DE60317305T2 - Kontaktloses verfahren zur verteilung geringer flüssigkeitsmengen - Google Patents

Kontaktloses verfahren zur verteilung geringer flüssigkeitsmengen Download PDF

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Craig M. Cotati STORMS
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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Flüssigkeitshandhabung, und sie bezieht sich insbesondere auf Verfahren und eine Vorrichtung für kontaktlose Hochleistungs-Flüssigkeitsverteilung für relativ geringe Mengen.
  • Technischer Hintergrund
  • Die Fortschritte auf dem Gebiet der Humanmedizin, insbesondere auf dem Gebiet der Genome und der Proteide haben die potentielle Anzahl an Reaktionen und Analysen stark vergrößert, welche durch die biotechnische und pharmazeutische Industrie durchgeführt werden müssen. Schätzungsweise sind 3000000 Tests sind erforderlich, um eine pharmazeutische Bibliothek typischer Mischungen einer Gesellschaft auf Zielrezeptoren zu projizieren. Die typische Anzahl der Tests wird dramatisch ansteigen, da Information von der Sequenzbildung des menschlichen Gens herausgefunden wird. Um diese Wünsche eines ansteigenden Durchsatzes in einer ökonomisch vorstellbaren Weise zu erfüllen, ist die Miniaturisierung der Tests ein Gebot.
  • Die technologischen Fortschritte ermöglichen die Demonstration und die Verwendung von mikrochemischen/biochemischen Reaktionen, um unterschiedliche Arten von Analysen durchzuführen. Die Realisierung dieser Reaktionen in einem solch kleineren Maßstab bietet Wirtschaftlichkeit, die zu herkömmlichen Versuchen nicht passt. Reduzierte Mengen können die Kosten um eine Größenordnung senken, wobei herkömmliche flüssigkeitshandhabende Einrichtungen dies bei geforderten Mengen verfehlen. Die parallele Realisierung liefert sogar größere Vorteile, wie durch die Verwendung von Platten hoher Dichte zum Projizieren gezeigt wird, und hochdichter MALDI-TOF-Platten für Massenspektronomie-Analysen von Proteinen. Die ratenbegrenzende Hardware ist die Kleinmengen-Flüssigkeitsübertragungstechnologie, welche für Mischungen von Interesse robust und messbar ist. Mit wachsendem Wunsch ist die Entwicklung von flüssigkeitshandhabenden Einrichtungen, die zum Handhaben von Mikrolitermengen von Mehrfachreagenzien angepasst sind, notwendig.
  • Aktuelle Systeme zum Handhaben von flüssigen Reagenzien verwenden häufig ein "Nimm-und-Setz"-Verfahren, wo eine flüssige Reagenzprobe von einer Quellenplatte, üblicherweise einer Mikrotiter-Platte, aufgenommen wird und in ein anderes Reservoir platziert wird, das als Zielplatte bekannt ist. Dieses Verfahren wird häufig für Erwiderungsplatten angewendet, wo die Maßstabsreduzierung zwischen der Quellenplatte und der Zielplatte vorteilhaft realisiert wird. Üblicherweise wird eine geeignete Menge von einer Quellenplatte eingesaugt und auf einem Zielstandort auf einer Mehrfachzielplatte abgelagert. Bei dieser Anordnung sind verminderte Probenmengen und ein Probenabstand für höhere Grade an Miniaturisierung erforderlich. Diese flüssigkeitshandhabenden Systeme können breit in zwei flüssigkeits-verteilende Arten kategorisiert werden: kontakt-flüssigkeits-verteilende Einrichtungen und kontaktlose flüssigkeits-verteilende Einrichtungen.
  • Eine solche Art einer Kontaktflüssigkeitshandhabung ist die kapillare Kontaktverteilung, wo physikalischer Kontakt zum Fluidtransfer flüssiger Reagenzien notwendig ist. Ein Beispiel ist die Anwendung eines dünnen langgestreckten Stiftwerkzeugs, dessen Spitze in eine flüssige Reagenzprobe in der Quellenplatte getaucht wird, welche dann in physikalischem Kontakt mit einer Substratfläche beim Zielstandardort der Zielplatte zum Ablagern der flüssigen Reagenzprobe manövriert wird. Durch die kapillare Wirkung wird eine bestimmte Menge an Flüssigkeit an der Spitze haften, die dann zum Zielstandort bei Kontakt übertragen werden kann.
  • Dieses Verfahren ist jedoch von Natur aus bezüglich der Menge ungenau, da die Menge des Fluids, welches an der Stiftwerkzeugspitze anhaftet, bei jedem Zyklus variieren kann. Aufgrund außerdem des "sich Wickelns" der Tropfen können relativ kleine Verteilungsmengen in der Größenordnung von Picolitern nicht wiederholt mit ausreichender Genauigkeit erlangt werden, welche für kleine Proben zum Projizieren bei hohem Durchsatz erforderlich sind, wenn diese zu trockenen Flächen geliefert werden. Um außerdem die Liefermenge zu schätzen, müssen mehrere physikalische Eigenschaften und Parameter betrachtet werden. Diese umfassen die Flächenspannung des Flüssigkeitsreagenz, den hydraulischen Zustand der Substratfläche, die Affinität für die Substratfläche des Reagenzfluids, die Affinität der Werkzeugspitzenfläche des Reagenzfluids, die Wucht des Lieferkontakts und das Aufbringung von biochemischem Überzug auf der Substratfläche, um nur wenige zu nennen. Ein weiteres Problem in Verbindung mit dieser kapillaren Kontaktverteilungstechnik ist, dass diese mehr verwundbar gegenüber unbeabsichtigte Kreuzkontamination der Werkzeugspitze und der Zielorte ist, insbesondere, wenn Mehrfachreagenzien manipuliert werden und die Zielortdichte hoch ist. Außerdem werden häufig zerbrechliche biochemische Überzüge auf der Fläche der Testortsstellen verwendet, welche durch die Spitzen der Stiftwerkzeuge während des ablagernden Kontakts dazwischen leicht beschädigt werden können.
  • Betrachtet man die kontaktlosen Flüssigkeitsverteilungssysteme, so wird die Flüssigkeitsverteilung ohne physikalischen Kontakt zwischen der Verteilungseinrichtung und der Zielsubstratfläche durchgeführt. Üblicherweise umfassen diese Systeme eine positive Verlagerung, Flüssigkeitshandhabungseinrichtungen auf Basis einer Spritze, piezo-elektrische Verteiler und Verteiler auf Solenoidbasis, wobei jede Technologie ihre eigenen Vorteile und Nachteile mit sich bringt. Systeme auf piezo-elektrischer Basis beispielsweise sind in der Lage, Flüssigkeitshandhabungsaufgaben geringer flüssiger Mengen in der Größenordnung von Picolitern genau zu liefern. Diese Einrichtungen werden außerdem bei positionsgenauen Bewegungs-Steuerplattformen verwendet, welche eine vergrößerte Gruppendichte von Teststellen ermöglichen.
  • Obwohl dieses Verfahren in der Lage ist, Reagenzlieferung geringer Mengen in der Größenordnung von Picolitern genau zu liefern, ist eine Schwierigkeit in Verbindung bei diesen Systemen die, dass eigens dafür bestimmte oder feste Probenreservoirs erforderlich sind, welche unmittelbar über Fluid mit Verteilungsöffnungen des piezo-elektrischen Kopfs gekoppelt sind. Die Anwendung dieses kontaktlosen Verfahrens jedoch ist jedoch arbeitsintensiv, wenn Mengen von Submikrolitern mehrerer Reagenzien erforderlich sind. Außerdem sind mengenmäßige Genauigkeit bei Picoliterpegeln ein Teil aufgrund kleiner Verteilungsöffnungsdurchmesser, welche häufigem Verstopfen ausgesetzt sind. Die Skalierfähigkeit dieser Systeme ist ebenfalls vermindert, da der kleine Durchmesser der Öffnung die Volumenverteilung pro Impuls signifikant begrenzt.
  • Der Betrieb auf Solenoidbasis für kontaktloses Flüssigkeitsverteilen neigt dagegen dazu, signifikant vielfältiger und messbarer zu sein als im Vergleich zu Flüssigkeitsverteilungssystemen auf piezo-elektrischer Basis. Unter Verwendung herkömmlicher Ansaugtechniken, um eine flüssige Reagenzprobe in einen Flusspfad oder Kommunikationskanal (beispielsweise eine Röhre) des Systems zu ziehen, können relativ größere Mengen oder umgekehrt kleinere Mengen mit hoher Genauigkeit durch das Solenoid verteilt werden.
  • Eine Schwierigkeit in Verbindung mit dieser Ausbildung ist jedoch die, dass das Betätigungsglied auf Solenoidbasis in Reihe mit dem Verteilungsflusspfad positioniert werden muss. Folglich kann der Fluss der gezogenen Reagenzprobe über die Komponenten des verteilenden Betätigungsglieds abträgliches Stocken bewirken. Schließlich hat die mengenmäßige Lieferungsungenauigkeit wie auch eine beängstigte Reduzierung der Lebensdauer des Verteilungsbetätigungsglieds zur Folge.
  • Um sich auf dieses Problem zu richten, werden andere kompatible Systemfluids (üblicherweise gefiltertes deionisiertes Wasser) stromaufwärts von den angesaugten flüssigen Reagenzien angewandt, um den Kontakt des Reagenz mit dem verteilenden Betätigungsglied zu beseitigen. Dieses Bifluid-Lieferverfahren hat sich als erfolgreich erwiesen, um einen weiten Bereich von sich wiederholenden Verteilungsmengen zu verteilen. Die Ansaugung großer Überflussmengen ist jedoch aufgrund der Verteilung oder der Verdünnung bei der flüssigen Grenzfläche zwischen der Probe/Reagenz und dem Systemfluid erforderlich. Dies gilt insbesondere bei wiederholter Flüssigkeitsverteilung, wo die wiederholte Betätigung der Solenoids eine vergrößerte Tätigkeit an der Fluidgrenzfläche bewirkt. Wie im Flussdiagramm von 1 gezeigt ist (welche die gemessene Konzentration der verteilten Abtastprobe gegenüber der Verteilungssequenz zeigt), nimmt die gemessene Konzentration der flüssigen Reagenzprobe signifikant nach ungefähr der fünfzigsten bis sechzigsten Entladung ab, obwohl die mengenmäßige Genauigkeit konstant bleibt.
  • Folglich ist ein skalierbares kontaktloses Flüssigkeitshandhabungssystem und Verfahren wünschenswert, welches wiederholende kontaktlose Flüssigkeitsverteilung geringer Menge liefert, ohne die Flüssigkeitsproben/Reagenzkonzentration zu verschlechtern, und mit einer mengenmäßigen Genauigkeit im Bereich von Mikrolitern bis zu Nanolitern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Reinigen abgefangenen Gases von einem Systemfluid, welches in einem Betätigungsventil enthalten ist, welches über Fluid längs eines Kommunikationskanal mit einem unter Druck stehenden Systemfluidreservoir, welches das Systemfluid bereitstellt, gekoppelt ist, wobei sich der Fluid-Kommunikationskanal von seiner Verteilungsöffnung zum Betätigungsventil erstreckt, wobei das Verfahren aufweist:
    Drücken des Systemfluids in das Systemfluidreservoir mit einem Druckgas;
    Füllen des Betätigungsventils und des Fluid-Kommunikationskanals durch Anlegen des Drucks des Systemfluidreservoirs an das Systemfluid, damit es durch das Betätigungsventil und in den Kommunikationskanal fließt, um über die Verteilungsöffnung (37) verteilt zu werden, so dass das Betätigungsventil und der Kommunikationskanal von einem trockenen Zustand in einen hydraulischen Zustand überführt werden;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Betätigungsventil schnell zwischen einem Schließzustand, wodurch der Fluss des Systemfluids durch das Betätigungsventil vom Systemfluidreservoir zur Verteilungsöffnung verhindert wird, und einem offenen Zustand betätigt wird, wobei Fluidfluss und Verteilen des Systemfluids über die Verteilungsöffnung bei zumindest zwei unterschiedlichen diskreten Betätigungsfrequenzen – jede eine entsprechende vorgegebene Zeitperiode in einer Weise zum Reinigen und Ausstoßen abgefangenen Gases, welches im Betätigungsventil enthalten ist, lang – ermöglicht wird.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform weist außerdem auf:
    Drücken des Systemfluids mit einem im Wesentlichen konstanten Gasdruck, um einen im Wesentlichen konstanten Staudruck im Betätigungsventil bereitzustellen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird dieses schnelle Betätigen des Betätigungsventils bei den jeweiligen diskreten Frequenzen für die jeweiligen vorgegebenen Zeitperioden mit einer festgelegten Häufigkeit durchgeführt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das schnelle Betätigen des Betätigungsventils durch Variieren der Betätigungsfrequenz bei mehreren festgelegten diskreten Frequenzen durchgeführt, wobei jede Betätigung bei einer der diskreten Frequenzen für eine entsprechende vorgegebene Zeitdauer ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen die mehreren diskreten Frequenzen im Bereich von ungefähr 1 Hz bis ungefähr 1750 Hz.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen die mehreren diskreten Frequenzen im Bereich von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 420 Hz.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform umfasst außerdem das Betätigen des Betätigungsventils bei jeder diskreten Frequenz für die jeweils vorgegebene Zeitperiode mit einer entsprechenden festgelegten Häufigkeit.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Variieren der Betätigungsfrequenz durch eine Impulsfrequenzwobbeln durchgeführt, wobei die Betätigungsfrequenz bei den diskreten Frequenzen inkremental vergrößert wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das inkrementale Vergrößern der Betätigungsfrequenz im Bereich von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 420 Hz durchgeführt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Variieren der Betätigungsfrequenz durch Impulsfrequenzwobbeln durchgeführt, wobei die Betätigungsfrequenz bei den diskreten Frequenzen inkremental vermindert wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Gasdruck im Bereich von ungefähr 13,8 kPa (2,0 psi) bis ungefähr 103 kPa (15,9 psi).
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Gasdruck bei ungefähr 55,2 kPa (8,0 psi) Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet das unter Drucksetzen des Systemfluids einen im Wesentlichen konstanten Gasdruck im Systemfluidreservoir mit einem Druckgas.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Unterdrucksetzen des Systemfluids durchgeführt, bevor das Systemfluid in den Kommunikationskanal fließt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren simultanes Reinigen abgefangenen Gases vom Systemfluid einschließen, welches in mehreren Betätigungsventilen enthalten ist, die über Fluid längs entsprechender Kommunikationskanäle mit dem Drucksystem-Fluidreservoir gekoppelt sind, welches das Systemfluid bereitstellt, wobei sich jeder entsprechende Fluid-Kommunikationskanal von seiner entsprechenden Verteilungsöffnung zum entsprechenden Betätigungsventil erstreckt, und wobei:
    • (a) das Füllen das Füllen jedes Betätigungsventils und des entsprechenden Kommunikationskanals einschließt, indem der Druck des Systemfluidreservoirs an das Systemfluid angelegt wird, damit es simultan durch jedes Betätigungsventil und in jeden entsprechenden Kommunikationskanal fließt, um sich über jede entsprechende Verteilungsöffnung davon zu verteilen, so dass jedes Betätigungsventil (37) und jeder Kommunikationskanal von einem trockenen Zustand in einen hydraulischen Zustand überführt wird; und
    • (b) das schnelle Betätigen simultanes schnelles Betätigen jedes Betätigungsventils zwischen einem entsprechenden Schließzustand, um einen Fluss des Systemfluids dadurch vom Systemfluidreservoir zu dessen entsprechender Verteilungsöffnung zu verhindern, und einem entsprechenden geöffneten Zustand einschließt, um einen Fluidfluss und das Verteilen des Systemfluids über jede entsprechende Verteilungsöffnung bei einer diskreten Betätigungsfrequenz für eine entsprechende vorher festgelegte Zeitperiode zu ermöglichen, so dass abgefangene Gase, welche in dem entsprechenden Betätigungsventil enthalten sind, gereinigt und davon ausgestoßen werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform weist außerdem auf: Unterdrucksetzen des Systemfluids im Systemfluidreservoir mit einem Druckgas, um einem im Wesentlichen konstanten Staudruck in jedem Betätigungsventil zu bilden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das simultan schnelle Betätigen jedes Betätigungsventils für die entsprechende vorgegebene Zeitperiode jeweils mit einer festgelegten Häufigkeit durchgeführt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das simultane schnelle Betätigen jedes Betätigungsventils durch Variieren der Betätigungsfrequenz bei mehreren gesetzten diskreten Frequenzen durchgeführt, wobei jede Betätigung bei einer der diskreten Frequenzen für eine entsprechende vorgegebene Zeitperiode ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen die mehreren diskreten Frequenzen im Bereich von ungefähr 10 Hz bis 420 Hz.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform umfasst außerdem das Betätigen jedes Betätigungsventils bei jeder diskreten Frequenz für die jeweilige vorgegebene Zeitperiode mit einer entsprechenden gesetzten Häufigkeit.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Variieren der Betätigungsfrequenz durch ein Impulsfrequenzwobbeln durchgeführt, wodurch die Betätigungsfrequenz bei den diskreten Frequenzen inkremental vergrößert wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das inkrementale Vergrößern der Betätigungsfrequenz im Bereich von ungefähr 10 Hz bis 420 Hz durchgeführt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Variieren der Betätigungsfrequenz durch eine Impulsfrequenzwobbelung durchgeführt, wobei die Betätigungsfrequenz bei den diskreten Frequenzen inkremental vermindert wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Unterdrucksetzen des Systemfluids durch Liefern des unter Druck stehenden Gases im Bereich von ungefähr 13,8 kPa (2,0 psi) bis ungefähr 103 kPa (15,0 psi) durchgeführt.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Unterdrucksetzen des Systemfluids durch Liefern des unter Druck stehenden Gases bei ungefähr 55,2 kPa (8,0 psi) durchgeführt.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform umfasst außerdem das Auswählen von einem unter Druck stehenden Gas, welches das Eingasen unterdrückt, und welches im Wesentlichen in Bezug auf das Systemfluid nicht lösbar ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Auswählen eines unter Druck stehenden Gases das Auswählen von Helium auf.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform weist außerdem auf:
    • (c) Betätigen jedes Betätigungsventils vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand und zurück in den geschlossenen Zustand im Wesentlichen die gleiche Zeitperiode lang, um entsprechend Systemfluid von jeder Verteilungsöffnung des entsprechenden Kommunikationskanals zu verteilen;
    • (d) Messen des Volumens des Systemfluids, welches von jeder Verteilungsöffnung verteilt wird;
    • (e) Berechnen der mittleren Standartabweichung der gemessenen Volumina;
    • (f) Wiederholen des Falls (b) für jeden Kommunikationskanal, der ein gemessenes Volumen des Systemfluids hat, welches von der mittleren Standardabweichung um mehr als einen vorher festgelegten Prozentsatz variiert.
  • Eine weitere Ausführungsform umfasst außerdem das Wiederholen von Vorkommnissen (c)–(f), bis die jeweilige Verteilungsmenge für jedes Druckrohr nicht von der mittleren Abweichung um mehr als einen vorgegebenen Prozentsatz variiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der vorgegebene Prozentsatz im Bereich von ungefähr 3% bis ungefähr 7%.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt der vorgegebene Prozentsatz im Bereich von ungefähr 5%.
  • Bei einer spezifischen Ausführungsform ist das Systemfluid unter Druck mit einem Gas bei einem im Wesentlichen konstanten Gasdruck. Somit kann ein Betätigungs-Verteilungsventil in Fluid-Kommunikation mit dem Kommunikationskanal, welches stromabwärts vom Systemfluidreservoir und stromaufwärts vom Luftspalt angeordnet ist, schnell betätigt werden, um Fluidfluss durchzuführen. Der Gasdruck ist in einer Anordnung im Bereich von ungefähr 13.8 kPa (2,0 psi) bis ungefähr 103 kPa (15,0 psi), und vorzugsweise bei ungefähr 55,2 kPa (8,0 psi). Das Druckgas kann als ein Druck ausgewählt werden, welcher das Eingasen unterdrückt, und ist im Wesentlichen gegenüber dem Systemfluid unlösbar. Ein derartiges Gas ist Helium.
  • Der Luftspalt wird vorzugsweise in der Verteilungsöffnung über eine analytische Bemessungseinsaugeinrichtung bemessen, welche über Fluid mit dem Kommunikationskanal gekoppelt ist. Eine derartige Einrichtung ist eine analytische Dosierungsspritze. Die Verteilungsflüssigkeit kann außerdem im Kommunikationskanal über diese Ansaugeinrichtung bemessen werden, wobei der Spalt beibehalten wird, der größer ist als ungefähr 2,54 cm bis ungefähr 7,62 cm (ungefähr 1,0 bis ungefähr 3,0 Inch) von dem Verteilungsventil.
  • Bei einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung können abgefangene Gase in einem Systemfluid, welches in einem Betätigungsventil enthalten ist, gereinigt werden und über die Verteilungsöffnung dieser Nichtkontakt-Flüssigkeits-Handhabungssysteme ausgestoßen werden. Das Systemfluid fließt anfangs über das Betätigungsventil und in den Kommunikationskanal zwischen dem einen Ende der Druckröhre und der Verteilungsöffnung, so dass das Betätigungsventil und der Kommunikationskanal von einem Trockenzustand in einen Hydraulikzustand überführt werden. Durch schnelles Betätigen des Betätigungsventils zwischen einem Schließzustand, wodurch der Fluss des Systemfluids über das Betätigungsventil vom Systemfluidreservoir zur Verteilungsöffnung verhindert wird, und einem Öffnungszustand, bei dem Fluidfluss des Systemfluids über den Kommunikationskanal zugelassen wird, können abgefangene Gase im Betätigungsventil und im entsprechenden Kommunikationskanal gereinigt werden und über die Verteilungsöffnung ausgestoßen werden.
  • Die schnelle Betätigung des Betätigungsventils bei den jeweiligen diskreten Frequenzen wird vorzugsweise für die entsprechenden vorgegebenen Zeitperioden mit einer gesetzten Häufigkeit durchgeführt. Außerdem wird die schnelle Betätigung des Betätigungsventils durch Variieren der Betätigungsfrequenz bei mehreren gesetzten diskreten Frequenzen vorzugsweise durchgeführt. Jede Betätigung bei einer der diskreten Frequenzen wird für eine entsprechende vorgegebene Zeitperiode und für eine entsprechende gesetzte Häufigkeit durchgeführt. In einem Beispiel liegen die mehreren diskreten Frequenzen im Bereich von ungefähr 1 Hz bis ungefähr 1750 Hz, während in einem anderen Beispiel die mehreren diskreten Frequenzen im Bereich von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 420 Hz liegen.
  • Das Variieren der Betätigungsfrequenz kann durch Impulsfrequenzwobbeln durchgeführt werden, wobei die Betätigungsfrequenz bei diskreten Frequenzen inkremental gesteigert wird. Alternativ wird das Variieren der Betätigungsfrequenz durch ein Impulsfrequenzwobbeln durchgeführt, bei dem die Betätigungsfrequenz bei diskreten Frequenzen inkremental vermindert wird.
  • Bei Mehrfachkanal-Flüssigkeitshandhabungseinrichtungen ist das Reinigungsverfahren ebenfalls anwendbar. Das Systemfluid kann in den jeweiligen entsprechenden Kommunikationskanal zwischen dem einem Ende jeder entsprechenden Druckröhre und dessen entsprechender Verteilungsöffnung fließen, so dass jedes Betätigungsventil und jeder Kommunikationskanal von einem Trockenzustand in einem Hydraulikzustand überführt wird. Nachfolgend kann das entsprechende Betätigungsventil für jeden Kanal schnell zwischen einem entsprechenden Schließzustand und einem entsprechenden geöffneten Zustand betätigt werden. Jede Betätigung wird bei einer diskreten Betätigungsfrequenz für eine entsprechende vorgegebene Zeitperiode durchgeführt, so dass abgefangene Gase, welche in jedem jeweiligen Betätigungsventil und jedem entsprechenden Kommunikationskanal enthalten sind, gereinigt werden und über die entsprechende Verteilungsöffnung ausgestoßen werden.
  • Bei diesem Mehrfachkanalaufbau kann jedes der Betätigungsventile für im Wesentlichen die gleiche Zeitperiode in Bezug auf das entsprechende Verteilungssystemfluid für jede Verteilungsöffnung der entsprechenden Druckröhre betätigt werden. Das entsprechende Verteilungsvolumen für jeden Kanal kann gemessen werden. Durch Berechnen der mittleren Abweichung der gemessenen Mengen und durch Vergleichen der aktuell gemessenen Menge, welche von einem bestimmten Kanal verteilt wird, in Bezug auf die mittlere Abweichung kann bestimmt werden, ob die Reinigungsroutine erfolgreich war. Dies wird bestimmt, ob die gemessene Menge von der mittleren Abweichung um mehr als einen bestimmten Prozentsatz abgewichen ist. Dieser vorgegebene Prozentsatz liegt im Bereich von ungefähr 3% bis ungefähr 7%, besonders bevorzugt bei ungefähr 5%. Sollte der vorgegebene Prozentsatz überschritten werden, wird die Routine wiederholt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Baugruppe nach der vorliegenden Erfindung hat weitere Aufgaben und vorteilhafte Merkmale, die schneller aus der folgenden Beschreibung der am meisten bevorzugten Ausführungsform, um die Erfindung auszuführen, sowie aus den angehängten Ansprüchen, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen hergenommen werden, deutlich werden, in denen:
  • 1 ein Diagramm ist, welches die Leistung (gemessen in Reagenzkonzentration) einer Sequenz von 100 nl Reagenzdosierungen zeigt, wobei ein kontaktloses Flüssigkeitsverteilungssystem ohne die Anwendung eines Reihenluftspalts verwendet wird;
  • 2 ein schematisches Diagramm des kontaktlosen Flüssigkeitsverteilungssystems ist, welches einen Reihenluftspalt aufweist, der zur Verwendung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
  • 3 ein schematisches Diagramm eines kontaktlosen Mehrfachkanal-Flüssigkeitsverteilungssystems, welches den Reihenluftspalt gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, ist;
  • 4 ein alternatives schematisches Diagramm von 3 ist;
  • 5 ein Diagramm ist, welches die Leistung (gemessen in Reagenzkonzentration) einer Sequenz von 100 nl Reagenzdosierungen zeigt, wobei das kontaktlose Flüssigkeitsverteilungssystem mit der Anwendung eines Reihenluftspalts gemäß der vorliegenden Erfindung genutzt wird;
  • 6 eine perspektivische Kopfansicht eines X-Y-Z-Mechanismus "Nimm und Setze", der in Kombination mit der vorliegenden Erfindung genutzt wird, ist;
  • 7 eine Tabelle eines spezifischen Satzes von Frequenzen ist, welche bei der "Reinigungs"-Routine gemäß der vorliegenden Erfindung genutzt wird.
  • Beste Art zum Ausüben der Erfindung
  • Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf einige wenige spezifische Ausführungsformen beschrieben wird, ist die Beschreibung der Erfindung beispielhaft und nicht dazu ausgedacht, die Erfindung zu begrenzen. Verschiedene Modifikationen in Bezug auf die vorliegende Erfindung können in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen durch den Fachmann durchgeführt werden, ohne den Rahmen der Erfindung, wie durch die beigefügten Patentansprüche definiert, zu verlassen. Es sei hier angemerkt, dass zum besseren Verständnis gleiche Komponenten durchwegs mit gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren bezeichnet sind.
  • Bezugnehmend nun auf 2 ist ein kontaktloses Flüssigkeitshandhabungsverfahren und System (als Beispiel), welches allgemein mit 20 bezeichnet ist, vorgesehen, welches in der Lage ist, eine geringe Menge an Flüssigkeit auf einem Ziel oder einem Bestimmungsort-Substratfläche 21 genau zu verteilen. Allgemein ausgedrückt weist bei einer spezifischen Ausführungsform das Flüssigkeitshandhabungssystem 20 ein Druckhilfssystem 22, ein Fluideinsaug-Hilfssystem 23 (Einsaugsystem), ein Fluidverteilungs-Hilfssystem (Abgabesystem) 25 und ein Fluidumschalt-Hilfssystem 26 auf. Insbesondere weist das Druckhilfssystem 22 des Flüssigkeitshandhabungssystems 20 einen unter Druck stehenden Systemfluidtank 27, der über Fluid unabhängig über Fluiddruckleitungen 28, 30 mit einer Fluideinsaugquelle 31 des Fluideinsaug-Hilfssystems (Zufuhr) 23 gekoppelt ist, und eine Fluidverteilungsquelle 32 des Fluidverteilungs-Hilfssystems (Abgabe) 25 auf. Diese Quellen 31, 32 sind wiederum unabhängig über Fluid mit dem Fluidumschalt-Hilfssystem 26 gekoppelt, welches Fluidkommunikation über einen langgestreckten Fluidkommunikations-Kanal 33 zu einer Verteilungsöffnung 35 liefert. Bei einem Aufbau ist diese Öffnung 35 am distalen Ende einer Verteilungsdüse 36 angeordnet, welches sowohl Einsaugen als auch Verteilen des Fluids ermöglicht.
  • Wie man am besten in 2 und 3 sieht, ist der Fluidflusspfad des Systems 20 auswählbar über ein Schaltventil 37 des Schalthilfssystems 26 zwischen einem ersten Fluidpfad A über die Einsaugquelle 31 und einen zweiten Fluidpfad B über die Verteilungsquelle 32 umschaltbar. Somit erstreckt sich der erste Fluidpfad A vom Systemfluidtank 37 zur Verteilungsöffnung 35 über die Einsaugquelle 31, um Fluids in den Kommunikationskanal einzusaugen, während der zweite Fluidpfad B sich vom Systemfluidtank 27 zur Verteilungsöffnung 35 über die Verteilungsquelle 32 erstreckt, um Fluids vom Kommunikationskanal zu verteilen (abzugeben). Im Wesentlichen steuert der erste Fluidpfad A das Bemessen des Fluids, welches in die Verteilungsöffnung geführt wird, während der zweite Fluidpfad B das Bemessen des Fluids von der Verteilungsöffnung steuert.
  • Ähnlich wie bei anderen Flüssigkeitshandhabungssystemen, welche kontaktlos sind und welche auf Solenoid basieren, wie später ausführlich beschrieben wird, sind die Düse 36 und die Öffnung 35 so angeordnet, eine gewünschte Verteilungsflüssigkeit (beispielsweise eine Flüssigkeitsreagenzprobe) in den Kommunikationskanal 33 von einer Reagenz/Probenquelle oder Quellenplatte 38 einzusaugen, sowie die Flüssigkeitsreagenzprobe davon einzusaugen.
  • Kehrt man nun wieder 3 und 4 zurück, und, wie in 6 zu sehen ist, wird ein kontaktloses Flüssigkeitshandhabungssystem 20 nun ausführlicher beschrieben. Bei der bevorzugten Form ist das Flüssigkeitshandhabungssystem 20 mit einer Mehrfachkanal-Flüssigkeitsverteilungseinrichtung versehen, welche in der Lage ist, simultan Mehrfachreagenzverteilung von mehreren Düsen 36 zu verteilen. Ähnlich bei unserer UNIVERSAL NON-CONTACT LIQUID HANDLING PERIPHERAL APPARATUS, welche der Gegenstand der US 7 135 146 ist, welche am 6. September 2002 angemeldet wurde, ist ein Fernflüssigkeitsmodul 43 vorhanden, welches das Flüssigkeitseinsaug-Hilfssystem 23 (Zufuhr), das Flüssigkeitsverteilungs-Hilfssystem 25 (Abgabe) und das Fluidschalt-Hilfssystem 26 beherbergt. Das Druckhilfssystem 22 weist den unter Druck stehenden Systemfluidtank 27 auf, der eine 1/8''-Druckleitung 45 hat, welche mit einem digitalen Druckregler 46 des Fluidmoduls 43 gekoppelt ist. Der Druckregler 46 wiederum ist über Fluid mit einer Druckquelle (nicht gezeigt) gekoppelt, welche einen Maximaldruck von vorzugsweise ungefähr 50 psi hat. Der bevorzugte Gegendruck, der durch den digitalen Druckregler reguliert wird, liegt im Bereich von ungefähr 2 psi bis ungefähr 15 psi, und liegt am meisten bevorzugt im Bereich von ungefähr 8 psi. Man wird es als vorteilhaft erkennen, dass der ausgewählte Gegendruck jedoch von mehreren Faktoren abhängt, wie erläutert wird, einschließlich von den Parameter der Verteilungsbetätigungsglieder, dem Verteilungsöffnungsdurchmesser und der Düsenausbildung (Bilden von Gegendruck an der Öffnung), der Menge an zu verteilender Flüssigkeit und der Viskosität der Flüssigkeitsprobe und des Systemfluids. Folglich wird während des Betriebs ein konstanter Gegendruck in sowohl dem ersten Fluidpfad A als auch dem zweiten Fluidpfad B beibehalten. Es ist dieser konstante Gegendruck, der in Kombination mit der Betätigung der Verteilungsbetätigungsglieder 32 (beispielsweise einem Solenoidverteilungsventil) den notwendigen Druckimpuls erzeugt, um den Tropfen an Flüssigkeitsreagenz von der Düsenöffnung 35 auszustoßen.
  • Kurz ausgedrückt wird der Staudruck am Verteilungsventil 32 durch Systemdruckgas gebildet, welches auf das Systemfluid (vorzugsweise gefiltertes entionisiertes Wasser) im Systemfluidtank 27 wirkt. Vorzugsweise wird unter Druck stehendes Gas ausgewählt, welches Gasblasen im Systemfluid reinigt und die Gaseinleitung unterdrückt und im Systemfluid nicht lösbar ist. Die Gaseinleitung in das Systemfluid kann Blasen- oder Mikroblasenbildung sowie niedrige Verteilungsleistung, welche durch schnelle Solenoidbetätigung verursacht wird, zur Folge haben. Mikroblasen im Systemfluid, wenn sie von Luftspalten sich unterscheiden, werden die Verteilungsleistung aufgrund von Druckausfällen im System verschlechtern. Mikroblasen sind unkontrolliert und werden nicht absichtlich in den Kommunikationspfad eingeführt, während der Luftspalt genau gesteuert wird und beabsichtigt ist. Da sich beispielsweise der Druckimpuls sich über den Kommunikationskanal 33 ausbreitet, vergrößert der kumulative Effekt dieser Mikroblasen die Befolgung, was wiederum den Druckabfall über die Verteilungsöffnung 35 vermindert. Ein mögliches Loch des Gasausleitens von unter Druck stehendem Gas ist, dass Luft in dem vorher aufgeladenen Solenoid eingefangen werden kann. Die eingefangene Luft wird dann eine Situation bilden, wo das Solenoid eine größere Menge verteilen wird, als es dies tat, wenn es voll aufgeladen war. Das Solenoid wird öffnen, wodurch zugelassen wird, das Systemfluid das Ventil durchläuft. Dies wird die eingefangene Luft innerhalb des Solenoids komprimieren. Das Systemfluid hat nun die komprimierte Luft versetzt, welche innerhalb des Solenoidventils eingefangen ist. Wenn das Ventil schließt, expandiert die eingefangene Luft und stößt das Systemfluid, welches den Luftspalt komprimiert, aus den Ventilen aus.
  • Ein derartiges Druckgas, welches besonders vorteilhaft ist, ist Helium, wenn ein wässriges unter Druck stehendes Systemfluid verwendet wird. Dieses inerte Gas reinigt Luftgasblasen (Stickstoff) im Systemfluid und unterdrückt die Bildung zusätzlicher Blasen. Die Löslichkeit von Helium in wässrigen Lösungen ist außerdem geringer als die von Luft, Stickstoff oder Argon. Folglich ermöglicht die Anwendung von Helium die Verwendung nicht entgasender wässriger Systemfluids.
  • Im übrigen ist gefiltertes entionisiertes Wasser die typischste und günstigste Fluidflüssigkeit, welche als Systemfluid gewählt wird. Man wird es als vorteilhaft sehen, dass jedoch andere Fluids und wässrige Reagenze eingesetzt werden können, in Abhängigkeit von der Anwendung, solange die Oberflächenspannung dieses Fluids die Bildung des Luftspalts zwischen dem Systemfluid und dem Probenreagenz ermöglicht.
  • Unter Verwendung einer PFA-Druckleitung 30 mit einem Innendurchmesser von 1/16'' ist der zweite Fluidpfad B fluidmäßig mit einer Verteilereinrichtung 47, welche 8 Anschlüsse aufweist, gekoppelt (3), welche das Systemfluid in acht unabhängige Kanäle verteilt. Es können natürlich mehr oder weniger Anschlüsse und entsprechende Kanäle verwendet werden. Wiederum ist jeder Anschluss der Verteilungseinrichtung 47 über Druckleitungen 48 über Fluid mit einem entsprechenden Solenoidverteilungsventil 32 gekoppelt, welches wiederum über Fluid mit einem Hybridventilverteiler 49 gekoppelt ist, welcher die Fluids zum Schaltventil 37 kanalisiert. Diese Verteilungsventile sind wie erwähnt vorzugsweise Solenoids und liefern einen dosierten Druckimpuls unter Verwendung eines Drucks, der im Bereich von ungefähr 6,9(10)3 N/m2 (1 psi) bis ungefähr 138(10)3 N/m2 (20 psi) liegt, und eine Dauer hat, welcher im Bereich von ungefähr 200 μs bis ungefähr 10 Sekunden liegt. Vorzugsweise sind diese Verteilungsventile 32 durch herkömmliche Tintenstrahl-Schreibventile oder Kolben gebildet, welche zum Drucken für 'Tropfen-auf-Befehl' konstruiert sind. Beispielsweise stellt die Lee Company of Essex, Connecticut ein Tintenstrahlventil auf Basis eines Solenoids (Modellnummer INKX0502600AB) her, welches für die vorliegende Erfindung geeignet verwendbar ist.
  • Wie am besten in 3 zu sehen ist, ist der Ausgang jedes Solenoidverteilungsventils 32 unmittelbar mit der Mehrfachpfad-Hybridventil-Sammelleitung 49 verbunden. Das innere Schaltventil 37 ist vorzugsweise durch ein Rotationsscheren-Flächenventil gebildet, um Genauigkeitspositionierung zu bewirken, wenn zwischen dem Fluideinsaugsystem und dem Fluidverteilungssystem umgeschaltet wird. Dieses Schalthilfssystem ist Gegenstand der US 6 852 291 , welche am 11. Oktober 2000 angemeldet wurde, mit dem Titel HYBRID VALVE APPARATURE AND METHOD FOR LIQUID HANDLING. Kurz ausgedrückt können über die Rotationsscheren-Fächenventil/Hybridsammelleitung die ausgewählten Solenoidverteilungsventile fluidmäßig mit einer ausgewählten Düse 36 gekoppelt werden.
  • Betrachtet man zunächst den Fluidpfad A, so erstreckt sich eine PFA-Druckleitung 28 mit einem Innendurchmesser von 1/6'' vom Systemfluidtank 27 zur Einsaugquelle 31, welche vorzugsweise eine 8-Kanalreinigungsansteuerung ist, welche durch einen einzigen Motorantrieb angesteuert wird. Diese Mehrfachkanal-Reinigungsansteuerung verteilt simultan und saugt das Systemfluid in acht unabhängige Kanäle an. Diese externe analytische Dosiereinrichtung, beispielsweise eine Reinigungspumpe oder eine Membranpumpe ist in der Lage, genau dosierend kleine Fluidmengen im Bereich von zumindest 250 Nanoliter bis ungefähr 2,05 Mikroliter in dem Kommunikationskanal jeder in Verbindung stehenden Druckleitung 50 über die entsprechende Verteilungsöffnung 35 einzusaugen. Typisch für diese Einsaugeinrichtungen ist das Modell # 2009D, welches durch Innovadyne Technolgie, Inc. Santa Rosa, CA bereitgestellt wird. Ähnlich wie das Solenoidverteilungsventil 32 ist der Ausgang jeder analytischen Reinigungsansteuerung 3 auf Spritzenbasis über Fluids mit den verknüpften Eingängen des Hybridschaltventils 37 über entsprechende 22 FEP-Überdruckleitungen 44 gekoppelt.
  • Die Ausgangsleitungen 50 vom Hybridventil 37 zu den entsprechenden Düsen 36 liefern die jeweiligen Kommunikationskanäle 33 jedes unabhängigen Kanals. Jede Leitung besteht vorzugsweise aus TeflonTM (beispielsweise PFA/FEP), einem Druckrohr, welches eine ausreichende Flexibilität hat, um eine genaue Positionierung der damit in Verbindung stehenden Düse 36 über entweder der Probenquelle zum Einsaugen des Probenreagenz in den entsprechenden Kommunikationskanal oder der Bestimmungssubstratfläche oder der Mikrotiter-Platte für Hochleistungs-Verteilung einer geringen Menge zu ermöglichen.
  • Betrachtet man nun 3 und 6, so weist die universelle kontaktlose Flüssigkeitshandhabungseinrichtung 20 einen "Nimm-und-Setz"-Mechanismus 51 auf, der eine Basis 52 hat, und eine automatisierte Bewegungssteuerungskomponente 53, um kollektiv die Genauigkeitspositionierung der Düsen 36 als Einheit zu handhaben. Kurz ausgedrückt verwendet die Bewegungssteuerungskomponente 53 vorzugsweise ein übliches kartesisches Drei-Achsen-X-Y-Z-System, und eine Präzisionsspur oder Schiene, um die Düsen längs der X-Achse und der Y-Achse (d. h., vertikal über den gewünschten Teststellen 54 der Mikrotiter-Platte 21), und längs der Z-Achse zu positionieren. Bei einer spezifischen Anordnung hat der Verteilungskopf 8 Verteilungsdüsen 36, welche in einer linearen Gruppe ausgerichtet sind, welche Verteilungsanschlüsse haben, welche gleichmäßig voneinander um einen Abstand beabstandet sind, der konform ist mit dem Abstand der Schächte oder der Teststellen 54 der Mikrotiter-Platte 21. Ein anderer herkömmlicher Positionierungsmechanismus kann ebenfalls verwendet werden, beispielsweise einer, welcher eine Verstellkomponente hat, welche in der Z-Achsenrichtung über einen anderen Plattenkomponente bewegbar ist, welche in der X-Achsen- und Y-Achsenrichtung bewegbar ist, wobei die jeweiligen Düsen über der Quellenplatte und in den gewünschten Probentank manövriert werden können.
  • Außerdem liefert eine Betriebsanschlussstellenkomponente 55 einen eigenständige oder Fernbetätigung aller Hilfssysteme (beispielsweise des Fluidmoduls 43 und des "Nimm-und-Setz"-Mechanismus 51). Insbesondere betätigt und integriert die Anschlusskomponente 55 die Fluidsteuerung und die Bewegungssteuerkomponenten. In diesem Chassis sind alle gedruckten Schaltungsplatten, Verbinder und Firmware, welche erforderlich sind, das Instrument zu betreiben, enthalten. Die Software kann auf einem Hostcomputer unabhängig von der Anschlussstellenkomponente bleiben.
  • Die Hybridventilvorrichtung und die Nichtkontakt-Flüssigkeitsverteilungseinrichtung sind für gedruckte Baugruppen anwendbar, wo der Abschnitt zwischen benachbarten Teststellen 54 oder die Teststellenteilung im Bereich von ungefähr 1 Mikron (μm) bis ungefähr 10000 Mikron (μm) liegt. Die vorliegende Erfindung ist somit insbesondere geeignet, um chemische oder biochemische Proben oder Reagenzien von der Probenquellenplatte (38), welche eine Gruppe von Reservoirschächten 56 (beispielsweise eine herkömmliche Mikrotiter-Platte mit 96 oder 384 Schächten) hat, zu einer Gruppe von Teststellen 54 höherer Dichte (beispielsweise eine 1536-Schacht-Mikrotiterplatte oder zur Fabrikation eines biologischen Sensor auf Chipbasis (allgemein als "Mikrogruppe" bezeichnet) zu übertragen, welche verwendet wird, um Gen-Experimente oder andere Siebexperimente durchzuführen. Die Quellenplatten werden allgemein bei Probenanalysenprotokollen verwendet, und werden typischerweise durch Kunststoffplatten geliefert, welche gleichförmig beabstandete Vertiefungen oder Schächte (d. h., Teststellen 54) definieren, welche darin die Fluidverteilung enthalten. Diese im Handel verfügbaren rechteckigen Platten weisen üblicherweise acht Reihen von zwölf Mikroschächten auf, welche eine 96-Mikroschachtplatte nach dem Industriestandard bereitstellen, beispielsweise eine Platte 21, welche in 6 gezeigt ist. Weitere übliche Größen umfassen sechzehn Reihen von vierundzwanzig Mikroschächten, welche eine 384 Mikroschächte liefern.
  • Wenn wiederum die TEFLON (PAF/FEP)-Druckleitungen 50 betrachtet werden, so werden diese langgestreckten chemisch-inerten Leitungen ausgewählt, um Funktionen durchzuführen, welche davon abweichen, dass lediglich der entsprechende Fluidkommunikationskanal 33 zwischen dem Hybridventilauslass und der entsprechenden Düsenöffnung 35 bereitgestellt wird. Um weiter die Gaseinleitung zu reduzieren, können die Leitungen so ausgewählt werden, dass sie im Wesentlichen chemisch-inert auf biologische Fluids und allgemein verwendete Lösungsmittel sind, beispielsweise DMSO, THF, Alkohole, Aldchyde, Ketone, halogenierte Hydrokohlenstoffe, aliphatische Hydrokarbonate, Säuren und Basen, welche auf dem Gebiet der Lebensmittelwissenschaft und der Diagnostik verwendet werden. Diese Druckleitungen müssen ebenfalls ausreichend flexibel sein, um die X-Y-Z-Positionierung der Düsen 36 zu ermöglichen, welche am X-Y-Z-"Nimm-und-Setz"-Mechanismus 51 befestigt sind (6). Die Fernanordnung der Solenoidbetätigungsglieder erlaubt bezogen auf die Düsen 36 eine verbesserte Flexibilität beim Konstruieren der Verteilungssysteme. Das heißt, es mehrere Faktoren erwogen, wenn die Gesamtlänge der Druckleitungen 50 wie auch der Innendurchmesser des Kommunikationskanals ausgewählt wird.
  • Obwohl die Länge der Druckleitung 50 ein Faktor ist, das Gesamtvolumen des Kommunikationskanals 33 zu bestimmen, was später erläutert wird, wurde als wünschenswert herausgefunden, den Reihenluftspalt 41 ausreichend stromabwärts vom Solenoidverteilungs-Betätigungsglied 32 anzuordnen, um die Integrität des Luftspalts 41 über der querlaufenden Querschnittsabmessung des Kommunikationskanals zu halten. In Abhängigkeit vom Gegendruck im Systemfluidreservoir 27, sollte der Luftspalt 41 zu eng am Solenoidverteilungs-Betätigungsglied 32 positioniert sein, kann der Anfangsstoß oder der Stoß vom Druckimpuls, der sich den Kommunikationskanal 33 nach unten ausdehnt, ausreichend sein, den Luftspalt zu brechen. Da das Volumen des Luftspalts 41 äußerst winzig ist (d. h., ungefähr 250 Nanoliter bis ungefähr 2,0 Mikroliter), ist mit jedem Bruch eine Verdünnung und Dispersion voneinander verschiedener Flüssigkeiten an dieser Grenzfläche wahrscheinlich.
  • Folglich kann durch Verlängern der Druckleitungen 50 um ein ausreichendes Maß zusätzlich zur gewünschten kumulativen Menge der Flüssigkeitsreagenzprobe, welche in den Kommunikationskanal 33 angesaugt wird, der Luftspalt 41 ausreichend stromabwärts des Verteilungsbetätigungsglieds 32 angeordnet werden, so dass die Systemfluidmenge 40 im Kanal 33 teilweise isoliert wird und den Stoß des Druckimpulses auf den Luftspalt 41 dämpft. Außerdem glaubt man, dass die Flexibilität der Druckleitungen 50 selbst hilft, den Anfangsstoß des Druckimpulses über Bewegungsabsorption zu dämpfen, da sich die flexiblen Druckleitungen bewegen und bei einem Anfangseintritt des Druckimpulses im Kommunikationskanal 33 biegen. Beispielsweise wird für eine flexible Druckleitung, welche einen Innendurchmesser im Bereich von ungefähr 0,020'' bis 0,035'', einen Gegendruck im Bereich von ungefähr 3,8 kPa (2 psi) bis ungefähr 103 kPa (15 psi) und einen Luftspalt 41 von ungefähr 250 Nanolitern bis ungefähr 2,0 Mikrolitern hat, der Luftspalt 41 vorzugsweise stromabwärts vom Eintritt in den Kommunikationskanal im Bereich von zumindest 1,0 Inch bis ungefähr 3,0 Inch positioniert.
  • Eine andere Erwägung, wenn die Druckleitungen 50 und die entsprechenden Flüssigkeitshandhabungskomponenten ausgewählt werden, ist die Beibehaltung der Integrität des winzigen Luftspalts 41, wenn er sich im Kommunikationskanal 33 hin- und herbewegt. Dies wird hauptsächlich dadurch durchgeführt, dass relativ stetige Wandübergänge innerhalb des Kommunikationskanals 33 vorgesehen werden. Diese stetigen Übergänge sind entscheidend, um einen Bruch des Luftspalts 41 zu verhindern, da dieser sich über den Kommunikationskanal 33 bewegt. Dies gilt insbesondere für irgendeine Komponentengrenzfläche, beispielsweise zwischen der Druckleitung 50 und der Düse 36. Abrupte Übergänge, beispielsweise ein abgestufter Übergang von einem größeren Durchmesser zu einem kleineren Durchmesser oder hervorstehende Objekte von den Innenwänden können die Integrität des Luftspalts, wenn er durchläuft, beeinträchtigen. Folglich ist eine signifikante Bemühung erforderlich, die Eigenschaften der Komponenten anzupassen, um alle Übergänge, insbesondere Komponentengrenzflächen, zu glätten. Arbeitsweisen, beispielsweise elektro-chemisches Polieren von rostfreiem Stahlproben und Ausgleichen der rostfreien Stahlröhre, welche die Düse mit der Fluidleitung verbindet, können Dispersionseffekte, welche durch gestufte Übergänge verursacht werden, minimieren. Das Kontrollieren der Abmessungen aller Fluidleitungen und Kanäle hilft, die Leistung zu verbessern und die Ungenauigkeit zu reduzieren.
  • Weitere Faktoren, welche die Fluidverteilung beeinflussen, umfassen den Innendurchmesser des Kommunikationskanals, den Gegendruck, der durch die Düsenausbildung (beispielsweise einen geraden oder abgewinkelten Kanal) und den Öffnungsdurchmesser erzeugt wird, die Viskosität des Flüssigkeitsreagenzfluids, um wenige zu nennen. Bei weiteren Erwägungen, wenn aufgezeigt, kann die Länge der Druckleitung 50 auf die gewünschte Verteilungsanwendung maßgeschneidert werden. Insbesondere gilt gemäß der vorliegenden Erfindung, dass, um so kleiner die Menge an Fluid ist, welche für diese kontaktlosen Fluidverteilungssysteme 20 verteilt wird, desto kürzer ist die Länge, welche für die Druckleitungen erforderlich ist, während, um so größer die Menge an Fluidverteilung geringer Menge ist, desto länger ist die erforderliche Länge, abseits der bloßen Mengenbetrachtungen des Kommunikationskanals.
  • Beispielsweise sollte für eine kleinere Menge verteilter Flüssigkeit (beispielsweise 50 nl) die Länge der Druckleitung vorzugsweise reduziert werden, um den notwendigen Druckabfall über der Düsenöffnung 35 beizubehalten, die notwendig ist, den Tropfen sauber in diesen winzigen Mengen auszustoßen. Dies gilt besonders, da erforderlich ist, dass die Solenoidverteilungsventile 32 innerhalb eines optimalen Gegendruckbereichs arbeiten, um genaue Leistung sicherzustellen. Ein zu niedriger Gegendruck wird außerdem nicht ausreichend sein, den Tropfen von der Düsenöffnung sauber auszustoßen, während ein zu hoher Gegendruck einen genauen Betrieb des Ventils verhindern wird (beispielsweise das Öffnen des Ventils überhaupt vermeidet). Der optimale Gegendruck liegt für die meisten Solenoidverteilungsventile 32 in dieser Kategorie bei ungefähr 4 psi bis ungefähr 15 psi.
  • Um jedoch kleinere Verteilungsmengen zu bewirken, sind kleinere Impulsbreiten erforderlich, was einen niedrigeren Gesamtdruck zur Folge hat. Eine zu lange Druckleitung wird wahrscheinlich einen zu kleinen Druckabfall über der Öffnung 35 bewirken, da ein solcher Abfall eine Funktion der Druckleitungslänge ist. Das heißt, um so länger die Druckleitungslänge ist, desto größer ist der Druckabfall aufgrund des inkrementalen Druckverlustes, der durch die Reibung zwischen der Innenwand und dem Fluid verursacht wird. Obwohl die eingefangene Luft und das Totvolumen innerhalb des Solenoidventils 32 und dem Kommunikationskanal 33 gereinigt sind, wie ausführlich bei der Reinigungsroutine, welche anschließend beschrieben wird, beschrieben wird, gibt es, um das Nachgeben innerhalb des Systems zu reduzieren, noch Druckverluste aufgrund der Reibung des Fluids mit dem Wänden der Druckleitung. Ein zu kleiner Druckverlust über der Öffnung bewirkt reduzierte Ausstoßmengen bei gleicher gegebener Impulsbreite und gleichem Fluidreservoir-Gegendruck. Folglich kann das Restprobenfluid bei der Öffnung 35 während nachfolgender Ausstöße aufgebaut werden, bis ein bestimmter Ausstoß diesen Aufbau im ausgeworfenen Tropfen trägt, wodurch die Verteilungsmenge signifikant vergrößert wird. Dies hat natürlich Mengenungenauigkeit und Abweichung zur Folge. Für längere Druckleitungslängen werden im Vergleich dazu größere Mengen eines geringen Menge genau geliefert, indem der Gegendruck oder die Impulsbreite eingestellt wird, um den notwendigen Druckabfall für sauberen Ausstoß von Tröpfchen zu erzielen.
  • Als ein Beispiel dieses Gesichtspunkts der vorliegenden Erfindung sollte, um ungefähr eine Verteilung eines Fluids von 50 nl zu bewirken, bei einem Gegendruck von nominal bei ungefähr 55 kPa (8 psi), die Länge der Druckleitung, welche einen Innendurchmesser von ungefähr 0,07 cm (0,028 Inch) nominal hat, im Bereich von ungefähr 5,08 cm (2,0 Inches) bis ungefähr 30,5 cm (12 Inches) liegen. In einem weiteren Beispiel sollte für eine Fluidverteilung von 200 nl, bei dem der gleiche Systemdruck verwendet wird, die Länge der Druckleitung 50 ungefähr 5.08 cm (2,0 Inches) bis ungefähr 3000 cm (118 Inches) sein. Allgemein muss mit längeren Rohrlängen entweder die Impulsbreite oder der Gegendruck in Bezug auf die kürzere Rohrlänge vergrößert werden, um eine äquivalente Fluidmenge zu liefern. Dies wird vorausgesetzt, damit die Viskosität des Fluids unverändert bleibt.
  • In Abhängigkeit von dem vorgegebenen Volumen, welches in den Kommunikationskanal eingesaugt wird, welches im Übrigen bei der kumulativen Menge von wiederholendem Verteilen von der Düse vorhergesagt wird (wird erläutert), kann die Länge der Druckleitung 50 und deren Innendurchmesser bestimmt werden. Unter Verwendung einer fernen Verteilung mittels einer langen Röhre von ungefähr 12,7 cm (5,0 Inches) bis ungefähr 305 cm (120,0 Inches) bei einem Innendurchmesser der Röhre von ungefähr 0,5 mm (0,020 Inches) bis ungefähr 0,8 mm (0,05 Inches) zwischen der Düsenöffnung 35 und dem Betätigungsglied 32 auf Solenoidbasis (2) können Mengen von 25 Nanolitern bis 70 Mikrolitern mit einer Verteilungsleistung von weniger als einer relativen Standardabweichung von 5% (RSD) verteilt werden. Beispielsweise kann die Anwendung des vorliegenden erfinderischen Verfahrens zum Einsaugen winziger Luftspalte zwischen den Fluids diese Längenfluid-Kommunikationsleitungen 50, welche einen nominalen Innendurchmesser von 0,7 mm (0,028'') haben, ungefähr 2000 bis ungefähr 44000 Mengenverteilungen von 25 Nanolitern liefern, die jeweils in etwa gleiche Konzentrationen haben (vergleiche 1 (die Systemanwendung ohne einen winzigen Luftspalt) bis 5 (die Systemanwendung mit einem Luftspalt)). Um Skalierbarkeit zu zeigen, kann dieser Versuch ein (1) bis ungefähr 25 (25) 40 Mikroliter an Mengenverteilungen ebenso liefern. Bei anderen Beispielen, bei denen eine einzige eingesaugte Menge von 500 μl verwendet wird, können ungefähr 4800 Verteilungen von 100 Nanolitern bis ungefähr 480 Ein-Mikroliter-Verteilungen mit ungefähr gleichen Konzentrationen erlangt werden, welche eine RSD von weniger als 5% haben. Variationen umfassen Systeme, wo der Innenrohrdurchmesser von 0,254 mm (0,10'') bis 1,02 mm (0,040'') bei der Rohrlänge, größer als 305 cm (120'') mit RSD von weniger als 10% variiert.
  • Die Anwendung des vorliegenden erfinderischen Verfahrens wird nun ausführlicher beschrieben. Bezugnehmend auf 2 muss vor dem Einsaugen des winzigen Luftspalts 41 in den Kommunikationskanal das Systemfluid 40 in jeder Kommunikationsleitung 50 zum Ende der entsprechenden Verteilungsöffnung 35 unabhängig vom hydraulischen Zustand des Systems manövriert werden, in welchem der hydraulische Zustand des Systems sich befindet (beispielsweise trocken, teilweise trocken oder einem nassen hydraulischen Zustand). Wenn Gasdruck des Systemfluidtanks angelegt wird, kann dies entweder über das Solenoidverteilungsventil 32 (zweiter Fluidpfad B) oder dem Reinigungseinsaugbetätigungsglied 31 (erster Fluidpfad A) oder über beide durchgeführt werden.
  • Betrachtet man den zweiten Fluidpfad B, so ist das Schaltventil 37 ausgerichtet, um Fluid-Kommunikation zwischen den Solenoidverteilungsventilen 32 und den entsprechenden Kommunikationskanälen 33 zu ermöglichen. Das Solenoidverteilungsventil 32 kann dann von einem Schließzustand, welche die Fluid-Kommunikation zwischen Kommunikationskanälen und den entsprechenden Solenoidverteilungsventilen 32 verhindert oder schließt, auf einen Öffnungszustand geschaltet werden, wodurch die Fluid-Kommunikation zwischen den Kommunikationskanälen und den entsprechenden Solenoidverteilungsventilen 32 ermöglicht oder geöffnet wird. Der konstante Gegendruck des Drucksystems-Fluidtanks 27 wird dann an das Systemfluid für dessen Fluss über das Solenoid und in den Kommunikationskanal 33 angelegt. Dies wird durchgeführt, bis das Systemfluid von den entsprechenden Verteilungsöffnungen 35 in einer im Wesentlichen konstanten und blasenfreien Weise verteilt wird. Eine Einfangsgas-Reinigungsroutine wird dann angewandt, welche anschließend ausführlicher beschrieben wird.
  • Ähnlich ist bezugnehmend auf den ersten Fluidpfad A das Schaltventil 37 ausgerichtet, Fluid-Kommunikation zwischen dem Reinigungseinsaugbetätigungsglied 31 und den entsprechenden Kommunikationskanäle 33 zu ermöglichen. Ein Dreiwegeventil im Reinigungsantrieb kann geöffnet werden, um Fluid-Kommunikation zwischen den Kommunikationskanälen und dem Systemfluidtank zu ermöglichen. Wiederum kann der konstante Gegendruck des Systemfluidtanks 27 oder die Aufladeaktion des Reinigungsantriebs auf den Fluss des Systemfluids über die Kanäle des Hybridventils und die entsprechenden Kommunikationskanäle 33 angelegt werden, bis das System in einer Weise erregt wird, in welchem es im Wesentlichen konstant und blasenfrei ist.
  • Wenn das Systemfluid zufriedenstellend immer zum Ende jeder Verteilungsöffnung 35 bewegt wird und es scheint, dass jegliches eingefangene Gas von dem entsprechenden Kommunikationskanal und dem Solenoidverteilungsventil 32 gereinigt ist, wie beschrieben wird, können die Düsen 36 vertikal über die jeweiligen Schächte der Quellenplatte 38 über dem "Nimm-und-Setz"-Mechanismus 51 vor dem Einsaugen der entsprechenden Reagenzprobe positioniert werden. Wenn das Hybridventil 37 positioniert ist, Fluideinsaugen zu ermöglichen, wird jeder entsprechende Präzisionsanalyse-Reinigungsantrieb 31 betrieben, um Luft als eine Einheit in den Kommunikationskanal 33 über die Verteilungsöffnung 35 genau zuzumessen. Gemäß der vorliegenden Erfindung reicht diese Trennmenge von ungefähr 150 nl bis ungefähr 5 μl, und besonders bevorzugt bei ungefähr 250 nl bis ungefähr 2 μl.
  • Wenn ein X-Y-Z-Mechanismus 51 "Nimm-und-Setz" anwendet wird, beispielsweise die oben erwähnte universelle kontaktlose Flüssigkeitshandhabungseinrichtung 20, können die entsprechenden Düsen 36 in das gewünschte Probenreservoir manövriert werden. Nachfolgend, wenn die entsprechende Genauigkeitsanalyse-Reinigungseinrichtung 31 betätigt wird, wird eine einzige fortlaufende Menge der Reagenzfluidprobe in den Kommunikationskanal gezogen. Vorzugsweise bleibt der winzige Luftspalt 41 innerhalb des Kommunikationskanals 33 der damit in Verbindung stehenden Röhre und wird nicht in das Hybridventil gezogen. Obwohl der Luftspalt 41 stromaufwärts vom Hybridventil 37 positioniert sein kann, ist es vorteilhaft, den Luftspalt stromabwärts vom Hybridventil 37 zu halten, und die minimale Abwärtsstromdistanz vom Solenoidverteilungsventil zu halten, indem lediglich die entsprechenden Druckleitungen 50 verlängert werden. Wie oben gezeigt werden die Länge und der Innendurchmesser der Leitungen als eine Funktion der Menge ausgewählt, für welche vorher festgelegt ist, dass sie in den Kommunikationskanal eingesaugt wird.
  • Das Hybridventil 37 wird betätigt, um die jeweiligen Kommunikationskanäle 33 von der Kommunikation mit den entsprechenden analytischen Reinigungsantrieben 31 auf die entsprechenden Solenoidverteilungsventile 32 umzuschalten, welche entfernt auf dem Fluidmodul angeordnet sind. Durch Anwendung des oben erwähnten Verfahrens und des Mechanismus "Nimm-und-Setz" werden die Düsen 36 über ihre Bestimmungsteststellen 54 neu positioniert. Die Solenoidbetätigungsglieder 32 werden genau zwischen dem Schließzustand in den geöffneten Zustand betätigt, um die Impulsbreite (d. h., die Länge der Zeit, wo das Ventil geöffnet ist) zu steuern, um die Menge des Tropfens, der von der entsprechenden Düsenöffnung ausgestoßen wird, zu bestimmen. Wie oben erwähnt und unter Verwendung von Kalibrierungsverfahren, welches anschließend erläutert werden, ist die Impulsbreite, welche dem flüssigen Mengenreagenz entspricht, welches von der Öffnung ausgestoßen wird, eine Funktion vieler Faktoren einschließlich der Viskosität der Flüssigkeitsreagenzprobe, der Länge der Leitungen 50, des Innendurchmessers der Leitung dem Gegendruck des Systemfluidtanks, des resultierenden Gegendrucks über der Düsenöffnung, welche eine Funktion der Düsenausbildung ist. Beispielsweise ist, um effektiv eine Lösung, beispielsweise 30% Glyzerin/Wasser zu verteilen, ein höherer Gegendruck erforderlich, eine längere Impulsbreite ist erforderlich, und niedrigere Einsauggeschwindigkeiten müssen verwendet werden in Bezug darauf, um eine Verteilung einer niedrig-viskosen Lösung, beispielsweise Hexan, durchzuführen. Die Fähigkeit, eine Vielzahl von Fluids über die Verwendung von Fluoreszenz-Etikettierung und gravimetrischer Zumessung empirisch zu kalibrieren, ermöglicht die Entwicklung einer Matrix von Verbindungsklassen, auf die durch das Instrument Bezug genommen werden kann, um als Offset von einer vorher festgelegten Kalibrierung verwendet zu werden.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wurde ein Verfahren entwickelt, eingefangene Luft innerhalb der Solenoidbetätigungsglieder 32 zu reinigen, wenn das Systemfluid anfangs über die Betätigungsglieder und die Kommunikationskanäle von einem Trockenluft-Füllzustand in einen Nasshydraulikzustand fließt. Wie erwähnt ist die Reinigung dieser eingefangenen Gase aus Gründen der Genauigkeit für genaue kontaktlose Flüssigkeitsverteilung bei diesen geringen Mengen zwingend. Jede eingefangene Luftblase oder Mikroblase im Solenoid selbst, und die, welche an den Wanden des Kommunikationskanals 33 haften, verglichen mit dem winzigen Luftspalt 41, der sich quer im gesamten Kommunikationskanal erstreckt, mikro-dämpfen den Druckimpuls, der sich nach unten in den Kommunikationskanal ausbreitet. Der kollektive Einfluss dieses Nachgeben im System jedoch hat einen signifikanten Systemdruckverlust zur Folge, was einen ineffizienten Druckabfall über der Düsenöffnung 35 zur Folge hat, wodurch die Mengengenauigkeit reduziert wird. Außerdem bewirkt die federartige Kontraktion und Expansion der Blasen eine ungenaue Verteilung.
  • Unter Verwendung sich wiederholender fester Impuls-Solenoidbetätigungsglieder wurde eine "Gewirr"-Routine entwickelt, um die abgefangenen Gase im Verteilungsbetätigungsglied zu entfernen und im entsprechenden Kommunikationskanal 33 der Druckleitung 50 zu entfernen, welche schließlich von der Düsenöffnung aus gereinigt werden. Das Anwenden schneller Betätigungsglieder, das Öffnen und Schließen des Verteilungsventils bei hohen Frequenzbändern zusammen mit dem Gegendruck des Systemfluidtanks reinigt die Routine effektiv oder beseitigt Blasen oder Luft, welche in den Solenoidventilen eingesammelt wurden. Da Betätigungsglieder mit einer relativ hohen Frequenz im Bereich von 1 Hz bis ungefähr 1700 Hz angewandt werden, ist somit codierte Firmware erforderlich, um die Routine genau durchzuführen. Vorzugsweise wird der Frequenzbereich von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 420 Hz verwendet.
  • Man hat es besonders effektiv herausgefunden, die Solenoidbetätigungsfrequenz zu variieren, um vollständiges Reinigen der abgefangenen Blasen sicherzustellen. In Abhängigkeit von der Menge des abgefangenen Gases innerhalb des Solenoids sind unterschiedliche Frequenzen der Betätigung wirksam, das Gas innerhalb des Solenoids zu entfernen. Die konsequent reduzierte Federung der gereinigten Solenoide hatte großen Einfluss auf die Leistung von Mehrfach-Solenoidsytemen, wodurch die Verteilungsgenauigkeit und die Stabilität von Multikanalsystemen stark verbessert werden. Beispielsweise können 1 bis 25 diskrete Frequenzbänder in einem Zufallsfrequenzbereich von ungefähr 10 Hz bis 420 Hz angewandt werden. Bei einer anderen spezifischen Ausführungsform steigern, wie in Tabelle 1 von 7 gezeigt ist, eine feste Impulsflankenfrequenz das Schwanken von ungefähr 1 Hz bis ungefähr 420 Hz über 1 bis 15 diskrete gleichmäßig beabstandete Frequenzen. Somit hat man herausgefunden, dass unterschiedliche diskrete Frequenzbänder effektiv sind, obwohl bestimmte Liefermuster sogar effektiver sein können. Beispielsweise kann eine Routine eine Flankenfrequenz aufweisen, bei der das Wobbeln mit engeren Frequenzabständen bei höheren oder niedrigeren Frequenzen vermindert wird. Kurz ausgedrückt ist die tatsächliche Betätigungsfrequenz in der vierten Spalte von Tabelle 1 von 7 bei der höheren n-Gewirr-Zählrate nicht linear, da die Ausführung jedes Betätigungsbefehls ungefähr 200 μs in Anspruch nimmt. Bei den relativ niedrigen Frequenzen ist dies nicht ein so starker Faktor, jedoch wird dies zu einem Faktor bei höheren Wiederholungen.
  • Bei einem Multikanalsystem kann, beispielsweise bei unserer universellen kontaktlosen Flüssigkeitshandhabungsvorrichtung, wie oben erwähnt, simultanes Reinigen der Kommunikationskanäle 33 über simultane Betätigung der entsprechenden Solenoidverteilungsventile 32, die damit gekoppelt sind, auftreten. Jedoch werden nicht alle Solenoidverteilungsventile und ihre damit verbundenen Kommunikationskanäle gleichmäßig und mit dem gleichen Verhältnis gereinigt. Folglich wurde ein Verfahren entwickelt, um die Qualität der Reinigung in allen Druckleitungen nach Abschluss der "Gewirr"-Routine zu bestimmen.
  • Diese wird durchgeführt, indem ein Druckimpuls über jedem entsprechenden Solenoidverteilungsventil erzeugt wird, wobei jeder im Wesentlichen die gleiche Impulsbreite hat. Im Wesentlichen wird ein Versuch durchgeführt, um im Wesentlichen gleiche Mengen des Systemfluids unabhängig von jeder Druckleitung zu verteilen. Die Flüssigkeit, welcher von jeder entsprechenden Düsenöffnung verteilt wird, wird gesammelt, um die verteilte Menge zu bestimmen. Es können herkömmliche Messverfahren verwendet werden, beispielsweise Wiegen, Spektrofotometrie oder optische Verfahren. Beispielsweise sollte das Anlegen eines Gegendrucks von 8 psi, der die Solenoidverteilungsventile 32 betätigt, um eine Impulsbreite von 28000 μs zu erzeugen, ungefähr 1000 Nanoliter an Systemfluid liefern.
  • Unter Anwendung dieser gemessenen Mengen verteilter Flüssigkeit kann die mittlere Abweichung berechnet werden. Für jede der Druckleitungen 50, die eine Fluidmenge lieferten, welche eine gemessene Menge hat, welche die mittlere Durchschnittsabweichung um einen Betrag größer als ein vorgegebenes Maß übersteigt, kann abgefangenes Gas noch im Solenoidbetätigungsglied und/oder im Kommunikationskanal verbleiben. Somit ist diese Federung die Ursache der gemessenen Differenz von der mittleren Standardabweichung. Bei einer spezifischen Ausführungsform liegt der vorgegebene Wert im Bereich einer Differenz von ungefähr 3% bis ungefähr 7% von der berechneten mittleren Durchschnittsabweichung, und vorzugsweise bei ungefähr 5%. Die Abweichung ist die prozentuale Differenz des Durchschnitts für eine Einzelspitze im Vergleich zum Mittelwert der Verteilungen für alle Spitzen, wie anschließend gezeigt wird: %-Abweichung = (Spitzenmittel-Mittelwert aller Spitzen)/Mittelwert aller Spitzen)·100.
  • Um sich auf diese Differenzen zu richten, wird die Reinigungsroutine für diese bestimmten Leitungen des gesamten Leitungssatzes wiederholt, und die Verteilungssequenz und das Mengenmessen werden wiederholt. In Wirklichkeit wird die gesamte Prozedur wiederholt, bis jede Leitung Fluidquantitäten liefert, welche von der mittleren Abweichung innerhalb der vorgegebenen Zahl sich unterscheiden. Wenn die Abweichung innerhalb von Spezifikationen aller Druckleitung 50 sind, sind die damit in Verbindung stehenden Solenoidverteilungsventile von abgefangenen Tropfen sauber gereinigt und sind hydraulisch in Takt.
  • Obwohl lediglich wenige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, soll verstanden sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen ausgeübt werden kann, ohne den Rahmen, wie in den angehängten Ansprüchen definiert, zu verlassen.

Claims (23)

  1. Verfahren zum Reinigen abgefangenen Gases von einem Systemfluid, welches in einem Betätigungsventil (37) enthalten ist, welches über Fluid längs eines Kommunikationskanal (28 und 30) mit einem unter Druck stehenden Systemfluidreservoir (27), welches das Systemfluid bereitstellt, gekoppelt ist, wobei sich der Fluid-Kommunikationskanal (28 und 30) von seiner Verteilungsöffnung (35) zum Betätigungsventil (37) erstreckt, wobei das Verfahren aufweist: Drücken des Systemfluids in das Systemfluidreservoir (27) mit einem Druckgas; Füllen des Betätigungsventils (37) und des Fluid-Kommunikationskanals (28 und 30) durch Anlegen des Drucks des Systemfluidreservoirs an das Systemfluid, damit es durch das Betätigungsventil (37) und in den Kommunikationskanal (28 und 30) fließt, um über die Verteilungsöffnung (37) verteilt zu werden, so dass das Betätigungsventil (37) und der Kommunikationskanal (28 und 30) von einem trockenen Zustand in einen hydraulischen Zustand überführt werden; dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsventil (37) schnell zwischen einem Schließzustand, wodurch der Fluss des Systemfluids durch das Betätigungsventil (37) vom Systemfluidreservoir (27) zur Verteilungsöffnung (35) verhindert wird, und einem offenen Zustand betätigt wird, wobei Fluidfluss und Verteilen des Systemfluids über die Verteilungsöffnung (35) bei zumindest zwei unterschiedlichen diskreten Betätigungsfrequenzen – jede eine entsprechende vorgegebene Zeitperiode in einer Weise zum Reinigen und Ausstoßen abgefangenen Gases, welches im Betätigungsventil (37) enthalten ist, lang – ermöglicht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Drücken des Systemfluids das Bereitstellen eines im Wesentlichen konstanten Gasdrucks einschließt, um einen im Wesentlichen konstanten Staudruck am Betätigungsventil (37) zu halten.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Gasdruck im Bereich von ungefähr 13,8 kPa (2,0 psi) bis ungefähr 103 kPa (15,0 psi) liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Gasdruck ungefähr 55,2 kPa (8,0 psi) ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren simultanes Reinigen abgefangenen Gases vom Systemfluid einschließt, welches in mehreren Betätigungsventilen (37) enthalten ist, die über Fluid längs entsprechender Kommunikationskanäle (28 und 30) mit dem Drucksystem-Fluidreservoir (27) gekoppelt sind, welches das Systemfluid bereitstellt, wobei sich jeder entsprechende Fluid-Kommunikationskanal (28 und 30) von seiner entsprechenden Verteilungsöffnung (35) zum entsprechenden Betätigungsventil (37) erstreckt, und wobei: (a) das Füllen das Füllen jedes Betätigungsventils (37) und des entsprechenden Kommunikationskanals (28 und 30) einschließt, indem der Druck des Systemfluidreservoirs an das Systemfluid angelegt wird, damit es simultan durch jedes Betätigungsventil (37) und in jeden entsprechenden Kommunikationskanal (28 und 30) fließt, um sich über jede entsprechende Verteilungsöffnung (37) davon zu verteilen, so dass jedes Betätigungsventil (37) und jeder Kommunikationskanal (28 und 30) von einem trockenen Zustand in einen hydraulischen Zustand überführt wird; und (b) das schnelle Betätigen simultanes schnelles Betätigen jedes Betätigungsventils (37) zwischen einem entsprechenden Schließzustand, um einen Fluss des Systemfluids dadurch vom Systemfluidreservoir (27) zu dessen entsprechender Verteilungsöffnung (35) zu verhindern, und einem entsprechenden geöffneten Zustand einschließt, um einen Fluidfluss und das Verteilen des Systemfluids über jede entsprechende Verteilungsöffnung (35) bei einer diskreten Betätigungsfrequenz für eine entsprechende vorher festgelegte Zeitperiode zu ermöglichen, so dass abgefangene Gase, welche in dem entsprechenden Betätigungsventil (37) enthalten sind, gereinigt und davon ausgestoßen werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Drücken des Systemfluids das Bereitstellen eines im Wesentlichen konstanten Gasdrucks für das Systemfluidreservoir (27) einschließt, um einen im Wesentlichen konstanten Staudruck jedes Betätigungsventils (37) zu halten.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 5, wobei das simultane schnelle Betätigen jedes Betätigungsventils (37) für die entsprechende vorher festgelegte Zeitperiode jeweils mit einer festgelegten Häufigkeit durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 5, wobei das simultane schnelle Betätigen jedes Betätigungsventils (37) durch Variieren der Betätigungsfrequenz bei mehreren gesetzten diskreten Frequenzen durchgeführt wird, wobei jede Betätigung bei einer der diskreten Frequenzen für eine entsprechende vorher festgelegte Zeitperiode ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die mehreren diskreten Frequenzen im Bereich von ungefähr 1 Hz bis ungefähr 1750 Hz liegen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die mehreren diskreten Frequenzen im Bereich von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 420 Hz sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, welches weiter aufweist: Betätigen des Betätigungsventils (37) bei jeder diskreten Frequenz für die entsprechende vorher festgelegte Zeitperiode mit einer entsprechenden festgelegten Häufigkeit.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Variieren der Betätigungsfrequenz durch einen Stufen-Frequenzhub durchgeführt wird, wobei die Betätigungsfrequenz bei diskreten Frequenzen inkrementierend erhöht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das inkrementierende Erhöhen der Betätigungsfrequenz im Bereich von ungefähr 10 Hz bis ungefähr 420 Hz durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Variieren der Betätigungsfrequenz durch einen Stufen-Frequenzhub durchgeführt wird, wobei die Betätigungsfrequenz bei diskreten Frequenzen inkrementierend vermindert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Drücken des Systemfluids durch Liefern von unter Druck stehendem Gas im Bereich von ungefähr 13,8 kPa (2,0 psi) bis ungefähr 103 kPa (15,0 psi) durchgeführt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Drücken des Systemfluids durch Liefern von unter Druck stehendem Gas im Bereich von ungefähr 55,2 kPa (8,0 psi) durchgeführt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, welches außerdem aufweist: Auswählen eines unter Druck stehenden Gases, welches Gaseinleitung unterdrückt, und im Wesentlichen für das Systemfluid unauflöslich ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Auswählen von unter Druck stehendem Gas das Auswählen von Helium einschließt.
  19. Verfahren nach Anspruch 5, welches außerdem aufweist: (c) Betätigen jedes Betätigungsventils (37) vom geschlossenen Zustand in den geöffneten Zustand und zurück in den geschlossenen Zustand im Wesentlichen die gleiche Zeitperiode lang, um entsprechend Systemfluid von jeder Verteilungsöffnung (35) des entsprechenden Kommunikationskanals (28 und 30) zu verteilen; (d) Messen des Volumens des Systemfluids, welches von jeder Verteilungsöffnung (35) verteilt wird; (e) Berechnen der mittleren Standartabweichung der gemessenen Volumina; (f) Wiederholen des Falls (b) für jeden Kommunikationskanal (28 und 30), der ein gemessenes Volumen des Systemfluids hat, welches von der mittleren Standardabweichung um mehr als einen vorher festgelegten Prozentsatz variiert.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, welches außerdem aufweist: Wiederholen der Fälle (c)–(f), bis das entsprechende Verteilungsvolumen für jeden Kommunikationskanal (28 und 30) von der mittleren Standardabweichung um mehr als einen vorher festgelegten Prozentsatz nicht variiert.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei der vorher festgelegte Prozentsatz im Bereich von ungefähr 3% bis ungefähr 7% liegt.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei der vorher festgelegte Prozentsatz im Bereich von ungefähr 5% liegt.
  23. Verfahren nach Anspruch 1, welches außerdem aufweist: nach dem schnellen Betätigen des Betätigungsventils (37) Reinigen des Betätigungsventils (37) und des Kommunikationskanals (28 und 30) des ausgestoßenen und gereinigten abgefangenen Gases durch Fließenlassen des Systemfluids über das unter Druck stehende Gas durch das Betätigungsventil (37) und aus der Verteilungsöffnung (35) des Kommunikationskanals (28 und 30).
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