CN117884202A - 液体处理装置和中空柱塞的用途 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个示例方面，提供了一种基于空气置换原理的液体处理装置，包括：空腔，其包含第一腔室和第二腔室；和柱塞，其可在空腔内移动，以在空腔内施加真空或压力，其中第一腔室被配置为提供第一定量体积范围，其中，第二腔室与第一腔室一起被配置为提供第二定量体积范围，第二定量体积范围大于第一定量体积范围，其中，第一腔室和第二腔室通过可封闭流体连接器连通，流体连接器由柱塞提供。

Description

液体处理装置和中空柱塞的用途

技术领域

本发明涉及根据空气置换原理运行的液体处理装置。

背景技术

排气式移液器包括圆筒形空腔和布置成可在空腔内移动的柱塞。柱塞可由使用者手动或由马达自动驱动。当柱塞在圆筒内向上运动时，液体被吸入连接在圆筒或其下开口端的吸头。当柱塞向下运动时，液体被推出吸头。

在传统的排气式移液器中，可用于吸液和分液的定量体积范围由移液器的圆筒和柱塞的尺寸决定，尤其是圆筒和柱塞的直径和长度以及柱塞行程长度。通常情况下，只有一个体积范围可供选择，且不可改变(如扩大或缩小)。在体积范围内，可以通过调整柱塞行程长度(即柱塞移动距离)来选择特定移液动作所需的定量体积。当行程长度设置为最短值时，可使用体积范围内的最小体积。反之亦然，当行程长度设置为最长值时，可使用体积范围内的最大定量体积。

一般来说，大容量移液器在使用其体积范围的下半部分体积时，精度会受到限制。因此，必须规定最小定量体积。

还有一种定量空气活塞移液器，其活塞行程长度无法调整。这种移液器不提供任何体积范围，只提供固定的定量体积。

本发明旨在解决已知的排气式移液器中存在的至少一些问题。

发明内容

本发明由独立权利要求的特征所限定。从属权利要求中限定了一些具体的实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种基于空气置换原理的液体处理装置，包括空腔，其包含第一腔室和第二腔室；可在空腔内移动的柱塞，其用于在空腔内施加真空或压力，其中第一腔室被配置为提供第一定量体积范围，其中第二腔室与第一腔室一起被配置为提供第二定量体积范围，第二定量体积范围大于第一定量体积范围，其中第一腔室和第二腔室通过可封闭流体连接器连通，流体连接器由柱塞提供。

根据本发明的第二个方面，提供了一种液体处理装置，包括空腔，其包含第一腔室和第二腔室，第一腔室具有第一体积，第二腔室具有大于第一体积的第二体积；柱塞，其被配置为在空腔内移动，以在空腔内施加真空或压力，从而将液体经由连接至空腔的下开口端的吸头吸入或进行分配，其中第一腔室和第二腔室通过可封闭流体连接器连通。

根据本发明的第三个方面，提供了一种中空柱塞在排气式液体处理装置中的用途，柱塞被配置为在空腔中可移动，且柱塞作为空腔的两部分之间的流体连接器，其中流体连接器被配置为可关闭，以减小液体处理装置的体积范围。

第一方面或第二方面或第三方面的各种实施例可包括以下列表中的一个或多个特征：

·第一定量体积范围或第一定量体积被配置为在流体连接器关闭时可供使用。

·第二定量体积范围或第二定量体积被配置为在流体连接器打开时可供使用。

·空腔由第一腔室和第二腔室组成。

·空腔包括一个开放的下端，用于容纳接收液体的吸头，如一次性吸头，例如一次性塑料吸头。

·第一腔室大致呈圆筒状。

·第二腔室大致呈圆筒状。

·第二腔室的直径大于第一腔室的直径。

·柱塞与空腔的内表面之间形成密封，通常地与两个腔室的内表面之间形成密封。

·柱塞通过围绕柱塞的圆周布置的凸缘与第二腔室的内表面之间形成密封。

·柱塞至少有一部分长度是中空的。

·柱塞的整个长度是中空的。

·中空部或中空柱塞提供第一腔室和第二腔室之间的可封闭流体连接器，或至少提供该可封闭流体连接器的一部分。

·从柱塞下端向上的柱塞的长度的至少一部分、优选为整个长度，是中空的。

·流体连接器包括从柱塞下端延伸至柱塞侧壁开口的通道，因此柱塞优选地至少在其长度的相应部分是中空的。

·液体处理装置包括闭合机构，其配置用于打开和关闭可封闭流体连接器，特别是打开和关闭柱塞侧壁上的开口。

·闭合机构包括位于柱塞的中空部内的杆或棒。

·杆可在中空部内移动，通常是沿垂直方向移动，以打开和关闭流体连接器，特别是打开和关闭开口。

·杆可在中空部内绕其垂直轴线移动，以打开或关闭流体连接器，特别是打开或关闭开口。

·闭合机构由电动马达，如电磁铁马达驱动。

·液体处理装置是排气式移液器。

·液体处理装置是一种具有固定柱塞行程长度的排气式移液器。

·液体处理装置是一种其活塞行程长度可调的排气式移液器。

·液体处理装置是手持移液器，优选为手持排气式移液器。

·液体处理装置是自动液体处理站。

·液体处理装置是单通道或多通道液体处理装置。

·流体连接器由柱塞提供。

本发明的优点

本发明提供了一种简便的方法，在一个移液器中可以有两种可供选择的、特别是不同的体积范围。

本发明尤其适用于手动手持移液器，因为其实施方式节省空间。在不影响移液器外部尺寸的情况下，可提供两种体积范围。

此外，由于本发明的移液器为用户提供了两种体积范围，因此可以用完全不同的分液体积执行多个移液步骤。这样就可以避免在分液过程中从使用一个移液器转向使用另一个具有不同体积范围的移液器。

附图说明

图1至图4示出了根据本发明一个实施例的液体吸入和分配头或移液器；和

图5和图6示出了根据本发明一个实施例的柱塞和杆。

具体实施方式

定义

在本文中，术语“液体处理装置”通常包括配置为吸出和分配液体的装置，其剂量通常小于20mL。

在本文中，术语“移液器”通常包括手持式液体分配装置，例如机械移液器或电子移液器。也可以指自动液体处理机器人或工作站中的移液头。

在本文中，术语“流体”通常指空气。

在本文中，“柱塞”与“活塞”同义。

在本文中，“柱塞行程长度”与“柱塞移动长度”和“柱塞移动距离”同义。

在本文中，“通过流体连接器连接”通常是指通过用于传导流体(如空气)的通道连接。“流体连接”通常指空气连接或压力通道。

本发明优选涉及排气式移液器或分配器，其中的柱塞可在空腔内移动，以便在空腔内施加真空或压力，从而将液体吸入或分配到连接到空腔下开口端的吸头中。

在本文中，术语“体积范围”通常是指移液器的定量体积范围，即通过柱塞在空腔内移动柱塞行程距离而被移液器吸入和分配的液体体积的范围，定量体积范围是可调的。

本发明的一些实施例可适用于具有可调节柱塞行程长度的排气式移液器。通过调节，可以获得不同定量体积。

本发明的一些实施例可适用于具有固定柱塞行程长度的排气式移液器。

据观察，在柱塞行程长度可调的移液器中，可通过本新型腔室结构为单个移液器或液体处理装置提供备选的定量体积范围。

还注意到，对于具有固定柱塞行程长度的移液器，可通过本新型腔室结构为单个移液器或液体处理装置提供备选的固定定量体积。

一个实施例提供了一种基于空气置换原理的液体处理装置，该装置包括空腔和柱塞，该空腔包括第一腔室和第二腔室，该柱塞可在空腔内移动，以在空腔内施加真空或压力。柱塞的运动通常会置换空腔内的空气，并将液体吸入或分配到连接在空腔一端的吸头。空腔的一端是空腔的下开口端。

空腔通常包括或由两个独立的部分组成，每个部分都有自己的体积或空气容纳能力。这两个部分可以连接起来以形成单一的组合体积。

第一腔室被配置为提供第一定量体积范围，例如单独使用时，无需与第二腔室进行任何空气连接。

第二腔室通常不单独使用，而是与第一腔室组合或一起使用，使得它们各自的体积形成单一一体的体积。该组合体积提供第二定量体积范围，该范围大于第一定量体积范围。

在每个体积范围内，用户可以通过调节柱塞行程长度，以常规方式设置特定移液动作所需的定量体积。

第一腔室和第二腔室通常通过一个可封闭流体连接器连接。在使用移液器进行移液操作时，优选地在需要时打开或关闭流体连接器，以便从较小的体积范围切换到较大的体积范围，反之亦然。因此，可以将吸头更换为大容量吸头，或相应更换为小容量吸头。

在一些实施例中，流体连接器是通过柱塞提供的。例如，穿过柱塞长度至少一部分的可封闭通道可作为可封闭的流体连接器。

在一些实施例中，流体连接器包括可封闭的软管或管道。

在一个实施例中，第一定量体积范围被配置为在流体连接器处于关闭状态时使用。

当第一腔室和第二腔室之间的流体连接器关闭时，优选地在凸缘上方设置用于将空气从第二腔室上部导出的通道。当流体连接器处于打开状态且第二腔室处于使用状态时，用于从凸缘上方将空气从第二腔室上部引出的通道处于关闭状态。

在一个实施例中，第二定量体积范围被配置为在流体连接器打开时可供使用。

在一个实施例中，空腔包括开放的下端，用于容纳接收液体的吸头，例如一次性塑料吸头。

优选地，第一腔室和第二腔室呈圆筒状。它们也可以具有任何其他合适的形状，例如，为了符合液体处理装置的外部尺寸，如液体处理装置主体的形状。

在一些实施例中，第二腔室的直径大于第一腔室的直径。第二腔室的高度可小于第一腔室的高度。

优选地，第一腔室的高度等于或大于柱塞行程长度。

优选地，第二腔室的高度等于或大于柱塞行程长度。

柱塞通常与空腔的内表面之间形成密封，该密封通常位于沿空腔高度的确定位置处。

柱塞可通过围绕柱塞的圆周布置的凸缘与第二腔室的内表面形成密封，例如在凸缘的外缘与第二腔室的内表面之间提供密封件。

在一个实施方案中，柱塞的至少一部分长度是中空的，中空部通常在第一腔室和第二腔室之间或至少其中一部分之间提供可封闭的流体连接器。

柱塞长度的一部分，例如从下端向上至少10％，例如至少20％，例如至少30％，例如至少40％，例如至少80％，可以是中空的。

整个柱塞可以是中空的。

在一个实施例中，流体连接器包括从柱塞下端延伸至柱塞侧壁开口的通道，因此柱塞至少在其长度的相应部分是中空的。

液体处理装置可包括一个闭合机构，其配置用于打开和关闭可封闭的流体连接器，特别是打开和关闭柱塞侧壁上的开口。

例如，闭合机构可包括位于柱塞中空部内的杆或棒，其中杆可在中空部内移动，以打开和关闭流体连接器。

闭合机构优选由电动马达驱动，例如电磁铁马达。闭合机构也可以通过分别向上或向下移动杆手动驱动。

液体处理装置可以是手持式移液器，最好是手持排气式移液器。

液体处理装置可以是自动液体处理机器人或工作站。

液体处理装置可以是单通道装置，也可以是多通道装置。

在一些实施例中，本发明提供了在空气置换液体处理装置中使用中空柱塞的方法，以作为柱塞被配置为可移动的空腔两部分之间的流体连接。通常情况下，流体连接被配置为可关闭，以减小液体处理装置的定量范围。

在一个实施例中，至少提供两个体积范围，例如至少三个体积范围。在一个优选的实施例中，提供正好两个体积范围。

体积范围可以重叠，或不重叠。

在下文中，将说明正好有两个体积范围的实施例，如第一体积范围和第二体积范围。

通常情况下，两个体积范围的最大值都不超过10000μL。

在一个实施例中，两个体积范围的最大值分别为1000μL和5000μL，或例如100μL和1000μL，或例如30μL和300μL，或例如20μL和200μL，或例如10μL和200μL，或例如10μL和100μL。

在一个实施例中，体积范围可以具有相同或大致相同的最小体积。例如，提供的体积范围可以是1-100μm和1-1000μm。

在一个实施例中，体积范围可以具有相同或大致相同的最大体积。例如，提供的体积范围可以是10-1000μm和1-1000μm。

图1至图4示出了根据本发明一个实施例的液体吸入和分配头或移液器。提供了两种可供选择的液体定量体积范围。图1至图4包含类似的部件，并使用相同的附图标记。

移液器包括可在空腔内移动的柱塞11。当柱塞向上移动时，液体被吸入连接在移液管的开口下端12的吸头。图中未示出吸头。当柱塞向下移动时，液体从吸头排出。移液器通过空气置换原理发挥作用。因此，柱塞和液体之间没有直接接触。

在图1和图2中，柱塞11位于其最下端位置。在图3和图4中，柱塞11位于升高位置。

在图1和图3中，使用了较小的体积范围。在图2和图4中，使用了较大的体积范围。

移液器通过具有两部分的空腔提供了两个可供选择的体积范围，两部分的空腔包括两个腔室，两个腔室可以通过流体连接器连通。通常情况下，可以通过关闭流体连接器将两个腔室断开。

第一腔室13由空腔的下部形成，对应较小的体积范围。空腔的下部呈圆筒状。第一腔由空腔下部的内壁和柱塞限定。

第二腔室14由空腔的上部形成，其与第一腔室一起用于提供更大的体积范围。空腔的上部也呈圆筒形，但其直径大于空腔的下部。空腔的下部和上部可分别称为下圆筒和上圆筒。在此，术语“上”和“下”指的是在移液器的一般使用过程中的位置，例如在吸液或分液过程中的位置。

柱塞11与空腔内壁之间形成密封，尤其是与下圆筒和上圆筒的内壁间密封。

图中显示了柱塞11和下圆筒13的内表面之间的密封件15。

此外，柱塞还包括位于圆周的凸缘16。凸缘16和上圆筒14的内壁之间具有密封件17。第二腔室由空腔的上部的内壁和凸缘限定。

在本实施例中，两个腔室之间的通道18是通过使柱塞11呈中空来实现的。柱塞的中空部与上圆筒的内部通过柱塞侧壁上的开口19进行流体连接(空气连接)。

在本实施例中，柱塞的位于下圆筒和上圆筒的内部的整个长度都是中空的。

闭合机构包括杆20，其位于柱塞中空内部的上部，并可在中空柱塞内上下移动。杆的下端21与柱塞的内壁之间密封。当需要较大或较小的体积范围时，杆可打开或关闭开口19，随之打开或关闭通道18。当杆在柱塞内向下移动，经过开口并位于开口下方时，其关闭腔室之间的连接。当杆在柱塞内向上移动，经过开口并位于开口上方时，腔室之间经由中空柱塞和开口的流体连接恢复或打开。

因此，在本实施例中，较小的腔室通过柱塞原理起作用，而较大的腔室则通过圆筒原理起作用。

“柱塞原理”指的是置换空气的体积由空腔内柱塞的体积决定的配置。

“圆筒原理”，是指置换空气的体积由圆筒本身的体积决定的配置。

因此，在这两种配置中，分配精度分别取决于柱塞的尺寸精度和圆筒的尺寸精度。

或者，闭合机构可包括杆20，该杆20位于中空柱塞11内，并可绕其垂直轴线移动。换句话说，杆20可以在中空柱塞11内绕其垂直轴线旋转。杆20具有圆形横截面，且具有从杆的下端21向杆的上端22延伸的第一切口或倒角，以及从杆的上端22向杆的下端21延伸的第二切口或倒角。第一切口或倒角可以相对于第二切口或倒角位于杆的横截面的对侧。当杆20位于柱塞11内时，第一切口或倒角和第二切口或倒角分别在杆20和柱塞11之间形成第一柱塞腔23和第二柱塞腔24。第二柱塞腔24的体积可以大于第一柱塞腔23的体积，反之亦然。当杆20在柱塞11内绕其垂直轴线移动时，第一柱塞腔23或第二柱塞腔24可以相对于开口19旋转。因此，杆20可用于打开和关闭开口19。

图5和图6示出了柱塞11和杆20，杆20可在柱塞11内绕其垂直轴线运动。

图5示出了当第一柱塞腔23与开口19流体连接且通道向杆的下端21敞开时，杆20的位置。此时使用了较大的体积范围。

图6示出了当第二柱塞腔24与开口19流体连接且通道向杆的上端22敞开时，杆20的位置。此时使用了较小的体积范围。

应当理解的是，所公开的本发明的实施例并不局限于本文所公开的特定结构、工艺步骤或材料，而是扩展到相关技术领域的普通技术人员所认识到的等同物。还应理解的是，本文所使用的术语仅用于描述特定的实施例，并不具有限制性。

本说明书中提及的“一个实施例”或“一实施例”是指与实施例相关的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书各处出现的短语“一个实施例”或“一实施例”不一定都指同一个实施例。

本文中使用的多个项目、结构元素、组成元素和/或材料可以在通用列表中列出，以方便使用。然而，这些列表应被理解为列表中的每个成员都被单独标识为一个独立且独特的成员。因此，在没有相反说明的情况下，因此，该列表中的任何单个成员不应仅仅基于其在共同组中的呈现而被解释为同一列表中的任何其他成员的事实上的等同物。此外，本文还提到了本发明的各种实施方案和示例，以及其各组成部分的替代方案。应当理解，这些实施例、示例和替代方案不应被理解为彼此事实上的等同物，而应被视为本发明的独立自主的表述。

此外，所述特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。在以下描述中，提供了许多具体细节，如长度、宽度、形状等示例，以提供对本发明实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员会认识到，本发明可以在没有一个或多个具体细节的情况下实施，也可以使用其他方法、组件、材料等来实施。在其他情况下，为了避免掩盖本发明的各个方面，本发明没有详细显示或描述公知的结构、材料或操作。

虽然上述例子在一个或多个特定应用中说明了本发明的原理，但对于本领域的普通技术人员来说，显然可以在形式、用途和实施细节上做出许多修改，而无需发挥创造力，也不会偏离本发明的原理和概念。因此，除了所附权利要求书之外，本发明并不旨在受到限制。

本文中使用的动词“包括”和“包含”是开放式的限制，既不排除也不要求存在未被引用的特征。除非另有明确说明，否则权利要求中叙述的特征可以相互自由组合。此外，应当理解的是，本文中使用“一个”或“一种”，即单数形式，并不排除复数形式。

工业实用性

本发明在工业上至少适用于机械或电子手持移液器以及自动液体分配机器人。

附图标记列表

11 柱塞

12 移液管开放下端

13 第一腔室

14 第二腔室

15 密封件

16 凸缘

17 密封件

18 通道

19 开口

20 杆

21 杆下端

22 杆上端

23 第一柱塞腔

24 第二柱塞腔

Claims (18)

1.一种液体处理装置，其基于空气置换原理，其特征在于，包含：

空腔，其包含第一腔室和第二腔室；以及

柱塞，其可在所述空腔内移动以在所述空腔内施加真空或压力；

其中，所述第一腔室被配置为提供第一定量体积范围或第一定量体积；

其中，所述第二腔室与所述第一腔室一起被配置为提供第二定量体积范围或第二定量体积，所述第二定量体积范围或所述第二定量体积分别大于所述第一定量体积范围或所述第一定量体积；

其中，所述第一腔室和所述第二腔室通过可封闭流体连接器连通；并且

其中，所述流体连接器由所述柱塞提供。

2.根据权利要求1所述的液体处理装置，其特征在于，所述第一定量体积范围或所述第一定量体积被配置为在所述流体连接器关闭时可供使用。

3.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述第二定量体积范围或所述第二定量体积被配置为在所述流体连接器打开时可供使用。

4.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述第一腔室和所述第二腔室呈圆筒状。

5.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述第二腔室的直径大于所述第一腔室的直径。

6.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述柱塞与所述空腔的内表面之间形成密封，通常地与两个腔室的内表面之间形成密封。

7.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述柱塞通过围绕所述柱塞的圆周布置的凸缘与所述第二腔室的内表面之间形成密封。

8.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述柱塞的至少一部分长度是中空的，中空部提供所述第一腔室和所述第二腔室之间的所述可封闭流体连接器，或至少提供所述可封闭流体连接器的一部分。

9.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，从所述柱塞的下端向上的所述柱塞的所述长度的至少一部分，优选为所述柱塞的整个长度，是中空的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述流体连接器包括位于所述柱塞内从所述柱塞的下端延伸至所述柱塞的侧壁上的开口的通道，因此所述柱塞至少在其长度的相应部分是中空的。

11.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，包含闭合机构，所述闭合机构配置用于打开和关闭所述可封闭流体连接器，特别是打开和关闭所述柱塞的所述侧壁上的所述开口。

12.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述闭合机构包括位于所述柱塞的所述中空部内的杆，其中所述杆可在所述中空部内上下移动，以打开和关闭所述流体连接器。

13.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述闭合机构由电动马达，如电磁铁马达驱动。

14.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述液体处理装置是手持移液器，优选为手持排气式移液器。

15.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述液体处理装置是自动液体处理站。

16.根据前述权利要求中任一项所述的液体处理装置，其特征在于，所述液体处理装置是单通道或多通道液体处理装置。

17.中空柱塞在排气式液体处理装置中的用途，其特征在于，所述柱塞配置为在空腔中可移动，所述柱塞在所述空腔的两部分之间作为流体连接器，其中所述流体连接器被配置为可关闭，以减小所述液体处理装置的定量体积范围或定量体积。

18.一种液体处理装置，其特征在于，包含：

空腔，其包含第一腔室和第二腔室，所述第一腔室具有第一体积，所述第二腔室具有大于所述第一体积的第二体积；和

柱塞，其被配置为在所述空腔内移动，以在所述空腔内施加真空或压力，从而将液体经由连接在所述空腔的下开口端的吸头吸入或进行分配；

其中，所述第一腔室和所述第二腔室通过可封闭流体连接器连通。