CN101801529B - 离心瓶封罩件及其组合装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于连接在离心瓶(14)上的封罩件(12)。封罩件(12)包括端壁(20)和从端壁(20)延伸的侧壁(22)。侧壁(20)包括第一末端(26)、第二末端(32)、第一过渡表面(36)和第二过渡表面(38)。第一末端(26)具有与轴向中心线(24)成第一径向距离(R1)的第一外周边界(28)。第二末端(32)具有与轴向中心线(24)成第二径向距离(R2)的第二外周边界(34)。第二径向距离(R2)小于第一径向距离(R1)。第一过渡表面(36)在第一外周边界(28)与第二过渡表面(38)之间延伸。第二过渡表面(38)在第一过渡表面(36)与第二外周边界(34)之间延伸。

Description

离心瓶封罩件及其组合装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年8月21日提交的待审美国临时申请60/965,647的优先权，该申请的公开内容在此全部引入作为参考。
技术领域
本发明涉及用于离心瓶的封罩件及其组合装置，用于提高离心机的容量和性能。
背景技术
生物处理应用场合常常需要进行离心分离，以使包含有生物材料、混合物、溶液的液体进行分离，上述生物材料、混合物、溶液举例性但非限制性地产生于发酵、产生于细胞生长腔、试剂混合物(reagent mixture)或其他生物处理机构。已经开发了具有保持较大样本容器或样本瓶能力的离心机转头(转动体，rotor)，其可以承受大约15,000倍以上重力的旋转力，相对离心力(relative centrifugal force，RCF)。较大容量转头的实例是FIBERLiteTM转头F6-6x 1000y和F6 4x100y(FIBERLiteTM PiramoonTechnologies Inc.，Santa Clara，CA)。在市场上可以获得采用大容量转头的几种瓶，但许多瓶(例如Hitachi离心瓶)尽管被称为一升瓶，但最大容量仅为大约920ml。
研制这些型式的转头所用的真实一升或更大的瓶的一个问题是，转头的固定管孔(well)直径限制了瓶的直径，并且管孔的固定深度限制了可被容纳在管孔中的瓶的高度。瓶直径通常被设计成紧密装配在转头的管孔内，尽管如此通常也不是紧密的。离心瓶的高度通常被设计成使得瓶的封罩端接触或几乎接触转头的焦点。
为了增大瓶的高度，可以减小装配在转头内的封罩件所需的空间容许量。这种减小可通过减小封罩件的壁的总体厚度来实现。然而，薄的封罩件在离心分离作用过程中遇到的极端重力作用下更易于产生故障。通过例如牺牲有助于从转头上移开瓶的那些特征，其他常规离心瓶已经被改进为具有更大容积。为了从转头上移去这些型式的瓶，需要有单独的工具。因而，失去这些工具会阻碍这些改进瓶的使用。从而，需要提供具有下述封罩件的大容积离心瓶，所述封罩件使离心瓶的容量最大化，同时提供可靠的瓶封罩件。
发明内容
本发明克服了至今已知的用于离心机中处理材料的离心瓶的前述和其他缺点和缺陷。尽管将要结合某些实施方式描述本发明，但将会认识到本发明并非局限于这些实施方式。相反，本发明包括可以包含在本发明范围内的所有备选、改进和等效方案。
在一种实施方式中，本发明的公开内容描述了一种用于连接在离心瓶上的封罩件。封罩件包括端壁和具有轴向中心线并从端壁延伸的侧壁。侧壁包括与端壁相反的第一末端、靠近端壁的第二末端、第一过渡表面和第二过渡表面。第一末端具有与轴向中心线成第一径向距离的第一外周边界。第一末端限定了用于将封罩件连接在瓶上的开口。第二末端具有与轴向中心线成第二径向距离的第二外周边界。第二径向距离小于第一径向距离。第一过渡表面在第一外周边界与第二过渡表面之间延伸。第二过渡表面在第一过渡表面与第二外周边界之间延伸。
在另一实施方式中，一种组合装置包括具有至少1000ml内部体积的离心瓶；以及适合于紧固在离心瓶上的封罩件。所述封罩件包括端壁以及具有轴向中心线并从端壁延伸的侧壁。侧壁包括与端壁相反的第一末端、靠近端壁的第二末端、第一过渡表面以及第二过渡表面。第一末端具有与轴向中心线成第一径向距离的第一外周边界，并限定了用于将封罩件连接在瓶上的开口。第二末端具有与轴向中心线成第二径向距离的第二外周边界。第二径向距离小于第一径向距离。第一过渡表面在第一外周边界与第二过渡表面之间延伸。第二过渡表面在第一过渡表面与第二外周边界之间延伸。所述组合装置适于与其他组合装置一起被布置在离心机转头内，以使得这些组合装置坐落在离心机转头内而不会在相邻组合装置之间产生干涉接触。
附图说明
结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的示例性实施方式，并与上文给出的总体描述和下文给出的详细描述一起以足够的细节对本发明进行解释，以使本发明涉及的所属领域的技术人员能够利用本发明。
图1是根据本发明的示例性离心机转头和示例性离心瓶的透视图。
图2是图1所示的转头的俯视图，示出了支承在其上的六个离心瓶。
图3是沿图2所示的剖面线3-3截取的横截面图。
图4是沿图2所示的剖面线4-4截取的横截面图。
图4A是图4所示的围绕区域4A的放大图。
图5是紧固在离心瓶上的封罩件的一个实施方式的横截面图。
具体实施方式
参照图1和2，离心机转头10被示出支承多个离心瓶14，每个离心瓶14包括根据本发明的示例性封罩件12。正如本领域所已知的，离心机转头10装配在离心壳体(未示出)。通过向物质施加远超过重力的力，离心机被用于使具有不同密度的物质相互分离。这些物质可以被放置在离心瓶14内并通过封罩件12被容纳在瓶14内。封罩件12和填充有材料的瓶14的组合装置被放置在转头(rotor)10内。转头10随后布置在离心壳体内，并在离心壳体内旋转。由旋转转头所产生的力可以超过重力的15,000倍。在图2最清楚地示出，在此描述的多个相组装的离心瓶14和封罩件12可以各自分别地布置在离心机转头10的管孔16(在图1中被示出为空)内。尽管相对于离心机转头的一种构造描述了封罩件12的实施方式，但本领域技术人员将会认识到，在此公开的原理等同地适用于其他离心机转头(例如固定角度转头、摆动铲斗式转头或其他转头)的其他构造。示例性固定角度转头包括可以从Piramoon Technologies Inc.，Santa Clara，CA买到的FIBERLiteTM转头，例如F6-6x1000y或F6-4x100y。
图3表示位于离心机转头10内的组装后的离心瓶14和封罩件12的一种示例性实施方式。如图所示，组装后的离心瓶14和封装件12装配在转头管孔16内，以使得它们相对于转头轴线18倾斜成一角度(A)。因此，对于给定的转头，转头管孔16的内径限定了离心瓶的最大直径。此外，如图3所示，转头管孔16的深度(D)和转头管孔16相对于转头轴线18的倾斜角(A)限定了离心瓶14的高度。具体地，如图4和4A中的虚线所示，具有常规封罩件19(其具有大体上平直侧壁)的瓶的高度被相邻瓶14之间的干涉部分所限制。最终地，封罩件19之间的干涉程度阻止了转头10的整个容量被利用。例如，可以是仅每隔一个管孔放置瓶，以避免当采用较大瓶时在相邻封罩件19之间产生干涉。这种结构无法利用转头10的整个容量。
通过图4和4A中的虚线最清楚地示出了限制瓶14高度的干涉。离心瓶14向转头轴线18的倾斜(在图3中示出)促使相邻得到组装的瓶14和现有技术的盖19在转头轴线18附近相互会聚。一旦离心瓶14超过某一高度，则根据图4和4A中的虚线所成型的盖19会相互干涉。在图4A中通过虚线的重叠最清楚地示出了干涉。因而，对于给定的转头，相邻盖19之间的干涉限制了离心瓶14的高度，并因此限制了转头10的流体体积容量。通过利用转头轴线18附近的当前未使用的空间(如图4和4A所示)，在此描述的封罩件12允许离心瓶增加额外的流体体积空间，同时避免在相邻封罩件12之间产生干涉。因而，通过举例且非限制性的方式，可以利用具有一升或更多流体容量的离心瓶，其中之前所称的一升瓶既不装配在转头内也不会保持满一升的流体体积。
继续参照图4和4A，在一种实施方式中，离心瓶14具有至少一升的体积。与封罩件12组装的一升容量瓶14可以与类似的瓶14和封罩件12被一起插入转头10内，而不会在相邻封罩件12之间引起干涉。因而，与限制为大约920ml容量的现有技术的盖19和瓶14相对比，例如装有在此描述的带封罩件12的6个一升瓶14的F6-6x1000y转头的总处理体积至少为6升。对于这种转头设计，每个周期的容量在现有技术基础上提高至少大约480m1或至少大约9％。因而，与现有技术的瓶和盖的利用相比，由于减少了离心分离所需的运行次数，因此实现了时间和费用的相当大节省。
被紧固在瓶14上的封罩件12的一种示例性实施方式在图5中示出。封罩件12包括端壁20和侧壁22。侧壁22具有轴向中心线24并从端壁20延伸。侧壁22包括与端壁20相反的第一末端26。第一末端26具有距轴向中心线24的距离为第一径向距离R1的第一外周边界28。第一末端26限定了用于将封罩件12连接在瓶14上的开口30。
继续参照图5，封罩件12具有靠近端壁20的第二末端32。第二末端32具有第二外周边界34，其至少一部分与轴向中心线24成第二径向距离R2。第二径向距离R2小于第一径向距离R1。在一种实施方式中，第一径向距离R1可以是大约1.93英寸，第二径向距离R2可以是大约1.47英寸，从第一末端26到第二末端32的距离可以是大约1.4英寸，封罩件12在端壁20附近的厚度(t1)可以是大约0.1英寸，以及端壁20的厚度(t2)可以是大约0.16英寸。然而将会认识到，这些尺寸可以根据下文描述的封罩件12的其他特征而改变。
另外，参照图5，侧壁22至少具有第一过渡表面36和第二过渡表面38。第一过渡表面36在第一外周边界28与第二过渡表面38之间延伸，并且第二过渡表面38在第一过渡表面36与第二外周边界34之间延伸。在另一实施方式中，附加过渡表面可以在第一与第二过渡表面36、38之间延伸。例如，第三过渡表面(未示出)可以在第一与第二过渡表面36、38之间延伸。尽管随着过渡表面数量的增加侧壁22可以具有另外的过渡表面，但是封罩件12的相对改进程度会降低。因此，过渡表面的无穷个数量(也就是在第一外周边界28与第二外周边界34之间延伸的单个曲面或弧)不如例如两个过渡表面那样地有效。特别地，弧增加了封罩件的高度，并导致封罩件在螺纹附近的厚度减小。螺纹附近的厚度减小降低了封罩件的强度。为了提高强度，螺纹必须在沿降低瓶高度的方向上移动。因而，弧的总体效果是使得瓶的体积减小。相比之下，具有两个过渡表面的封罩件具有足够的强度，同时使得瓶的体积达到最大。
如图5所示，在一种实施方式中，当沿通过轴向中心线24的平面进行截取时，第一和第二过渡表面36、38各自具有线性横截面。第一过渡表面36从平行于轴向中心线24的线进行测量以第一角度α进行定向。第二过渡表面38从垂直于轴向中心线24的平面进行测量被定向成第二角度β。在一种实施方式中，第一角度α为大约9°至大约15°，并且第二角度β为大约55°至大约65°。在另一实施方式中，第一角度α为大约12°，并且第二角度β为大约60°。发明人已经发现，具有如上所述特定角度关系的至少两个过渡表面36、38的封罩件12可以承受因离心机旋转过程中施加在封罩件12上的高加速载荷而产生的变形，同时使离心瓶14在高度方面相对于现有技术的盖得到增加。例如，如上所述由聚苯醚(polyphenylene ether)和高耐冲击聚苯乙烯(HIPS)(polystyrene)的混合物制成的封罩件12被连接在由聚丙烯或聚碳酸酯制成的一升瓶14上。利用比重大约1.2的液体来填充瓶14的容量。这一组合体随后被放置在转头内并之后被放入离心机壳体内。在离心分离测试过程中，封罩件12承受着重力至少15,800倍的力而不会出现破裂、断裂或泄漏。
继续参照图5，在一种实施方式中，第一外周边界28由第一直径D1限定，并且第二外周边界34由第二直径D2限定。第二直径D2小于第一直径D1。换句话说，第二末端32与第一末端26相比具有减小的直径。在该实施方式中，第一和第二过渡表面36、38在侧壁22附近沿周向延伸，如图2所示。尽管附图表示封罩件具有基本上径向对称的形状(也就是，第一和第二外周边界28、34是圆形的)，但在此公开的原理并非局限于这一构造。例如，第一外周边界28可以是圆形的，同时第二外周边界34可以仅部分为圆形的，并且由第二半径距离R2限定的部分小于第一直径D1的一半。第一过渡表面36随后可以从第一外周边界28延伸到第二过渡表面38，并且第二过渡表面38可以从第一过渡表面36延伸到第二外周边界34距轴向中心线24的距离为第二径向距离R2的一部分。因而，第一和第二过渡表面36、38可以沿侧壁22的限定区域形成。当适当定向时，具有类似定位过渡表面36、38的相邻封罩件12不会彼此干涉。
在一种实施方式中，如图5所示，侧壁22在开口30内具有多个螺纹40，以与离心瓶14上的螺纹42螺纹接合。然而，本领域技术人员将会观察和认识到，根据本发明的公开内容备选地可以采用其他方法或结构，例如摩擦配合、卡口连接或其他方式，以将封罩件12紧固在离心瓶14上。
如图1和2以及在图4A中最清楚地示出，在一种实施方式中，多个肋44沿侧壁22定位。在提供了这样一个表面特征以便于抓持封罩件12从而易于将封罩件12连接在离心瓶14上以及从其上取下的同时，肋44还可以提高封罩件12在离心分离过程中的高加速载荷下的抗变形性能。
在一种实施方式中，如图3所示，侧壁22的与轴向中心线24成第一径向距离R1(在图5中标出)的一部分从第一末端26延伸到转头管孔16的大致边缘46所在的高度处。这种构造在侧壁22与转头10之间提供了接触区域，其在使用过程中承受旋转力时支承着封罩件12和离心瓶14。
尽管封罩件12在此被示出和描述成具有大体上圆形的侧壁22，但将会认识到，侧壁备选地可以被形成为具有多种其他形状。
通过举例而非限制性的方式，封罩件12可以由以下材料模制或通过其他方式制成，即聚苯醚和耐冲击聚苯乙烯(HIPS)的未填充或填充混合物、聚丙烯(未填充或填充玻璃的)、聚苯硫醚、聚苯砜、聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、聚苯醚(优选填充玻璃的，例如可以从Saudi Basic IndustriesCorporation得到的Noryl GFN2)、聚醚酰亚胺(未填充或填充玻璃的)、乙缩醛共聚物或均聚物(未填充的和填充的)、醋酸纤维素(具有增塑剂)、醋酸丁酸纤维素(具有增塑剂)、热塑性聚氨酯(未填充的或填充的)、聚酰胺(未填充的和填充的)、或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)(未填充的和填充的)。通过举例且非限制性的方案，瓶14可以由聚丙烯、聚碳酸酯、聚甲基戊烯、丙烯酸或丙烯酸混合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙二醇改性的PET共聚酯(PETG)、环烯(共)聚合物、聚砜、聚苯乙烯或聚苯乙烯混合物、聚芳基砜或ABS制成。
在另一实施方式中，如图5所示，端壁20具有在其上形成的开孔50，以使得插塞52可拆除地容纳在开孔50中。备选地，插塞52可以与封罩件12一体形成。插塞52具有十字形式的抓持突脊54(在图2中最清楚地示出)以易于将插塞52插入开孔50内和从中取出。如图5所示，插塞52包括主体56，同时具有沿平行于封罩件12的侧壁22的轴向中心线24的方向从主体56突出的圆周凸缘58。圆周凸缘58的尺寸使得其可被容纳在瓶14的内部。主体56的边缘60径向向外延伸出圆周凸缘58。密封件62(例如O型圈或其他柔性密封结构)可以被夹紧在主体56的边缘60与离心瓶14之间以密封着瓶14内的物质。备选地，可以通过例如具有柔性密封结构的多重注射成型(multi-shot molding)方法，实现封闭部件与离心瓶之间的密封。将会认识到，封罩件12的旋转以将其紧固在瓶14上，并不会引起插塞52的显著旋转。由于插塞52不会显著旋转，因此其移动大体地平行于轴向中心线24，以使得密封件62被沿轴向被压缩在边缘60与瓶14的唇缘之间。因而，封罩件12可以旋转或通过其他方式被紧固在离心瓶14上，而不会引起对密封件62的粘结、扭曲或其他损坏。
尽管根据本发明原理的多个方面已经通过描述多种实施方式得到说明，并且这些实施方式已经通过相当多的细节得到描述，但并不是要限制或以任何方式将本发明的范围限制于这些细节。在此所示和描述的多个特征可以单独或以任何组合方式采用。其他优点和改进对本领域技术人员是显而易见的。因此，本发明就其广义方面并非局限于所示和描述的具体细节、代表性装置和方法以及示例性实例。因而，在不脱离总体发明构思范围的情况下可以偏离这些细节。

Claims (18)

1.一种用于连接在离心瓶上的封罩件，该封罩件包括：
端壁；以及
具有轴向中心线并从所述端壁延伸的侧壁，所述侧壁包括：
与所述端壁相反的第一末端，所述第一末端具有与所述轴向中心线成第一径向距离的第一外周边界；
所述第一末端限定了用于将封罩件连接在瓶上的开口；
靠近所述端壁的第二末端，所述第二末端具有与所述轴向中心线成第二径向距离的第二外周边界，所述第二径向距离小于所述第一径向距离；
第一过渡表面；以及
第二过渡表面；
所述第一过渡表面在所述第一外周边界与所述第二过渡表面之间延伸；
所述第二过渡表面在所述第一过渡表面与所述第二外周边界之间延伸。
2.如权利要求1所述的封罩件，其特征在于：沿通过所述轴向中心线的平面进行截取，所述第一过渡表面和所述第二过渡表面各自具有线性横截面。
3.如权利要求2所述的封罩件，其特征在于：从平行于所述轴向中心线的线进行测量，所述第一过渡表面以在9°至15°之间的第一角度进行定向；并且，从垂直于所述轴向中心线的平面进行测量，所述第二过渡表面以在55°至65°之间的第二角度进行定向。
4.如权利要求3所述的封罩件，其特征在于：所述第一角度是12°，并且所述第二角度是60°。
5.如权利要求1所述的封罩件，其特征在于：所述第一外周边界由第一直径限定，所述第二外周边界由小于所述第一直径的第二直径限定，并且所述第一过渡表面和第二过渡表面在所述侧壁附近沿周向延伸。
6.如权利要求1所述的封罩件，其特征在于：所述侧壁还包括适于与所述离心瓶进行螺纹接合的多个螺纹。
7.如权利要求1所述的封罩件，其特征在于：所述端壁和所述侧壁由从包含以下材料的组中所选择的材料制成，这些材料是聚苯醚和耐冲击聚苯乙烯的未填充或填充混合物、未填充或填充玻璃的聚丙烯、聚苯硫醚、聚苯砜、聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、未填充或填充的聚苯醚、未填充或填充玻璃的聚醚酰亚胺、未填充和填充的乙缩醛共聚物或均聚物、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、未填充或填充的热塑性聚氨酯、未填充和填充的聚酰胺、和未填充或填充的ABS。
8.一种用于连接在离心瓶上的封罩件，该封罩件包括：
端壁，其具有形成于其中的开孔；以及
具有轴向中心线并从所述端壁延伸的侧壁，所述侧壁包括：
与所述端壁相反的第一末端，所述第一末端具有与所述轴向中心线成第一径向距离的第一外周边界；
所述第一末端限定了用于将封罩件连接在瓶上的开口；
靠近所述端壁的第二末端，所述第二末端具有与所述轴向中心线成第二径向距离的第二外周边界，所述第二径向距离小于所述第一径向距离；
第一过渡表面；以及
第二过渡表面；
所述第一过渡表面在所述第一外周边界与所述第二过渡表面之间延伸；
所述第二过渡表面在所述第一过渡表面与所述第二外周边界之间延伸。
9.如权利要求8所述的封罩件，其特征在于：还包括：
可拆除地容纳在所述开孔中的插塞，所述插塞具有十字形式的抓持突脊，以便于将所述插塞插入所述开孔内以及从中取出。
10.一种组合装置，包括：
具有至少1000ml内部体积的离心瓶；以及
可拆除地紧固在所述离心瓶上的封罩件，所述封罩件包括：
端壁；以及
具有轴向中心线并从所述端壁延伸的侧壁，所述侧壁包括：
与所述端壁相反的第一末端，所述第一末端具有与所述轴向中心线成第一径向距离的第一外周边界；
所述第一末端限定了用于将封罩件连接在瓶上的开口；
靠近所述端壁的第二末端，所述第二末端具有与所述轴向中心线成第二径向距离的第二外周边界，所述第二径向距离小于所述第一径向距离；
第一过渡表面；以及
第二过渡表面；
所述第一过渡表面在所述第一外周边界与所述第二过渡表面之间延伸；
所述第二过渡表面在所述第一过渡表面与所述第二外周边界之间延伸，由此所述组合装置适于与其他组合装置一起以如下方式被放置在离心机转头内，即这些组合装置坐落在离心机转头内，同时不会在相邻组合装置之间产生干涉接触。
11.如权利要求10所述的组合装置，其特征在于：沿通过所述轴向中心线的平面进行截取，所述第一过渡表面和所述第二过渡表面各自具有线性横截面。
12.如权利要求11所述的组合装置，其特征在于：从平行于所述轴向中心线的线进行测量，所述第一过渡表面以在9°至15°之间的第一角度进行定向；并且，从垂直于所述轴向中心线的平面进行测量，所述第二过渡表面以在55°至65°之间的第二角度进行定向。
13.如权利要求12所述的组合装置，其特征在于：所述第一角度是12°，并且所述第二角度是60°。
14.如权利要求10所述的组合装置，其特征在于：所述第一外周边界由第一直径限定，所述第二外周边界由小于所述第一直径的第二直径限定，并且所述第一过渡表面和第二过渡表面在所述侧壁附近沿周向延伸。
15.如权利要求10所述的组合装置，其特征在于：所述端壁具有形成于其中的开孔。
16.如权利要求15所述的组合装置，其特征在于：还包括：
可拆除地容纳在所述开孔中的插塞，所述插塞具有十字形式的抓持突脊，以易于将所述插塞插入所述开孔内以及从中取出。
17.如权利要求10所述的组合装置，其特征在于：所述侧壁还包括适于与所述离心瓶进行螺纹接合的多个螺纹。
18.如权利要求10所述的组合装置，其特征在于：所述端壁和所述侧壁由包含以下材料的组中选择的材料制成，这些材料是聚苯醚和耐冲击聚苯乙烯的未填充或填充混合物、未填充或填充玻璃的聚丙烯、聚苯硫醚、聚苯砜、聚醚砜、聚砜、聚醚醚酮、聚苯醚、未填充或填充玻璃的聚醚酰亚胺、未填充和填充的乙缩醛共聚物或均聚物、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、未填充或填充的热塑性聚氨酯、未填充和填充的聚酰胺、和未填充或填充的ABS。
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