專利名稱：具有改進(jìn)的動(dòng)態(tài)范圍的分配裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明背景1．本發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總體上涉及一種用于將化學(xué)制劑及其它液體分配至基材上的改進(jìn)的方法和裝置，具體地講，涉及特別適用于將精量化學(xué)制劑分配到受體膜上的各種方法和裝置，以制成具有改進(jìn)的動(dòng)態(tài)工作范圍的診斷試驗(yàn)片條。
2．現(xiàn)有技術(shù)說明由醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行的各種體液的臨床檢驗(yàn)是用于各種疾病和醫(yī)學(xué)癥狀的醫(yī)學(xué)診斷和治療的十分成熟的工具。由于醫(yī)學(xué)發(fā)展帶來的多種診斷和治療疾病的新方法，使上述檢驗(yàn)變得日益復(fù)雜。
臨床檢驗(yàn)在疾病或醫(yī)學(xué)癥狀上的常規(guī)用途引起了人們對(duì)這種臨床檢驗(yàn)的筒化方法的極大興趣，這種簡化方法不需要高度的技能，或者人們可以自己進(jìn)行，以獲知一種生理上相關(guān)的癥狀的信息。在進(jìn)行上述檢驗(yàn)時(shí)，可以咨訊或不咨訊保健專家。此類現(xiàn)代方法包括血葡糖檢驗(yàn)、排卵檢驗(yàn)、血膽甾醇檢驗(yàn)和檢驗(yàn)?zāi)蛞褐械娜私q膜促性腺激素的存在、現(xiàn)代家庭妊娠檢驗(yàn)的基礎(chǔ)。
臨床化學(xué)中最常用的器械之一是試驗(yàn)片條或浸量尺。這些器械的特色是成本低和使用方便。基本上，放置所述試驗(yàn)片條使其與待檢驗(yàn)的試驗(yàn)片條接觸。用在試驗(yàn)片條中的各種制劑與存在于所述樣品上的一種或多種分析物起反應(yīng)，以產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)。
大部分試驗(yàn)片條是生色的，以使所述樣品的預(yù)定的可溶性成分與特定的制劑起反應(yīng)，或生成一種特殊的有色化合物，作為存在或缺少所述成分的量化指標(biāo)；或生成一種具有可變顏色強(qiáng)度的有色化合物，作為所存在的成分量的量化指標(biāo)。這些信號(hào)可以通過肉眼或?qū)Ｓ脺y(cè)量儀測(cè)量或檢測(cè)。
例如，用于測(cè)定尿樣中白細(xì)胞、酯酶或蛋白酶的存在或濃度的試驗(yàn)片條使用生色酯，這種酯被酯酶或蛋白酶水解后產(chǎn)生一種醇產(chǎn)物。完好的生色酯的顏色不同于其醇水解產(chǎn)物的顏色。因此，因水解所述生色酯而產(chǎn)生的顏色變化，可作為一種檢測(cè)酯酶或蛋白酶的存在或濃度的方法，而酯酶或蛋白酶的存在或濃度又與白細(xì)胞的存在或濃度相關(guān)。色變度或強(qiáng)度與在尿液中測(cè)出的白細(xì)胞酯酶或HLE量成正比。參見美國專利US5,464,739。
上述診斷試驗(yàn)作為臨床檢驗(yàn)和保健用品的出現(xiàn)和被認(rèn)可，總體上導(dǎo)致了多種定性診斷試驗(yàn)片條制品的開發(fā)。而且，這種制品的范圍和可用性在將來很可能會(huì)大大增加。
由于試驗(yàn)片條既可用于提供定量測(cè)定又可用于提供定性測(cè)定，極為重要的是使所述制劑均勻分布在試驗(yàn)片條基材上。這些化合物通常是十分敏感的，而醫(yī)學(xué)實(shí)踐又要求該檢驗(yàn)系統(tǒng)極其精確。當(dāng)使用自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，尤其重要的是要確保所述試驗(yàn)片條是可靠的，而所述進(jìn)行的測(cè)量從定量上看是精確的。
將一種或幾種制劑涂在一種試驗(yàn)片條基質(zhì)上是一項(xiàng)相當(dāng)困難的工作。所述制劑的粘性及其它流體特性、其與基材和其它制劑的反應(yīng)性因不同制劑而異，甚至因同一種制劑的不同批號(hào)而異。另外，有時(shí)必須或希望將具有預(yù)定制劑濃度范圍的同一種制劑用在試驗(yàn)片條上。例如，某些試驗(yàn)片條具有多個(gè)順序排列的檢驗(yàn)區(qū)，以便可以用一個(gè)試驗(yàn)片條進(jìn)行多次檢驗(yàn)。例如，美國專利US5,183,742披露了一種具有多個(gè)并列檢測(cè)區(qū)的試驗(yàn)片條，用于對(duì)一種體液樣品同時(shí)作各種檢驗(yàn)。例如，這種試驗(yàn)片條可被用于測(cè)定同一種血樣中的葡萄糖、蛋白和pH水平。不過，要產(chǎn)生具有同一濃度制劑的清晰譜線或其它幾何形狀通常是很困難的。
多年以來，本領(lǐng)域一直在開發(fā)基于氣刷分配器或電磁閥分配器應(yīng)用的分配方法。氣刷利用流過針閥孔的壓縮空氣將所述制劑霧化成煙霧，這些煙霧隨后再沉積在試驗(yàn)片條基材上。通過調(diào)節(jié)針閥孔和/或霧化空氣流的壓力，可以控制煙霧的質(zhì)量、制劑分散形式和流到試驗(yàn)片條基材上的制劑量。電磁閥分配器通常包括一個(gè)小型的電磁致動(dòng)閥，該閥可以通過電力高速開啟和關(guān)閉。該電磁閥與一個(gè)盛有待分配的流體的高壓容器或箱連接。在工作時(shí)，該電磁閥由電流脈沖激發(fā)，由此使該電磁閥在預(yù)定的工作循環(huán)或開啟時(shí)間內(nèi)開啟。這會(huì)迫使少量的液體通過所述噴嘴形成液滴，該液滴隨后由該閥噴射到目標(biāo)基材上。所述液滴的大小和頻率以及流到基材上的制劑量通常是通過調(diào)節(jié)供給所述電磁閥的激發(fā)電流的頻率和脈沖寬度和/或通過調(diào)節(jié)所述容器中的壓力來控制的。
不過，現(xiàn)有的分配方法在其靈活性方面受到局限，必須對(duì)就液滴大小或煙霧質(zhì)量、液滴速度和分配的制劑的流量而言的分配器輸出分別進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。流量經(jīng)常會(huì)因?yàn)樗鲋苿囟然蛘扯鹊淖兓淖儭＿@種變化會(huì)導(dǎo)致制劑涂敷濃度和涂敷方式在不同的生產(chǎn)批號(hào)之間產(chǎn)生不希望有的差異。很多用于診斷檢驗(yàn)的制劑與受體膜或基材的反應(yīng)很強(qiáng)，以致在大的液滴到一起形成理想的式樣之前，這些大的液滴就在膜表面上的最初接觸點(diǎn)形成印跡。因此，有時(shí)就需要將制劑的細(xì)霧或極小的液滴分配到所述基材上。然而，理想的液滴大小或煙霧質(zhì)量對(duì)于理想的生產(chǎn)流量來說通常簡直是不能達(dá)到的。因此，為了確保適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，有時(shí)必須以低于最佳速度的速度進(jìn)行試驗(yàn)片條的生產(chǎn)。這樣會(huì)顯著提高生產(chǎn)成本。某些分配器，如電磁閥還容易被小的空氣泡或氣泡堵塞，這些氣泡是在閥自身里或在向分配器輸送制劑或其它液體的管或?qū)Ч苤挟a(chǎn)生的。這是很多常規(guī)電磁閥分配器所存在的主要可靠性問題。
雖然通過添加表面活性劑或各種其它化學(xué)添加劑改變液滴的表面張力或其它流體特性可以控制或減輕上述問題中的某一些，但是不存在適合于所有制劑的相容化合物。另外，表面活性劑和其它化合物的使用通常會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)片條本身或分配裝置或生產(chǎn)工藝出現(xiàn)其它問題。
本發(fā)明概述本發(fā)明的制劑分配方法和裝置可以將所需量的化學(xué)制劑或其它液體分配到諸如受體膜的基材上，同時(shí)，還能有利地具備對(duì)液滴大小或煙霧質(zhì)量、液滴速度和制劑流速(以單位時(shí)間或單位長度計(jì))進(jìn)行獨(dú)立和精確地控制的能力。
因此，本發(fā)明了提供了具有改進(jìn)的性能和動(dòng)態(tài)工作范圍的用于分配精確量的液體的裝置和方法。
按照一種優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明包括一種用于將精確量的液體分配到基質(zhì)上的改進(jìn)裝置。該裝置包括一個(gè)具有一個(gè)入口和一個(gè)出口并且適于形成具有預(yù)定大小和/或質(zhì)量的液滴的分配器。所述液滴由所述分配器射出，以便沉積在一種受體基材上。設(shè)置一個(gè)與所述分配器入口連接的正位移泵，以計(jì)量預(yù)定量的液體供給所述分配器。這樣，對(duì)于分配器分配的液體量和/或流量可進(jìn)行大體上獨(dú)立于該分配器的特定工作參數(shù)地精確計(jì)量。
按照另一種優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明包括一種用于將一種制劑分配到一種基材上的方法或裝置。設(shè)置一個(gè)與制劑分配器連接的正位移注射泵。該泵由一臺(tái)步進(jìn)馬達(dá)或類似裝置控制，以便向所述分配器提供制劑的精確增量或連續(xù)流體。該分配器是選擇性地工作的。以形成預(yù)定液滴大小和/或質(zhì)量的液滴或液滴煙霧。優(yōu)選的是，對(duì)于所述制劑的液滴大小，煙霧質(zhì)量、液滴速度和/或流量可進(jìn)行獨(dú)立于所述分配器的特定系統(tǒng)工作參數(shù)地精確控制。
按照又一種優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明包括一種用于將液體分配到一種基材上的裝置，該裝置包括一個(gè)分配器，該分配器具有一個(gè)入口和一個(gè)出口，以及一個(gè)適于以預(yù)定的頻率和工作循環(huán)開啟和關(guān)閉以便形成液滴的閥，這些液滴沉積在所述基材上。一個(gè)正位移泵，如一個(gè)由步進(jìn)馬達(dá)操縱的注射泵被液壓安裝成與所述分配器的入口連接，以便計(jì)量預(yù)定量的液體供給所述分配器。所述泵和分配器彼此協(xié)調(diào)工作，以便由所述分配器分配的液體量和/或流量可進(jìn)行大體上獨(dú)立于該分配器的特定工作參數(shù)的精確計(jì)量。這樣，對(duì)于由所述分配器分配的液滴的大小、頻率和速度可分別進(jìn)行大體上獨(dú)立于被分配液體的量和/或流量地調(diào)節(jié)。
按照再一種優(yōu)選實(shí)施方案，本發(fā)明包括一個(gè)如上所述的裝置，該裝置與一個(gè)支架結(jié)合，該支架適于作相對(duì)所述分配器的X,X-Y或X-Y-Z運(yùn)動(dòng)。所述分配器和支架以協(xié)作方式安裝和控制，以便根據(jù)預(yù)定的理想基材或式樣產(chǎn)生制劑、墨水、液體有機(jī)調(diào)色劑或其它液體的液滴。如果必要，可以設(shè)置一系列分配器及相關(guān)的正位移泵。將所述分配器的出口排列成適合于完成理想的打印點(diǎn)陣或光點(diǎn)圖形的理想圖形。
通過以下的結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選方案所作的詳細(xì)說明，很容易理解實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述及其它實(shí)施方案和方式。本發(fā)明不局限于任何特定優(yōu)選實(shí)施方案。
附圖的簡單說明

圖1A是具有本發(fā)明特征的精確計(jì)量分配裝置的示意圖1B是特別適用于連接網(wǎng)膜生產(chǎn)作業(yè)的、具有本發(fā)明特征的精確計(jì)量分配裝置的另一種實(shí)施方案的示意圖；圖2A和2B分別為具有本發(fā)明特征的氣刷分配器的剖視圖和詳圖；圖2C是圖2B所示試驗(yàn)基材的圖示形式，顯示被分配制劑的表面濃度和所產(chǎn)生的被吸收的制劑的濃度梯度；圖3是具有本發(fā)明特征的電磁閥分配器的剖視圖；圖4是具有本發(fā)明特征的選擇壓電分配器的剖視圖；圖5是圖1所示注射泵的剖面詳圖；圖6是用按照本發(fā)明制造和使用的精確計(jì)量氣溶膠分配裝置可達(dá)到的流量范圍的比較說明曲線圖；圖7是說明按照本發(fā)明制造和使用的電磁閥分配器的兩種可能運(yùn)行模式的示意圖；圖8是用于本發(fā)明一種實(shí)施方案中的靜電打印機(jī)的示意圖；和圖9是用于本發(fā)明的一種實(shí)施方案中的選擇分配器平臺(tái)和多頭分配器的正視圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明圖1A是具有本發(fā)明特征的精確計(jì)量分配裝置10的示意圖。分配裝置10總體上包括一個(gè)用于從容器16中分配制劑14的分配器12，以及一個(gè)介于所述容器16和分配器12之間的用于精確計(jì)量被分配制劑的體積和流量的正位移注射泵22。分配器12可選擇性地工作，以便視需要以預(yù)定的增量或計(jì)量過的流量形成獨(dú)立的液滴或霧化制劑。
圖1B是特別適用于連續(xù)網(wǎng)膜生產(chǎn)作業(yè)的、具有本發(fā)明特征的精確計(jì)量分配裝置10’的另一種實(shí)施方案的示意圖。為便于說明并方便理解，用類似的參考編號(hào)表示上文中提及和圖1A中涉及到的類似部件。分配裝置10’總體上包括一個(gè)用于從容器16’中分配制劑14’的分配器12’。如上文所述，分配器12’可以選擇性的工作，以便視需以預(yù)定的增量或計(jì)量流量產(chǎn)生單獨(dú)的液滴或霧狀制劑。
不過，在這種情況下，將串聯(lián)的正位移注射泵22a、22b安裝在容器16’和分配器12’之間，以便精確而且連續(xù)地計(jì)量被分配制劑的體積和/或流量。如圖所示，泵22a、22b優(yōu)選平行連接，并由適當(dāng)?shù)闹够亻y24’將其彼此隔開，以使每一個(gè)注射泵22a、22b可以獨(dú)立地計(jì)量一定體積和/或流量的待分配制劑。這種特殊分配裝置結(jié)構(gòu)具有可進(jìn)行連續(xù)網(wǎng)膜生產(chǎn)應(yīng)用的突出優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樽⑸浔?2a、22b可以交替連續(xù)工作，同時(shí)，非分配注射泵可以從容器16’中吸出更多的制劑14’。這樣，可以實(shí)現(xiàn)不間斷地連續(xù)網(wǎng)膜生產(chǎn)。當(dāng)然，如果必要，還可以以類似方式使用一個(gè)或幾個(gè)額外的注射泵，例如，用于分配一種洗滌液或其它合適的制劑或流體。另外，如果必要，可將一個(gè)或幾個(gè)諸如蠕動(dòng)泵的連續(xù)正位移泵用于連續(xù)網(wǎng)膜生產(chǎn)。
上述分配器12和12’可以包括本領(lǐng)域眾所周知的用于分配液體的多種合適分配器的任一種，如氣刷分配器、電磁閥分配器或壓電分配器。為了說明起見，下面披露幾種特別優(yōu)選的實(shí)例。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，同樣能用多種其它合適的分配器來實(shí)現(xiàn)本文所披露的優(yōu)點(diǎn)和長處。氣刷分配器圖2A和2B分別為用于本發(fā)明一種實(shí)施方案中的氣刷分配器12a的剖視圖和詳圖。分配器12a總體上包括一個(gè)噴嘴部分32和一個(gè)歧管部分34。歧管34使壓縮空氣可以進(jìn)入第一環(huán)狀室36，并使得制劑可以進(jìn)入設(shè)在針閥40和相應(yīng)的孔42之間的環(huán)狀室38。如圖所示，針閥40放在孔42中并穿過孔42。最好可以按照眾所周知的針閥調(diào)節(jié)技術(shù)對(duì)其作軸向調(diào)節(jié)。針閥40相對(duì)孔42的位置決定著所得到的針閥孔43的有效尺寸，并進(jìn)而決定著特定壓差下的制劑流量。
流過針閥孔43的壓縮空氣會(huì)產(chǎn)生文丘里效應(yīng)，從而通過孔42將制劑吸到針閥40的尖端。所產(chǎn)生的高速空氣將流下針40的制劑霧化。由此產(chǎn)生一種氣溶膠煙霧45，隨多余的空氣流一起從噴嘴32中射出。在一種常規(guī)氣刷分配器中，由噴嘴32分配的制劑的體積是由壓縮空氣源相對(duì)大氣壓力的壓差、針閥孔43的尺寸、以及制劑14的粘度和其它流體特征決定的。
不過，按照本發(fā)明的一種實(shí)施方案，如圖1所示般地將一個(gè)正位移泵22連接在容器16和氣刷12a之間。此時(shí)，孔42能通過僅由正位移泵22決定的制劑流。該制劑從孔42中射出，并與流出噴嘴32的壓縮空氣混合。有利地是，按照本發(fā)明，絕對(duì)體積或流量是一個(gè)由計(jì)量泵控制的輸出參數(shù)，而不是必須通過試驗(yàn)和誤差調(diào)整校正的輸出參數(shù)。因此，所述氣刷可用于將精確量和流量的制劑輸送到試驗(yàn)片條基材上。不過，基材30還可以是紙、纖維素、塑料或能接收被分配的制劑或其它液體的一切濕潤或干燥表面。
正如下文將要做更詳細(xì)的討論的，采用了氣刷分配器與計(jì)量泵組合的制劑分配裝置和方法提供了一種新的控制模式，它可以提供傳統(tǒng)氣刷分配器不可實(shí)現(xiàn)的額外生產(chǎn)能力。與操作氣刷分器的常規(guī)方法不同，本發(fā)明的方法和裝置提供了一種用于實(shí)現(xiàn)一種穩(wěn)定的分配形式的寬范圍的計(jì)量流量，而常規(guī)方法通常僅能提供用于特定輸入空氣壓力和針閥孔的單一穩(wěn)定工作點(diǎn)。所述范圍的極限可以通過實(shí)驗(yàn)確定。如圖6所示，正如下文將要討論的，使用單一的壓力設(shè)定和一系列的可調(diào)孔口甚至可實(shí)現(xiàn)更寬范圍的生產(chǎn)流量。
圖2C是圖2B所示試驗(yàn)片條膜30的圖示形式，說明被分配的表面濃度46和被吸收的制劑在膜30中所形成的濃度梯度。如圖所示，為得到穩(wěn)定分散形式，由表面制劑濃度46確保標(biāo)準(zhǔn)的高斯分布。該分布形式標(biāo)準(zhǔn)誤的寬度取決于由噴嘴32所產(chǎn)生的分布形式的形狀(圖2B)。而后者又主要取決于出口噴嘴32的形狀、針閥40和輸入空氣壓力。輸入壓力越高，所產(chǎn)生的分散形式通常越寬。電磁閥分配器圖3是用于本發(fā)明另一種實(shí)施方案中的電磁閥分配器12b的剖視圖。這種類型的電磁閥分配器通常被用于噴墨打印，并能從諸如位于康涅狄格州的西布魯克的Lee公司商購。分配器12b總體上包括一個(gè)螺線管部分32和一個(gè)閥部分34。螺線管部分32包括一個(gè)電磁線圈或繞組36、一個(gè)靜態(tài)芯38和一個(gè)活塞40。所述靜態(tài)芯38和活塞40被放置在一個(gè)空心的柱形套筒41中，并且，優(yōu)選與套筒41的內(nèi)壁至少略微分離，以便形成一個(gè)環(huán)狀通道42，所述待分配的制劑或其它液體可以從該通道中流過。所述靜態(tài)芯38和活塞40優(yōu)選由諸如鐵的鐵質(zhì)或磁性材料制成，并且分開一個(gè)小的間隙44。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，當(dāng)螺線管線圈受到激勵(lì)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)將活塞40吸向靜態(tài)芯38，關(guān)閉間隙44和打開閥34。
閥部分34包括一個(gè)具有一個(gè)孔口54的閥座52和一個(gè)具有一個(gè)閥面58的擋板56，該擋板適于密封閥座52。擋板56與活塞40呈機(jī)械連接，并由螺旋彈簧60彈力偏壓至閥座52。同樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，隨著活塞40的上、下運(yùn)動(dòng)，閥34會(huì)相應(yīng)的開啟和關(guān)閉。而且，每當(dāng)閥34開啟和關(guān)閉時(shí)，都有一定體積的液體被強(qiáng)制通過閥孔54，以便產(chǎn)生一種脈沖或壓力波，由這種波將一個(gè)液滴從噴嘴59的出口孔61中噴出。
通常，將一個(gè)具有預(yù)定的穩(wěn)定壓力的高壓容器(未示出)用于在閥34開啟期間強(qiáng)制液體制劑或其它液體通過閥孔54。在受控制的條件下，這種分配器具有±2％的可重復(fù)性，其最小液滴大小大約為30-35毫微升。液滴的大小由諸如容器壓力、閥開啟時(shí)間或工作周期、以及被分配的特定制劑液體的粘度和其它流體特性的系統(tǒng)工作參數(shù)決定的。當(dāng)然，某些固定參數(shù)，如噴嘴59的大小和形狀在就液滴大小和可重復(fù)性而言的閥的工作特性方面也起著重要作用。不過，總體上說，液滴大小會(huì)隨著容器壓力和閥開啟時(shí)間的增加而變大。
不過，按照本發(fā)明，提供了一種如圖1所示般地連接于供應(yīng)容器16和電磁閥分配器12b之間的正位移泵22。對(duì)于一定范圍的流量來說，閥孔54(圖3)可以通過一定量和/或流量的制劑，該流量是僅由所述正位移泵22決定的。例如，該流量可以設(shè)定為每秒鐘輸送1ul的制劑。然后泵22以預(yù)定的流量將穩(wěn)定的制劑流輸送至電磁閥分配器12b。當(dāng)該電磁閥開啟和關(guān)閉時(shí)，將以理想體積的流量形成一系列的液滴，并將其噴射到目標(biāo)基材30上。該基材優(yōu)選是適于與所述制劑結(jié)合的受體膜，以便形成一種診斷試驗(yàn)片條。另外，所述基材30可以是紙、纖維素、塑料或能夠接受被分配的制劑或其它液體的一切其它濕潤/或干燥表面。
有利的是，僅通過改變供給電磁閥分配器12b的激勵(lì)脈沖13的頻率，即可在一定工作范圍內(nèi)調(diào)節(jié)所述液滴的大小，而不會(huì)影響制劑的流量。當(dāng)然，存在著實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的液滴形成所必需的閥開啟時(shí)間或工作周期的物理極限。如果開啟時(shí)間相對(duì)計(jì)量泵22提供的流量而言太短，則壓力會(huì)增加，并有可能阻止閥開啟或使閥不能正常工作。如果開啟時(shí)間相對(duì)流量而言太長，則在每一次開啟/關(guān)閉循環(huán)中所產(chǎn)生的液滴可能不一致。然而，對(duì)于由泵22提供的特定流量的制劑而言，存在一定范圍的相容頻率和/或閥開啟時(shí)間或工作周期，其中，可以理想的流量和液滴大小實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的分配作業(yè)。對(duì)于特定的生產(chǎn)裝置而言，所述范圍可通過實(shí)驗(yàn)確定。
本發(fā)明的另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是，可以在不影響制劑流量或液滴大小的前提下對(duì)單個(gè)液滴的速度進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié)。舉例來說，這一目的可通過改變供給電磁閥分配器12b的激勵(lì)脈沖13的工作周期來實(shí)現(xiàn)。
例如，當(dāng)液滴體積為83.3nL時(shí)，該液滴可以用一個(gè)個(gè)有24,000級(jí)解析度的100ul注射器由一個(gè)閥孔通過20個(gè)注射器級(jí)形成。使用5％的開啟時(shí)間所產(chǎn)生的液滴速度高于使用7％開啟時(shí)間的。這是因?yàn)槭褂幂^短的開啟時(shí)間在水壓管中所產(chǎn)生的壓力高于7％。
如上文所述，存在因?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的液滴形成所必需的工作周期長度而產(chǎn)生的物理極限。不過，對(duì)于特定流量和液滴大小而言，存在一定范圍的相容工作周期，其中，能在理想的流量液滴大小和速度下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的分配作業(yè)。對(duì)于特定的生產(chǎn)裝置這一范圍同樣可以通過實(shí)驗(yàn)確定。
正如下文將要作更詳細(xì)地討論的，通過用電磁閥分配器和計(jì)量泵的組合形式分配一種制劑提供了一種新的控制模式，它可以提供用常規(guī)電磁閥分配器不可企及的額外生產(chǎn)能力。與常規(guī)電磁閥分配器不同的是，本發(fā)明提供了一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定分配作業(yè)的計(jì)量流量、液滴大小、液滴頻率和液滴速度的寬的動(dòng)態(tài)范圍，而常規(guī)電磁閥分配器對(duì)于特定的系統(tǒng)工作參數(shù)(例如，容器壓力、閥頻率和工作周期)而言，通常只有單一的流量或工作點(diǎn)。另外，由于電磁閥分配器12b被強(qiáng)制輸送精確量和/或流量的制劑，該電磁閥分配器不容易被空氣泡或氣泡堵塞。相反，一切空氣泡或氣泡都傾向于被重新凝結(jié)或是在正位移泵22的作用下排出電磁閥分配器12b。壓電分配器圖4表示一種選擇性壓電分配器12c的剖視圖，這種分配器也可優(yōu)選用于本發(fā)明中。該壓電分配器總體上包括一個(gè)由玻璃或其它合適材料制成的毛細(xì)管84，以及一個(gè)環(huán)繞毛細(xì)管84設(shè)置的壓電收縮器86，如圖所示。毛細(xì)管84有一個(gè)直徑變小的噴嘴部分88。當(dāng)毛細(xì)管84被壓電收縮器86收緊時(shí)，在噴嘴部分88的出口89處形成液滴90。理想的是，壓電分配器12c的動(dòng)力學(xué)是這樣的，它能以比常規(guī)電磁閥分配器更高的頻率和更短的工作周期工作，從而產(chǎn)生甚至更小的液滴。就調(diào)節(jié)液滴大小、頻率、速度和流量而言，該壓電分配器的工作大體上與結(jié)合圖3所示的電磁閥分配器12b所做的說明相同，因此，這里不再重述。注射泵用于本發(fā)明的一種特定實(shí)施方案中的正位移泵可以是市售的用于計(jì)量精確量的液體的泵送裝置的幾種變形中的任一種。優(yōu)選如圖1A和1B所示的注射器型泵22，因?yàn)槠浞奖愣铱梢陨藤?。不過，也可以用多種其它泵獲得本文所披露的優(yōu)點(diǎn)和長處。其中，包括(但不限于)旋轉(zhuǎn)泵、蠕動(dòng)泵、壓板泵等。如在圖5中詳細(xì)描繪的，注射泵22總體上包括一個(gè)具有預(yù)定體積的注射器外殼62和一個(gè)活塞64，該活塞由O-形環(huán)等與注射器外殼形成密封。活塞64與一個(gè)活塞桿66形成機(jī)械接合，該活塞桿具有適于擰入和擰出一個(gè)底座支承件(未示出)的導(dǎo)螺桿部分68。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，當(dāng)活塞桿66的導(dǎo)螺桿部分68被轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞64將被軸向移動(dòng)，迫使注射器外殼62中的制劑進(jìn)入出口管70?？梢杂萌魏螖?shù)目的合適馬達(dá)或機(jī)械致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)導(dǎo)螺桿68。優(yōu)選的是，使用步進(jìn)馬達(dá)26(圖1)或其它增量或連續(xù)致動(dòng)裝置，以便可以精確調(diào)節(jié)制劑的量和/或流量。
合適的注射泵由商業(yè)渠道購買，如由位于加利福尼亞Irvine的Bio-Dot公司出售的Bio-Dot CV1000注射泵分配器。這種特殊注射泵采用一種電力控制的步進(jìn)馬達(dá)，以便用多種注射器大小提供精確的液體處理。所以CV1000分配器由一個(gè)單一的24DC伏特的電源提供動(dòng)力，并通過一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)RS232或RS485母線界面控制。所述注射泵可以具有3,000-24,000級(jí)的任一級(jí)數(shù)，不過，具有48,000級(jí)或更高級(jí)數(shù)的更高的解析泵也能擁有本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，較高解析度的泵，如壓電泵，也可用于所需要的更細(xì)的解析度。另外，所述計(jì)量泵的導(dǎo)螺桿可以被壓電滑閥所取代，以便既能提供更小的體積增量又能提供更快的加速/減速特征。舉例來說，還可以使用多個(gè)平行的注射泵，用于向分配器輸送各種濃度的制劑和/或其它液體，或用于兩種或兩種以上制劑的交替分配作業(yè)。這樣，可將其用于諸用噴墨打印的用途中，使用一種或幾種彩色墨水或液體有機(jī)調(diào)色劑。
活塞64的行程優(yōu)選大約為60mm。活塞速度對(duì)低解析泵送來說為每個(gè)沖程0.8秒最少10級(jí)，或者對(duì)高解析泵送來說為每個(gè)沖程1.5秒最少20級(jí)。沖程速度可以隨注射器大小和所使用的管而變化。視需要，注射器可以在從不足50微升至25毫升或更大體積范圍內(nèi)變化。對(duì)于大部分制劑分配應(yīng)用來說，提供容積為大約500微升至大約25毫升。所述泵的最小增量位移體積取決于泵的解析度和注射器容積。例如，對(duì)于一個(gè)注射器容積為500ml和有12,000級(jí)解析度的泵來說，其最小增量位移體積大約為42毫微升。最小增量位移體積優(yōu)選為大約2.1毫微升至2.1毫升，不過，也可以使用更高或更低增量位移體積，但仍能獲得本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
注射器外殼62可用多種合適的生物相容性材料中的任一種制成，如玻璃、TeflonTM或Kel-F?；钊?4優(yōu)選由原TeflonTM制成。參見圖1，用Teflon管23將注射器與容器16和分配器12連接在一起，所述管23如外徑為1/4英寸的管，該管具有路厄型接頭，用于與所述注射器和分配器連接。視要求或需要，也可以使用各種止回閥24或截止閥25將制劑流導(dǎo)入或引出容器16、注射泵22和分配器12c。制劑容器制劑容器16可以是能夠?qū)⒁后w制劑14虹吸至泵22中的多種合適容器中的任一種。如果需要，該容器可以是加壓的，但優(yōu)選由一個(gè)通風(fēng)口與大氣相通，如圖中所示。容器16的特定尺寸和形狀相對(duì)較不重要。
虹吸管17向下伸至容器16中達(dá)足于對(duì)制劑14進(jìn)行虹吸的必要深度。在不會(huì)導(dǎo)致虹吸管17的下部入口堵塞的前提下，優(yōu)選將虹吸管盡可能深地插入容器16中。虹吸管17的下部入口可被選擇性地切成一定的傾角，或具有為了對(duì)制劑14進(jìn)行一致、可靠的虹吸所必需的其它特征。工作如上文所述，本發(fā)明所具有的一種重要操作優(yōu)點(diǎn)是，可以在一定范圍內(nèi)對(duì)制劑說、液滴大小或煙霧質(zhì)量、液滴頻率和/或液滴速度進(jìn)行控制，這種控制大體上相互獨(dú)立，并獨(dú)立于所述制劑的特定流體特征和分配器12的工作參數(shù)。例如，通過改變其工作頻率(對(duì)電磁閥或壓電分配器而言)或通過調(diào)節(jié)其出口孔面積(對(duì)氣刷分配器而言)可以調(diào)節(jié)由分配器形成的液滴大小，但又不會(huì)影響由所述泵計(jì)量的制劑流量。被分配的制劑量或流量基本上不受影響，因?yàn)樗怯烧灰票?2精確控制的。這一點(diǎn)特別有利于諸如要求分配極小液滴或分配較大粘度制劑的場(chǎng)合，因?yàn)榭蓪?duì)制劑流進(jìn)行精確控制而又不會(huì)明顯影響系統(tǒng)工作參數(shù)，這些參數(shù)是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的分配作業(yè)所必需的。圖6對(duì)按照本發(fā)明方法用氣刷分配器可獲得的特定孔口的流量范圍和工作條件與使用氣刷分配器的常規(guī)分配方法進(jìn)行了比較。
類似地，使用常規(guī)電磁閥分配器，為了獲得極小的液滴，人們必須努力縮短閥的開啟時(shí)間或工作周期。不過，隨著閥開啟時(shí)間的縮短，制劑流量減少，這樣，為了補(bǔ)償就必須增加閥的循環(huán)頻率。當(dāng)閥開啟時(shí)間很少時(shí)，在特定的點(diǎn)上，所述制劑的流體特征會(huì)限制獲得均勻形成液滴的能力。而且，通過提高容器壓力，可以實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的分配作業(yè)，所述提高的壓力會(huì)加大液滴大小和制劑流量，有必要做進(jìn)一步的調(diào)整，以便以理想的流量和液滴大小實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的分配作業(yè)。
不過，本發(fā)明通過精確計(jì)量所述制劑的量和/或流量克服了現(xiàn)有技術(shù)中的上述及其它問題。有利地是，可以在寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)對(duì)制劑量進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，而不會(huì)受到分配器特定工作參數(shù)的明顯影響。這一特點(diǎn)使得特定流量下的液滴大小、液滴頻率、液滴速度和其它系統(tǒng)參數(shù)可以從一個(gè)范圍到另一個(gè)范圍地顯著變化。因此，本發(fā)明不僅提供了一種用于精確計(jì)量制劑的方法，而且增加了以前不可能的操縱分配器的新方法。
另一個(gè)重要的工作優(yōu)點(diǎn)是，用本發(fā)明可以獲得的液滴大小范圍遠(yuǎn)大于用常規(guī)電磁閥分配器可獲得的范圍。例如，本發(fā)明使用電磁閥分配器的方法和裝置可以獲得的最小穩(wěn)定液滴大小在1-4毫微升范圍內(nèi)，與此對(duì)應(yīng)的是大部分常規(guī)電磁閥分配器可獲得的最小穩(wěn)定液滴大小為30-35毫微升。原則上講，按照本發(fā)明，使用解析度為48,000級(jí)、注射器容積為25微升的注射泵可以獲得甚至更小的液滴大小(在0.54毫微升或更小的量級(jí)上)。液滴生成實(shí)驗(yàn)證實(shí)了用出口孔61直徑約為175微米的噴嘴59(圖3)能以良好的再現(xiàn)性分配4.16毫微升液滴的能力。按照本發(fā)明，直徑為75-125微米的更小的出口孔應(yīng)能提供穩(wěn)定的液滴形成能力，并能分配更小的液滴。
另一方面，通過在每一次閥開啟時(shí)讓注射器脈沖多次或通過延長閥開啟時(shí)間讓更大體積的液體流過開啟的閥，使用同一臺(tái)裝置能把液滴大小或被輸送的體積設(shè)計(jì)成高達(dá)1μL的范圍。例如，對(duì)于4.16nL的液滴大小來說，優(yōu)選設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)為1個(gè)注射器級(jí)，1次閥開啟和開啟時(shí)間應(yīng)當(dāng)為2％或大約為0.2毫秒。對(duì)于1,000nL或1.0μL的液滴大小來說，優(yōu)選的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)為240注射器級(jí)，1次閥開啟和開啟時(shí)間應(yīng)當(dāng)為25-30％或2.5-3.5毫秒。也可以高頻率射出的較小液滴輸送較大的體積。例如，可以用100Hz的頻率和6％或0.6毫秒的開啟時(shí)間通過100個(gè)液滴輸送4.16μL液體，每滴4.16μL。
因此，穩(wěn)定分配作業(yè)所能達(dá)到的液滴大小范圍可以增加或減少1/250或更多。本發(fā)明的這一優(yōu)點(diǎn)特別有利于制造和加工診斷試驗(yàn)片條的高速生產(chǎn)。例如，在某些生產(chǎn)應(yīng)用中，可能需要分配制劑的極小的液滴或細(xì)霧，以產(chǎn)生最佳涂敷特性。同時(shí)，可能需要提供高產(chǎn)水平的高的制劑流量。例如，對(duì)于常規(guī)電磁閥分配器而言，為了提高其輸出流量，必需延長閥的頻率或閥開啟時(shí)間的長度。但是，閥開啟時(shí)間越長，液滴也越大。對(duì)于特定的閥和出口孔來說，也存在著工作極限，即閥的開啟時(shí)間可以達(dá)到多短，以及工作頻率可以多高但仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定作業(yè)。
不過，本發(fā)明通過閥開啟有效移動(dòng)制劑可以用更短的開啟時(shí)間以高流量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作。換句話說，制劑流量不會(huì)受到閥的特定工作頻率或工啟時(shí)間長度的明顯影響。制劑流量僅取決于注射泵的位移，它起著整個(gè)系統(tǒng)的強(qiáng)制作用。
當(dāng)然，如上文所述，對(duì)于以特定工作頻率和閥開啟時(shí)間工作的電磁閥分配器來說，存在一個(gè)最大工作范圍。其上限是在特定工作頻率和閥開啟時(shí)間的最大設(shè)計(jì)壓力下能壓使其通過該閥的最大制劑量。其下限由液滴形成的穩(wěn)定性決定。對(duì)于特定流量來說，如果閥開啟時(shí)間和/或工作頻率太小，則分配器中的壓力將變得太大，可能導(dǎo)致系統(tǒng)破壞或故障。對(duì)于特定流量來說，如果閥開啟時(shí)間和/或工作頻率太大，則每一次開啟/關(guān)閉循環(huán)所形成的液滴不一致。不過，對(duì)于由泵22提供的特定流量的制劑來說，存在一定范圍的相容性頻率和/或開啟時(shí)間，在此范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定作業(yè)。所述范圍可通過調(diào)節(jié)閥的工作頻率和開啟時(shí)間以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的液滴形成而由實(shí)驗(yàn)來確定。用氣刷分配器或其它類形的分配器也可獲得類似優(yōu)點(diǎn)。X-Y-Z分配平臺(tái)在一種特別優(yōu)選的工作模式中，可將一個(gè)分配器整合到X、X-Y或X-Y-Z平臺(tái)上，其中，設(shè)計(jì)好的運(yùn)動(dòng)控制可與計(jì)量泵協(xié)調(diào)每單位長度輸送所需要的體積，具有同樣能分別控制被分配的制劑的頻率和液滴大小的能力。例如，可以用穩(wěn)定的工作臺(tái)速度和4-100毫微升的液滴大小、以每厘米1微升的流量輸送制劑。通過調(diào)節(jié)電磁閥的工作頻率可以控制特定分配器流量的液滴大小。在本發(fā)明中，有幾種特別理想的工作模式(1)線性或連續(xù)分配；(2)斑或“點(diǎn)”分配；(3)吸入；和(4)點(diǎn)陣打印。下面將對(duì)這些優(yōu)選模式中的每一種分別加以說明連續(xù)分配在連續(xù)分配模式中，將計(jì)量泵調(diào)至預(yù)定流量，以便在體積/單位時(shí)間內(nèi)輸送計(jì)量體積的制劑。例如，可將所述流量設(shè)計(jì)成每秒鐘輸送1微升。所述注射器隨后以預(yù)定流量將制劑泵送到電磁閥12。在這一流動(dòng)過程中，通過開啟和關(guān)閉所述閥，所述液滴將按照所述閥的開啟時(shí)間和工作頻率形成。因此，在所述連續(xù)分配模式中，該系統(tǒng)不僅能夠輸送精確計(jì)量的制劑流量，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)工作速度、每單位長度的制劑濃度和液滴大小的獨(dú)立控制。
如圖7所示，如果電磁閥分配器安裝得十分接近所述基材(見左側(cè))，則制劑會(huì)直接流到基材上，形成連續(xù)的線。這種連續(xù)工作模式可以提供特殊的優(yōu)點(diǎn)，其中，具有極清晰線條的制劑圖形是必需的或理想的。如果必要，還可以使用連續(xù)驅(qū)動(dòng)制劑泵，以確保穩(wěn)定的制劑流流向電磁閥分配器。不過，更常見的是，如圖7所示(見右側(cè))，電磁閥分配器與基材至少略微分離。在這種模式下，將會(huì)產(chǎn)生分離的液滴，這些液滴將噴射在所述基材上，以形成想要的圖形。每個(gè)液滴的大小將決定在所述基質(zhì)上形成的所得圖形的有效解析度。常以每英寸的點(diǎn)數(shù)或“dpi”形式表示所述解析度。本發(fā)明可以達(dá)到的分配解析度為300-600dpi或更高。點(diǎn)分配在點(diǎn)分配模式中，可將單個(gè)液滴分配在預(yù)定位置上。這一目的可通過使電磁閥和位移泵與X、X-Y或X-Y-Z平臺(tái)同步而實(shí)現(xiàn)。所述計(jì)量泵是增量型的，以產(chǎn)生液壓波。協(xié)調(diào)所述電磁閥，使其在相對(duì)所述泵增量的預(yù)定時(shí)刻開啟和關(guān)閉。所述閥在泵增量之前或之后開始開啟。當(dāng)所述閥開啟時(shí)，壓力波將一定體積的液體向下壓出噴嘴，在壓力幅度峰值時(shí)刻在其出口孔處形成液滴。該液滴的大小由計(jì)量泵的增量體積決定。例如，一個(gè)具有12,000級(jí)解析度的50μL注射泵能產(chǎn)生4.16毫微升的增量位移體積。
每一個(gè)閥周期相對(duì)由所述泵產(chǎn)生的液壓波的定時(shí)和持續(xù)時(shí)間可以通過實(shí)驗(yàn)確定，以實(shí)現(xiàn)具有理想的液滴大小的穩(wěn)定分配作業(yè)。如果所述液壓波的波長相對(duì)閥開啟時(shí)間來說太長，該壓力波可有效迫使該閥關(guān)閉。如果波長大致等于或短于閥開啟時(shí)間，則會(huì)有一股液體被排出，形成液滴。同樣，所述液滴的大小或體積主要是由注射泵的增量位移體積決定的。
如果閥開啟時(shí)間比所述壓力波長大，則在閥的開啟時(shí)間內(nèi)會(huì)有幾股或份液體通過該閥。對(duì)于某些場(chǎng)合來說，這種現(xiàn)象是可以接受的或甚至是所希望的，如在希望液滴以預(yù)定的閥頻率射出的場(chǎng)合。例如，可將分配裝置設(shè)計(jì)成能在100Hz下產(chǎn)生10個(gè)液滴，以產(chǎn)生大約為41.6毫微升的組合液滴大小。這種工作模式可提供通過適當(dāng)?shù)膰娮煸O(shè)計(jì)分配小到不足1毫微升液滴大小的能力。這將取決于計(jì)量泵的解析度和最小閥開啟/關(guān)閉時(shí)間，以及出口孔的大小。不過，如果閥開啟時(shí)間太長，則系統(tǒng)不能保持足夠的壓力噴出液滴。為了實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定的分配作業(yè)，閥開啟時(shí)間應(yīng)當(dāng)大體上與所述分配的液滴體積或組合液滴體積一致。
所述電磁閥相對(duì)所述注射泵和活動(dòng)支架/平臺(tái)的定時(shí)、頻率和工作周期可以通過本領(lǐng)域公知的多種控制器中的任一種來協(xié)調(diào)或同步。常見的控制器是微處理器，該處理器基于并提供具有預(yù)定相、脈沖寬度和/或頻率的多種輸出控制脈沖或電信號(hào)中的任一個(gè)。例如，這些信號(hào)可用于控制和協(xié)調(diào)所述注射泵、活動(dòng)支架/平臺(tái)和本發(fā)明的電磁閥分配器。
也可能存在某些相對(duì)所述電磁閥的開啟/關(guān)閉時(shí)間的最佳壓力脈沖相位。例如，當(dāng)閥開啟時(shí)間被調(diào)整至泵增量脈沖寬度的倍數(shù)時(shí)出現(xiàn)過穩(wěn)定工作，讓閥的開啟/關(guān)閉的時(shí)間與所產(chǎn)生的壓力波相同。例如，讓一個(gè)50微升的注射泵以12,000級(jí)的解析度工作，其增量位移體積將為約4.16毫微升。因此，以4.16毫微升數(shù)倍的液滴大小進(jìn)行穩(wěn)定工作是可能的。通過調(diào)節(jié)泵的解析度或通過增加注射器的尺寸，可相應(yīng)增加或減少穩(wěn)定作業(yè)的最低液滴大小。對(duì)于諸如9×4.16毫微升=33.28毫微升的大液滴來說，優(yōu)選讓閥的開啟時(shí)間比較小的液滴的開啟時(shí)間長，以便獲得更均勻的直線和穩(wěn)定工作。另外，對(duì)于每一種理想的工作模式來說，可通過實(shí)驗(yàn)方便地確定穩(wěn)定工作的范圍。吸入另一種優(yōu)選工作方式是從一種樣品或容器中吸入(“吸取”)精確量的其它液體的制劑。這一模式可被用于諸如“吸取和噴射”作業(yè)，從而將精確量的液體從裝有一種樣品液的容器中吸出，然后再分配到另一個(gè)容器中或一個(gè)診斷試驗(yàn)片條上，以便進(jìn)行檢驗(yàn)或作進(jìn)一步處理。所述分配器/吸入器可以是一個(gè)簡單的噴嘴或針(“吸管”)，或者更優(yōu)選為一個(gè)電磁閥分配器。所述計(jì)量泵和分配器/吸入器優(yōu)選與一個(gè)X、X-Y或X-Y-Z平臺(tái)同步或協(xié)調(diào)。
在工作時(shí)，計(jì)量泵中充滿了諸如蒸餾水的洗滌液。將分配器或吸出管放入待吸取的流體中，而所述計(jì)量泵減量，以便將精確量的所述流體吸入分配器或吸入管的頂端。通常需要只把少量制劑吸入電磁閥分配器的頂端，而不進(jìn)入閥中。然后將計(jì)量泵增量，以便把精確量的流體分配到受體容器或基材中。其余液體隨預(yù)定量的洗液一起分配到廢液/洗液容器中。這樣能保證所述流體樣品不會(huì)被洗液所稀釋，而且該樣品在每個(gè)吸入和分配周期后沖出。
這種作業(yè)方式特別有利于分配高粘度制劑。常規(guī)電磁閥分配器通常不能很好地分配粘度高于5厘泊的溶液。但在很多場(chǎng)合下需要分配具有高粘度的制劑。有利的是，當(dāng)把本發(fā)明用于吸入/分配模式時(shí)，可解決上述問題。同樣，在吸入/分配模式中，該系統(tǒng)將裝滿諸如水或具有低粘度的水基溶液的洗液。首先吸入所述制劑，再進(jìn)行分配，然后通過分配多余的洗液對(duì)所述閥進(jìn)行洗滌。
對(duì)粘稠制劑來說，本發(fā)明通過降低吸入速度可十分有效地吸入并分配這種制劑。這樣就有更多的時(shí)間讓更粘稠的流體流入電磁閥分配器或吸入管的頂端。由于該粘稠流體隨后會(huì)與所述洗液液壓連接在一起，可以從噴嘴中對(duì)其做有效分配，因?yàn)樵撓到y(tǒng)是由正位移泵驅(qū)動(dòng)，而且所述流體是不可壓縮的。采用這種模式，本發(fā)明可以分配粘性制劑，這種制劑通常不能直接分配。印刷另一種可行的理想工作模式是將本發(fā)明的液滴分配能力與靜電、點(diǎn)陣或其它印刷技術(shù)結(jié)合起來使用，以便在基材上形成印刷圖案、線條及其它幾何形狀。在這種場(chǎng)合下，可將計(jì)量泵用內(nèi)部動(dòng)力，以便對(duì)點(diǎn)陣圖案中的每一個(gè)點(diǎn)的液滴大小進(jìn)行定量控制。通過疊加設(shè)計(jì)的分配頻率函數(shù)，并選擇性地填充和偏轉(zhuǎn)液滴，本發(fā)明能提供具有較細(xì)的點(diǎn)的大小和印刷解析度的視要求點(diǎn)滴印刷。
例如，如圖8所示，可以將具有本發(fā)明特征的分配裝置10”與靜電打印頭200結(jié)合使用，以便在基材上形成點(diǎn)陣圖案?？蓪⒃摲峙溲b置設(shè)計(jì)成分配具有預(yù)定大小和頻率圖案的液滴。這些液滴可以是帶電荷的，以其能被在一對(duì)反射板210之間產(chǎn)生的電場(chǎng)所偏轉(zhuǎn)。液滴上所帶的電荷量是變化的，因此，其偏轉(zhuǎn)量也是可變的?？梢栽O(shè)計(jì)并調(diào)節(jié)電荷，使液滴可以放在多個(gè)預(yù)定位置中的任一個(gè)上。對(duì)單個(gè)液滴進(jìn)行選擇性帶電和偏轉(zhuǎn)可用于產(chǎn)生如圖所示的點(diǎn)陣圖案。另外，可以安裝多個(gè)分配器和泵以形成一系列用于簡單的點(diǎn)陣印刷作業(yè)的視要求點(diǎn)滴分配器。分配平臺(tái)如上文所述，本發(fā)明的分配裝置也可以安裝在多個(gè)膜式位移和處理模具上。例如，如圖9所示，可以用一個(gè)平臺(tái)100安裝多個(gè)分配器，以便處理一種或幾種制劑。這種分配平臺(tái)可以是以微處理器為基礎(chǔ)的，優(yōu)選通過一個(gè)工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出1.0控制器(未示出)，如RS232界面。如果需要，還可以使用搖控可編程控制器110來控制多個(gè)分配設(shè)備和平臺(tái)，或用于編碼一個(gè)中央1/10控制器。本發(fā)明同樣很適用于單個(gè)膜片條處理模件和連續(xù)卷筒-至-卷筒模件。單個(gè)膜片條模件可以采用X-Y平面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分配。所述卷筒-至-卷筒平臺(tái)可采用恒速膜輸送，與安裝件連接在一起，使一個(gè)或幾個(gè)分配器運(yùn)動(dòng)。如果需要，還可以用一個(gè)干燥箱來提高其生產(chǎn)量。
本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，本發(fā)明所披露的方法和裝置可用于分配多種液體、制劑及其它物質(zhì)和多種基材。盡管本文中披露了本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方案，但本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解的是，本發(fā)明超出了具體披露的實(shí)施方案，還延及本發(fā)明的其它替代實(shí)施方案。因此，要強(qiáng)調(diào)的是本發(fā)明的范圍不是由上文所披露的特定實(shí)施例限定的，而只能是在通過認(rèn)真閱讀以下的權(quán)利要求書后確定。
權(quán)利要求
1．一種用于將預(yù)定量的液體分配到一種基材上的裝置，包括一個(gè)分配器，它有一個(gè)入口和一個(gè)出口，并適于產(chǎn)生具有預(yù)定大小和/或質(zhì)量的所述液體的液滴，這些液滴沉積在所述基材上；和一個(gè)正位移泵，與所述分配器的入口液壓連接在一起，用于將預(yù)定量的所述液體計(jì)量到所述分配器中；因此，由所述分配器分配的液體量和/或流量可大體上獨(dú)立于該分配器的特定工作參數(shù)地進(jìn)行精確計(jì)量。
2．如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述分配器包括一個(gè)氣溶膠分配器，它具有一個(gè)構(gòu)成一個(gè)止于一個(gè)噴嘴內(nèi)的空氣通道的出口和一個(gè)構(gòu)成止于一個(gè)文丘里孔內(nèi)的液體通道的入口，用于混合所述液體和一股空氣流，以產(chǎn)生接近所述基材的氣溶膠煙霧。
3．如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述分配器包括一個(gè)適于以預(yù)定的頻率和工作周期開啟和關(guān)閉的閥，以便形成所述液體的液滴，這些液滴被噴射到所述基材上。
4．如權(quán)利要求5的裝置，其特征在于所述閥是由一個(gè)電磁線圈驅(qū)動(dòng)的。
5．如權(quán)利要求5的裝置，其特征在于所述閥是由一個(gè)壓電節(jié)流裝置驅(qū)動(dòng)的。
6．如權(quán)利要求5的裝置，其特征在于所述閥的頻率和工作周期對(duì)于特定量或流量的液體來說可大體上獨(dú)立地分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生理想大小、頻率和/或出口速度的液滴。
7．如權(quán)利要求1的裝置，與一個(gè)適于相對(duì)所述分配器作X、X-Y或X-Y-Z運(yùn)動(dòng)的支架結(jié)合，用于活動(dòng)輸送所述基材，其中，所述分配器是與所述支架并列安裝的。
8．如權(quán)利要求7的組合，還包括一個(gè)與所述正位移泵和所述支架相連的正位移泵，用于協(xié)調(diào)所述泵的輸出和所述支架的運(yùn)動(dòng)，使所述液體可以每單位長度精確的流量進(jìn)行分配，而且，這種液流可以精確計(jì)量，基本上不受所述分配器的特定工作參數(shù)的影響。
9．如權(quán)利要求8的組合，還包括一系列分配器和正位移泵，所述分配器的出口被設(shè)計(jì)成適于獲得理想的打印點(diǎn)陣或光點(diǎn)圖形的理想形式。
10．如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述正位移泵包括一個(gè)注射泵。
11．如權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述注射泵包括一個(gè)注射器外殼、一個(gè)可在所述注射器外殼中作軸向運(yùn)動(dòng)的活塞和在其上設(shè)有導(dǎo)螺桿的活塞桿。
12．如權(quán)利要求11的裝置，其特征在于所述導(dǎo)螺桿的大小和位置是這樣的，以便在轉(zhuǎn)動(dòng)所述導(dǎo)螺桿時(shí)所述活塞作軸向運(yùn)動(dòng)，使得預(yù)定量的所述液體被輸送到所述分配器的入口中。
13．如權(quán)利要求12的裝置，其特征在于所述正位移泵還包括一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)，該馬達(dá)適于將預(yù)定增量或流量的所述液體分配到所述分配器中。
14．如權(quán)利要求1的裝置，還包括一個(gè)與所述第一正位移泵呈液壓連接的第二正位移泵，用于提供連續(xù)網(wǎng)膜生產(chǎn)能力。
15．如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述分配器和正位移泵被設(shè)計(jì)和調(diào)整成能產(chǎn)生穩(wěn)定工作時(shí)可獲得的一定范圍內(nèi)的可選擇的液滴大小，其變化量大于大約1/250。
16．如權(quán)利要求15的裝置，其特征在于所述分配器和所述正位移泵被設(shè)計(jì)和調(diào)整成能產(chǎn)生小于大約4.2毫微升至大于大約1微升的可選擇的液滴大小。
17．一種用于將液體分配到基材上的裝置，包括一個(gè)分配器，具有一個(gè)入口和一個(gè)出口，以及一個(gè)以預(yù)定的頻率和工作周期開啟和關(guān)閉的閥，以產(chǎn)生所述液體的液滴，這些液滴沉積在所述基材上；和一個(gè)與所述分配器的入口呈液壓連接的正位移泵，用于計(jì)量預(yù)定量的所述液體至所述分配器中；因此，由所述分配器分配的液體的量和/或流量能大體上獨(dú)立于所述分配器的特定工作參數(shù)地計(jì)量。
18．如權(quán)利要求17的裝置，其特征在于由所述分配器分配的液滴的大小、頻率和速度可大體上獨(dú)立于被分配的液體的量和/或流量地分別加以調(diào)整。
19．如權(quán)利要求17的裝置，其特征在于所述閥是由一個(gè)電磁線圈驅(qū)動(dòng)的。
20．如權(quán)利要求17的裝置，其特征在于所述閥是由一個(gè)壓電節(jié)流裝置驅(qū)動(dòng)的。
21．如權(quán)利要求17的裝置，其特征在于所述的閥頻率和工作周期對(duì)于特定量或流量的液體來說可大體上獨(dú)立地分別加以調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生具有理想大小、頻率和/或出口速度的液滴。
22．如權(quán)利要求17的裝置，其特征在于所述正位移泵包括一個(gè)注射泵。
23．如權(quán)利要求22的裝置，其特征在于所述正位移泵包括一個(gè)步進(jìn)馬達(dá)，該馬達(dá)適于讓所述注射泵將預(yù)定增量或流量的所述流體分配到所述分配器中。
24．如權(quán)利要求23的裝置，其特征在于所述分配器和正位移泵被設(shè)計(jì)并調(diào)整成能提供穩(wěn)定工作所能得到的一定范圍的可選擇的液滴大小，而且，其變化量大于大約1/250。
25．一種用于將一種液體分配到一種基材上的方法，該方法包括以下步驟運(yùn)動(dòng)輸送所述基材；用正位移泵計(jì)量預(yù)定量或流量的所述液體；將所述計(jì)量的量或流量的所述液體輸送給一個(gè)分配器，以形成預(yù)定大小和/或質(zhì)量的液滴，這些液滴沉積在所述基材上；和調(diào)節(jié)所述預(yù)定量或流量的所述液體的計(jì)量，并輸送所述基材，使沉積在所述基材上的所述液體的密度以每單位所述基材長度的體積形式進(jìn)行獨(dú)立控制。
26．如權(quán)利要求25的方法，其特征在于所述液滴大小為大約4毫微升至大約1微升。
27．如權(quán)利要求25的方法，其特征在于能獲得的液滴大小的變化范圍大于大約1/250。
全文摘要
披露了一種用于分配精確量的液體制劑(14)的方法和裝置(10),該裝置包括一個(gè)與諸如氣溶膠分配器(12a)或電磁閥分配器(12b)的分配器(12)相連的正位移位射泵(22)。泵(22)由一臺(tái)步進(jìn)馬達(dá)(26)或類似裝置控制,以便向分配器(12)提供制劑(14)的增量或連續(xù)流。泵(22)和分配器(12)彼此協(xié)調(diào)作業(yè),以使由分配器(12)分配的液體制劑(14)的量和/或流量可基本上獨(dú)立于分配器(12)的特定工作參數(shù)地精確計(jì)量,以獲得理想的流量、液滴大小或彌霧質(zhì)量、流滴頻率和/或液滴速度。
文檔編號(hào)G01N35/10GK1231621SQ97198220
公開日1999年10月13日 申請(qǐng)日期1997年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月26日
發(fā)明者T·C·蒂索內(nèi) 申請(qǐng)人:拜奧－多特公司