CN103119418A - 用于切割多孔基体的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

用于从多孔基体切割具有一定形状和外尺寸的样件的设备和方法，设备包括：冲压机，其在冲头处具有最外尺寸；剥离套筒；模，其具有大于冲头的最外尺寸的最内尺寸；以及固定装置，其将模保持在相对于冲压机和剥离套筒固定的位置。

Description

用于切割多孔基体的设备和方法
技术领域
本发明大体上涉及用于切割多孔基体的设备和方法。
背景技术
诸如纤维素基质的多孔基体(例如从Whatman可得的31ETF、FTA和FTA洗提卡)通常用于储存诸如血液的生物样品。这些卡的新应用领域为制药产业，制药产业使用这些卡以储存来自药物代谢动力学研究和毒物代谢动力学研究的干血样。当要分析在干血点中的药物或药物代谢物的量时，当前方法要求使用者从卡切出样品，通常是直径为1-6mm的圆，将切割圆片置于带有提取液的小瓶或孔内，并且然后摇晃/旋摇设定的时间段。继而移除提取液并使用诸如LC-MS的方法进行分析。
制药产业期望每天处理大量样品并因此正在寻找使该处理自动化的途径。但是，与典型的下料或冲压操作不一样，用于此类处理中的原材料不是从卷装进出系统供给的。FTA卡典型地包含1-4个样品位置且因此必须个别地处理，即使在需要高生产量加工时。此外，期望的冲压位置会因卡而异。因此，卡典型地通过机器人末端执行器或机构来操纵和定位以使卡相对于冲压器移动至正确位置。为了允许高密度卡储存，卡夹持器指状物应当尽可能薄。但是，很薄的夹持器指状物很可能无法防止冲压器回退力使卡从夹持系统移动或拉拔。因此，剥离(stripping)套筒与冲压器的一体化阻碍了纸的运动。此外，由于存在各种卡类型，因此剥离套筒基本上独立于希望冲压的卡类型。
一种防止在冲压或回退期间的卡运动的方法是形成刚性夹持器，其基本上包围FTA卡的周界并且防止卡在回退过程中被拔起/拔出。但是，该设计限制了卡的储存密度并且必须为每一种新的卡形状专门设计。
与包括圆片切割和提取的自动化样品处理系统相关的另一问题是微小的圆片非常容易受静电或甚至微风的影响。存在切割圆片在切割步骤期间或者在切割圆片的运输期间损失的许多报告。目前，样品圆片由于诸如静电和空气运动的因素而损失。例如，静电电荷可能在塑料多壁板或管中聚集，从而导致圆片粘附于板或管壁。圆片有时粘附于冲压装置，或者以后在处理中，圆片有时粘附于液体处理探针，其中，当从孔抽出探针时，圆片意外从孔中移除。当前市场上的器械集中于通过减小系统(封闭系统)中的气流量并添加防静电装置(诸如增湿器)来减小样品圆片损失。
发明内容
本发明的设备和方法总体上包括一体的剥离套筒，其极大地简化了卡夹持系统的设计并且消除了对在下料操作期间用于将卡保持在适当位置的额外致动器的需要。此外，设备的最易于磨损的构件容易更换，使得设备可以现场维修且用户友好。与当前冲压装置不一样，该设备也不需要顶推销来推动圆片通过模并进入诸如孔板的样品容器。该设备包括各种特征结构，其单独或组合地也用于确保样件从多孔基体被干净地切出来并且当冲压机(puncher)在切割操作期间回退或者以其它方式错位时不会被吸回设备中。
用于从多孔基体切出具有一定形状和外尺寸的样件的本发明的设备的一个实施例大体包括：冲压机，其在冲头处具有最外尺寸；剥离套筒；模，其具有大于冲头的最外尺寸的最内尺寸；以及固定装置，其将模保持在相对于冲压机和剥离套筒的固定位置。一个或多个实施例中的剥离套筒是弹簧加载的。该设备还可包括一个或多个导向件，其中支柱包括用于导向件的座且剥离套筒包括接合导向件的一个或多个槽或通槽。在另一实施例中，支柱包括通槽且剥离套筒包括用于导向件的座。
固定装置可包括支柱，冲压机置于该支柱中。在一些实施例中，设备的诸如但不限于支柱和冲压机的构件可通过分离接合构件而从固定装置移除。该设备还可包括支柱可以通过其移动的滚珠轴承罩(cage)并且可包括支承该罩的辊子套筒。
在一个或多个实施例中，固定装置是具有支承辊子套筒的上臂40和支承模的下臂42的c形框架。该设备可包括套筒导向件和接合导向件的一个或多个通槽。在至少一个实施例中，其中支柱包括用于导向件的座，并且剥离套筒包括接合导向件的一个或多个通槽。在另一实施例中，该套筒包括用于导向件的座且支柱包括接合导向件的通槽。
在一些实施例中，冲头具有一定长度且通槽具有与冲头长度对应的长度或者与模长度大致相同的长度。该模可具有上端和下端以及在下端上大于在上端上的内径的内径。在一些实施例中，模的内径从上端至下端逐渐增大。
在一个或多个实施例中，冲压机共轴地位于套筒内并且冲压机具有冲压器在套筒内沿其移动的路径轴线。该套筒可以是弹簧加载的并具有弹簧压靠在其上的台肩。该弹簧可共轴地位于套筒的内表面与冲压机的外表面之间。
固定装置可包括冲压机位于其中的支柱，并且还可包括支柱可移动通过的滚珠轴承罩和支承该罩的辊子套筒。
用于冲压出多孔基体的片件的本发明的方法的一个实例大体包括：将多孔基体装载到包括模的支承件上；致动具有冲头的冲压机和剥离套筒，以使得在冲头穿过模以从多孔基体切出片件并且推动该片件通过模进入容器时套筒保持多孔基体靠着支承件；并且在冲头通过模和基体回退时套筒保持多孔基体靠着支承件；以及使冲头回退并且然后使剥离套筒回退。在一些方法中，冲片包括生物样品。
该容器可包括在多孔板上的孔。容器还可包括例如置于处理系统上的一个或多个小瓶。
附图说明
当参照附图阅读以下的详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，其中，全部附图中相同附图标记表示相同零件，其中：
图1是本发明的设备的实施例的截面侧视图。
图2A是本发明的设备的实施例的正视图且图2B是图2A的设备通过线A-A的截面图；
图3A是图2A中所示的设备的侧视图且图3B是图3A中所示的设备通过线B-B的截面图；
图4A是内壁用阴影示出的剥离套筒的实施例的侧视图且图4B是图4A中所示的剥离套筒通过线A-A的截面图；
图5A是内壁用阴影示出的剥离套筒的另一实施例的侧视图且图5B是图5A中所示的剥离套筒通过线A-A的截面图；
图6是用于剥离套筒的槽导向件的实施例的侧视图；
图7是冲压套管的实施例；
图8是冲压套管的另一实施例；
图9A是支柱的实施例的侧视图且图9B是图9A中所示的实施例通过线A-A的截面图；以及
图10A-10C示出了在逐步作用阶段中的设备的实施例。图10A是在支承件上带有多孔基体的设备的实施例的截面图，图10B是其中剥离套筒和冲压机展开并与卡接触的设备，且图10C示出了在从卡切割片件并推动其通过冲压套管的模后完全延伸的冲压机。
具体实施方式
本发明的方法和设备部分地适合当处理诸如干血点的样品时防止位于诸如FTA纸的多孔基体上的样品损失。这些方法和设备可并入例如设计为使从在诸如纤维素基质或聚合物膜片的载体基体上的干燥样品切割圆片自动化的系统中。
例如，在一些样品，诸如在纤维素卡上的干血点的制备期间，切出小圆形样件(例如，直径为1-6mm)并将其安放在孔板或管内用于随后处理。方法和设备的实施例中的一个或多个包括弹簧加载的剥离套筒，其在片件被冲压机从多孔基体冲出、通过模并进入容器时以及在冲压机从多孔基体中随后的孔回退时保持多孔基体靠着支承件。
本发明的设备的一个实施例在图1中大体示出并表示为设备10。设备10包括具有冲头34的冲压器12、剥离套筒14、冲压器12置于其中的支柱20、固定至C形框架支承件18的辊子套筒(硬衬垫支承件)22和置于C形框架支承件18的下臂中的模16。剥离套筒14通过负载弹簧26弹簧加载，该负载弹簧26包围冲压器12并且也置于支柱20中且在冲压器12在冲压操作期间朝模16向下驱动时通过压靠在剥离套筒14的台肩38上而致动剥离套筒14。尽管可使用其它框架支承件，但支承件18的C形框架设计使设备的大小和占地面积最小化并且也使振动最小化。
一体的剥离套筒14在冲压器12通过基体28和模16冲压时且然后在冲压器12在从基体切出片件后通过模16和基体28向后回退时防止多孔基体的运动。具有通过模16的完整行程的设备10的连续冲压控制降低了设备的复杂性并且避免了需要与先前的冲压系统相关的顶推销。
设备10的移动部件可通过沿冲压器轴线从c形框架支承件18移除支柱组件而作为一个单元从设备10移除。支柱20的一实施例在图9A和9B中示出，图9A和9B大体示出了此示例性实施例的位置定位螺钉32和销导向件35。
一旦移除，该单元的任何子构件就可更换或互换。为了接近冲压器12，可通过从销孔35移除销52并使套筒和弹簧26从支柱20中的沉孔37滑动来移除和更换剥离套筒14。冲压器12可通过移除接合构件，诸如穿过支柱20进入冲压器的定位螺钉32而移除和更换。设备10的共用支承设计允许设备的各种构件易于现场更换。例如，为了适应不同的冲压器大小，或者当冲头变得磨损时，可更换冲压机。用于生物样品测试系统的多孔基体的样件的直径典型地介于1mm与6mm之间，其决定模16、冲头34和剥离套筒头部36的大小。但是，该设备并不限于此类形状或尺寸并且可适于要从样品基体切出的任何合适大小的片件。
设备10适于从诸如FTA卡28的多孔基体切出具有预定形状和外尺寸的样件。冲压器12在冲压器的与FTA卡接触的头部或远端34处具有限定的外尺寸。冲头34的限定的外径大致对应于要从卡切出的样件的预定形状和外尺寸。外尺寸为该片件的最大尺寸，其将确定冲头的大小，并继而确定冲头切过并推动切片通过并进入容器的模的大小。例如，如果要切割的样件是圆形盘片，则样件的外尺寸将是直径。如果意图将该片件切割成正方形或矩形，则外尺寸将为长度和宽度。剥离套筒14具有也大致对应于样件的形状和外尺寸的剥离头36，但是该剥离头比冲头和样件两者都大，以在模从基体切出片件时保持多孔基体靠着设备10的模16的表面。模16具有比冲头的最外尺寸大的诸如内径的最内尺寸。诸如C形框架支承件18的固定装置将模保持在相对于冲压机12和剥离套筒14固定的位置。模或冲压套管也可通过移除图3B中所示的定位螺钉33来更换。
剥离套筒14包括诸如剥离套筒销52的导向件延伸穿过的伸长槽或通槽50。销52置于支柱20的下部中。卡环或夹具在切口区域53中与销52接合以保持销靠着支柱20就位。图6示出了具有接合槽50的头部54的剥离套筒销52的一个实施例。槽50不必局限于完全穿透剥离套筒的壁的开口。例如，根据套筒的材料和套筒壁的厚度，该槽也可以是未穿透套筒的内表面的通槽或沟槽。
在例如设备10的至少一个实施例中，支柱包括用于导向件的座，并且剥离套筒包括接合导向件的一个或多个通槽。在另一实施例中，该套筒包括用于导向件的座且支柱包括接合导向件的通槽。
当处于静止(resting)模式时，销52位于槽50的上端处。当剥离套筒14由负载弹簧26致动时，槽50连带销52允许套筒14以由槽50的长度决定的程度沿竖直方向移动。当冲压器静止时，槽50的上端56用作用于销52的止挡部。下端57用作用于销52的硬止挡部，但销应当从不限制在正常工况下在下端57的方向上的运动。当套筒14到达期望点时，在该点处，套筒头部36在FTA卡28上提供刚好足够的压力以将其保持在支承件18上的适当位置而不会在FTA卡28或该卡上的生物样品中形成压痕或者以其它方式使其损坏。套筒36的端部应当延伸超出冲压器12，以使得冲压器在静止模式中在套筒内凹进；以这种方式，套筒将在冲压器12与卡28接触前、接触期间和接触后维持接触。在此实施例中，槽50的长度通常将由模16的长度以及卡28的厚度一起决定。如图4A和4B中所示的套筒14具有套筒头部36，其充分小于套筒14的上部内径，以适应用于切割多孔基体的相对小的片件的冲压器。在图4A和图4B中所示的套筒头部的实施例部分通过一系列台阶状台肩和渐缩的头部而从较大的直径渐变为较小直径的套筒头部。设备10的负载弹簧26在冲压操作期间置于并压靠在台肩38上。图5A和图5B中示出了剥离套筒的另一实施例。剥离套筒60具有套筒头部64，其具有相对于套筒的上部内径比套筒头部36大的直径，以适应用于切割多孔基体的相对大的片件的冲压器。套筒60还具有类似地部分用作用于负载弹簧的止挡部的台肩62。
设备10的构件，诸如支柱20、辊子套筒(硬衬垫)22、滚珠轴承罩24、冲压器12和模16应当由适合耐受合理的使用量的材料制成以便减小对零件的磨损量和更换构件的频度。套筒14可由诸如铝、塑料和钢的各种材料制成。不过，通常，重量较轻但仍能够耐受反复使用的材料，诸如铝，可能比诸如钢的较重材料更合适，以减轻设备的总重量。
模16可以是如图1、图2和图8中所示的冲压套管。冲压套管16具有内孔74，其仅比冲头34的外径略大。套管16具有锥形头部70以适应用于切割多孔基体的相对小的片件的小型冲头。套管16也具有台肩72，套管在置于C形框架支承件18的下臂42的对应台肩上时靠置在该台肩72上。模的孔的直径可从模的顶部入口至模的底部出口渐变地扩大。
模或冲压套管的另一实施例在图7中示出并且表示为套管80，其具有比套管的外径更大的头部82和内孔84以适应用于切割多孔基体的相对大的片件的较大冲头。
冲压方法在通过图10A-10C的截面图所示的实例中示出。冲压器通过使用传统冲压器和模方法剪切FTA基体来执行下料过程。冲头通常以高速(例如500mm/秒)移动并推动基体通过底模，从而以模的形状形成坯料(样品圆片)。在柱形冲压器与模中的柱形开口之间的间隙非常紧密(例如，约.0002''或5μm)以确保磨损小或没有磨损的高质量坯料。
剥离套筒在冲压和回退运动期间保持FTA基体就位。剥离套筒是接合剥离套筒销并随冲头移动的弹簧加载的构件。该实例中的剥离套筒具有约13N的预置载荷并且被开槽以允许与套筒销和冲压器的相对运动。随着冲头和套筒销朝模向下移动，负载弹簧推靠在套筒的台肩上。此动作向下迫压套筒直到套筒头部刚好在冲压器之前与FTA基体接触，因为在此实例中，冲压器在套筒内略微凹进。在FTA基体靠着底模定位的实施例中，剥离套筒的预置载荷传递至FTA基体。随着冲压器继续进入和通过模，坯料(切割圆片)形成并继续被冲压器推动通过模。在这部分操作期间，剥离套筒继续推动和保持FTA基体靠着底模的一部分。保持力在冲头的最大行程处达到峰值(例如大约22N)。随着冲压器经模回退，基体的边缘与冲压器的主体接触，并且摩擦在基体上施加向上的力。剥离套筒在基体上施加向下的力以防止基体的任何运动，只要该力(在从峰值力至预紧力的范围内)小于通过冲压器回退而形成的向上的力。由于在此实例中冲压器通常在剥离套筒中略微凹进，因此套筒继续施加向下的力直到冲压器从基体完全回退。
构件设计和构型还用于提供主动样品控制。冲压器构造成使得所冲压的样品圆片不易卡在不希望的位置。损失的样品提高了交叉污染的风险并且可能导致需要重新取得大量样品。主动样品控制通过确保冲压器的行程持续贯通模来施行。如果容器定位在底模的直接下侧的正下方并与其接触，则将在冲压操作后确保切割样品圆片的位置。
本发明的方法和系统可以与分析系统结合(例如内嵌)使用，这些分析系统基于许多不同的目的，诸如但不限于免疫测定(例如，为了确定成分的有无)、使用UV探测的液体层析(例如为了将成分定性和定量)、使用质谱分析法的液体层析(例如为识别成分和/或将成分定量)和用于DNA分析的聚合酶链反应(PCR)而分析样品和从多孔基体上的样品提取的材料。该方法和系统可适合于高生产量应用。
虽然本文仅示出和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员将想到许多改造和变更。因此，应当理解所附权利要求意图涵盖属于本发明的真实精神内的所有这种改造和变更。

Claims (24)

1. 一种用于从多孔基体(28)切出具有一定形状和外尺寸的样件的设备(10)，包括：
冲压机(12)，其在冲头(34)处具有最外尺寸；
剥离套筒(14;60)；
模(16)，其具有比所述冲头(34)的最外尺寸更大的最内尺寸；以及
固定装置(18)，其将所述模(16)保持在相对于所述冲压机(12)和剥离套筒(14;60)的固定位置。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述剥离套筒(14;60)具有对应于所述冲头(34)的形状和外尺寸的剥离头(36;64)。
3. 根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述剥离套筒(14;60)是弹簧加载的。
4. 根据权利要求1-3中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备还包括一个或多个导向件(52)和对应于所述导向件的一个或多个通槽(50)。
5. 根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述固定装置(18)包括支柱(20)，所述支柱(20)包括用于所述导向件(52)的座，并且所述通槽(50)位于所述剥离套筒(14)上。
6. 根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述固定装置(18)包括支柱(20)，所述通槽(50)位于所述支柱(20)上，并且所述导向件(52)置于所述剥离套筒(14)上。
7. 根据权利要求1-6中的任一项所述的设备，其特征在于，所述固定装置(18)包括支柱(20)，所述冲压机(12)置于所述支柱(20)中。
8. 根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述支柱(20)和冲压机(12)能通过分离接合构件而从所述固定装置(18)移除。
9. 根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述接合构件中的至少一个包括定位螺钉(32)。
10. 根据权利要求5-9中的任一项所述的设备，其特征在于，还包括一个或导向件(52)，并且其中，所述支柱(20)包括用于所述导向件的座，且所述剥离套筒(14;60)包括接合所述导向件的一个或多个通槽(50)；并且其中，所述冲头(34)具有一定长度且所述通槽具有对应于所述冲头长度的长度。
11. 根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述通槽长度与所述冲头长度大致相同。
12. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述模(16)具有上端和下端以及在所述下端上比在所述上端上的内径更大的内径。
13. 根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述模(16)的内径从所述上端至所述下端逐渐增大。
14. 根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述冲压机(12)共轴地位于所述套筒(14;60)内并且所述冲压机具有路径轴线，所述冲压器沿所述路径轴线在所述套筒内移动。
15. 根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述套筒(14;60)是弹簧加载的并且具有所述弹簧(26)压靠在其上的台肩(38;62)。
16. 根据权利要求15所述的设备，其特征在于，所述弹簧(26)共轴地位于所述套筒(14;60)的内表面与所述冲压机(12)的外表面之间。
17. 根据权利要求7-16中的任一项所述的设备，其特征在于，还包括一个或多个导向件(52)，并且其中，所述支柱(20)包括用于所述导向件的座，并且所述剥离套筒(14)包括接合所述导向件的一个或多个通槽(50)。
18. 根据权利要求7-17中的任一项所述的设备，其特征在于，还包括所述支柱(20)能移动通过的滚珠轴承罩(24)。
19. 根据权利要求18所述的设备，其特征在于，还包括支承所述罩的辊子套筒(22)。
20. 一种用于从多孔基体(28)冲出片件的方法，包括：
将所述多孔基体(28)装载到包括模(16)的支承件(18)上；
致动具有冲头(34)的冲压机(12)和剥离套筒(14;60)以使得所述套筒(14;60)在所述冲头穿过所述模以从所述多孔基体切割片件并推动所述片件经所述模进入容器时保持所述多孔基体靠着所述支承件；以及
使所述冲头回退且然后使所述剥离套筒回退。
21. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述冲片包括生物样品。
22. 根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述剥离套筒(14;60)是弹簧加载的。
23. 根据权利要求20-22中的任一项所述的方法，其特征在于，所述冲压机置于支柱(20)中，所述支柱(20)包括至少临时地将所述支柱固定在相对于所述模支承件的位置的一个或多个接合构件。
24. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述支柱(20)还包括一个或多个导向件(52)，并且所述剥离套筒(14;60)包括接合所述导向件的一个或多个通槽(50)。
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