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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Reinigen eines Tintenstrahlreagensaufbringungsgeräts und insbesondere auf
Geräte,
die bei der Aufbringung von Fluiden auf Substratoberflächen verwendet
werden. Insbesondere bezieht sich dieselbe auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Reinigen eines Tintenstrahldruckkopfs, der
unter anderem bei der Fertigung von DNS-Arrays verwendet wird.
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Auf
den Gebieten Chemie, Biochemie und Molekularbiologie gibt es einen
Bedarf, Fähigkeiten zum
Ausführen
großer
Anzahlen von Reaktionen unter Verwendung kleiner Mengen von Materialien
zu verbessern. Folglich gibt es ein erhebliches und wachsendes Interesse
an einem Einsetzen von Array-Technologien,
wobei die Arrays eine stets wachsende Anzahl gesonderter Merkmale
an einem relativ kleinen Substrat aufweisen.
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Gegenwärtig sind
viele Verfahren zum Herstellen von Arrays biologischer Materialien
verfügbar. Allgemein
werden DNS-Arrays
an einem festen Substrat durch eine Aufbringung ganzer DNS-Oligomere oder
komplementärer
DNS oder durch eine Synthese von DNS-Oligomeren vor Ort gefertigt.
Spezifische Verfahren zum Fertigen biologischer Arrays sind in der
internationalen Patentveröffentlichung
WO 95/35505 zusammengefasst. Diese Referenz erörtert die „Dot-Blot"-Technik, bei der ein Vakuumverteilerstück eine
Anzahl von DNS-Proben aus kreisförmigen
Mulden zu einer porösen
Membran überträgt. Zusätzlich können DNS-Sequenzen
auch durch ein Verwenden einer photolithographischen Technik, wie es
in dem US-Patent Nr. 5,445,934 an Fodor et al. erörtert ist,
und durch ein Verwenden einer Kapillarspenderabgrifftechnik, wie
es in dem US-Patent Nr. 5,807,522 an Brown et al. erörtert ist,
generiert werden. Alle diese Techniken leiden un ter inhärenten Einschränkungen,
die die Kapazität
zum genauen und zuverlässigen
Erzeugen von Arrays reduzieren.
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Arrays
können
durch eine Vielfalt von Verfahren vorbereitet werden, die bei der
Druckindustrie eingesetzt werden und die nicht unter den zuvor erwähnten Beschränkungen
leiden. Die US-Patentanmeldungen Seriennr. 09/150,504 und 09/150,507
beschreiben ein Bilden biomolekularer Arrays durch neuartige Verfahren
und automatisierte Geräte
zum Bewegen eines Druckkopfs über
einer Druckoberfläche
und zum Aufbringen der Fluidzusammensetzung an erwünschten
Positionen an der Oberfläche.
Andere Geräte,
die verwendet werden, um Lösungen
abzugeben, sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5,658,802, 5,338,688, 5,700,637,
5,474,796, 4,877,745 und 5,449,754 beschrieben. Im Wesentlichen
betrifft eine Tintenstrahldruckverarbeitung, wie dieselbe auf eine
Arrayfertigung angewandt wird, ein Zuführen einer Fluidzusammensetzung
in eine Abgabekammer eines Tintenstrahldruckkopfs und ein wiederholtes
Liefern eines Stimulus, um zu bewirken, dass die Fluidzusammensetzung
aus einer Düse oder Öffnung zu
einem Substrat hin an erwünschten Positionen
austritt, wobei so ein Array von Merkmalen an der Substratoberfläche gebildet
wird.
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Zentral
für die
Verwendung von Array-Techniken ist der Bedarf, einheitliche Merkmale
aufzubringen und eine Kreuzkontamination zu vermeiden. Sowohl nicht
einheitlich aufgebrachte Merkmale als auch eine Kreuzkontamination
können
irreführende Daten
erzeugen und dadurch eine experimentelle Integrität beeinträchtigen.
Wenn somit ein Tintenstrahldruckkopf mit unterschiedlichen Fluiden
verwendet wird, muss der Kopf nach einem Kontakt mit jedem Fluid
gründlich
gereinigt werden. Zusätzlich
ist ein Problem bei Tintenstrahldruckköpfen allgemein ein Partikelaufbau.
Partikel können
in einen Tintenstrahldruckkopf eingebracht werden, wenn ein partikelverunreinigtes
Fluid durch ein Fülltor
in einen Druckkopf zugeführt
wird, wie es in dem US-Patent Nr. 5,777,648 an Scheffelin et al.
beschrieben ist. Weil die Querschnittsfläche der Abgabeöffnung eines Druckkopfs
dazu neigt, kleiner als die Querschnittsfläche des Einfülltors zu
sein, ist es möglich,
Partikel durch das Fülltor
zu leiten, die den Druckkopf durch die Abgabeöffnung nicht verlassen können. Ein
Weg, um die Einbringung eines unerwünschten partikulären Stoffs
in den Druckkopf zu minimieren, besteht darin, ein Fluid in den
Druckkopf durch die Abgabeöffnung
des Druckkopfs zu laden. Zum Beispiel offenbaren die US-Patentanmeldungen
Seriennr. 09/150,504 und 09/150,507 die Übertragung eines Fluids in
einen Druckkopf durch die Abgabeöffnung des
Druckkopfs, wobei man sich auf eine Kapillarwirkung stützt.
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Ein
Partikelaufbau in dem Druckkopf ist ferner auf Grund der sich wiederholenden
Art einer Arrayfertigung problematisch. Wenn beispielsweise ein biologisches
Array, das tausende von Merkmalen enthält, gefertigt werden soll,
muss der Kopf hunderte Male geladen werden. Während dieses Prozesses kann
die Abgabekammer des Kopfs einem partikulären Stoff verstopft werden.
Besonders während
des Auswaschprozesses neigen Fluide dazu, an der Druckkopfdüse zu trocknen,
wobei ein Rest gelassen wird, der ursprünglich als kleine, nicht agglomerierte Partikel
in der Fluidzusammensetzung vollständig gelöst oder suspendiert war. Wenn
die Düse
mit einem Rest verstopft wird, werden eventuell Fluidtröpfchen nicht
vollständig
ausgestoßen
oder folgen nicht einer erwünschten
Bahn. Somit werden Merkmale in einer Größe und Form nicht einheitlich.
Wenn einmal ein partikulärer
Stoff innerhalb des Druckkopfs stecken bleibt, stellt ferner der
partikuläre
Stoff eine zusätzliche
Oberfläche
bereit, an der Verunreinigungsstoffe absorbiert oder gefangen werden
können,
wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Kreuzkontamination erhöht ist.
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Das
vorherrschende Verfahren zum Reinigen eines Tintenstrahldruckkopfs
oder eines „Aufbringungsgeräts" besteht darin, ein
Waschfluid durch das Aufbringungsgerät hindurch nach einem Einbringen
des Waschfluids über
das Fülltor
und aus der Abgabeöffnung
der Abgabekammer zu spülen.
Siehe beispielsweise das US-Patent Nr. 5,589,861 an Shibata. Die Öffnung der
Abgabekammer ist jedoch ziemlich klein und die kleinste Abmessung
der Öffnung
liegt typischerweise in dem Bereich von zig Mikrometern. Deshalb
ist die Flussrate des Waschfluids durch die kleine Größe der Öffnung in
dem Druckkopf begrenzt, und niedrige Flussraten begrenzen die Wirksamkeit
einer Reinigung. Wenn sich eine Flussrate in der Laminarflussbetriebsweise
befindet, wie es bei gewöhnlichen
Spülverfahren
typisch ist, beträgt
die Geschwindigkeit des Waschfluids an einer Oberfläche, an
der ein partikulärer
Stoff anhaftet, theoretisch Null. Ein Spülen kann ferner bewirken, dass ein
partikulärer
Stoff, der in dem Reservoir gelassen ist, in die Abgabekammer transportiert
wird. Zusätzlich
kann ein partikulärer
Stoff einfach zu groß sein, um
durch die Abgabeöffnung
hindurchgeleitet zu werden. Wenn derselbe einmal in dem Druckkopf
gefangen ist, kann ein partikulärer
Stoff in der Innenwand des Tintenstrahldruckkopfs infolge eines
weiteren Spülens
weiter eingebettet werden.
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Ein
anderes Reinigungsverfahren eines Druckkopfs ist durch eine Beschallung.
Eine Beschallung ist eine allgemein gut bekannte Technik bei einer
Tintenstrahldrucktechnologie. Das US-Patent Nr. 5,877,580 an Swierkowski
beispielsweise lehrt eine Beschallung als ein Teil eines Verfahrens,
um chemische Fluide von einem Kapillargerät abzugeben. Zusätzlich beschreiben
die
JP08085202 ,
JP10250060 ,
JP10250108 und
JP10250110 die Verwendung einer Beschallung
in Verbindung mit einer Tintenstrahldrucktechnologie.
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Es
ist auf dem Gebiet gut bekannt, dass eine Beschallung wirksam in
einer Desintegration eines partikulären Stoffs oder einem Verdrängen eines
partikulären
Stoffs von der inneren Oberfläche
eines Druckkopfs resultieren kann. Das US-Patent Nr. 5,574,485 an Anderson et
al. sieht beispielsweise ein Verfahren vor, bei dem ein Wandler,
der ein Reinigungsfluid an demselben aufweist, nahe einer Düse platziert wird.
Mit dem Reinigungsfluid wird ein Meniskus gebildet, derart, dass
der Meniskus den Zwischenraum zwischen dem Wandler und der Düse überbrückt. Ein
Versorgen des Wandlers mit Energie bewirkt eine Ultraschallreinigung
des Abschnitts der Düse,
der durch das Reinigungsfluid berührt wird. Zusätzlich sieht
das US-Patent Nr. 5,757,396 an Bruner ein Verfahren zum Beschallen
von Tinte tragenden Kanälen
innerhalb eines Tintenstrahldruckkopfs vor, während die Kanäle mit Tinte
ausgespült
werden. Eine Beschallung allein ist jedoch typischerweise lediglich
an Oberflächen
in Kontakt mit dem Medium wirksam, das die Schallenergie mit der
Oberfläche koppelt,
gewöhnlich
einer Flüssigkeit.
Ferner gibt es keine Garantie, dass eine Beschallung einen partikulären Stoff
desintegriert, der zu groß ist,
um durch die Druckkopföffnung
auszutreten.
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Die
US 5,923,347 beschreibt
ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Reinigen
eines Tintenstrahldruckkopfs nach einem Druckvorgang. Eine Druckquelle
wird an die Druckkopfdüsenfläche über ein
elastisches Abdichtabdeckungsbauglied angelegt. Das Druckkopfverteilerstück ist mit
einem Reservoir verbunden, das mit einem Reinigungsfluid gefüllt ist.
Das Reinigungsfluid wird in das Druckkopfinnere eingebracht. Die
Druckquelle wird für
kurze Zeitperioden aktiviert und zwingt bei einem geringen Druck
Luft in das Innere des Druckkopfs. Dies erzeugt ein Aufrühren der
Reinigungsmischung und eine Blasenbildungswirkung, die bewirkt,
dass restliche Tinte innerhalb des Druckkopfs mit dem Reinigungsfluid
gemischt und durch das Tintenverteilungsstück zurück in den Tintentank getragen
wird. Der Vorgang kann wiederholt werden, bis die ganze restliche
Tinte aus dem Druckkopfinneren ausgespült ist.
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Die
US 5,929,878 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Tintenstrahlkapillaren
durch ein Positionieren des Tintenstrahls, der gereinigt werden
soll, in dem Nahfeldstrom eines gegenüberliegenden Tintenstrahls
und ein Liefern eines mit Druck beaufschlagten Lösungsmit telstroms, um den Tintenstrahl,
der gereinigt werden soll, präzise
zu spülen.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der Tintenstrahl, der gereinigt werden soll, ferner
mit einem mit Druck beaufschlagten Reinigungsfluidvorrat versehen,
wobei beide Tintenstrahlen die entsprechenden mit Druck beaufschlagten
Lösungsmittel
in ausgewählten
Zyklen empfangen, wie es durch den Zustand der behindernden Okklusion
in dem Tintenstrahl, der gereinigt werden soll, und die Bedienperson
bestimmt ist. Die Vorrichtung und das Verfahren gestatten eine wirksame
Reinigung der feinen Kapillartintenstrahlöffnungen ohne irgendeine Anlegung irgendeines
festen oder starren Sondenelements an den Tintenstrahl und ohne
ein Eintauchen oder Umgeben des Tintenstrahls in einer Struktur,
wobei so eine wirksame Reinigung geliefert wird, während eine
mechanische Beschädigung
an dem Tintenstrahl, der gereinigt werden soll, reduziert oder eliminiert
wird.
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Folglich
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile
des Stands der Technik durch ein Schaffen eines neuen und wirksamen
Verfahrens, um einen Tintenstrahldruckkopf zu reinigen, zu überwinden.
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Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren
zu schaffen, das einem ermöglicht,
Partikel, die zu groß sind,
um eine Abgabeöffnung
eines Tintenstrahldruckkopfs zu durchlaufen, zu verdrängen und
zu entfernen.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren
zu schaffen, bei dem Partikel durch ein Rückwärtsspülen verdrängt und entfernt werden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren
zu schaffen, bei dem Partikel durch eine Beschallung verdrängt und
entfernt werden.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Verfahren
zu schaffen, bei dem der Druckkopf nach einem Reinigen mit einem
Gas getrocknet wird.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Reinigungsstation
für eine
Verwendung bei einem Ausführen
des zuvor erwähnten
Verfahrens zu schaffen.
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Zusätzliche
Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung werden zum
Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden zum Teil Fachleuten
auf dem Gebiet auf ein Untersuchen des Folgenden hin ersichtlich
oder können
durch eine Praxis der Erfindung erlernt werden.
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Bei
einem Aspekt bezieht sich dann die vorliegende Erfindung auf ein
Verfahren zum Entfernen eines Rests, der an der inneren Oberfläche eines
Tintenstrahldruckkopfs aufgebracht wurde, wobei der Tintenstrahldruckkopf
zumindest einmal mit einem Fluid geladen wurde oder zumindest einmal
ein Fluid abgegeben hat. Der Druckkopf weist eine Abgabekammer,
ein Reservoir in Fluidkommunikation mit der Abgabekammer und eine
Abgabeöffnung
zum Abgeben von Fluid aus der Abgabekammer auf. Das Verfahren betrifft
anfänglich
ein Übertragen
eines Waschfluids, das im Wesentlichen flüssig ist, durch die Abgabeöffnung hindurch
in die Abgabekammer. Das Waschfluid ist zum Entfernen irgendeines
verbleibenden Fluids oder Rests von demselben von den inneren Oberflächen des
Druckkopfs geeignet. Dann wird das Waschfluid aus dem Druckkopf
entleert. Optionale Schritte umfassen ein wesentliches Verhindern,
dass das Waschfluid durch die Abgabeöffnung hindurch aus dem Druckkopf
fließt,
nachdem das Waschfluid in den Druckkopf eingebracht wurde, ein Spülen mit
einem Spülfluid,
das dazu in der Lage ist, nach einem Entleeren des Waschfluids aus
dem Druckkopf keinen Rest zu lassen, und ein Trocknen mit einem
Gas, z. B. einem inerten Gas oder trockener sauberer Luft, nach
einem Entleeren des Wasch- oder Spülfluids aus dem Druckkopf.
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Bei
einem anderen Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
eine Reinigungsstation zum Reinigen eines Tintenstrahldruckkopfs,
der zumindest einmal ein Fluid abgegeben hat, wobei der Tintenstrahldruckkopf
ein Reservoir, ei ne Abgabekammer und eine Abgabeöffnung aufweist, wie oben. Die
Reinigungsstation weist einen Fluidtransferkanal zum Übertragen
von Fluiden oder Gasen von einer oder mehreren externen Quellen
durch ein Transfertor in einen Tintenstrahldruckkopf auf. In Gebrauch ist
der Transferkanal gegen den Druckkopf platziert, so dass das Transfertor
und die Abgabeöffnung
des Druckkopfs sich in Fluidkommunikation befinden, wobei eine Übertragung
von Fluiden oder Gasen von der Reinigungsstation durch die Abgabeöffnung hindurch
in die Abgabekammer ermöglicht
ist. Die Reinigungsstation weist ferner einen Waschfluidbehälter zum
Halten des Waschfluids, das im Wesentlichen flüssig ist, einen optionalen
Spülfluidbehälter zum Halten
des Spülfluids
und einen optionalen Gasbehälter
zum Halten des inerten Gases oder trockener sauberer Luft auf, die
jeweils zu einer Fluidkommunikation mit dem Fluidtransferkanal in
der Lage sind. Ferner weist die Reinigungsstation eine Vakuumpumpe
auf, die an dem Tintenstrahldruckkopf angebracht sein kann, zum
Reduzieren eines Drucks innerhalb des Druckkopfs, derart, dass ein
Fluid durch das Transfertor und die Abgabeöffnung des Druckkopfs hindurch
in den Druckkopf gezogen wird. Ein Abdichtmaterial, das den Umfang
des Transfertors umgibt, ist vorgesehen, um eine Vakuumabdichtung um
die Abgabeöffnung
herum zu bilden. Optional weist die Reinigungsstation ferner eine
Einrichtung zum Beschallen des Waschfluids auf.
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Alternativ
kann die Reinigungsstation einen Waschfluidhalter (zum Beispiel
ein gesättigtes
Kapillarmedium, wie beispielsweise einen Schwamm, oder einen offenen
Behälter)
verwenden, der positioniert sein kann, derart, dass ein Waschfluid,
das in demselben gehalten ist, sich in Kommunikation mit der Abgabekammer
durch die Abgabeöffnung
hindurch befindet (wie beispielsweise dadurch, dass sich dasselbe
direkt in Kontakt mit der Öffnung
befindet). Das Positionieren kann beispielsweise durch einen geeigneten
Transporter erzielt werden, der den Druckkopf, den Fluidhalter oder
beide bewegt. Ein Drucksteuersystem ist vorgesehen, um eine Druckdifferenz über die
Abgabekammer und die Öffnung zu
erzeugen, derart, dass ein Waschfluid in Kommunikation mit der Öffnung durch
die Abgabeöffnung hindurch
in die Abgabekammer übertragen
wird. Das Drucksteuersystem kann eine Überdruckquelle, die auf das
Waschfluid wirkt, und/oder eine Unterdruckquelle umfassen, die auf
die Abgabekammer wirkt (von denen eine Quelle beispielsweise eine
Pumpe sein kann).
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Bei
noch einem anderen Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf eine Reinigungsstation wie oben, mit der Ausnahme, dass die
Vakuumpumpe mit einer Einrichtung ersetzt ist, um Fluide oder Gase
durch die Abgabeöffnung
hindurch in die Abgabekammer zu injizieren.
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Bei
einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
eine Reinigungsstation wie oben, wobei die Reinigungsstation ferner
ein flexibles Kapillarmedium aufweist, das bei einem Präsentieren unterstützt oder
das Waschfluid zu dem Druckkopf fördert.
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Besonders,
wenn der Fluidbehälter
ein Polymer (wie beispielsweise ein Polynukleotid) oder einen Polymervorläufer (wie
beispielsweise eine Nukleosid-Verbindung, die eine Einheit von Polynukleotiden,
die an einem Substrat synthetisiert ist, aus den Nukleosid-Verbindungen
bildet) enthält,
können
die gleichen Verfahren verwendet werden, wobei aber ein Waschfluid
von der externen Quelle durch die Abgabeöffnung und die Abgabekammer
(zum Beispiel von der Abgabeöffnung
in die Kammer oder von der Kammer durch die Öffnung hindurch) in irgendeine Richtung
in eine Abfallleitung oder einen Abfallbehälter übertragen wird. Wie zuvor kann
das Waschfluid beschallt werden, während sich das Waschfluid in Kontakt
mit einer Oberfläche
des Druckkopfs befindet, wo ein Reinigen erwünscht ist. Optional kann ein derartiges
Verfahren zusätzlich
ein Verwenden des Druckkopfs umfassen, um Tröpfchen des Polymers oder Monomers
abzugeben, um zumindest einen Abschnitt eines Arrays (wie beispielsweise eines
Polynukleotid-Arrays) vor der Waschfluidübertragung und Reinigung zu
bilden.
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Die
Erfindung ist unten mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen detailliert
beschrieben:
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1 stellt
schematisch einen Tintenstrahldruckkopf dar, der ein Reservoir,
eine Abgabekammer und eine Abgabeöffnung aufweist.
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2 stellt
schematisch einen Tintenstrahldruckkopf in Kombination mit einer
Reinigungsstation der Erfindung dar.
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3 stellt
schematisch die Verwendung eines flexiblen Kapillarmediums dar,
um bei einem Präsentieren
oder Fördern
eines Fluids zu der Abgabeöffnung
eines Druckkopfs zu unterstützen.
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Bevor
die Erfindung detailliert beschrieben wird, ist anzumerken, dass
die Singularformen „ein", „eine" und „der, die,
das", wie in dieser
Beschreibung und den beigefügten
Ansprüchen
verwendet, Pluralbezüge
umfassen, wenn es der Kontext nicht deutlich anderweitig vorgibt.
Somit umfasst beispielsweise eine Bezugnahme auf „ein Fluid" mehr als ein Fluid, umfasst
eine Bezugnahme auf „ein
Lösungsmittel" eine Mischung von
Lösungsmitteln
und dergleichen.
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Bei
einem Beschreiben und Beanspruchen der vorliegenden Erfindung wird
die folgende Terminologie gemäß den unten
dargelegten Definitionen verwendet.
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Die
Begriffe „reinigen" und „Reinigung" beziehen sich auf
ein Entfernen eines partikulären Stoffs
oder eines anderen Rests von den inneren Oberflächen eines Tintenstrahldruckkopfs,
beispielsweise durch eine chemische oder mechanische Einrichtung.
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Der
Begriff „Fluid" beschreibt, wie
hierin verwendet, einen Stoff, der im Wesentlichen flüssig ist. Fluide
können
minimal, partiell oder vollständig
gelöste
Feststoffe enthalten. Beispiele von Fluiden umfassen ohne Einschränkung deionisiertes
Wasser, Salzwasser, Alkohole, andere organische Lösungsmittel
und dergleichen.
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Der
Begriff „Fluidkommunikation" bezieht sich auf
einen Zustand, bei dem ein Fluid von einem Element zu einem anderen
fließen
kann. Zum Beispiel werden zwei abgedichtete Kammern mit einer gemeinsamen
Wand „in
Fluidkommunikation" gebracht,
wenn eine Apertur in der gemeinsamen Wand vorgesehen ist, um zu
ermöglichen,
dass ein Fluid von einer Kammer zu der anderen fließt. Zwei
Röhren
mit offenem Ende, die durch ein Ventil verbunden sind, befinden
sich in Fluidkommunikation, wenn das Ventil geöffnet ist.
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Die
Begriffe „injizieren" und „Injektion" werden hierin verwendet,
um sich auf eine Druckbeaufschlagung eines Fluids zu beziehen, um
den Richtungsfluss desselben zu bewirken. Eine Injektion impliziert
nicht zwangsläufig
eine physische Penetration eines Objekts. Zum Beispiel impliziert
eine Spritze, die Wasser durch die Spitze derselben hindurch in
eine Kammer injiziert, nicht zwangsläufig, dass die Spitze der Spritze
in die Grenzen der Kammer eindringt.
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Die
Begriffe „Partikel" oder „partikulärer Rest" werden verwendet,
um sich auf Feststoffe, stark viskose Flüssigkeiten, Reste und Agglomerationen
derselben innerhalb eines Tintenstrahldruckkopfs zu beziehen, die
eine ordnungsgemäße Abgabefunktion
behindern können.
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Der
Begriff „Polynukleotide" umfasst sowohl natürlich auftretende
Polynukleotide als auch Polynukleotide, bei denen die herkömmliche
Hauptkette ganz oder zum Teil mit einer nicht natürlich auftretenden
oder synthetischen Hauptkette ersetzt wurde, und diese, bei denen
eine oder mehrere der herkömmlichen
Basen mit einer synthetischen Base ersetzt wurden, die zum Teilnehmen
an Wasserstoffbindungswechselwirkungen vom Watson-Crick-Typ in der
Lage ist. Polynukleotide umfassen dann Verbindungen, die synthetisch
hergestellt sind (zum Beispiel PNA, wie es in dem US-Patent Nr.
5,948,902 und Referenzen beschrieben ist, die in demselben zitiert
sind), die auf eine sequenzspezifische Weise analog zu dieser von
natürlich
auftretenden Polynukleotiden hybridisieren können. Polynukleotide umfassen
ein- oder mehrsträngige
Konfigurationen, ungeachtet der Quelle, wobei einer oder mehrere
der Stränge
vollständig
miteinander ausgerichtet sein können
oder nicht. Während
Sonden und Zielobjekte, wie es eventuell hierin beschrieben ist,
typischerweise einsträngig
sind, ist dies nicht wesentlich. Ein „Nukleotid" bezieht sich auf eine Untereinheit
eines Polynukleotids und weist eine Phosphatgruppe, einen Zucker
mit Kohlenstoffatomen und eine Stickstoff enthaltende Basis, sowie
Analoge derartiger Untereinheiten auf. Ein Oligomer (wie beispielsweise
ein Oligonukleotid) bezieht sich allgemein auf ein Polymer von etwa
10 bis 100 Monomereinheiten (wie beispielsweise Nukleotiden) Länge, während ein „Polymer" (wie beispielsweise
ein Polynukleotid) ein Multimer umfasst, das irgendeine Anzahl von
Monomereinheiten aufweist. Polynukleotide, die hierin beschrieben
sind, wie beispielsweise cDNS, weisen typischerweise zwischen 100
und 10000 Monomereinheiten auf. Beispiele von Oligomeren und Polymeren umfassen
Polydesoxyribonukleotide, Polyribonukleotide, Polypeptide, Polysaccharide
und andere chemische Entitäten,
die sich wiederholende Einheiten ähnlicher chemischer Struktur
enthalten.
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Die
Begriffe „beschallen" und „Beschallung" beziehen sich auf
ein Schwingen oder ein Einbringen von Schwingungen in einem Objekt
bei Ultraschallfrequenzen. Ultraschallfrequenzen betragen allgemein
zumindest etwa 20 kHz und liegen genauer gesagt in dem Bereich von
näherungsweise
40 kHz bis 200 kHz. Eine Beschallung eines Objekts kann durch ein
Anlegen einer direkten mechanischen Handlung an einem Objekt oder
durch ein Koppeln des Objekts mit Ultraschallwellen mit einem Kopplungsmedium erreicht
werden, typischerweise einem Fluid.
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Der
Begriff „oberflächenaktives
Mittel" wird hierin
verwendet, um eine Verbindung zu beschreiben, die zum Reduzieren
der Oberflächenenergie
bei der Grenzfläche
zwischen einer festen Oberfläche und
einem Fluid, typischerweise einer Flüssigkeit, in der Lage ist,
um einen höheren
Grad einer Benetzung der Oberfläche
durch das Fluid zu liefern. Hierin verwendete oberflächenaktive
Mittel umfassen anionische, kationische, nichtionische und amphoterische
oberflächenaktive
Mittel.
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Die
vorliegende Erfindung ist allgemein gesagt auf ein Verfahren zum
Reinigen eines Tintenstrahlaufbringungsgeräts, d. h. eines Tintenstrahldruckkopfs,
unter Verwendung einer „Rückwärtsspül"-Technik gerichtet.
Ungleich gewöhnlichen „Vorwärtsspül"-Verfahren, bei denen
das Waschfluid aus einem Druckkopf durch die Abgabeöffnung desselben
gespült
wird, setzt die vorliegende Erfindung einen „Rückwärtsspül"-Prozess ein, bei dem das Waschfluid
anfänglich
in die Abgabeöffnung
des Druckkopfs eintritt. Die vorliegende Erfindung unterscheidet
sich ferner von gewöhnlichen
Vorwärtsspülprozessen
dahingehend, dass bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung im Wesentlichen verhindert ist, dass das Waschfluid den
Druckkopf durch die Abgabeöffnung
verlässt, und
die Wirksamkeit des Rückwärtsspülprozesses zum
Reinigen des Tintenstrahldruckkopfs durch eine Beschallung verstärkt wird.
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Die
Erfindung wird nun hierin detailliert mit Bezug auf die Figuren
beschrieben. 1 ist eine vereinfachte schematische
Darstellung eines Tintenstrahldruckkopfs 10, der ein Reservoir 12 zum
Halten eines Fluidvorrats aufweist. Das Reservoir 12 kann eine
einzige Kammer aufweisen, wie es in 1 dargestellt
ist, oder dasselbe kann mehrere Kammern zum Halten einer Mehrzahl
von Fluiden aufweisen. Das Reservoir 12 steht in Fluidkommunikation
mit einer Abgabekammer 14, die innerhalb des Druckkopfs angeordnet
ist. Wie es gezeigt ist, ist die Abgabekammer 14 auch ein
Teil des Reservoirs 12. Alternativ kann die Abgabekammer 14 physisch
von dem Reservoir 12 getrennt sein, aber in einem derartigen Fall
wäre eine
Einrichtung zum Sicherstellen einer Fluidkommunikation zwischen
den beiden erforderlich. Zusätzlich
weist der Druckkopf 10 eine Abgabeöffnung 16 in Fluidkommunikation
mit der Abgabekammer 14 auf. Typischerweise ist ein Fülltor 18 in Fluidkommunikation
mit dem Reservoir 12 vorgesehen, und in Gebrauch wird typischerweise
ein Probenfluid durch das Fülltor 18 in
das Reservoir 12 geladen. Abhängig von dem Entwurf des Druckkopfs 10 und
den Eigenschaften des Fluids, das abgegeben werden soll, kann jedoch
ein Fluid auch durch die Abgabeöffnung 16 in
das Reservoir 12 geladen werden. Wenn der Druckkopf 10 in
Betrieb ist, fließt
das Fluid aus dem Reservoir 12 in die Abgabekammer 14,
wo eine Energie an das Fluid angelegt wird. Die Energie kann in
einer Vielfalt von Weisen angelegt werden, wie beispielsweise durch
eine piezoelektrische oder thermische Einrichtung. Folglich wird
ein Fluid aus der Abgabekammer 14 durch die Abgabeöffnung 16 hindurch
ausgestoßen.
Der Entwurf typischer Tintenstrahldruckköpfe richtet die Abgabeöffnung 14 gegenüber einem
Substrat 20 aus, derart, dass das Fluid, das abgegeben
werden soll, auf das Substrat 20 ausgestoßen wird.
Wenn sich der Druckkopf 10 einmal in Betrieb befand, d.
h. das Fluid zumindest einmal durch die Abgabeöffnung 16 hindurch
geladen oder abgefeuert wurde, hat das Fluid die inneren Oberflächen des
Reservoirs 12, der Abgabekammer 14 und der Abgabeöffnung 16 benetzt.
Der Druckkopf 10 muss deshalb gereinigt werden, um mit
einem unterschiedlichen Fluid ohne eine Kreuzkontamination verwendet
zu werden.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, weist das typische Fülltor 18 einen
viel größeren Durchmesser
als die kleinste Abmessung der typischen Abgabeöffnung 16 auf. Typische
Abgabeöffnungsgrößen für Tintenstrahldruckköpfe liegen
in der Größenordnung von
zig Mikrometern, während
Fülltore
tausende Mikrometer groß oder
größer sein
können.
Somit können
Partikel, die größer als
die Abgabeöffnung 16 sind,
in den Druckkopf 10 durch das Fülltor 18 hindurch
eingebracht werden. Die Abgabeöffnung 16 wiederum
kann als ein Filter für
das austretende Fluid wirken, durch ein Zurückhalten von Partikeln, Agglomeraten,
Unreinheiten oder anderen Feststoffen in dem Tintenstrahldruckkopf 10.
Wenn ein Partikel innerhalb der Abgabeöffnung 16 stecken
bleibt, unterliegt das Partikel Kräften, die aus dem Fluss von
Fluid von einem weiteren Betrieb des Druckkopfs 10 resultieren.
Falls das Fluid eine Lösung
ist, in der Feststoffe gelöst
sind, kann das Partikel zusätzlich
nukleieren und größenmäßig anwachsen,
wenn eine Flüssigkeit von
der Abgabeöffnung 16 verdampft.
Eine Verdampfung kann bei beinahe allen Arten von Druckköpfen auftreten,
aber ist eventuell besonders bei thermischen Thermotintenstrahldruckköpfen unter
bestimmten Bedingungen problematisch. Somit ist es möglich, dass
ein gefangenes Partikel innerhalb der Abgabeöffnung 16 oder der
Abgabekammer 14 eng festgeklemmt und eingebettet wird.
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Während die
vorliegende Erfindung verwendet werden kann, um Tintenstrahldruckköpfe zu reinigen,
die lediglich eine Abgabeöffnung
aufweisen, kann die Erfindung auch eingesetzt werden, um andere
Typen von Druckköpfen
zu reinigen. Zum Beispiel können
Druckköpfe
mehr als eine Öffnung
oder Abgabekammer aufweisen, wobei die Öffnungen an einer gemeinsamen
Oberfläche
angeordnet sein können.
Die Anwendbarkeit der Erfindung auf derartige alternative Druckkopfkonfigurationen
ist einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet angesichts der folgenden
Beschreibung der Erfindung bezüglich eines
Tintenstrahldruckkopfs mit einer einzigen Abgabeöffnung ersichtlich.
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Um
den Druckkopf 10 zu reinigen und dadurch eingebettete Partikel
zu entfernen, kann eine Reinigungsstation 100 verwendet
werden, wie es in 2 gezeigt ist. Eine Reinigungsstation 100 der vorliegenden
Erfindung weist einen Transferkanal 105 zum Übertragen
von Fluiden von einer oder mehreren externen Quellen durch ein Transfertor 110 in den
Tintenstrahldruckkopf 10 auf. In Gebrauch ist der Transferkanal 105 gegen
den Druckkopf 10 platziert, so dass das Transfertor 110 und
die Abgabeöffnung 16 des
Druckkopfs 10 in Fluidkommunikation stehen, wobei eine Übertragung
von Fluid von der Reinigungsstation 100 in die Abgabekammer 14 durch
die Abgabeöffnung 16 hindurch
ermöglicht
ist. Das Transfertor 110 weist ein Abdichtmaterial 111 um
den Umfang desselben herum an demselben auf, das zum Bilden eines
Vakuums oder eines anderen Typs einer Abdichtung oder Dichtung um
die Abgabeöffnung 16 herum
in der Lage ist. Das Abdichtmaterial 111 kann eine Vielfalt
von Materialien aufweisen, einschließlich, aber nicht begrenzt
auf natürliche
und synthetische Gummis, wie beispielsweise Poly(Styren-Butadien-Gummi),
Poly(Butadien), Poly(Ethylen-Propylen), Silikonelastomere, Polyurethane
und dergleichen. Zusätzlich
ist ein Waschfluidbehälter 120 zum
Halten eines Waschfluids 121 vorgesehen, der zu einer Fluidkommunikation
mit dem Transfertor 110 in der Lage ist.
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2 zeigt
eine Version einer Reinigungsstation der vorliegenden Erfindung.
In 2 ist eine Reinigungsstation 100 mit
drei Behältern
oder Quellen von Fluiden gezeigt, einem Waschfluidbehälter 120,
einem Spülfluidbehälter 130 und
einem Gasbehälter 140.
Jeder dieser drei Behälter
ist durch den Fluidtransferkanal 105 hindurch durch ein
getrenntes Ventil mit dem Transfertor 110 verbunden. Diese Ventile
können
irgendeine Anzahl von Typen sein, einschließlich ohne Einschränkung Kugel-,
Gatter- und So1enoid-Ventile. Die Vorgabeposition für alle drei
Ventile ist geschlossen. Während
eines Betriebs der Reinigungsstation werden die Ventile gesteuert, derart,
dass keine zwei Ventile zur gleichen Zeit geöffnet sind. Elektronische Einrichtungen
(wie gezeigt) sind eine bevorzugte Einrichtung, um eine auswählbare Steuerung
dieser Ventile zu liefern. Somit befindet sich höchstens lediglich ein Behälter zu
einer Zeit in Fluidkommunikation mit dem Fluidtransferkanal 105.
Ferner kann die Reinigungsstation 100 in Kombination mit
einer Vakuumeinrichtung 150 verwendet werden, um ein Vakuum
zu erzeugen oder den Druck innerhalb des Druckkopfs 10 zu
reduzieren, wie beispielsweise ein Hausvakuum oder eine Vakuumpumpe.
Verfahren und Einrichtungen zum Erzeugen eines Vakuums oder Reduzieren
des Drucks innerhalb des Druckkopfs 10 sind Durchschnittsfachleuten
auf dem Gebiet ohne weiteres ersichtlich. Zahlreiche Vakuumtechnologien
und zugeordnete Literatur sind breit und im Handel erhältlich.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Vakuum im Allgemeinen an
das Reservoir 16 angelegt, d. h. ein Hausvakuum oder eine
Vakuumpumpe ist mit dem Fülltor 18 des
Tintenstrahldruckkopfs 10 verbunden, um den Druck innerhalb
des Tintenstrahldruckkopfs 10 zu reduzieren. Ein Abfallsammelgefäß 151 kann
vorgesehen sein, um die Stoffe zu sammeln, die aus dem Druckkopf durch
die Vakuumeinrichtung 150 gezogen werden.
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In
Betrieb ist das Transfertor 110 gegen den Tintenstrahldruckkopf 10 platziert,
derart, dass der Fluidtransferkanal 105 sich von der Abgabeöffnung 16 erstreckt.
Wie es in 2 gezeigt ist, umgibt das Abdichtmaterial 111 die
Abgabeöffnung 16,
um eine Barriere zu bilden, die zum Halten eines Vakuums geeignet
ist. Zusätzlich
ist der Waschfluidbehälter 120 mit
einem Waschfluid 121 gefüllt und wird in einer Weise
eingesetzt, derart, dass das Waschfluid 121 durch das Transfertor 110 hindurch
fließen
kann. Wie es in 2 gezeigt ist, ist eine Fluidkommunikation
zwischen dem Waschfluidbehälter 120 und
dem Transfertor 110 erreicht, wenn ein Waschfluidventil 122 zwischen
dem Waschfluidbehälter 120 und
dem Transfertor 110 geöffnet
ist. Wenn ein Vakuum innerhalb des Druckkopfs 110 erzeugt
ist, wird das Waschfluid 121 aus dem Waschfluidbehälter 120 durch
das Waschfluidventil 122, das Transfertor 110 und
die Abgabeöffnung 16 hindurch
in die Abgabekammer 14 des Druckkopfs 10 gezogen.
Der Fluss des Waschfluids 121 neigt dazu, einen partikulären Stoff,
der an der inneren Oberfläche
des Druckkopfs 10 anhaftet, sowie diese, die in der Abgabeöffnung 16 gefangen sind,
zu verdrängen
und zu suspendieren.
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Wenn
das Waschfluid 121 einmal in dem Druckkopf 10 eingebracht
ist, ist es erwünscht,
zu verhindern, dass das Waschfluid 121 später durch die
Abgabeöffnung 16 aus
dem Tintenstrahldruckkopf 10 herausfließt, da restliche Partikel in
dem Waschfluid 121 suspendiert sein können und die Partikel erneut
in der Abgabeöffnung 16 stecken
bleiben können.
Dies kann durch ein Sicherstellen vorgenommen werden, dass das Vakuum
in Eingriff bleibt und dass keine Nettokraft in die Abgaberichtung
an das Waschfluid 121 angelegt wird. Alternativ kann ein Waschfluid 121 gewählt sein,
derart, dass Kapillarkräfte
eingesetzt werden, um zu verhindern, dass das Waschfluid 121 durch
dieselbe hindurch austritt. Das Waschfluid 121 sollte aus
dem Druckkopf 10 entleert werden, ohne zu ermöglichen,
dass ein wesentlicher teil des Waschfluids 121 wieder durch
die Abgabeöffnung 16 hindurch
fließt.
Vorzugsweise wird nicht mehr als ein Minderheitsteil des Waschfluids
durch die Abgabeöffnung
hindurch entfernt. Bevorzugter wird nicht mehr als etwa 20 Volumenprozent
des Waschfluids durch die Abgabeöffnung
hindurch entfernt. Noch bevorzugter wird nicht mehr als etwa 10 Volumenprozent
des Waschfluids durch die Abgabeöffnung
hindurch entfernt.
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In
bestimmten Fällen
kann ein Probenfluid, das durch einen Druckkopf aufgebracht werden
soll, durch die Abgabeöffnung
des Druckkopfs hindurch in den Druckkopf geladen werden. Siehe beispielsweise
die US-Patentanmeldungen Seriennr. 09/150,504 und 09/150,507. In
einem derartigen Fall können
Vakuumeinrichtungen eingesetzt werden, um das Probenfluid in den
Druckkopf zu ziehen. Derartige Vakuumeinrichtungen können auch
verwendet werden, um ein Wasch- oder Spülfluid zum Reinigen der inneren
Oberflächen
des Druckkopfs zu ziehen. Weil jedoch ein Laden und Reinigen häufig unterschiedliche Flussraten
erfordert, kann ein Proportionalventil, das zwischen der Vakuumeinrichtung
und dem Druckkopf angeordnet ist, verwendet werden, um die Flussrate des
Fluids zu regeln, das in den Druckkopf gezogen wird. Gewöhnlich wird
das Probenfluid mit einer langsameren Rate in den Druckkopf geladen
als der Rate, mit der ein Wasch- oder Spülfluid zu Reinigungszwecken
in den Druckkopf gezogen wird.
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Wenn
ein partikulärer
Stoff stark an inneren Oberflächen 13 des
Druckkopfs 10 haftet oder dicht innerhalb der Abgabeöffnung 16 steckt,
kann eine Beschallung zusätzlich
zu einer Rückwärtsspülung erwünscht sein,
wie es oben beschrieben ist. Eine Beschallung ist eine gut bekannte
Technik und viele kommerzielle Ultraschallgeräte sind verfügbar und können an
die vorliegende Erfindung angepasst werden. Eine Beschallung kann
an den Druckkopf 10 durch eine direkte mechanische Handlung
oder vorzugsweise durch ein Verwenden des Waschfluids 121 als
einem Kopplungsmedium angelegt werden. Während das Waschfluid 121 sich
in Kontakt mit den erwünschten
Oberflächen
zum Reinigen befindet, wird das Waschfluid 121 durch einen
Ultraschallwandler 115 beschallt. Die Position des Ultraschallwandlers 115 ist
nicht entscheidend und derselbe kann überall platziert sein, wo derselbe
wirksam ist, um eine Kavitation an den Oberflächen, die gereinigt werden
sollen, zu bewirken und den partikulären Rest zu verdrängen, der
an denselben haftet. Eine Beschallung sollte für eine ausreichende Zeitperiode angewandt
werden, um sicherzustellen, dass kein partikulärer Stoff innerhalb des Druckkopfs
stecken bleibt. Typischerweise sollte eine Beschallung etwa eine
Sekunde lang oder weniger angewandt werden, um einen partikulären Stoff
zu verdrängen,
falls erwünscht
länger.
Wenn ein partikulärer
Stoff einmal verdrängt
ist, wird derselbe durch das Waschfluid 121 suspendiert
und mit dem Waschfluid aus dem Druckkopf 10 gespült. Der
Druckkopf 10 kann jederzeit beschallt werden, während ein
Waschfluid sich in Kontakt mit den Oberflächen befindet, die beschallt werden
sollen, vor, während
oder nach einem Rückwärtsspülen. Eine
Beschallung kann zusätzlich
die Entfernung nicht fester Stoffe, wie beispielsweise eines restlichen
Fluids, durch ein Verbessern von Gesamtreinigungsdynamiken verbessern.
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Optional
kann zusätzlich
ein Rückwärtsflussschwammberührungsverfahren
eingesetzt werden, um ein Wasch- oder Spülfluid der Abgabeöffnung zu präsentieren
oder zu derselben zu fördern. 3 zeigt
ein Kapillarmedium 112, das innerhalb eines Transfertors 110 angeordnet
ist, das sich in Fluidkommunikation mit einem Fluidtransferkanal 105 befindet.
Ein Ultraschallwandler 115 ist innerhalb des Fluidtransferkanals 105 positioniert.
In Betrieb präsentiert
das Kapillarmedium 112 das Waschfluid dem Druckkopf, wobei
ermöglicht
ist, dass derselbe das Fluid in den Druckkopf zieht. Typische Kapillarmedien
sind ausreichend weich oder flexibel, derart, dass ein Kontakt mit
der Abgabeöffnung
nicht in einer Beschädigung
resultiert. Zusätzlich
muss ein Kapillarmedium benetzbar sein und eine ausreichend große Oberflächenfläche aufweisen,
an der eine Dochtwirkung von Fluiden auftreten kann. Wenn das Wasch- oder
Spülfluid
ein wässriges
Fluid ist, sollte das Medium ausreichend hydrophile Eigenschaften
aufweisen, um als ein Schwamm zu wirken, um das Wasch- oder Spülfluid zu
halten. Derartige Materialien sind allgemein auf dem Gebiet bekannt.
Zusätzlich
sollte das Material eine ausreichende mechanische Integrität aufweisen,
derart, dass wenig oder vorzugsweise kein zusätzlicher partikulärer Stoff
in den Reinigungsprozess eingebracht wird, d. h. das Medium sollte nicht
abstoßen.
Das flexible Kapillarmedium kann in einer Vielfalt von Formen sein,
die poröse
Kissen, Borsten, Webbing, Stoff und Gewebe umfasst, aber ist nicht
darauf begrenzt. Das Medium 112 kann ferner die Schallenergie,
die durch den Ultraschallwandler 115 erzeugt wird, zu dem
Druckkopf 10 koppeln helfen. Wenn ein flexibles Kapillarmedium
eingesetzt wird, ist für
die Reinigungsstation nicht zwangsläufig eine Abdichtung erforderlich.
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Es
ist zu betonen, dass es nicht zwangsläufig möglich ist, das Problem eines
Partikelaufbaus durch ein Versuchen zu eliminieren, einen partikulären Stoff aus
dem Fluid, das aufgebracht werden soll, zu eliminieren. Erstens
wird sehr wenig Fluid verwendet, um Merkmale bei der Bildung eines Arrays
aufzubringen; typischerweise liegt das Anfangsvolumen in dem Reservoir
in dem Bereich von Mikrolitern, und jedes Merkmal benötigt lediglich
zig oder hunderte von Pikolitern an Fluid. Eine Filtration ist bei
einem derartigen kleinen Volumen eventuell nicht praktisch. Zweitens
kann das Fluid, wenn der Druckkopf verwendet wird, um biochemische
Mittel aufzubringen, Biomoleküle
enthalten, wie beispielsweise Oligonukleotide, Polynukleotide, Oligopeptide,
Polypeptide, Proteine oder andere bioorganische oder organische
Materialien, typischerweise in einem gepufferten wässrigen Fluid,
das anionische und kationische Spezies enthält, wie beispielsweise Natrium,
Kalium, Lithium, Kalzium, Magnesium, Zink, Nitrate, Sulfate, Phosphate,
Citrate, Bromide, Chloride, Fluoride und dergleichen. Wenn Wasser
aus einer derartigen Lösung verdampft,
können
Salze und andere Kristalle aus dem Fluid ausfallen, wodurch ein
partikulärer
Stoff innerhalb des Druckkopfs abgeschieden wird. Drittens können der
Druckkopf, Fluidleitungen, Luft, Ventile und alle anderen Teile
des Systems Verunreinigungsquellen sein. In anderen Worten ausgedrückt, selbst falls
ein partikulärer
Stoff aus dem Fluid eliminiert werden kann, bevor das Fluid in den
Druckkopf geladen wird, kann sich immer noch ein partikulärer Stoff innerhalb
des Druckkopfs bilden.
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Mit
dem obigen Verständnis
des Problems eines Partikelaufbaus ist es offensichtlich, dass das bevorzugte
Waschfluid eine Flüssigkeit
aufweist, die alle festen Materialien aus dem Fluid auflöst, das
in dem Druckkopf 10 bleibt. Ein Rest wird gelöst, wenn der
Rest einen ähnlichen
Löslichkeitsparameter
wie das Lösungsmittel
aufweist. Zum Beispiel weist ein Protein typischerweise einen ähnlichen
Löslichkeitsparameter
wie ein anderes Protein auf, und somit löst typischerweise ein Protein
ein anderes Protein. Auf ähnliche
Weise neigt ein Kohlenwasserstoff dazu, einen anderen Kohlenwasserstoff
zu lösen. Weil
ionische Spezies, wie beispielsweise Salzniederschläge, von
stark polarer Beschaffenheit sind, muss ein polares Lösungsmittel
ausgewählt werden, um
ionische Fluidreste zu lösen.
Lösungsmittel,
die eine ausreichende Polarität
aufweisen, um ionische Spezies zu lösen, die typischerweise bei
Fluiden eingesetzt werden, die bei einer Fertigung von Nukleinsäure-Arrays
verwendet werden, umfassen Wasser, Alkohole, Ketone, Dimethylsulfoxid,
Dimethylformamid und dergleichen. Wenn das Fluid eine Mischung von
polaren und nichtpolaren Komponenten enthält, kann ein Alkohol ein geeignetes
Waschfluid sein. Allgemein ist irgendein Alkohol geeignet, der eine
Hydroxylgruppe aufweist, die an einen verzweigten oder unverzweigten
gesättigten
Kohlenwasserstoff angehängt
ist, der bei Zimmertemperatur eine Flüssigkeit ist. Insbesondere
sind niedrigere Alkohole, wie beispielsweise Methanol, Ethanol,
Isopropanol und dergleichen, optionale Waschfluide.
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Das
bevorzugte Waschfluid weist Wasser auf. Weil Wasser eine Komponente
von vielen Biomoleküle
enthaltenden Fluiden ist, reduziert ein Verwenden von Wasser als
einem Waschfluid die Wahrscheinlichkeit einer Verunreinigung, sollte
irgendein Waschfluid nach einer Reinigung in dem Druckkopf verbleiben.
Zusätzlich
weist Wasser hervorragende Eigenschaften als ein Lösungsmittel
auf, um Salzreste aufzulösen,
die sich typischerweise in einem Druckkopf während einer typischen Fertigung
eines biochemischen Arrays ansammeln. Ferner ist Wasser in hoher
Reinheit zu geringen Kosten erhältlich, zusätzlich dazu,
dass dasselbe sicherer und umweltakzeptabler als entflammbare organische
Lösungsmittel
ist. Optional kann das Waschfluid auch ein oberflächenaktives
Mittel und/oder eine organische Komponente enthalten, um Wasser
an Oberflächen koppeln
zu helfen, die nicht ohne weiteres durch Wasser benetzt werden.
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Falls
nach dem anfänglichen
Waschschritt ein Spülschritt
erwünscht
ist, ist ein Spülfluidbehälter 130 zum
Halten eines Spülfluids 131 vorgesehen,
der zu einer Fluidkommunikation mit dem Transfertor 110 in
der Lage ist, wie es in 2 gezeigt ist. Zuerst sollte
eine Fluidkommunikation zwischen dem Waschfluidbehälter 120 und
dem Transfertor 110 vor dem Spülen enden. Somit sollte das
Waschfluidventil 122 geschlossen werden. Dann wird der
Spülfluidbehälter 130,
der mit einem Spülfluid 131 gefüllt ist,
in einer Weise eingesetzt, derart, dass der Spülfluidbehälter 130 fluidmäßig mit
dem Transfertor 110 kommuniziert. Somit wird das Spülfluidventil 132,
das zwischen dem Spülfluidbehälter 130 und
dem Transfertor 110 angeordnet ist, geöffnet. Das Vakuum, das innerhalb
des Druckkopfs 10 erzeugt ist, zieht das Spülfluid 131 aus
dem Spülfluidbehälter 130 durch das
Transfertor 110 und die Abgabeöffnung 16 hindurch
in die Abgabekammer 14 des Druckkopfs 10. Dann
sollte das Spülfluid 131 aus
dem Druckkopf 10 entleert werden. Während kein partikulärer Stoff
in dem Druckkopf 10 verbleiben sollte, nachdem das Waschfluid 121 aus
dem Druckkopf entleert wurde, kann man sich ferner durch ein Sicherstellen,
dass das Spülfluid 131 nicht
durch die Abgabeöffnung 16 aus
dem Druckkopf austritt, gegen eine Wiedereinbringung eines partikulären Stoffs
in die Abgabeöffnung 16 schützen. Dies
kann unter Verwendung der gleichen Verfahren geschehen, wie es oben
zum Verhindern beschrieben ist, dass das Waschfluid durch die Abgabeöffnung aus
dem Druckkopf herausfließt, d.
h. durch ein Sicherstellen, dass das Vakuum in Eingriff bleibt und
dass keine Nettokraft in die Abgaberichtung an das Spülfluid 121 angelegt
wird, oder durch ein Einsetzen eines Spülfluids 121, derart, dass
Kapillarkräfte
eine Kraft auf das Spülfluid
ausüben
und dadurch verhindern, dass das Waschfluid 121 durch dieselbe
hindurch austritt.
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Das
Spülfluid
ist ausgewählt,
derart, dass dasselbe in der Lage ist, irgendeinen verbleibenden Waschfluidrest
in dem Druckkopf zu entfernen. Zusätzlich sollte das Spülfluid selbst
keinen Rest innerhalb des Druckkopfs nach einem Trocknen lassen. Somit
sind Fluide, die Feststoffe, gelöst
oder nicht gelöst,
und Flüssigkeiten
enthalten, die nicht flüchtig sind,
im Allgemeinen für
ein Spülen
ungeeignet. Beispiele geeigneter Spülfluide umfassen, aber sind nicht
begrenzt auf reines deionisiertes Wasser, reine Alkohole und Mischungen
derselben. Das bevorzugte Spülfluid
kann ferner andere inerte Flüssigkeiten enthalten,
die ohne einen Rest so einfach wie oder einfacher als Wasser verdampfen.
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Nach
einem Waschen oder Spülen
umfasst die vorliegende Erfindung optional einen Trocknungsschritt,
um alle unerwünschten
Fluide aus dem Druckkopf zu entfernen. Es gibt zumindest drei Verfahren,
um den Druckkopf zu trocknen. Bei einem wird Wärme angelegt, um ein jegliches
restliches Fluid zu entfernen, durch ein Verwenden gewöhnlicher strahlender
Energiequellen wie beispielsweise Wärmelampen, Öfen oder sogar dem Druckkopf
selbst, falls der Druckkopf zum Erzeugen von Wärmeenergie in der Lage ist.
Bei einem anderen wird durch ein Platzieren des Druckkopfs in einer
Vakuumkammer ein Vakuum an den Druckkopf angelegt. Das bevorzugte
Verfahren besteht darin, nasse Oberflächen innerhalb des Druckkopfs
einem Fluss eines Gases auszusetzen, entweder einem inerten Gas
oder sauberer trockener Luft. Bei diesem Verfahren ist ein Gasbehälter zum
Halten eines Gases, das zum Trocknen des Druckkopfs geeignet ist,
vorgesehen. Das Gas kann jedoch von irgendeiner Anzahl von Quellen
sein. Mit Bezug auf 2 sollten nach einem Waschen
und/oder Spülen
alle Ventile außer
dem Gasventil 142 geschlossen sein, das zwischen dem Gasbehälter 140 und
dem Transfertor 110 angeordnet ist. Dies kann durch rechnergestützte Steuerungen
erzielt werden. Somit kommuniziert von den drei Behältern, die
in 2 gezeigt sind, lediglich der Gasbehälter fluidmäßig mit
dem Fluidtransferkanal 105. Das Vakuum innerhalb des Druckkopfs 10 und/oder
der Druck von dem Gasbehälter
zieht das Gas 141 aus dem Gasbehälter 140 durch den
Transferkanal 105, das Transfertor 110 und die
Abgabeöffnung 16 hindurch
in die Abgabekammer 14 des Druckkopfs 10. Dann
wird das Gas 141, das entweder ein inertes Gas oder trockene
saubere Luft ist, über
die inneren Oberflächen 13 des
Tintenstrahldruckkopfs 10 geleitet, die durch das Waschfluid 121 berührt wurden,
um die Oberflächen
zu trocknen. Geeignete inerte Gase umfassen ohne Einschränkung Stickstoff,
Argon, Helium, gasförmige
perfluorierte Alkane und Ether, gasförmige Fluorchlorkohlenwasserstoffe
und dergleichen. Das bevorzugte inerte Gas ist Stickstoff. Alternativ
kann das Gas durch das Fülltor eines
Druckkopfs eingebracht werden, um die inneren Oberflächen des
Druckkopfs (nicht gezeigt) zu trocknen. In einem derartigen Fall
würde ein
Durchschnittsfachmann den Aufbau der Reinigungsstation entsprechend
einstellen.
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Bei
dem oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel macht die vorliegende
Erfindung Gebrauch von einem Hausvakuum oder einer Pumpe, die das
Waschfluid, und optional das Spülfluid
und ein Gas, durch die Abgabeöffnung
des Druckkopfs hindurch ziehen kann. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
umfasst die Erfindung nicht zwangsläufig ein Vakuum. Anstelle dessen
ist eine Einrichtung zum Injizieren eines Fluids in den Druckkopf
durch die Abgabeöffnung
des Druckkopfs hindurch vorgesehen. Die Einrichtung zum Injizieren von
Fluid kann ein Gerät
aufweisen, das so einfach wie ein Kolben ist, bis hin zu einem,
das so komplex wie ein Kompressor ist, um ein Fluid mit Druck zu
beaufschlagen und in die Abgabeöffnung
zu injizieren. Weil Kompressoren einen Überdruck anlegen, um Fluide
durch die Abgabeöffnung
hindurch in den Druckkopf zu zwingen, ist eine Abdichtung bevorzugt,
um ein Fluidlecken zu verhindern. Eine Vakuumabdichtung wird nicht
zwangsläufig
benötigt, wenn
kein Vakuum eingesetzt wird. Alternativ kann eine Einrichtung zum Übertragen
von Fluid sowohl ein Vakuum als auch einen Überdruck aufweisen, um die
Flussrate des Fluids zu verbessern.
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Variationen
der vorliegenden Erfindung sind Durchschnittsfachleuten auf dem
Gebiet ersichtlich. Zum Beispiel kann Wärme an den Tintenstrahldruckkopf
oder das Waschfluid angelegt werden, um eine Reinigungseffizienz
zu erhöhen.
Zusätzlich
kann die bevorzugte elektronische Einrichtung, wie es oben erörtert ist,
die als ein Teil der Reinigungsstation enthalten sein kann, um eine
auswählbare
Steuerung von Ventilen zu liefern, für andere Zwecke angepasst werden.