CN103376334A - 一种液体分配设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液体分配设备，该设备包括：泵和第一出液通道，第一出液通道与该泵为液体流通，通过控制泵让液体通过第一出液通道被喷洒在基质材料上，其中，该设备还包括与泵和第一出液运输通道为液体连通的气密封空间，气密封空间里部分被液体填充，部分被气体填充。优选的，所属气密封空间的横切面积大于第一出液通道的横切面积。

Description

一种液体分配设备

技术领域

本发明属于液体分配设备，特别的，属于把液体通过设备中的泵结构被喷洒在基质材料上，例如硝酸纤维素薄膜上。

背景技术

临床检测越来越普及，主要是利用一些检测试剂检测患者的体液（检测样本）中是否含有目标被分析物质。这样的检测试剂或检测设备包括很多，其中比较主要的是利用免疫学原理进行的，免疫检测。  免疫测定可以采用不同的方式和形式来进行。在应用免疫测定的所有不同形式之中，最广泛使用的可能是使用固定的抗体和/或抗原、应用固相分离的那些免疫测定。在专业领域中这种技术被称为一种异相免疫测定。只有在确认检测样本中含有兴趣分析物时，才需要分离固定的抗体和/或抗原，来有效地测量，其中固定相作为一个物理耦合位点允许通过洗涤步骤来去除非靶材料。

当然，在固相分离的那些免疫测定中使用最普遍的就是横向流动系统进行检测，在固相基质材料上固定蛋白，例如抗体/抗原， 当样本中被分析物质存在的时候，基质材料上固定蛋白，例如抗体/抗原才表现出特异间接或直接结合被分析物质，然后利用显色来表示是否含有被分析物质或者通过仪器读取参数了确定被分析物质的多少。例如在如下一些专利描述的试剂条或含有试剂条的装置中都有具体的描述：US 4857453；US 5073484；US 5119831；US 5185127；US 5275785；US 5416000；US 5504013；US 5602040；US 5622871；US 5654162；US 5656503；US 5686315；US 5766961；US 5770460；US 5916815；US 5976895；US 6248598；US 6140136；US 6187269；US 6187598；US 6228660；US 6235241；US 6306642；US 6352862；US 6372515；US 6379620；和US 6403383。

需要进行这类检测，一个重要的方面就是如何在固相基质材料上固定一些试剂，这些试剂可以是任何物质，例如蛋白，抗体，抗原或其他为了完成检测需要处理的物质。

最开始采用手工的方式把需要固定的物质配置成溶液，然后用滴管按照一定的量，例如1毫升/平方厘米 处理在这些固相基质材料上，最后烘干。

后来，随着电子设备的发展，一些自动化设备逐步取代了手工，不仅让生产效率提高，同时也提高了在固相基质材料处理试剂的精度和准确度。例如，常用的就是利用电脉冲原理的步进电机或伺服电机等利用传送带来带动泵结构来进行液体的传输，然后通过通道自动把需要处理的试剂自动喷洒在固相基质材料，然后再对固相基质材料进行干燥或其他处理步骤。这类的设备在美国专利7754439，7541068，7736591，7470547中都有详细的描述。以步进电机为例，步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种开环控制中。

但是利用电脉冲原理的步进电机或伺服电机在进行液体分配或自动处理的时候也存在固有的缺陷，特别是在把液体试剂处理在固相基质材料上，也暴露出固有的缺陷，主要是由于电脉冲原理运行的自身特点，在固相基质材料上处理液体试剂表现并不均匀，当需要在基质材料上处理线条状的试剂线条的时候，这种缺陷表现的比较突出。解决这个问题的一方面就是使用更为精确的设备，例如使用步距角越小的设备或者精度更高的伺服电机，但是这样需要高昂的成本。这就需要提供一个更为低廉的设备，同时满足液体分配处理的工艺要求。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种液体分配处理设备，该设备可以在传统的设备上进行改进，一方面可以满足日益对液体试剂处理在固相基质材料的精度的要求，另一方面并不增加设备的成本。

  一方面，本发明提供一种液体分配处理设备，该设备包括：泵和第一出液通道，第一出液通道与该泵为液体流通，通过控制泵让液体通过第一出液通道被喷洒在固相基质材料上，其中，该设备还包括与泵和第一出液运输通道为液体连通的气密封空间，气密封空间里部分被液体填充，部分被气体填充。

  在一些优选的具体实施方式中，让来自泵的液体先通过气密封空间，然后再进入第一出液通道。更为优选的，泵通过步进电机或伺服电机进行自动控制。

   在另一些优选的方式中，气密封空间通过第二出液通道与泵连接。在这个方式中，泵连接第二出液通道，第二出液通道与气密封空间连接，同时第一出液通道也与气密封空间连接。来自泵的液体试剂先通过第二出液通道进入气密封空间，然后通过气密封空间进入第一出液通道，最后通过第一出液通道被滴加在固相基质材料。

  在另一些优选的方式中，所属气密封空间的横切面积大于第二出液通道的横切面积。更为优选的，气密封空间的横切面积大于第一出液通道的横切面积。或者，气密封空间的横切面积即大于第二出液通道的横切面积，又大于第一出液通道的横切面积。在一些更为优选的方式中，第一出液通道和第二出液通道的开口都被浸没在气密封空间里的液体里。

  在一个优选的方式中，气密封空间为气密封空间，在空间里部分被液体填充，部分被气体填充。优选的，气体为空气。在另一个优选的方式中，气密封空间由括密封查件和密封查件接收件两者密封配合形成，在密封查件和密封查件接收件两个部件中都包括气密封空间的一部分，两者密封配合形成一个完整的密封空间。在一个方式中，第二出液通道与密封查件接收件连接；第一出液通道与密封查件连接。

  在一些优选的方式中，第一出液通道与喷头连接，液体通过所述的喷头被喷洒在基质材料上。基质材料可以为硝酸纤维素薄膜，尼龙膜。

  另一方面，本发明提供一种液体分配方法，该方法包括：通过泵让液体通过第一出液通道被处理在固相基质材料上，其中，让来泵自的液体先通过气密封空间，然后进入第一出液通道，该气密封空间部分空间被液体填充，部分被空气填充。

在一些优选的方式中，让泵与步进电机或伺服电机连接，让液体自动被分配。在另外一些优选方式中，气密封空间为密封的腔体。

有益效果

使用本发明的设备来分配液体，一是不需要昂贵的设备，只需要在现有的设备基础少上进行改良就可以实施；另外，在节约成本下，可以让处理在基质材料上的线条更加匀称，平滑，减少了锯齿状结构。

附图说明

图1为传统的液体分配设备结构示意图；

图2为本发明的一个具体实施方式中的液体分配设备结构示意图；

图3为本发明的一个具体实施方式中包括气密封空间的缓冲器剖面分离结构示意图；

图4为本发明的一个具体实施方式中包括气密封空间的缓冲器剖面组合结构示意图；

图5为本发明的一个具体实施方式中气密封空间结构示意图；

图6为步进电机或伺服电机工作的原理示意图；

图7为利用传统的步进电机或伺服电机进行驱动的液体分配设备进行再固相基质材料上喷洒液体形成线条的平面结构示意图；

图8为利用本发明改进的液体分配设备进行再固相基质材料上喷洒液体形成线条的平面结构示意图；

附图标记说明：

平台112， 固相基质材料175，喷头 128，碰头的喷嘴205，喷头的活动阀门 204；第一出液通道 152， 缓冲器 300，第二出液通道 153， 开关阀门145；进液通道150，液体贮藏室 116， 液体  130， 活塞 118；活塞桶162，注射泵 120，泵的驱动器142，控制器114；气密封空间 305；第一出液通道入口 308，第二出液通道出口 307；密封环 401；气密封空间的第一部分 303；气密封空间的第二部分 304；密封插件 301；密封插件接收件 302；气体  306；液体分配设备 108；气体和液体的分界面408。

具体实施方式

结合附图，下面对本发明及的结构或这些所使用的具体技术方案做进一步的说明。这些说明只是对本发明的部分实施方式进行有限的说明，并不构成对本发明所要求的权利要求做进一步的限制。

图1为传统的液体分配设备108的一个具体运行方式，在该实施方式中，泵可以是常用的注射泵120，该泵由驱动器142自动驱动，驱动器，例如可以包括常用的采用电脉冲原理运行的步进电机进行或伺服电机带动注射泵中的活塞118在活塞桶162里进行往返来回运动。本领域的一般技术人员知晓，当活塞118被收回的时候，例如向下运动，位于液体贮藏室 116的液体130通过开关阀门145进入注射泵12里面。当活塞118被推进运动，例如向上运动的时候，位于注射泵120里的液体130从活塞桶162里被推进出液通道153，152，然后进入喷头128，通过喷头被喷洒或滴加在固相基质材料上。

传统的液体设备中，通常采用电脉冲原理带动注射泵120里活塞的运动的具体原理是本领域一般技术人员所熟悉的，具体分析如下。步进电机或伺服电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。现以步进电机为例进行详细的说明。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。

步进电机按照步进电机驱动器工作模式可以分为三种：整步、半步、细分，其主要区别在于电机线圈电流的控制精度（即激磁方式）。

整步驱动。同一种步进电机既可配整/半步驱动器也可配细分驱动器，但运行效果不同。步进电机驱动器按脉冲/方向信号对两相步进电机的两个线圈循环激磁，这种驱动方式的每个脉冲将使电机移动一个基本步距角，即1.8度 (标准两相电机的一圈共有200个步距角)。

半步驱动（2细分）。在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到下一脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继处在激磁状态，则电机转轴将移动半个步距角，停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后双相激磁步进电机将以每个脉冲0.9度的半步方式转动。

细分驱动。细分驱动模式具有低速振动极小和定位精度高两大优点。可运用在有时需要低速运行或定位精度要求小于0.9度的步进电机应用方案中。其基本原理是对电机的两个线圈分别按正弦和余弦形的台阶进行精密电流控制，从而使得一个步距角的距离分成若干个细分步完成。

综上所述，无论如何细分步距角，仍然存在步距误差，这是因为步进电机的运动并不是匀速和连贯的运动，是客观存在的，引起这一原因主要因素是电脉冲本身的特点所决定的。另外，步进电机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角之间都存在步距误差。连续走若干步时，上述误差形成累积值。转子转过一圈后，回至上一转的稳定位置，因此步进电机的步距误差不会长期累积。影响步进电机步距误差和累积误差的主要因素有：齿与磁极的分度精度、铁心叠压及装配精度、各相矩角特性之间差别的大小、气隙的不均匀程度等。

由于以上误差的存在，在实际上，泵里的活塞118在活塞桶162里的运动并不是匀速的，而是有时间间隔的运动，只是在运动的时候，看起来是匀速连贯的运动，实际上是不连贯的运动，这样在运输或推动液体在通道中的运动也不是匀速，连贯的运动，而是有时间的间隔，例如0.1秒或更微小的时间间隔。这种时间间隔与采用的步进电机的精度有关系，如果精度越高，时间间隔越小，相反，精度越底，时间间隔越长。例如，在同样的时间内需要运行同样的距离D，精度低的需要间隔的时间长（图6， A）；精度高的需要间隔的时间短（图6， B）。这种方式的驱动让液体在通道里的运动形式也如图7的运动方式，也具有时间间隔，在一定情况下，这种时间间隔就表现出液体是以一滴一滴的被喷洒在固相基质材料上。在运用中，当需要在固相基质材料上形成均匀的线条的时候，利用传统的采用步进电机驱动活塞运动的液体分配设备表现出在喷洒的线条具有明显的锯齿状（图8），特别是采用的设备的步进电机不是很精密的时候，这种锯齿状的线条的现象最为明显和突出。

正式这样的原因，本发明提出一种技术方案，在泵与喷洒通道之间提供一个气密封空间305，让该空间里一部分被液体130填充，另一部分被气体306填充（图5）。这样可以很好的克服采用电脉冲式原理驱动的步进电机进行驱动泵里活塞运动的一些缺陷，最终让喷洒在固相基质材料上的线条更加均匀，减少了锯齿状的线条（图8）。在进行操作使用的时候，可以先在空间305内填充部分液体，然后插入液体运输通道，让空间305变成密封。随着活塞的移动，来自活塞桶162的液体通过第二出液通道先进入密封空间305，随着液体的增多，压迫密封空间305的气体306，随着气体的压缩，气体产生的作用力作用于液体表面，然后让液体进入第一出液通道，从而喷洒在固相基质材料上。在这个实施方式中，如果气密封空间305的横切面积与通道的横切面积一样，喷洒的线条几乎没有太大的改善（与传统的设备比较），当气密封空间305的横切面积大于通道的横切面积的时候，由于这种结构，可以减少因为步进电机驱动泵里的活塞而产生的固有缺点。

在一个优选的方式中，气密封空间305的横切面积至少大于第二出液通道的横切面积。或者，气密封空间305的横切面积也可以都大于第二出液通道和的第一出液通道横切面积。当然，第二出液通道与的第一出液通道的横切面积可以相同，也可以不同。优选的，选择具有相同横切面积的通道作为液体运输通道。

这里所说的气密封空间305的“横切面积”是指在存在液体和气体的时候，气体和液体的分界面408所在的横切面及只要比第二出液通道或/和第一出液通道的横切面积大就可以了。液体运输通道或通道的横切面积一般是指与气密封空间相连的通道入口或出口的大小，例如可以是指第二出液通道的入口308与第一出液通道的出口307的横切面积。

气密封空间的横切面积大于第二出液通道或/和第一出液通道的横切面积，例如气密封空间的横切面积与第二出液通道或/和第一出液通道的横切面积的比值可以为2：1；4：1；8：1；10：1；15：1；20：1；40：1；80：1；100：1。这样，当采用精度比较低的脉冲电机运行的时候，可以选择二者比值比较大的结构；如果精度比较高的脉冲电机的时候，可以选择比值相对小的结构设计。本领域的一般技术人员在阅读本发明后可以容易想到。

气密封空间305里的液体和气体分配可以任何比例，例如液体为气密封空间总体积的1/2，1/3，1/4，1/5，1/8，1/10， 剩余的空间作为气体填充空间。在另一个优选的方式中，让第二出液通道的入口与的第一出液通道的出口都被浸没在液体里。另外，气密封空间的形状可以使任意形状，例如长方形状，圆柱体、菱形等等。

作为一些优选的方式，气密封空间305存在缓冲腔体3000内，缓冲腔体可以包括两个部分，一个部分为密封插件301，另一个部分为密封插件接收件302，两个部件301，302各自包括一个腔体303，304（图3）， 两者通过插接连为一体，最终形成气密封空间305（图4），这样可以先在腔体304中充一些液体130，然后再插接到部件302中，这样就在气密封空间形成了液气界面。 为了更好的增加两个部件之间形成密封空间的密封性，在部件301上包括一个环形的密封圈。在缓冲腔体上，两端分别连接有通道作为运输液体的管道，一条管道与泵液体连通，另一条通道用来喷洒液体。在一个优选的方式中，第二处液通道还连接一个喷头128，通过喷头把液体喷洒在固相基质材料中。

这里所说的液体可以使任何液体，一般液体都包括一些试剂，例如抗体、抗原，这些试剂通过本发明的设备被处理在固相基质材料上，让试剂分布更加均匀，当为线条的时候，让线条更加匀称，平滑，从而提高了产品的质量。

固相基质材料可以是任何材料，例如玻璃、吸水性的、非吸水性的，塑料薄片等。在一个优选的方式中，固相基质材料为多孔吸水材料，例如为硝酸纤维素薄膜，尼龙薄膜等。

在另一个方面，气密封空间305可以位于泵与通道之间，作为一个单独的部件存在，也可以是与泵的结构结合，只要让来自泵的液体先进入气密封空间305里，然后再通过通道运输到喷头里（如果有）；至于气密封空间的具体位置没有关系。另外在一个液体流路上，可以任意布置多个气密封空间305，例如，在第二液体输送通道上布置多个气密封空间都是可行的。至于气密封空间的横切面及与通道的横切面积之间的选择可以根据电机的脉冲大小来自由选择，通过本发明的描述，本领域的一般技术人员通过有限的试验可以获得。在此不作过多的举例说明。

Claims (13)

1.一种液体分配设备，该设备包括：泵和第一出液通道，第一出液通道与该泵为液体流通，通过控制泵让液体通过第一出液通道被喷洒在基质材料上，其中，该设备还包括与泵和第一出液运输通道为液体连通的气密封空间，该气密封空间里部分被液体填充，部分被气体填充。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，来自泵的液体先通过气密封空间，然后再进入第一出液通道。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，气密封空间通过第二出液通道与泵连接。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述气密封空间的横切面积大于第二出液通道的横切面积。

5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述气密封空间的横切面积大于第一出液通道的横切面积。

6.根据权利要求１所述的设备，其中，该设备还包括第二出液通道，气密封空间通过第二出液通道与泵连接。

7.根据权利要求3所述的设备，其中，气密封空间由括密封查件和密封查件接收件两者密封配合形成。

8.根据权利要求7所述的设备，其中，第二出液通道与密封查件接收件连接；第一出液通道与密封查件连接。

9.根据权利要求1-8之一所述的设备，其中，所述的第一出液通道和第二出液通道的开口都被浸没在气密封空间里的液体里。

10.根据权利要求1-8之一所述的设备，其中，所述的第一出液通道与喷头连接，液体通过所述的喷头被喷洒在基质材料上。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，基质材料为硝酸纤维素薄膜。

12. 根据权利要求1-8之一所述的设备，其中，该设备还包括采用电脉冲驱动泵运动的电机；所述的泵为注射泵，该注射泵包括活塞和活塞桶，电机驱动活塞桶里的活塞运动。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，电机为步进电机。

Images