Микроструйный картридж с параллельной пневматической интерфейсной платой - RU2542235C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к приведению в движение текучей среды в микроструйных картриджах. Изобретение, в частности, относится к микроструйному картриджу, предназначенному для установки в параллельную пневматическую интерфейсную плату пневматического измерительного прибора, интерфейсной плате для сопряжения с микроструйным картриджем, b между пневматическим измерительным прибором, системе для приведения в движение текучей среды внутри микроструйного картриджа, содержащей такой картридж и такую интерфейсную плату, и относится к пневматическому измерительному прибору.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для обнаружения молекул в биологических пробах, например протеинов или ДНК, для диагностических целей используются биодатчики. Существует также потребность в выявлении в крови, моче или слюне лечебных препараторов и препаратов, вызывающих наркотическую зависимость. Разработаны такие тесты для использования во многих различных областях применения и окружающих средах, например в месте наблюдения за пациентом в медицинских целях или в любом требуемом месте для выявления наркотиков, например на обочине. Во всех случаях требуется устойчивое к сбоям, надежное и чувствительное устройство, которое также должно иметь низкую стоимость, поскольку после проведения измерения его нужно утилизировать.

Для проведения такого биохимического анализа требуется определенное управление текучей средой, по меньшей мере, ввести пробу текучей среды в датчик для обеспечения связывания молекул-мишеней с поверхностью датчика. В зависимости от вида анализа разрабатываются более или менее сложные микроструйные системы. Ввиду того что проба является загрязняющей средой, ее вхождение в контакт с измерительным прибором недопустимо, и она должна в сохранности содержаться внутри картриджа и во время измерения и после измерения.

В последнее время разработаны полностью встроенные микроструйные биохимические системы на микросхеме или системы “лаборатория на микросхеме”. Назначение этих микроструйных систем состоит в манипулировании текучими средами, выходящими из и поступающими в различные реакционные камеры и выходящими из этих камер, для чего необходимы исполнительные микромеханизмы, такие как насосы и клапаны. Создание насосного и клапанного действия может быть осуществлено различными путями. В зависимости от применения, например от типа анализа, требований к рабочим характеристикам и требований к стоимости, различными путями может осуществляться, например, приведение в движение текучей среды для растворения реагентов, инкубации, связывания и промывки. Принимается компромиссное решение то ли в пользу степени управляемости, то ли в пользу простоты исполнения, причем для простоты исполнения характерны низкие расходы. Или текучая среда приводится в движение путем механического дозирования поршнями, или текучая среда не приводится в движение, а приводится в действие за счет капиллярных сил (так называемое пассивное приведение в действие).

Последнее решение является эффективным по затратам, но не обеспечивает возможности реверсирования потока, расход ограничен и не является постоянным с изменением расстояния и, самое главное, зависит от вязкости и поверхностного натяжения текучей среды. Изменение в требуемых характеристиках потока необходимо реализовывать в «аппаратных средствах» на одноразовом приборе, что делает систему менее гибкой. С другой стороны, механическое приведение в действие является очень гибким, но требует физического контакта, что создает проблемы с эксплуатационным ресурсом измерительного прибора и загрязнением, то есть проблемы очистки.

В связи с этим существует потребность в альтернативной, малозатратной технологии приведения в движение текучей среды в микроструйных системах, в частности для одноразовых медицинских приборов, таких как биодатчиков.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения заключается в обеспечении усовершенствованного приведения в движение текучих сред в микроструйных картриджах.

Описанные варианты осуществления изобретения аналогичным образом имеют отношение к микроструйному картриджу, к системе, содержащей микроструйный картридж, пневматическую интерфейсную плату и пневматический измерительный прибор. Различные комбинации вариантов осуществления изобретения, хотя они могут и не быть описаны в деталях, могут давать синергетические эффекты.

Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения предлагается микроструйный картридж, предназначенный для размещения на параллельную пневматическую интерфейсную плату пневматического измерительного прибора. Картридж содержит трехмерный канал для текучей среды, в котором текучая среда подлежит перемещению за счет насосного действия пневматического измерительного прибора. Кроме того, микроструйный картридж содержит гибкую диафрагму, причем гибкая диафрагма простирается в плоскости, и причем гибкая диафрагма формирует наружную поверхность картриджа. Более того, границы в пространстве трехмерного канала для текучей среды определены в трех измерениях внутренними стенками картриджа и гибкой диафрагмой, причем при отсутствии воздействия давления или вакуума на гибкую диафрагму она находится в основном состоянии. Когда картридж размещен на параллельной пневматической интерфейсной плате, гибкая диафрагма под действием создаваемых газовой рабочей средой сил прогибается относительно основного состояния перпендикулярно к плоскости гибкой диафрагмы в двух направлениях.

Другими словами, текучая среда не перемещается по плоской поверхности, а движется вдоль трехмерного канала для жидкости.

Кроме того, гибкая диафрагма может быть выполнена с возможностью выгибаться под действием газовой рабочей среды в областях, являющихся частью наружной поверхности картриджа. Другими словами, в первой зоне гибкая диафрагма перекрывает канал для текучей среды, и эта первая область является частью наружной поверхности картриджа. Согласно этому примерному варианту осуществления гибкая диафрагма может, более того, простираться во второй зоне под наружной поверхностью картриджа, так что в той второй области диафрагма недоступна с наружной стороны картриджа.

Кроме того, “основное состояние гибкой диафрагмы” описывает ситуацию, в которой на гибкую диафрагму не воздействуют ни давление, ни вакуум. Начиная с этой ситуации, гибкая диафрагма выгибается в направлении приближения к внутренней части картриджа и также выгибается в сторону удаления от картриджа. Это может быть видно, например, из фиг. 1, где выгибание гибкой диафрагмы вверх и вниз в различных местах вдоль диафрагмы ведет к требуемому перемещению жидкости. Другими словами, гибкая диафрагма является выгибаемой в двух направлениях, а именно в направлении приближения к каналу для текучей среды и направлении удаления от канала для текучей среды. Тем не менее, это не исключает возможности нахождения гибкой диафрагмы в предварительно напряженном или предварительно прогнутом состоянии.

Картридж, который в этом и любом другом варианте осуществления изобретения может быть, например, одноразовым картриджем, обеспечивает возможность пневматического приведения в движение, которое осуществляется за счет обратимого пневматического взаимного соединения пневматического измерительного прибора с картриджем, при этом взаимное соединение образуется посредством гибкой диафрагмы. В целях обеспечения малых затрат и надежного решения картриджа в измерительный прибор встроены пневматические приводные элементы. Приведение в движение текучей среды, содержащейся в канале для текучей среды внутри картриджа, достигается за счет выгибания гибкой диафрагмы, которая может быть прикреплена к основной поверхности картриджа. Таким образом, когда картридж прикреплен к или установлен в пневматической интерфейсной плате, гибкая диафрагма картриджа и части пневматической интерфейсной платы образуют отделения. Выгибание гибкой диафрагмы, которое, в свою очередь, приводит в движение текучую среду, посредством чего вызывается перемещение, определяется давлением в этих отделениях, при этом давление может быть создано отдельным пневматическим измерительным прибором.

Преимуществами микроструйного картриджа являются высокая мощность и большой ход пневматического приведения в движение при одновременном сохранении простоты конструкции картриджа и малых затратах и обеспечении возможности простого введения другого естественного средства перемещения по всей интерфейсной плате, такого как тепло или акустическая вибрация.

Кроме того, в плоскую пневматическую интерфейсную плату может быть без затруднений встроено большое количество исполнительных механизмов, поскольку для пневматического приведения в движение не требуется отдельная фиксация, как для труб.

Другими словами, в интерфейсную плату легко может быть встроено большое количество исполнительных элементов ввиду отсутствия пневматических трубопроводных элементов и создающих давление или вакуум элементов в микроструйном картридже и их отсутствия в соответствующей интерфейсной плате. Другими словами, предложен плоский микроструйный картридж, который в соединении с плоской пневматической интерфейсной платой может обеспечить возможность удобного и надежного пневматического приведения в действие текучих сред в без необходимости в трубопроводных элементах в картридже. Кроме того, это может быть без затруднений распространено на большое число пневматических элементов, а также может быть упрощено встраивание тепловых, акустических или других интерфейсных плат в одной и той же плоскости.

Термин “пневматические элементы” в данном и других вариантах осуществления изобретения описывает позиции, в которых гибкая диафрагма приводится в движение пневматически, то есть клапаны и насосы или, в более общем смысле, области взаимодействия. Преимуществом настоящего изобретения является также гибкость в изменении позиций и возможность иметь позицию в непосредственной близости.

Очевидно, что существенной особенностью предлагаемого микроструйного картриджа является реализация приведения в движение текучих сред в картридже с помощью пневматического измерительного прибора. Важным является то, что приведение в действие пневматическим путем производится с использованием гибкой диафрагмы картриджа и пневматических камер, расположенных под диафрагмой и собранных обратимо. Это означает, что плоскость раздела между картриджем и пневматическим инструментом пересекает пневматические камеры.

Другими словами, когда картридж удален, пневматические подводящие каналы пневмопривода, пневматические каналы и пневматические камеры открыты. Камеры под приводимой в действие диафрагмой образуются комбинацией картриджа и интерфейсной платы на измерительном приборе. Когда картридж поднят вверх, давление на диафрагму более не передается, в отличие от трубопроводных элементов, которые не используют для приведения в действие диафрагмы согласно настоящему изобретению и которые фиксируются механическими средствами.

Микроструйный картридж может быть использован в комбинации с пневматическим измерительным прибором, который содержит подводящие каналы для пневматического приведения в действие и, по существу, плоскую интерфейсную плату сопряжения с микроструйным картриджем, который содержит каналы для текучей среды. Каналы для текучей среды ограничены эластичным слоем, который может быть приведен в движение сразу же после установки картриджа на измерительный прибор. Перемещение гибкой диафрагмы вверх и вниз вызывает смещение объема внутри картриджа, и диафрагма может закрыть каналы, выполняя функцию клапана в пределах канала для текучей среды.

Величина хода выгибания диафрагмы основана на высоте между положением диафрагмы, когда она касается пневматической интерфейсной платы пневматического измерительного прибора, как видно, например, из фиг. 1, и/или положением, когда она касается камеры [подложки] сверху диафрагмы в картридже (элементов управления).

Другими словами, микроструйный картридж содержит гибкую диафрагму, покрывающую тракт прохождения текучей среды. Тем самым гибкая диафрагма покрывает всю систему канала для текучей среды, которая может содержать несколько трактов прохождения текучей среды. Это не обязательно должна быть везде сплошная наружная поверхность. Но возможен также вариант осуществления, в котором гибкая диафрагма образует всю наружную поверхность картриджа. Однако гибкая диафрагма всегда прикреплена к картриджу. После установки картриджа в пневматический измерительный прибор происходит локальное выгибание диафрагмы под действием пневматических средств на измерительном приборе, так что текучая среда перемещается вдоль тракта ее прохождения в картридже. Диафрагма в отдельных местах отжимается от картриджа или поджимается к нему, вызывая изменение объема в тракте прохождения текучей среды и под диафрагмой, и это изменение объема вызывает перемещение текучей среды через картридж. Кроме того, картридж может содержать стенки, которые вместе с гибкой диафрагмой определяют границы изменяющегося объема, через который может перемещаться текучая среда. Поэтому изобретение обеспечивает возможность перемещения текучей среды в микроструйном картридже с использованием сравнительно простой интерфейсной платы между картриджем и измерительным прибором для обработки картриджа. Вместо сопряжения с пневматическими трубопроводами интерфейсная плата между картриджем и измерительным прибором образована гибкой диафрагмой, выгибающейся под действием измерительного прибора так, что возникает перемещение текучей среды внутри картриджа.

Ввиду того что картридж не содержит пневматических и электрических элементов, он может быть изготовлен дешевым и надежным способом.

Сочетание гибкой диафрагмы с интерфейсной платой дает возможность зафиксировать картридж на интерфейсной плате лишь за счет пневматических сил.

По этой причине нет необходимости в других средствах фиксации, таких как, например, винты и подобные им элементы, кроме пневматических сил, создаваемых пневматическим измерительным прибором. Именно поэтому пневматическая интерфейсная плата называется параллельным интерфейсом. Другими словами, выгибание гибкой диафрагмы вызвано в замкнутой пневматической системе, которая содержит картридж и интерфейсную плату, и это выгибание приводит, в свою очередь, к фиксации. Всасывание диафрагмы вовнутрь создает фиксацию.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения картридж имеет в основном форму прямоугольного параллелепипеда с шестью основными наружными поверхностями, причем одна из основных поверхностей картриджа образована гибкой диафрагмой, и причем гибкая диафрагма полностью перекрывает канал для текучей среды.

Этот примерный вариант осуществления виден, например, на фиг. 2, а также, например, на фиг. 8.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения канал для текучей среды и гибкая диафрагма расположены относительно друг друга таким образом, что за счет выгибания гибкой диафрагмы в нескольких местах вдоль гибкой диафрагмы, обусловленного пневматическим насосным действием пневматического измерительного прибора, обеспечивается возможность перемещения текучей среды от начала канала для текучей среды к концу канала для текучей среды.

При этом термины “пневматическое насосное действие” и “пневматическое приведение в действие” означают воздействие на поверхность гибкой диафрагмы повышенного давления и/или пониженного давления с тем, чтобы, во-первых, зафиксировать микроструйный картридж на интерфейсной плате и, таким образом, на пневматическом измерительном приборе и, во-вторых, вызвать такое выгибание гибкой диафрагмы картриджа, при котором достигается требуемое перемещение текучей среды внутри канала для текучей среды в картридже. Другими словами, диафрагма может в отдельных местах отжиматься от или прижиматься к внутренней стороне микроструйного картриджа, вызывая изменение объема в канале для текучей среды, а также - под гибкой диафрагмой.

Благодаря такому движению гибкой диафрагмы под влиянием пневматического насосного действия текучая среда в картридже перемещается.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения диафрагма имеет возможность выгибаться в результате пневматического насосного действия пневматического измерительного прибора таким образом, что диафрагма закрывает канал для текучей среды, выполняя функцию клапана.

Другими словами, за счет комбинации микроструйного картриджа с пневматической интерфейсной платой и пневматическим измерительным прибором на диафрагму может воздействовать повышенное давление и/или пониженное давление таким образом, что тракт прохождения текучей среды закрыт выгнутой диафрагмой. Другими словами, тракт прохождения текучей среды может быть пространственно разделен на различные секции, при этом в первой секции может присутствовать текучая среда, а на втором отрезке пути текучая среда может отсутствовать. Эти секции могут быть пространственно разделены при выполнении функции клапана.

В том случае, если функция клапана осуществляется таким образом, что диафрагма закрывает пневматический канал интерфейсной платы, то есть диафрагма поджимается к плате, то это используют также для фиксации картриджа на интерфейсной плате так, как подробно описано ниже.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения картридж не содержит пневматических управляющих элементов и не содержит пневматических трубопроводных элементов.

Другими словами, в отличие от известных технических решений преимущество изобретения состоит в том, что оно предусматривает физическое разделение между микроструйным картриджем и измерительным прибором, причем измерительный прибор содержит пневматическую интерфейсную плату со всеми необходимыми электрическими и пневматическими генерирующими и управляющими элементами. Картридж может быть быстро и легко заменен, поскольку нет необходимости в винтах или средствах фиксации.

Согласно этому примерному варианту осуществления изобретения картридж полностью лишен функций создания и приложения повышенного давления, пониженного давления или вакуума и может быть размещен, например, во внешнем пневматическом измерительном приборе, имеющем пневматическую интерфейсную плату. Этим можно снизить себестоимость картриджа, что исключительно важно для одноразовой системы микроструйного картриджа. Кроме того, может быть повышена надежность работы картриджа за счет уменьшения технической сложности.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения микроструйный картридж содержит управляющие элементы, причем эти управляющие элементы приспособлены для управления рабочим ходом приведенной в действие гибкой диафрагмы в период приложения пневматического насосного действия посредством пневматического измерительного прибора.

Кроме того, управляющие элементы этого и каждого другого примера осуществления изобретения приспособлены также для улучшения функции клапана, получаемой в результате выгибания гибкой диафрагмы.

Как видно, например, из фиг. 1 и 2, эти управляющие элементы устанавливают в определенных местах вдоль канала для текучей среды определенное расстояние между гибкой диафрагмой и находящейся напротив нее пространственной границей канала для текучей среды. Другими словами, эти управляющие элементы перекрывают канал для текучей среды. Благодаря сочетанию картриджа с расположенной ниже его пневматической интерфейсной платой, например так, как описано выше и показано на фиг. 1, обеспечивают разгрузку расположенных выше и ниже гибкой диафрагмы управляющих элементов, с помощью которых устанавливают определенную требуемую степень выгибания диафрагмы, вызываемого воздействием на гибкую диафрагму повышенного или пониженного давления посредством пневматических камер в интерфейсной плате.

Кроме того, согласно другому примерному варианту осуществления изобретения возможно, чтобы резиновые рамки входили только в состав микроструйного картриджа. При этом они могут быть размещены, например, на микроструйном картридже. Это может, например, сочетаться с плоской интерфейсной платой.

Согласно другому варианту осуществления изобретения как на картридже, так и интерфейсной плате возможно наличие резиновых рамок и углублений.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения предлагается пневматическая интерфейсная плата для сопряжения с микроструйным картриджем согласно одному из предыдущих вариантов осуществления, расположенная между пневматическим измерительным прибором и микроструйным картриджем, для приложения пневматического насосного действия в микроструйном картридже. Пневматическая интерфейсная плата может быть установлена между микроструйным картриджем согласно одному из предыдущих вариантов осуществления и пневматическим измерительным прибором для пневматической прокачки текучей среды в микроструйном картридже. Устанавливаемая интерфейсная плата позволяет использовать совместно с одним пневматическим измерительным прибором различные интерфейсные платы, в результате чего обеспечивается повышение эксплуатационной гибкости при использовании различных интерфейсных плат разного конструктивного исполнения. Пневматическая интерфейсная плата имеет обращенную к измерительному прибору сторону, которая обращена к измерительному прибору, когда интерфейсная плата установлена в измерительный прибор. Кроме того, интерфейсная плата имеет обращенную к картриджу сторону, которая обращена к картриджу, когда картридж установлен в интерфейсной плате. Интерфейсная плата содержит пневматический канал, сообщающий с обращенной к измерительному прибору стороны газообразную текучую среду пневматического измерительного прибора с обращенной к картриджу стороной для обеспечения возможности пневматического приведения в действия гибкой диафрагмы микроструйного картриджа, при этом в обращенной к картриджу стороне имеется по меньшей мере одно углубление, предназначенное для всасывания гибкой диафрагмы картриджа.

Другими словами, обращенная к картриджу сторона интерфейсной платы приспособлена для размещения в ней картриджа таким образом, что образуется замкнутая пневматическая система, что дает возможность, во-первых, зафиксировать картридж под действием пневматических сил и, во-вторых, позволяет использовать пневматическое насосное действие. Таким образом, нет необходимости в винтах или средствах фиксации для соединения картриджа с интерфейсной платой, а значит, и для соединения с измерительным прибором. Именно поэтому пневматическая интерфейсная плата названа параллельным интерфейсом. Кроме того, для извлечения картриджа достаточно отключить в картридже всасывание, создаваемое пониженным давлением.

В связи с этим под всасыванием следует понимать обеспечение возможности выгибания гибкой диафрагмы. Кроме того, углубление может также быть частью картриджа.

Пневматическая интерфейсная плата этого и каждого другого варианта осуществления изобретения может быть частью микроструйного картриджа, но может также быть и частью пневматического измерительного прибора.

Следует четко понимать, что следующие и описанные выше варианты осуществления пневматической платы могут также являться частью системы, содержащей микроструйный картридж, описанный выше и ниже, и такую пневматическую интерфейсную плату.

Следует четко понимать, что пневматическая интерфейсная плата может быть, по существу, единственным физическим элементом, подлежащим встраиванию в пневматический измерительный прибор. Кроме того, возможно, чтобы описанные выше и ниже пневматические интерфейсные платы являлись важным компонентом такого пневматического измерительного прибора и могли быть полностью встроены в такой пневматический измерительный прибор.

Объединение комбинации интерфейсной платы и микроструйного картриджа позволяет собирать пневматические камеры под диафрагмой, как видно, например, из фиг. 1. Другими словами, разделительная плоскость между картриджем, который может быть одноразовым картриджем, и измерительным прибором пересекает пневматические камеры.

Эти пневматические камеры могут быть использованы также для удержания картриджа на интерфейсной плате, для гарантирования хорошего теплового механического контакта между интерфейсной платой и картриджем, который может быть важным для различных функций, таких как приведение в движение текучей среды нагреванием или ультразвуком.

К тому же, в такой комбинации микроструйного картриджа, пневматического измерительного прибора и пневматической интерфейсной платы может быть встроено большое количество зон взаимодействия или элементов, таких как места пневматического приведения в действие или области теплопередачи или другие, поскольку они не требуют наличия дополнительной рабочей зоны, так как они расположены в микроструйном картридже под исполнительным механизмом. При этом описание дополнительной рабочей зоны, исключаемой согласно этому примерному варианту осуществления изобретения, сопоставимо с ситуацией, в которой где-нибудь было бы необходимо трубное соединение и отдельный подводящий канал, ведущий к месту, где должно осуществляться пневматическое приведение в движение. Однако согласно настоящему изобретению пневматические соединения реализованы просто посредством пневматических каналов в интерфейсной плате, поэтому дополнительное пространство не требуется.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна из обращенной к картриджу и обращенной к измерительному прибору стороны пневматической интерфейсной платы является, по существу, плоской.

Например, обращенная к картриджу сторона пневматической интерфейсной платы является, по существу, плоской, что дает возможность объединить пневматическую интерфейсную плату с, по существу, плоской и гибкой диафрагмой такого микроструйного картриджа.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения пневматическая интерфейсная плата содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей: теплогенерирующее устройство, теплопередающий элемент, изготовленный из алюминия, теплопередающий элемент, изготовленный из меди, теплопередающий элемент, изготовленный из сплава алюминия и/или меди, теплогенерирующее устройство, имеющее теплопередающие элементы, которые имеют протяженность до микроструйного картриджа, устройство, вырабатывающее акустическую энергию, устройство для обработки текучей среды сфокусированным или несфокусированным ультразвуком, пьезоэлектрический исполнительный механизм, механический исполнительный механизм, магнитный исполнительный механизм и любую их комбинацию.

Другими словами, функция нагрева текучей среды, содержащейся внутри картриджа, целиком интегрирована в пневматической интерфейсной плате, что обеспечивает возможность изготовления дешевого, надежного и простого микроструйного картриджа. Составные картриджи могут использоваться лишь с одной комбинацией такой пневматической интерфейсной платы с одним пневматическим измерительным прибором. Такой картридж с сокращенным числом функций делает возможной быструю замену микроструйного картриджа.

Например, нагревательные элементы могут быть отделены теплоизоляционным материалом пневматической интерфейсной платы на основе стали.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения пневматическая интерфейсная плата изготовлена из материала, выбранного из группы, содержащей сталь, нержавеющую сталь, другие химически стойкие и умеренно теплопроводящие материалы и любую их комбинацию.

Кроме того, согласно другому примерному варианту осуществления пневматическая интерфейсная плата может также содержать резиновые элементы и/или сжимаемые элементы вокруг пневматических элементов для обеспечения уплотнения между различными пневматическими камерами.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения предложена пневматическая интерфейсная плата, содержащая управляющие элементы, причем управляющие элементы приспособлены для управления рабочим ходом приведения в действие гибкой диафрагмы микроструйного картриджа во время приложения пневматического насосного действия посредством пневматического измерительного прибора.

Более того, могут быть применены управляющие элементы для обеспечения возможности лучшего закрывания клапана, так как при подаче давления диафрагма сгибается вокруг этих управляющих элементов.

Как видно, например, из фиг. 1 и фиг. 2, управляющие элементы могут иметь квадратную или прямоугольную форму и могут использоваться как пространственный ограничитель выгибания диафрагмы картриджа, когда прикладывается пневматическое насосное действие.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения предложена система для приведения в движение текучей среды внутри микроструйного картриджа. Система содержит микроструйный картридж согласно одному из предыдущих вариантов осуществления и содержит пневматическую интерфейсную плату согласно одному из предыдущих вариантов осуществления, причем гибкая диафрагма картриджа выполнена с возможностью выгибаться в результате пневматического насосного действия через пневматический канал интерфейсной платы таким образом, что текучая среда, находящаяся в канале для текучей среды, может перемещаться вдоль канала для текучей среды.

Система обеспечивает возможность приведения в движение текучей среды внутри картриджа, который может быть, например, одноразовым. Пневматическое приведение в движение текучей среды осуществляется посредством гибкой диафрагмы, которая отделяет текучую среду в картридже от газообразной текучей среды в измерительном приборе. Для малозатратного и надежного решения этой системы пневматические приводные механизмы могут быть встроены в пневматический измерительный прибор.

Очевидно, что существенной особенностью предложенной системы является то, что текучие среды в картридже могут приводиться в движение или в действие, то есть перемещаться, под действием внешнего пневматического измерительного прибора и что пневматическое приведение в действие производится с помощью гибкой диафрагмы, являющейся частью картриджа, и что пневматические камеры, которые образованы под гибкой диафрагмой в пневматической интерфейсной плате, собираются обратимо. Другими словами, пневматические камеры пересекаются разделительной плоскостью, проходящей между картриджем и внешним пневматическим измерительным прибором.

Согласно другому примерному варианту осуществления картридж и пневматическая интерфейсная плата представляют собой два физически отдельных компонента, которые обратимо удерживаются вместе для приведения в движение текучей среды только под действием пневматических сил.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения гибкая диафрагма и обращенная к картриджу сторона интерфейсной платы так приспособлены в комбинации друг с другом, что при приложении пониженного давления через пневматический канал пневматической интерфейсной платы картридж полностью зафиксирован в интерфейсной плате.

По этой причине отсутствует необходимость в каких-либо других средствах фиксации, таких как, например, винты и т.п., кроме пневматических сил, создаваемых пневматическим измерительным прибором, который также может быть частью системы. Другими словами, выгибание гибкой диафрагмы возникает в замкнутой пневматической системе, которая содержит картридж и интерфейсную плату, и это выгибание, в свою очередь, приводит к фиксации. Фиксация обеспечена всасыванием диафрагмы.

Согласно другому примерному варианту осуществления система содержит пневматический измерительный прибор для создания пневматического насосного действия к микроструйному картриджу.

При этом пневматическое насосное действие подразумевает создание и приложение повышенного и пониженного давления.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения картридж и интерфейсная плата механически соединены друг с другом посредством гибкой диафрагмы и через обращенную к картриджу сторону интерфейсной платы.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения перемещение текучей среды в канале для текучей среды инициируется всего лишь пневматическим насосным действием через пневматические каналы.

Этот примерный вариант осуществления может быть виден, например, на фиг. 1 из следующих фигур. В противоположность образованию замкнутой структуры несколько пневматических камер собраны или сформированы при физическом соединении картриджа и интерфейсной платы. Эти пневматические камеры, расположенные под гибкой диафрагмой, находятся внутри углублений пневматической интерфейсной платы.

Более того, эти камеры могут быть использованы для удержания картриджа на пневматической интерфейсной плате для обеспечения хорошего теплового и механического контакта между пневматической интерфейсной платой и картриджем, что может быть важно для нескольких функций.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения система содержит управляющие элементы, причем управляющие элементы расположены над и под гибкой диафрагмой, причем управляющие элементы над гибкой диафрагмой расположены как препятствия для передачи текучей среды внутри канала для текучей среды картриджа. Кроме того, гибкая диафрагма механически поддерживается управляющими элементами таким образом, что диафрагма выгибается при пневматическом насосном действии таким образом, что текучая среда может обойти стороной эти препятствия.

Другими словами, пространственное распределение или пространственное расположение управляющих элементов вдоль линейного расширения гибкой диафрагмы имеет следствием блокирование канала для текучей среды для движения текучей среды, когда диафрагма находится в ненапряженном состоянии или прижата к управляющим элементам путем создания в пневматической камере повышенного давления. Приложение соответствующего пневматического насосного действия, которое означает создание повышенного давления и/или пониженного давления в соответствующих пневматических каналах в интерфейсной плате, приводит к выгибанию гибкой диафрагмы таким образом, что обеспечивается возможность перемещения текучей среды вдоль канала для текучей среды без ее блокировки управляющим элементом. Другими словами, текучая среда может перемещаться вокруг управляющих элементов, находящихся в канале для текучей среды.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения система содержит пневматические камеры, причем пневматические камеры обратимо собираются между гибкой диафрагмой и интерфейсной платой.

Другими словами, взаимосвязанная поверхность гибкой диафрагмы картриджа, образующая наружную поверхность картриджа, в комбинации с поверхностью обращенной к картриджу стороны пневматической интерфейсной платы приводит к образованию под диафрагмой и в пневматическом устройстве определенных углублений, которые могут использоваться для воздействия на диафрагму повышенным и/или пониженным давлением, создаваемым внешним пневматическим устройством, которое может быть соединено с пневматической интерфейсной платой.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения система содержит интерфейсную плату, в которой заключен ряд пневматических каналов для сообщения газообразной текучей среды пневматического измерительного прибора от обращенной к измерительному прибору стороны к обращенной к картриджу стороне для обеспечения возможности пневматического приведения в действие гибкой диафрагмы микроструйного картриджа. Тем самым реализуется такая взаимосвязь между гибкой диафрагмой и интерфейсной платой, что переменное пневматическое насосное действие, включающее воздействие давлением и воздействие пониженным давлением, приводит к перемещению текучей среды вдоль канала для текучей среды.

Согласно другому примерному варианту осуществления изобретения предложен пневматический измерительный прибор для оказания пневматического насосного действия на микроструйный картридж для перемещения текучей среды внутри микроструйного картриджа. Пневматический измерительный прибор содержит средство для приведения в движение пневматическим путем гибкой диафрагмы микроструйного картриджа и пневматическую интерфейсную плату согласно одному из выше и ниже описанных вариантов осуществления. Пневматическая интерфейсная плата может быть удаляемой из измерительного прибора так, что в измерительном приборе остается средство для приведения в движение пневматическим путем гибкой диафрагмы микроструйного картриджа, и он остается пригодным для размещения в нем пневматической интерфейсной платы согласно данному изобретению.

Очевидно, что сущность изобретения заключается в создании комбинации микроструйного картриджа и пневматической интерфейсной платы, при которой наружную поверхность микроструйного картриджа, образованную гибкой диафрагмой, приводит в движение пневматическая интерфейсная плата, которая обеспечивает подведение к диафрагме повышенного давления или пониженного давления, создаваемого пневматическим измерительным прибором. Это вызывает соответствующее выгибание диафрагмы, которое, в свою очередь, вызывает перемещение текучей среды, заключенной в картридже, через имеющийся в этом картридже канал для текучей среды.

Следует отметить, что описанные варианты осуществления изобретения относятся к разным объектам изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на пункты формулы, касающиеся картриджа, тогда как другие варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на пункты формулы, касающиеся интерфейсной платы, системы или измерительного прибора. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно из вышеприведенного и нижеприведенного описания изобретения, что, если не указано иное в добавление к любой комбинации или признаков, принадлежащих к одному типу объекта изобретения, также и любая комбинация между признаками, относящимися к различным объектам изобретения, считается раскрытой в данной заявке.

Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты, признаки и преимущества настоящего изобретения вытекают также из примеров вариантов осуществления изобретения, описанных ниже в данном документе, и поясняются со ссылками на примеры вариантов осуществления изобретения. Ниже приведено подробное описание изобретения со ссылками на примеры вариантов осуществления, которыми, однако, изобретений не ограничено.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 схематически показывает микроструйный картридж, пневматическую интерфейсную плату и пневматический измерительный прибор согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 2-5 схематически показывают микроструйный картридж и пневматическую интерфейсную плата согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 6 схематически показывает пневматический измерительный прибор с микроструйным картриджем и пневматической интерфейсной платой согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 7 схематически показывает измерительный прибор, в котором могут быть встроены микроструйный картридж и пневматическая интерфейсная плата согласно примерному варианту осуществления изобретения.

Фиг. 8 схематически показывает микроструйный картридж согласно примерному варианту осуществления изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Аналогичные или родственные компоненты на нескольких фигурах обозначены одними и теми же ссылочными позициями. Вид на фигуре является схематическим, и масштаб в нем не выдержан.

На фиг. 1 в верхней части показана система 121, предназначенная для приведения в движение текучей среды внутри микроструйного картриджа 100, находящаяся первом состоянии, а в нижней части фиг. 1 показана такая система 121 во втором состоянии, в котором содержащаяся в картридже текучая среда переместилась. Как система 121, показанная вверху, так и система 121, показанная внизу, состоят из одних и тех же элементов.

На фиг. 1 показан микроструйный картридж 100, предназначенный для введения в параллельную пневматическую интерфейсную плату 101 пневматического измерительного прибора, причем картридж содержит трехмерный канал 103 для текучей среды, в котором текучая среда 104 подлежит перемещению. Кроме того, картридж содержит гибкую диафрагму 105, причем гибкая диафрагма простирается в плоскости. Эта плоскость проходит вдоль направления 107. Кроме того, гибкая диафрагма образует наружную поверхность картриджа, причем границы канала для текучей среды пространственно определены стенками картриджа и гибкой диафрагмой. Кроме того, гибкая диафрагма находится в ненапряженном состоянии при отсутствии воздействия на гибкую диафрагму повышенного давления, пониженного давления или вакуума. Гибкая диафрагма под действием сжатого воздуха выгибается относительно ненапряженного состояния перпендикулярно к плоскости гибкой диафрагмы в двух направлениях. Другими словами, диафрагма 105 может выгибаться, во-первых, в направлении 106 вверх и, во-вторых, в направлении вниз.

Кроме того, видно, что гибкая диафрагма выгибается в нескольких местах 109, 111 и 114 в результате подачи сжатого воздуха 108. Следовательно, подача сжатого воздуха означает, что на диафрагму в пневматических камерах, как, например, в пневматической камере 137, действует повышенное давление и/или пониженное давление. Такую подачу сжатого воздуха 108 может создавать внешний пневматический измерительный прибор 102. В результате воздействия соответствующего пониженного давления в двух пневматических каналах 122 и 123 в пневматической интерфейсной плате 101 вызывает всасывание гибкой диафрагмы 105 в углубления, расположенные над этими пневматическими каналами. При изменении уровня давления в пневматических каналах пневматической интерфейсной платы, как показано в нижней части фиг. 1, гибкая диафрагма прижимается к внутренней стороне картриджа в среднем пневматическом канале картриджа. Дополнительно, в пневматическом канале 138 с правой стороны создается пониженное давление, в результате чего текучая среда перемещается внутри канала для текучей среды в направлении от левой стороны фиг. 1 к правой стороне фиг. 1.

Как видно из фиг. 1, интерфейсная плата имеет обращенную к измерительному прибору сторону 119, которая обращена к измерительному прибору, когда интерфейсная плата установлена в измерительный прибор 102. Кроме того, интерфейсная плата имеет обращенную к картриджу сторону 120, обращенную к картриджу, когда картридж вставлен в интерфейсную плату. Пневматические каналы 122, 123 и 138 обеспечены для сообщения газообразной текучей среды, например воздуха, от обращенной к измерительному прибору стороне к обращенной к картриджу стороне для обеспечения возможности приведения в движение гибкой диафрагмы микроструйного картриджа. Углубления 124-126 обеспечивают возможность всасывания гибкой диафрагмы в углубления. Как видно в нижней части фиг. 1, в расположенном посередине пневматическом канале 122 диафрагма закрывает канал для текучей среды, образуя внутри канала клапан 114.

Применение такого способа, предусматривающего поочередное создание повышенного давления и/или пониженного давления соответствующим образом, обеспечивает возможность перемещения текучей среды в микроструйном картридже от начала 112 канала для текучей среды к концу 113 канала для текучей среды.

Очевидно, что обращенная к картриджу сторона интерфейсной платы имеет ступенчатую поверхность с углублениями и пневматическими каналами Т-образного поперечного сечения.

Другими словами, в этом варианте осуществления описан картридж, содержащий внешнюю гибкую диафрагму, ограждающую тракт прохождения текучей среды. После установки картриджа в измерительный прибор диафрагма в определенных местах выгибается под действием пневматики измерительного прибора так, что текучая среда перемещается вдоль тракта прохождения текучей среды. Диафрагма в определенных местах отжимается под действием пневматической силы или поджимается к картриджу, вызывая изменение объема в тракте прохождения текучей среды, представляющем собой канал для текучей среды, и под диафрагмой, с помощью которой текучая среда перемещается через картридж. Картридж может содержать стенки, которые вместе с гибкой диафрагмой определяют изменяющийся объем, через который может перемещаться текучая среда.

На фиг. 2 показана система 121, содержащая микроструйный картридж 100 и пневматическую интерфейсную плату 101. Также в ней может содержаться пневматический измерительный прибор (не показан).

Интерфейсная плата может быть, по существу, плоской и может содержать элементы для улучшенного уплотнения пневматических камер и/или может содержать элементы, управляющие рабочим ходом гибкой диафрагмы картриджа. В другом варианте осуществления, показанном на фиг. 3, эти элементы 127, 128. 129 и 130 управления рабочим ходом, а также 115 и 116 интегрированы в картридже.

На фиг. 3 показаны элементы 127-130 управления рабочим ходом, расположенные на обращенной к картриджу стороне пневматической интерфейсной платы 101.

На фиг. 4 показана система 121 с картриджем 100 и интерфейсной платой 101, в которой в состав интерфейсной платы входят резиновые рамки 139 и имеются углубления 140, 141, находящиеся частично в картридже и частично в интерфейсной плате.

Кроме того, согласно другому примеру варианта осуществления изобретения возможно, чтобы резиновые рамки входили в состав только микроструйного картриджа. В таком случае они могут быть размещены на поверхности микроструйного картриджа. Это может, например, сочетаться с плоской интерфейсной платой.

Согласно другому примеру варианта осуществления изобретения резиновые рамки и углубления могут присутствовать как в картридже, так и интерфейсной плате.

Как видно из фиг. 5, интерфейсная плата, как указано выше и ниже, может быть использована для удержания картриджа путем создания вакуума 131 в областях между исполнительными механизмами через интерфейсную плату. Кроме того, на обращенной к картриджу стороне интерфейсной платы 101 применены резиновые рамки 139, которые также можно видеть на фиг. 8. Эти резиновые рамки обеспечивают герметичное уплотнение пневматических камер. Исполнительные механизмы присоединены к пневматическим каналам на нижней (обращенной к измерительному прибору) стороне микроструйного картриджа 100. При этом исполнительные механизмы имеются во всех местах, где гибкая диафрагма реверсивно выгибается под действием пневматической системы. В областях, где необходимо удерживать картридж за счет вакуума, диафрагма не будет выгнутой. Во избежание расслаивания диафрагмы под действием сил, вызванных вакуумом, на наружную сторону (на верхнюю сторону диафрагмы) можно дополнительно наложить еще один слой.

На фиг. 6 показан пневматический измерительный прибор 102, который содержит пневматическую интерфейсную плату 101. Этот измерительный прибор может содержать пневматические переключатели и нагреватели, встроенные внутрь показанного коробчатого корпуса. Кроме того, в измерительный прибор 102 входят пневматические трубопроводы, а также в такой измерительный прибор встроены пневматические переключатели и нагреватели.

На фиг. 7 показана система 121 согласно другому примеру варианта осуществления изобретения. Система состоит из пневматического измерительного прибора 102 и пневматической интерфейсной платы 101, которая приспособлена для размещения в ней микроструйного картриджа (здесь не показан, показан на фиг. 8). Показаны находящиеся внутри интерфейсной платы несколько нагревателей 135, 136 и, кроме того, показаны пневматические каналы 122, 123 и 138. Кроме того, из фиг. 7 видны углубления 124, 125 и 126. Показанная пневматическая интерфейсная плата 101 соответствует интерфейсной плате, показанной на фиг. 2. Отчетливо видны резиновые рамки 139, описанные выше и показанные на фиг. 5.

На фиг. 8 показан микроструйный картридж 100, который может быть, например, встроен в интерфейсную плату 101 на фиг. 7 и, таким образом, может быть установлен в показанный измерительный прибор 102. Этот соответствующий картридж измерительного прибора 102 на фиг. 7 содержит отдельные адресуемые клапаны, которые могут быть приведены в действие от измерительного прибора, показанного на фиг. 7. При этом термин “приведенный в действие” подразумевает пневматическое насосное действие.

Например, клапаны могут быть закрыты путем воздействия на клапаны повышенным давлением величиной до 1,5 бар, что обеспечивает надежную герметизацию отдельных отделений. Могут быть достигнуты скорости прокачки более 1 мл в 10 секунд. И это только примерные значения. Могут также быть достигнуты и другие давления, более высокие или более низкие, и другие скорости прокачки, более высокие или более низкие.

Реферат

Группа изобретений относится к конструкции микроструйного картриджа (100), предназначенного для размещения на параллельной пневматической интерфейсной плате (101) пневматического измерительного прибора (102). Картридж содержит трехмерный канал (103) для текучей среды, в котором должна перемещаться текучая среда (104), и гибкую диафрагму (105). При этом гибкая диафрагма простирается в плоскости и является частью наружной поверхности картриджа, а границы в пространстве трехмерного канала для текучей среды определены в трех координатах внутренними стенками картриджа и гибкой диафрагмой. Причем гибкая диафрагма находится в основном состоянии при отсутствии воздействия на гибкую диафрагму давления и вакуума и выполнена с возможностью выгибаться относительно основного состояния под действием пневматических сил перпендикулярно (106) к плоскости гибкой диафрагмы, в двух направлениях, когда картридж размещен на параллельной пневматической интерфейсной плате. Пневматическая интерфейсная плата (101) расположена между этим картриджем и пневматическим измерительным прибором (102) и содержит сторону, обращенную к измерительному прибору (119), когда интерфейсная плата установлена в измерительный прибор, и сторону, обращенную к картриджу, когда картридж размещен на интерфейсной плате. Также плата содержит пневматический канал (122, 123, 138) для сообщения пневматической текучей среды пневматического измерительного прибора с обращенной к измерительному прибору стороны с обращенной к картриджу стороной для обеспечения возможности пневматического приведения в действие гибкой диафрагмы микроструйного картриджа. Достигаемый при это

Формула