[发明专利]具有致动器系统的紧凑的阀阵列

说明书

本文描述了用于化合物的按需合成/分析和/或诊断应用的系统。通常，任何需要低成本二元开关阀阵列以用于以空间紧凑的形式来快速(100ms)切换气体或液体的应用与本文所描述的系统兼容。

背景

本公开涉及微型流体和微流体领域。更具体地，本公开涉及包括流体二元开关阵列的系统，该系统实现在三维通道网络内操纵液体和气体。流体二元开关阵列由可重复使用元件和一次性元件组成，其中仅一次性元件暴露于工艺流体。进一步地，一次性元件被设计成无需工具即可通过人工或简单的线性自动化来方便且快速地更换。

许多化学处理应用和生物化学处理应用使用单次使用的一次性用品来简化生产并确保产品的质量。一次性用品通过减少或避免对诸如系统设置验证和校验、清理以及清理校验之类的步骤的需求来帮助实现这一目标。仅工艺液体和最终产品暴露于一次性元件。虽然一次性用品简化了在化学或生物化学工艺中实现和维持质量的程序，但在不导致由复杂的结构、材料或制造工艺产生的过高的成本的情况下，一次性部件和与一次性部件接口连接的系统对于制造/组装而言是具有挑战性的。在工业生物加工中单次使用的一次性用品的示例为GE医疗生命科学准备处理WAVE 25(GE Healthcare Life SciencesReadyToProcess WAVE 25)细胞培养设备。在放射性药物制备中单次使用的一次性用品的示例为用于合成正电子发射断层扫描(PET)示踪剂(诸如氟脱氧葡萄糖(FDG))的GEHealthcare FASTlab盒。

在需要多个化学步骤的程序(诸如正电子发射断层扫描(PET)示踪剂合成)中，使用旋转旋塞阀和管道夹管阀，其中旋转旋塞阀是最常见的。旋转旋塞阀作为单独的件或作为集成的串联组。在集成的串联组的情况下，将由25个或更多个串联连接的阀组成的阀阵列制造成单个零件，以减少需要组装的单独的零件的数量。阀提供工艺流体控制，并且是一次性元件中的关键部件中的一个关键部件。阀经由管道和配件连接到其它所需的部件，诸如泵、过滤器和反应器。

旋转阀、其它基本部件(诸如泵、过滤器、反应器和管道)的组合可得到完整的一次性用品。该一次性用品与试剂一起被称为一次性套件。已经证明这些套件是成功的，然而使用管道和将成组的阀串联连接作为单个部件具有局限性。具有配件和其它零件的管道的组装是难以自动化的工艺，并且利用了所描述的一次性用品的应用通常不具有制造量以证明投资到将管道布设到组件中的自动化的合理性。这意味着管道是通过手工组装的。使用串联阀组来减少组件中单独的零件的数量限制了流体的路线的总体灵活性，这可导致不期望的或非直观的流体路线以避免交叉污染。此外，由于部件以及它们需要适于手工组装的限制，所以倾向于难以减少死体积。在使用昂贵化合物的应用中，减少死体积是必不可少的，因为倾向于尽可能小的工艺量。

在本领域需要在一次性套件中的部件之间的稳固的物理接口的情况下，微型流体和微流体以及集成的歧管是减少或消除管道使用的技术。

发明内容

本文描述了用于一次性部件上的流体控制和处理的系统，所述系统可用于合成、分析以及需要对材料的化学处理的其它应用。通常，任何需要低成本二元开关阀阵列以用于以空间紧凑形式快速(100ms)切换气体或液体的应用与本文所描述的系统兼容。所述系统包括一次性微型开关阵列，所述一次性微型开关阵列由四个功能元件组成：一次性聚合物基板，所述一次性聚合物基板表面上密集地集成有隔膜阀；可重复使用的集成气动螺线管柱塞阵列，所述可重复使用的集成气动螺线管柱塞阵列用于单独地致动阀；连接器阵列，所述连接器阵列将一次性聚合物基板接口连接到工艺所需的材料的源和汇；以及阻尼层，所述组尼层位于阀阵列与柱塞阵列之间，并且用于软化来自致动器的冲击力以增加一次性阀阵列的寿命。柱塞阵列是利用了被分配到所有柱塞的一个气动馈送线以及到每个柱塞螺线管的单独电连接的单个件。在一次性用品泄漏的故障情况下，阻尼膜还是隔离并保护柱塞阵列免受化学泄漏的屏蔽件。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，附图中相同的符号在整个附图中表示相同的部分，其中：