CN101548182A - 用于流体连接的针接口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耦接系统，该耦接系统可特别地适用于使带有样品腔室的消耗构件与实验室仪器建立接口连接以处理样品流体。该耦接系统包括集成到消耗构件内的阴接口模块(10)，该消耗构件具有带预制通道(12a)的弹性密封构件(12)。此外，其包括集成到仪器内的阳接口模块(20)且包括固定于轴套(22)的第一部段(22a)中的中空针(23)，其中所述针(23)的柔性自由端部分地由轴套的第二部段(22b)包围，该轴套的第二部段(22b)限制该针的横向移动。在密封构件(12)中的通道直径优选地小于该针(23)的直径(d)，从而提供气密连接和自行清洁效果。

Description

用于流体连接的针接口

技术领域

本发明涉及用于在两个构件，特别是仪器与消耗品之间建立流体连接的阴接口模块和兼容的阳接口模块。此外，本发明还涉及包括这种接口模块的消耗构件和仪器。

背景技术

当必须处理流体样品时，能够在两个不同构件之间建立流体连接的接口模块特别地被使用于实验室环境中。US 5 339 701在这个方面公开了在采样器单元与气相色谱仪之间的针接口，其中，这些仪器中的一个仪器包括由隔膜覆盖的孔，而另一个仪器包括锥形中空针。当在仪器之间建立流体连接时针刺穿隔膜。

发明内容

基于这个背景，本发明的目的在于提供一种替代的针接口，其特别地适于实验室环境，其中很多样品载体需要以最小的操纵努力耦接到仪器。

通过根据权利要求1所述的阴接口模块，通过根据权利要求5所述的阳接口模块，通过根据权利要求9所述的耦接系统，通过根据权利要求10所述的消耗构件和通过根据权利要求11所述的仪器来实现这个目的。在从属权利要求中公开了优选实施例。

根据本发明的阴接口模块用于接纳针且包括带有预制通道的弹性密封构件，针能够通过该预制密封通道从密封构件的外侧推到密封构件的内侧。预制通道在原则上可具有任何截面，但圆形截面通常是优选的。预制通道的截面可精确地对应于要接纳的针的截面；但优选地，通道的截面小于相关联的针的截面(圆形截面的直径可例如小于圆柱形针的直径)。在这种情况下，如果针被推入，通道被拓宽，从而提供针在通道内的紧密密封。当不包含针时，预制通道的截面直径甚至可为零，即，通道可简单地为通过密封构件材料的切口或穿孔而无需移除这些材料。

所描述的阴接口具有以下优点：由于针可遵循预制通道且不得通过材料切割其自己的路径，减小了使针通过密封构件而推入所必须的力。这使得使用者的操纵较为容易并减轻了对于针的可靠性要求。此外，针可具有钝的末端，这减小了伤害使用者的风险。

在阴接口模块的优选实施例中，密封构件在其通道的径向具有比在通道的轴向更高的柔度。因此，密封构件可比较容易地遵循针在预制通道中的横向移动，同时其在轴向具有刚性。如果针通过通道推入，那么密封构件在轴向将不会向压力屈服而是保持其位置，从而有助于针的前进。

根据本发明的另一实施例，阴接口模块的密封构件包括套筒，其中预制通道安置于(即，紧邻)套筒的一端。所述套筒的内径优选地大于针的外径以允许针自由通过。套筒可视情况向密封构件的内侧突出。如果在密封构件的内侧存在超压气体或液体，其将包围套筒并将它按压在通道中的针上。因此套筒具有自行密封效果。

阴接口模块还可视情况在密封构件的外侧上包括漏斗形引导元件。引导元件提供大直径入口用于截获针的末端并将其引导到预制通道的相对较小入口。因此，引导元件使连接过程容易并有助于避免针穿入的麻烦。

本发明还涉及包括中空针和轴套的阳接口模块，其中：

-针的第一部段牢固地嵌入于轴套的第一部段中；以及

-针包括自由端，该自由端在轴向部分地被轴套的第二部段包围且在径向是柔性的(所述轴向和径向的定义相对于所述针的轴线确定)；此外，在针与轴套的第二部段之间存在中间空间。

这种接口模块的一个优点在于针牢固地安装于轴套中且其自由端(部分地)受到所述轴套保护。而且，如果针必须通过孔推入，例如通过上文所述类型的阴接口模块中的预制通道，那么针的径向或横向柔顺性是有利的。如果针并不精确地与该孔对准并以自行对准的方式找到其路线，在这种情况下，那么针可能会弯曲。此外，针的横向柔度减小了伤害的风险。

在前述阳接口模块的优选设计中，针的径向移动由轴套的第二部段限制到针弹性变形的范围。这表明部分地包围针自由端的轴套的第二部段用作针径向移动的挡止件。因此其防止了可能会造成塑性变形的针的过度弯曲。可利用针和轴套的适当尺寸来实现所需要的效果。因此，例如，优选地，针的自由端的长度L大于针的直径(外径)至少二十倍，即L≥20·d。因此，针的相对较长的部分自轴套的第一部段自由地突出，从而提供较高的横向柔度。但应当指出的是，横向柔度可替代地或额外地通过使用柔性轴套和/或通过以柔性的方式承载轴套来实现。

针的自由端的末端优选地为钝的，即，不具有任何尖锐边缘或尖端。这种钝的末端减小了伤害使用者的风险且使得在针的不使用状态(例如废弃)用帽进行针的特定保护。

根据本发明的另一发展，阳接口模块包括管连接器，管连接器与针的内部流体连通且管可连接到该管连接器上(从定义可以看出)。管连接器可例如直接固定或集成到承载针的轴套上。

本发明还涉及包括上述类型模块(即，阴接口模块和阳接口模块)的耦接系统，，其中阴接口模块具有包括预制通道的弹性密封构件且该阳接口模块包括位于具有横向柔性自由端的轴套中的中空针。此外，在阴接口模块中的预制通道的直径(内径)应小于针在阳接口模块中的针的外径，从而将针引入到预制通道内时保证了针的紧密密封且还提供针外部的自行清洁效果。应当指出的是，如果通道和/或针不具有圆形截面，它们的“直径”将被适当地定义为(例如)在截面周边上的两个点之间的最大距离和/或具有与该截面相同面积的圆的直径。

本发明还涉及包括样品腔室和上文所提到类型的阴接口模块的消耗构件，在样品腔室中可设有样品流体。消耗构件可(例如)在实验室程序中用于研究生物流体(血液、唾液等)。由于其接口模块的特定设计，这种消耗构件可在针的帮助下易于接触。

本发明还涉及用于在外部样品腔室中处理样品的仪器，所述仪器包括上文所述类型的阳接口模块。仪器可有利地与前述消耗构件组合地使用，因为在阴接口模块中的预制通道和阳接口模块的中空针的横向柔性允许这两个构件之间的容易耦接。

参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其它方面将显然并被阐明。这些实施例将借助于附图以举例说明的方式描述。

附图说明

唯一的附图1示出通过根据本发明的耦接系统的所截取的截面，该耦接系统包括带有阴接口模块的消耗构件和带有阳接口模块的仪器。

具体实施方式

虽然根据本发明的耦接系统将在下文中关于在实验室环境中的特定应用来描述，其在原则上也可用于多种其它应用，例如，用于其它工业生产机器。在附图中所示的耦接系统包括阴接口模块10和阳接口模块20。阴接口模块10集成到消耗构件11内，消耗构件11仅在附图中部分地绘制，因为其特定设计与本发明无关。同样，阳接口模块20集成到仪器内，在附图中仅表示出了自该仪器的框架21。

消耗构件通常为用于执行一次测试的一次性产品，而仪器具备所有必要器械来执行该测试。在测试期间，设于消耗品中的流体通常必须被混合、加热、冷却和运输。这些流体自消耗品的一个部分到另一个部分的运输可通过(例如)加压空气来实现。为了向消耗品施加由仪器产生的压力，消耗品和仪器必须配备空气接口。而且，可利用该仪器测量压力累积来验证流体运输。为了进行良好验证，因此需要前述空气接口是气密的，在仪器与消耗构件之间的已知气密接口中，使用针来刺穿封闭的膜或隔膜。这种方法的一个缺点在于针必须尖锐，因而需要被屏蔽以防止造成伤害的风险。另一缺点在于，对于横向移动而言，膜或隔膜相对较有刚性，同时其必须经受住刺穿它所需的力。

在附图中所示的耦接系统提供改进的气密接口，其避免了前述问题。这个系统的阳接口模块20包括中空针23，中空针23置于轴套22中使得针23的第一短部段(此处为针的下端)固定于轴套的第一部段22a中，而针23的较长的剩余“自由端”在横向自由移动。自由端部分地(优选地超过其轴向延伸部分L的50％)被轴套22的第二部段22b包围。这个第二部段22b的内径D大于针的外径使得在针的周围形成环形间隙。针23的端部自轴套22自由突出。

在轴套22中的针23的固定点距针23的自由末端尽可能地远。在所示实例中针23的“自由端”的长度L大于针23的外径超过30倍。这确保了针23在横向是柔性的。此外，轴套22的第二部段22b的内径经选择使得在刚好导致针的不可逆塑性变形之前阻止针的横向移动。在部段22b的上端，针不可向任一侧移动超过距离(D/2-d/2)。

针23的外部优选地具有平滑表面，而针23的末端是钝的，且其边缘被去毛刺以确保针23顺利进入到阴接口模块内并减小伤害风险。

针23(例如)被胶合或压制到轴套22的第一部段22a上以在轴套22与针23之间进行气密连接且将针23固定于轴套22内。而且，轴套22具备管接口24，管接口24使得能连接管(未图示)用于与针23的内部交换流体。轴套的典型材料为不锈钢或塑料。

耦接系统的第二部分为在消耗品中的阴接口模块10。这个模块10包括密封构件12，密封构件12可(例如)由橡胶或类似弹性材料制成且可包括开放的预制通道12a，开放的预制通道12a绕针23配合以做出气密接口。在密封构件12中的通道12a的直径(在闲置时)小于针23的外径d；其可(例如)具有在直径d的0％与99％之间的值，最优选的在直径d的50％与99％之间的值。因此，如果针23插入并形成气密接口，那么密封构件12将因此必然被拉伸。密封构件12的横向柔性确保了其可遵循针23的侧向移动而不放松其气密能力。但在其通道的轴向，密封构件12配备某刚度以防止针23推抵密封构件12而非通过密封构件12推入。

密封构件12视情况包括套筒12b，套筒12b向上突出到消耗品内部且在其上端携带预制通道12a。这种套筒12b在向消耗品内部施加超压时确保了额外的气密性。

阴接口模块10还包括位于密封构件12外侧上(即，朝向仪器)的引导元件13。引导元件13的形状(例如，类似漏斗)使得针23可与密封构件12预先对准且其可充当限制针23相对于密封构件12横向移动的挡止件。

针23和轴套22共同由仪器的框架21携带。

当在仪器与消耗品之间做出新接口时，针23通过密封构件12推入。密封构件12一旦在针23周围成气密装配即通过向前推脏物颗粒而充当接口的清洁器。

可以各种方式来修改所描述的耦接系统，例如：

-可通过使轴套22具有柔性而使针23额外地或替代地在横向具有柔性。

-作为使用轴套22做出空气连接的替代，也可利用框架来做出空气连接。然后可将针23直接插入到框架中，从而使用更少的部件。

-视要求而定，密封构件12的形状可不同于图示形状。因而O形环可(例如)充当密封构件。

耦接系统可有利地用于需要做出气密连接的所有仪器/产品，例如用于实验室仪器或生产器械，其提供以下优点：

-由于柔性针23和柔性密封构件12的原因，耦接系统可应对仪器与消耗品之间的移动，例如，由于热膨胀所造成的移动。

-由于横向柔性针23的原因，所耦接的构件向彼此施加相对较低的力。

-在通过密封构件12插入针23之后，在针23的轴向所在耦接的部件之间并不施加力。

-接口是自行清洁的，因为每次做出新接口时，可能粘附到针23上的脏物颗粒被自动地推离针23。

-当施加超压时密封构件12的形状确保了额外的气密性。

-由于针23通过密封构件12插入，针23的长度无需准确。

最后，应当指出的是，在本申请中，术语“包含/包括”并不排除其它元件或步骤，“一”并不排除为多个，且单个处理器或其它单元可履行若干机构的功能。本发明在于其每一个新颖的特征特点和特征特点的每一个组合。此外，在权利要求中的附图标记不应被理解为限制其范畴。

Claims (11)

1.一种用于接纳针(23)的阴接口模块(10)，其包括具有预制通道(12a)的弹性密封构件(12)，所述针(23)能够通过所述预制通道(12a)从所述密封构件的外侧被推到内侧。

2.根据权利要求1所述的接口模块(10)，

其特征在于，所述密封模块(12)在所述通道的径向具有比在轴向更高的柔度。

3.根据权利要求1所述的接口模块(10)，

其特征在于，所述预制通道(12a)安置于套筒(12b)的端部。

4.根据权利要求1所述的接口模块(10)，

其特征在于，其在所述密封构件(12)的外侧上包括漏斗形引导元件(13)。

5.一种阳接口模块(20)，其包括中空针(23)和轴套(22)，其中：

-所述针(23)的第一部段牢固地嵌入于所述轴套的第一部段(22a)内；

-所述针(23)包括自由端，所述自由端部分地以一定中间空间由所述轴套的第二部段(22b)包围且在径向为柔性的。

6.根据权利要求5所述的接口模块(20)，

其特征在于，所述针(23)的所述径向移动由所述轴套(22)的所述第二部段(22b)限制到所述针弹性变形的范围。

7.根据权利要求5所述的接口模块(20)，其特征在于，所述针(23)的所述自由端的所述末端为钝的。

8.根据权利要求5所述的接口模块(20)，

其特征在于，其包括管连接器(24)，所述管连接器(24)与所述针(23)的内部流体连通。

9.一种耦接系统，其包括根据权利要求1所述的阴接口模块(10)和根据权利要求5所述的阳接口模块(20)，其中所述阴接口模块(10)中的通道直径小于所述阳接口模块(20)中所述针(23)的外径(d)。

10.一种消耗构件，其包括样品腔室和根据权利要求1所述的阴接口模块(10)，在所述样品腔室中能够提供样品流体。

11.一种用于在外部样品腔室中处理样品的仪器，其包括根据权利要求5所述的阳接口模块。