被辨識成為分立的組件。在一範例中，一貯器係可被辨識成為流體路由的其餘部分之一較寬的部份，以利於流體接收。
圖8繪示圖7的數位滴定匣501之仰視圖。一流體施配晶粒陣列525設置於匣體501的一底側505中。流體施配晶粒陣列525可流體性連接至圖5-7的流體路由419、519，位於流體路由419、519的下游。各第一貯器409、509的次分支421、521將流體提供至這些流體施配裝置511。在所繪示範例中，各行的往下流流體分支521係連接至單一晶粒531的流體施配裝置511。
圖9繪示一用以製造一數位滴定匣之方法的一範例。該方法包括模製一單塊複合載體結構，同時將切口形成至載體結構的一頂表面中(方塊100)，切口係包括至少一個延伸至載體結構的厚度的部份中之貯器以及流體路由，以使貯器與至少一流體施配晶粒作流體性連接。例如，模製係包括壓縮模製，且模體係包括模突件，模突件係突出至所模製複合物中以形成流體路由。該方法進一步包括 在單塊複合載體結構之與切口呈相對的一側，將至少一流體施配晶粒包覆模製至單塊複合載體結構中，以將晶粒流體性連接至切口(方塊110)。
圖10繪示一用以製造一數位滴定匣之方法的另一範例。該方法包括模製一單塊複合載體結構，同時將切口形成至載體結構的一頂表面中(方塊200)，切口係包括至少一個延伸至載體結構的厚度的部份中之貯器以及流體路由，以使貯器與至少一流體施配晶粒作流體性連接。該方法進一步包括在單塊複合載體結構之與切口側呈相對的一側，將複數個流體施配裝置包覆模製在一平面中，以將裝置流體性連接至切口(方塊210)。複數個流體施配裝置可被包括在單一晶粒中或多重晶粒中。該方法進一步包括將流體路由模製在單塊載體結構中以沿著複數個流體施配裝置延伸(方塊220)，以流體性連接至複數個流體施配裝置。該方法可進一步包括將電氣路由積留在單塊載體結構上(方塊230)。
在此揭示的特定範例中，電氣路由係將流體施配裝置連接至接觸墊陣列。在不同範例中，可利用模製式互連裝置(MID)及/或雷射直接結構化(LDS)技術、及/或附著到或嵌入載體結構中的撓性電路來置設電氣路由。在另一範例中，電氣路由係可設置於一被附著到或嵌入載體結構之個別印刷電路板(PCB)上。電氣路由的部份係可延伸經過單塊載體結構，以例如將頂部上的接觸墊連接至底部上的流體施配晶粒。可在晶粒接觸墊、導孔及電氣路 由的其餘部分之間施加諸如銲接及/或引線結合等適當的技術。
在此揭示的特定範例中，流體施配裝置的間距係對準於既存井板中之井的間距，使得在滴定期間，一陣列的流體施配裝置係對準於一陣列的井。例如，既存井板的特定井間距係為750微米及9毫米。為此，流體施配裝置的間距係可為9毫米或750微米的倍數。在此揭示的範例中，一列的貯器中之貯器的間距係可為一離散數字乘以一列中之流體施配裝置的間距。例如，若流體施配裝置的間距為750微米或其倍數，例如1.5或3毫米，貯器的間距係可為一離散數字乘以該間距，例如0.75、1.5、3、6、12毫米等。可提供流體路由以使流體從一貯器路由至複數個流體施配裝置。
此揭示中所描述之不同的施配設備係可為相對平面狀的。可瞭解「平面狀」係為：陣列1具有比施配設備的寬度更小至少三倍或至少五倍之一厚度T(例如見圖1)。在圖1中，寬度延伸至頁面中。施配設備的長度L可大於寬度，其中陣列的長度及寬度係可形成用於供平面狀的單塊載體結構沿著其延伸之中央平面P。例如，匣體的總長度係可為大約50與300毫米之間，例如大約100毫米，且一總寬度係可為大約15與大約200毫米之間，例如大約35毫米，不計入一用以握持匣體之突出的握件(若存在)，或例如包括該握件則更長大約20毫米。此施配設備在一頂側與一底側之間的一最大厚度係可為小於10毫 米、例如小於6毫米、例如小於5毫米、例如大約4毫米。
此揭示的形態之一者係關於使用一單塊載體結構或複數個平行的單塊載體結構，複數個平行的單塊載體結構係各攜載相對大型陣列的組件，諸如流體通道、流體裝置、電氣路由等。
在一範例中，此揭示的各貯器及流體路由係被成形為每個流體施配裝置容納大約200微升或更小、大約100微升或更小、大約50微升或更小、或大約20微升或更小的流體容積。
此揭示的各流體施配裝置係可由一薄切片晶粒構成、或為該薄切片晶粒的部份。一薄切片晶粒係可具有大約0.5毫米或更小、300微米或更小、200微米或更小、或150微米或更小的厚度。各晶粒的寬度係可為大約1毫米或更小、0.5毫米或更小、例如大約0.3毫米。各晶粒的長度係可依據間距及其所併入的流體施配裝置之所選數字而定。例如，晶粒的長度係可為大約1與80毫米之間。
流體施配晶粒技術可從噴墨列印頭技術、例如壓電或熱噴墨技術運用而來。在此揭示的不同範例中，每個流體施配裝置之流體施配噴嘴的一數目係可從1個噴嘴變動到大約1000個噴嘴，例如5與600個噴嘴之間，例如大約100個噴嘴，不計入若存在之假體噴嘴或感測噴嘴。
在此揭示的範例中，流體流動致動器可包括熱致動器或壓電致動器。這些致動器係形成晶粒的部份。施配設備係可能不具有晶粒外側的其他流體流動致動器。 例如，可藉由流體致動器、重力及毛細力中的至少一者建立流體流。不需要提供任何進一步的前攝式背壓調節。例如，在數位滴定匣中不提供進一步的過濾、毛細媒體等。
雖然此揭示大多已經討論數位滴定匣，但所揭露的特徵亦可適用於具有類似特徵之任何數位施配設備，且不應詮釋成僅限於滴定應用。

Claims (15)

  1. 一種數位施配設備，其包含：一流體施配晶粒，其包括至少一流體施配裝置，該流體施配裝置包括至少一噴嘴；至少一貯器，其流體性連接到該至少一流體施配裝置，以將流體輸送到該至少一流體施配裝置；一平面狀的單一單塊載體結構，其攜載該流體施配晶粒及該至少一貯器，該單塊載體在該貯器與該流體施配裝置之間形成流體路由，其中在操作中，作為該單塊載體的部份之流體路由壁係與流體接觸，以將流體從該貯器引導至該流體施配裝置。
  2. 如請求項1之數位施配設備，其中該至少一貯器及流體路由係由該單塊載體的內部表面形成。
  3. 如請求項1之數位施配設備，其中該流體施配晶粒包含流體性連接至一個貯器之複數個流體施配裝置，其中該流體路由在一下游方向分岔，以將從一個貯器所接收的流體引導至該等複數個流體施配裝置。
  4. 如請求項3之數位施配設備，其中：該單塊載體結構實質上為平面狀的，該載體結構的一長度及寬度形成一中央平面，該中央平面延伸經過該載體結構的一厚度，該貯器及流體路由係組構來在不同方向引導該流體朝向該等複數個流體施配裝置，該等方向具有與該中央平面呈平行之分量，該流體施配晶粒包含流體流動致動器，及該施配設備的流體流動致動器僅設置於該流體施配晶粒中。
  5. 如請求項3之數位施配設備，其中該流體路由係沿著該等複數個流體施配裝置延伸。
  6. 如請求項1之數位施配設備，其包含流體性連接至單一流體施配裝置之複數個貯器，其中該流體路由在一上游方向分岔。
  7. 如請求項1之數位施配設備，其中其流體施配裝置的全部係被該單一單塊載體結構所嵌入，使得該等流體施配裝置的入口流體饋給槽開啟至該流體路由中，以直接地從該流體路由接收流體。
  8. 如請求項1之數位施配設備，其包含八個以上的流體施配裝置。
  9. 如請求項1之數位施配設備，其包含複數個列及複數個行之貯器及流體施配裝置中的至少一者。
  10. 如請求項1之數位施配設備，其包含一包括功能性接觸墊之接觸墊陣列，各功能性墊係電氣連接至由該單塊載體結構所攜載之複數個流體施配裝置。
  11. 如請求項1之數位施配設備，其中該流體施配晶粒界定複數個流體施配裝置。
  12. 一種用以製造數位滴定匣之方法，其包含：模製一單塊複合載體結構，其中模體包含突件；將切口形成至該載體結構的一頂表面中，該等切口包括延伸至該載體結構的厚度的部份中之至少一個貯器以及流體路由，以使該貯器與一流體施配晶粒連接；及在該單塊複合載體結構之與該等貯器呈相對的一側，將至少一流體施配晶粒包覆模製到該單塊複合載體結構中，以流體性連接至該流體路由。
  13. 如請求項12之方法，其包含：將複數個流體施配裝置包覆模製於一平面中的一陣列中；將該流體路由成形以覆蓋該等複數個流體施配裝置的一距離。
  14. 如請求項13之方法，其包含：於該貯器旁邊形成至少一接觸墊陣列；於該單塊載體結構上形成電氣路由；及穿過該單塊載體結構形成穿模導孔(TMV)，以將該接觸墊陣列連接到該至少一晶粒。
  15. 一種用以插入至數位滴定主機設備中之平面狀數位滴定匣，其包含：單一的單塊載體結構，其形成流體路由；一第一數目的流體貯器，其被該載體結構所攜載，在頂部開啟以接收流體，並在該路由上游流體性連接至該路由；及一第二數目的流體施配裝置，其係由該載體結構所攜載的至少一流體施配晶粒形成，且經過該路由流體性連接至該數目的貯器；其中該流體路由係為分岔，及該第一數目不同於該第二數目。
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