[发明专利]用于在液体处理和分配系统中对温度敏感流体的受控分配的系统和方法

说明书

本公开内容涉及与增材制造相结合的液体处理和分配系统领域。特别地，本公开内容涉及用于接收、保持和释放液体和半液体材料的温度受控单元即分配头和源井保持器、液体处理和分配系统、用于施加温度敏感液体的设备和方法。温度受控单元(1)包括至少一个珀耳帖元件(3)，每个珀耳帖元件具有相对的第一表面(4a)和第二表面(4b)。单元(1)还包括至少一个冷却元件(5)。至少一个珀耳帖元件(3)被布置成使每个相应的第一表面(4a)面向单元(1)的储存器块(2)。至少一个冷却元件(5)热连接至珀耳帖元件(3)并且被布置成传递由至少一个珀耳帖元件(3)产生的热量并将所传递的热量从至少一个珀耳帖元件(3)散发出去。

技术领域

本发明涉及与增材制造相结合的液体处理和分配系统领域。特别地，本发明涉及用于接收、保持和释放液体和半液体材料的温度受控单元，即分配头和源井保持器、液体处理和分配系统、用于施加温度敏感液体的设备和方法。

背景技术

液体处理和分配系统是负责分配受控量的流体并将其施加到期望区域上的装置、机器或装备。能够以受控方式将流体精确分配到特定点上是精密液体处理和分配系统的主要特征。

精密液体处理和分配系统可以使用气压或正排量来以受控方式分配流体。气动流体分配系统使用由空气压缩机或类似装置输出的气压并且推动活塞或类似活塞的部件，活塞或类似活塞的部件转而将桶中的流体从喷嘴推出去。另一方面，正排量液体分配系统不使用压缩空气。它们通常借助于可以由步进电机生成的机械力推动桶内的活塞。它们例如对于通常随时间改变粘度的流体以及对于分配的流体的流速和体积的精确控制是理想的。

精密液体处理和分配系统可以手动或自动操作。它们可以用在小体积且大批量的生产应用中。

精密液体处理和分配系统用在需要准确、均匀、过程受控和高生产量的可重复沉积的各种应用(例如，电子行业、汽车行业、生命科学行业)中。

精密液体处理和分配系统用在例如下述的生命科学应用中：1)低(pL至nL范围)和中等(微升范围)体积的细胞培养试剂的液体处理/分配，2)化合物配量，3)组合分配，4)滴定，以及5)分配RNA样品用于PCR分析。

在生命科学行业内的精密流体分配系统中使用的流体的示例包括细胞培养试剂，例如细胞培养基、生长因子、细胞培养成分、动物源性补充剂、非动物源性补充剂和用于3D细胞培养的水凝胶。

加热工具头或打印头(也称为加热分配头)通常用在增材制造(也称为3D打印)以及精密液体处理和分配系统中，因为加热功能可以通过将材料的温度升高到高于或接近其熔点或胶凝点使其在不堵塞喷嘴的情况下流过针、喷嘴或孔口以形成微滴和/或细丝，来实现材料的可打印性/分配。此外，非加热分配头用在液体处理和分配系统以及3D生物打印机中，以分配典型地浓度低于1％w/w的多糖水凝胶例如海藻酸盐、纤维素、黄原胶、结冷胶，以及非粘性细胞培养试剂例如带有或不带有生长因子和补充剂的细胞培养基。可以在室温(20℃至27℃)下处理和分配上述液体和水凝胶达短(数分钟内)时间段和长(数小时)时间段，而流体不会经历材料分解、聚合和/或交联，材料分解、聚合和/或交联可能会影响流体/材料/水凝胶的分配准确度和精度。

由于用于2D和3D细胞培养的许多常见水凝胶需要低于4℃的凉爽温度，以能够在短(数分钟内)时段和长(数小时)时段内处理它们(例如，将液体移液到塑料组织培养板上)而不会导致蛋白质在分配尖端聚合，蛋白质在分配尖端聚合转而影响分配的准确度和精度，因此保持分配头/储液器的温度在长时段(数小时)内稳定和准确的能力是最重要的。此外，精确控制最适于以高准确度和精度在长时间段内分配基底膜基质/水凝胶等的温度和温度范围并且同时保持无菌环境(例如，在常规尺寸的层流罩工作台内工作)提供了仍然待解决的其他挑战。因此，本领域需要成功应对上述挑战的与精密液体处理和分配系统或3D生物打印机相结合的分配头和储液器。

发明内容