CN104797341A

CN104797341A - 具有电滑动接触的容器管以及方法

Info

Publication number: CN104797341A
Application number: CN201380061883.0A
Authority: CN
Inventors: M.赫尔; A.丹嫩贝格; J.施泰格特
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-07-22
Also published as: WO2014082911A1; DE102012221734A1; EP2925442B1; EP2925442A1; US20150298126A1

Abstract

本发明实现一种容器管（100），具有滚筒（10），它具有至少一腔室（20）和电接触部件（30,40），还具有调整装置（200），它设置成使滚筒（10）围绕它的中心轴线（15）旋转，在容器管（100）的外壳（110）上还具有电导体带（50,60），其中，所述电接触部件（30,40）被置于与电导体带（50,60）滑动接触，以传递电能。

Description

具有电滑动接触的容器管以及方法

背景技术

执行生物化学过程尤其以处理液体为基础。这种处理一般手动地通过辅助措施进行，例如移液器、反应罐、有源的探针表面或实验仪器。通过移液机械手或专用设备已经使这些过程部分自动化。

芯片实验室系统（也称为威斯腾便携实验仪或芯片试验仪）使宏观实验室的整个功能置于仅塑料卡大小的塑料衬底上。芯片实验室系统一般由两个主部分组成。测试载体含有结构和机构，用于履行流体的基本操作（例如混合），它们可以由无源部分、例如通道、反应室和前置的试剂、或者也由有源的部分如阀门或泵组成。第二主部分是执行、检测和控制单元。这种系统能够全自动地执行生物化学过程。

例如在文献DE 10 2006 003 532 A1中描述了芯片实验室系统。这个系统包括转子芯片，它可以相对于定子芯片旋转。转子芯片利用流体通道与定子芯片耦联，用于充满或排空转子芯片。

发明内容

在权利要求1中定义的容器管以及在权利要求14中定义的方法与通常的解决方案相比的优点是，可以传递电源的电能到在容器管运行期间旋转的滚筒中的耗电器。因此能够在容器管离心期间运行许多装置，例如加热器、传感器或半导体元器件，并因此对于要检验的组分实现不同的工艺步骤、测量和分析过程，其中根据各起作用的离心力实现装置的接通和断开。对此备选地也能够使现有容器管的结构一致地转移到外部的压力致动系统上。本方法还具有优点，能够不使用电缆地在容器管离心（处理）期间对旋转的滚筒里面的耗电器（例如传感器或加热装置）供电。此外按照本发明传递电源的电能一直到在滚筒中的消耗器能够对于电流导线以及其在容器管外壳与滚筒之间的接口实现简单的结构上的构造，由此可以有利地保持微少的容器管成本。

本容器管有利地与用于装置运行的外部供电无关，因此所述容器管的扩展功能与装置相结合还在现有的离心机中供使用，并因此再配备离心机是多余的。

如果所述容器管具有多于一个的滚筒，则在本容器管中可以使每个滚筒配有各自的装置，它也被独立地激活和控制。

本容器管有利地实现一种用于处理组分的自主系统，其中借助于装置在滚筒里面执行各个运行的过程，并因此与供能和/或容器管外部的信息无关。

所述装置在滚筒内部的布置负责组分的直接处理并因此负责组分的各个组成部分的快速变化。

因为所述控制单元准备用于容器管中的装置，因此易于操作执行工艺，可以有利地省去预调整运行参数。

可以以简单的方式在执行分析组分以后使电源容易地与容器管分开并且处理。

由从属权利要求给出本发明的有利扩展结构。

“组分”在此指的是一种液体、气体或一种（或多种）颗粒。“第一和第二组分”也可以只指的是同一种物质的两种不同的状态：例如第一组分由粘稠的含量构成，而第二组分由同一种物质的液体含量构成。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，电接触部件与电路板上的半导体元件导电连接，电路板与滚筒耦联。所述电路板最好含有电功能结构，例如尤其蜿蜒形设置的加热电阻或温度依赖的电阻。所述半导体元件例如可以是温度传感器，它由用于执行温度测量的闭合的电流回路通电。所述半导体元件也可以是化学FET或者电流传感器。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，所述半导体元件在电接触部件与电导体带的闭合状态下借助于微控制器控制。对此备选地也可以使用微处理器或微芯片。所述微控制器、微处理器或微芯片都含有逻辑电路，用于在容器管内部在电流电路闭合期间执行半导体元件的控制和调节。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，在电接触部件与电导体带的闭合状态下所述半导体元件的控制通过微控制器实现可变化地输出电能到半导体元件。因此电能在半导体元件上在电流回路闭合时不仅可以恒定地、而且受控地或者说触发地供使用。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，所述半导体元件是位于滚筒里面的、用于尤其循环加热腔室的加热装置，它利用接触电导体带与电接触部件可以控制加热。由此所述加热装置例如可以在滚筒的腔室里面提供必需的温度过程，由此在腔室里面可以在组分里面产生聚合酶-链反应。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，所述电导体带设置在外壳内侧。在此电导体带可以延伸地设置在外壳壁体内部或者在外壳内表面上。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，所述电导体带由注塑的电路载体（MID）在容器管外壳里面构成。MIDs（molded interconnect device）最好在外壳内侧面上构成。此外，MIDs与电源连接，用于容器管供电。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，其中，所述电路板还在端部具有至少两个连接片，在其上分别构成电接触部件，其中，所述电接触部件可以与第一对电导体带接触。两个连接片最好对置地设置在电路板的端部区域上。所述电接触部件最好是在导体带连接片区域中的导电覆层。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，所述电路板具有其它连接片，在其上仍然分别构成电接触部件，其中，这些电接触部件可以与不同于第一对电导体带的电导体带接触。使用多于两个连接片能够在同一电路板上在时间上不同地控制不同的功能。在此所述其它连接片最好与不同于第一对电导体带的电导体带接触。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，所述电导体带可以与电源导线连接地或无导线地连接，用于在电接触部件的闭合状态下通过电导体带产生通过导体带的电流。无导线的解决方案可以在容器管中使用线圈、电池或蓄电池。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，所述调整装置包括第一倾斜面，它与滚筒的第二倾斜面共同作用，用于使滚筒从第一位置沿着中心轴线带到第二位置，在第一位置第二倾斜面与容器管的外壳在围绕中心轴线的旋转方向上形状锁合地啮合，在第二位置取消形状锁合并且滚筒围绕中心轴线旋转。这个机构在此也称为“圆珠笔机构”。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，所述电导体带代替在容器管外壳上构成而在调整装置上构成。在此，所述电导体带最好设置在调整装置的第一倾斜面区域，并且与电源电连接，用于容器管供电，由此使滚筒的电接触部件在适合的滚筒位置闭合电流回路。

按照本发明的容器管的另一扩展结构，所述滚筒的电接触部件是第二电导体带，它们与电路板上的半导体元件导电连接。

附图说明

在下面的附图中示出本发明的实施例并且在下面的描述中详细解释。附图示出：

图1 按照本发明一实施例的容器管立体图，没有滚筒；

图2 图1中的容器管的开孔区域的立体图；

图3 图1的转台形式的容器管滚筒；

图4 图3的滚筒侧视图；

图5 在电路板的电接触部件与图1的容器管之间的无接触状态的局部视图；

图6 在电路板的电接触部件与图1的容器管之间的接触状态的局部视图；

图7 用于按照本发明另一实施例的容器管的滑动接触的示意图；

图8 按照本发明另一优选实施例的容器管滑动接触的示意图；

图9 用于按照本发明的另一实施例的容器管的具有加热装置的电路板示意图；

图10 用于按照本发明另一实施例的容器管的加热装置的具有调节器的电路板示意图。

在附图中相同的附图标记示出相同或功能相同的部件，除非另外说明。

具体实施方式

图1示出按照本发明一实施例的容器管100立体图，没有滚筒。

· 容器管100包括小管形式的外壳110。例如，外壳110可以由5至100mL、尤其50mL的离心小管、1.5mL或2mL的埃彭道夫吸管（Eppendorf）或备选地由微滴定板（例如每个穴20μL）构成。

在外壳102里面例如容纳滚筒（未示出）。

外壳110在其一端112封闭地构成。外壳110的另一端116利用封盖118封闭。优选封盖118可以取下来，用于从外壳110里面取出滚筒。备选地也可以拆开外壳110本身，用于取出滚筒或者达到在滚筒里面的腔室（未示出）。

封盖118最好设计成为滚筒供电，其中该供电源可以设计成可重复使用的零部件或仪器，它在容器管100运行中是容器管的组成部分。例如可以取下封盖118，配有组合的蓄电池（未示出）或电池（未示出）。

外壳110和滚筒10可以由相同或不同的聚合物制成。一种或多种聚合物尤其是热塑塑料、弹性体或热塑的柔性体。例如环烯烃聚合物（COP）、环烯烃共合物（COC）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA）、聚氨酯（PU）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸（PET）或聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。

在容器管100外壳110内侧区域中构成电导体带50,60，最好以注塑的电路载体（MID）的形式。电导体带50,60的区域分别在容器管100的敞开端部116的区域中延伸，并因此作为用于与封盖118的供电源接触的接口。在外壳110的圆柱形区域中电导体带50,60基本在垂直方向在端部112一直延伸到给定长度，它通过许多在圆周侧均匀间隔设置的调整装置的齿35（对此见图5和6）确定。电导体带50,60与调整装置的选出的齿35电连接。齿35的底面分别具有第一倾斜面201。

电导体带50,60最好在滚筒10的加工过程期间、例如在注塑工艺中一起注塑。电导体带50,60也可以配有保护层。电导体带50,60一般具有几纳米（例如50nm）至几毫米（例如3mm）的厚度，或者也可以设计成丝。电导体带50,60的宽度可以从几微米变化到几毫米。电导体带50,60可以具有金属材料如铜、金、铝、铂、钛、它们的合金，或者掺杂半导体原料如硅。

在旋上封盖118在容器管100上时通过触簧（未示出）在封盖118和电导体带50,60里面建立电流回路。

图2示出图1中的容器管100的开孔区域116的立体图。

电导体带50,60的区域51分别在容器管100的敞开端部116的区域中延伸，并因此作为用于与封盖118的供电源的接口。

如图2所示，齿35在容器管100的外壳110内侧构成并且在外壳110的深度方向突出地构成。

图3示出图1的转台形式的用于容器管100的滚筒10。滚筒10是基本薄壁的容器，它在其内部区域中具有用于容纳组分的腔室20，例如要检验的人的生物标本或者任意的化学物质。

在腔室20的内部圆周区域中设置电路板150，它是基本扁平的部件。电路板150具有大约矩形的中间区域，其中在上横向端部区域中分别从中间区域延伸出连接片160,170。电路板150镜像对称地构成。在连接片160,170的纵向端部区域中分别构成电接触部件30,40，它用于与容器管100的电导体带（未示出）滑动电接触。电路板150还具有电功能结构，它们例如可以加热组分。

腔室20可以在其内圆周面的区域中配有热绝缘例如借助于相位交变材料。备选地，该热绝缘可以完全地或者分段地布置在滚筒10的外圆周区域中。

在滚筒10的外圆周面区域中均匀间隔地设置许多调整装置的齿45（对此仍然见图5和6），它们分别沿着滚筒10的整个高度延伸。齿45的底面与腔室20的底面平齐地构成。齿45分别以给定高度突出于滚筒10的高度，其中齿45的自由端分别以倾斜面47的形式构成。

在运行中滚筒10围绕中心轴线15旋转，它与容器管的中心轴线（未示出）一致。

图4示出图3的滚筒10的侧视图，其中滚筒10在腔室20上端部区域中分别具有对置设置的缝隙形空隙12，它们用于容纳电路板150的连接片160,170。与缝隙形空隙12对置地在腔室20上端部区域中分别构成凸起13，它略微间隔地在圆周方向上延伸到滚筒10的外圆周面。凸起13与缝隙形空隙12相结合用于连接电路板150与滚筒10，其中凸起13在插入连接片160,170到缝隙形空隙12里面以后分别反卡连接片160,170的段，并且通过这种方式形状锁合地连接电路板150与滚筒10。

电路板150在安装位置相对于垂直平面倾斜，因此电路板150的连接片160,170附加地夹紧在凸起13里面。用于固定电路板150在滚筒10里面的这个实施例可以有利地利用注塑建立，其中可以省去用于反卡（倒切）的滑块。

图5示出在电路板150的电接触部件30,40与图1的容器管之间的无接触状态的局部视图。在容器管10内部通过在滚筒10上构成的齿和在外壳110的内圆周区域中构成的齿形成调整装置200，在操纵调整装置200时它引起滚筒10相对于容器管100的外壳110在给定方向上以给定的角度旋转（’操纵圆珠笔机构’）。

因为在按照图5的位置上位于内部的由容器管100的外壳110构成的电导体带50,60不接触分别由滑动接触构成的电路板150的电接触部件（未示出），在这个位置不能激活电路板150上的电功能。而是电路板150的电接触部件相对于电导体带50,60被旋转。只有在继续操纵调整装置200以后才能够闭合容器管100内部的电流回路。

图6示出在电路板150的电接触部件30,40与图1的容器管之间的接触状态的局部视图。在按照图6的位置上滚筒相对于图5的位置以一个齿位继续旋转，其中，现在电导体带50,60与电路板150的各电接触部件（未示出）接触。在容器管100内部的电流回路闭合，并且现在电路板150持续这个位置直到通过供给电能重新操纵调整装置200。因此激活电路板150上的电功能。

图7示出用于按照本发明另一实施例的容器管的滑动接触的示意图。

在图7和8中在其上部示出许多齿，它们分配给容器管（未示出）外壳的内部圆周区域。相应地在图7和8的下部示出许多齿，它们附属于滚筒10的外部圆周区域。

图7示出另一实施例，用于布置对滚筒10的电路板（未示出）供电的电导体带30。图7和8的视图分别只示出电导体带30，而所属的第二导体带（未示出）与这个导体带对置地设置。

在齿35的表面上在容器管外壳上构成注塑电路载体（MID）形式的电触点55。电触点55在齿35的自由端区域中具有一形状，它基本与齿35的那个形状一致。电触点55与容器管的电源（未示出）电连接。

在滚筒10的齿45的表面上也涂覆覆层在该齿45上，用于构成电接触部件，作为电导体带30，最好以注塑电路载体（MID）的形式。电导体带30与滚筒10的电路板电连接，由此利用这个电路板可以实现电功能，例如检测温度或者加热容器管10里面的组分。一旦现在在接通调整装置（未示出）时容器管的电触点55与滚筒10的电导体带30接触，然后电流回路闭合并且在容器管10里面执行电功能。

图8示出按照本发明另一优选实施例的容器管滑动接触的示意图。

在齿35的表面上在容器管外壳上构成注塑电路载体（MID）形式的电触点55。电触点55在齿35的自由端区域中具有一形状，它基本与齿35的形状一致。对此附加地在两个邻接齿之间的区域构成电触点55。电触点55与容器管的电源（未示出）电连接。

在滚筒10的齿45的表面上同样涂覆覆层到齿45上，用于构成电接触部件，作为电导体带30，最好以注塑电路载体（MID）的形式。电导体带30与滚筒10的电路板电连接，由此利用这个电路板可以实现电功能，例如检测温度或者加热容器管10里面的组分。一旦现在在接通调整装置（未示出）时容器管的电触点55与滚筒10的电导体带30接触，然后电流回路闭合并且在容器管10里面执行电功能。

图9示出用于按照本发明的另一实施例的容器管的具有加热装置310的电路板150示意图。

电路板150是平面的部件并且在其纵向端部的上部区域中各具有连接片160和170。电路板150的加热装置310以加热蜿蜒体的形式构成，它基本沿着电路板150一侧的表面延伸并且在端部分别与电接触部件30,40电连接。在电路板150的与加热装置310同一侧面上设置温度依赖的电阻300作为半导体元件，它设置在加热装置310上方。可以使用温度依赖的电阻300作为温度调节元件。对此备选地能够使用其它任何调节元件。

图10示意示出用于按照本发明另一实施例的容器管的加热装置300,350的具有调节器的电路板150的视图。

电路板150仍然是平面部件并且在其纵向端部的上部区域中分别具有连接片160和170。用于加热装置的调节器由温度传感器300和致动器350组成，它与温度传感器300电串联。温度传感器300和致动器350与电接触部件30,40电连接，它们在电路板150上部区域中仍然通过分别在其纵向端部上构成的连接片160和170构成。

温度传感器300测量组分（未示出）的温度，并且致动器350作为调节器调整这个测量的温度。在选择其它传感器时也可以测量和调节不同于温度的参数。对此备选地也可以使用电流传感器或化学FET等。利用微控制器360调节或控制致动器350和/或温度传感器300，微控制器同样与电接触部件30,40电连接。

在此尽管利用优选的实施例描述了本发明，但是不受其局限，而是可以通过许多方式改型。此外要指出，“一”在此不排除许多。

Claims

1. 一种容器管（100），具有滚筒（10），它具有至少一腔室（20）和电接触部件（30,40），还具有调整装置（200），它设置成使滚筒（10）围绕它的中心轴线（15）旋转，在容器管（100）的外壳（110）上的电导体带（50,60），其中，使所述电接触部件（30,40）与电导体带（50,60）滑动接触，以传递电能。

2. 如权利要求1所述的容器管，其中，所述电接触部件（30,40）与电路板（150）上的半导体元件（300）导电连接，电路板与滚筒（10）耦联。

3. 如权利要求2所述的容器管，其中，所述半导体元件（300）在电接触部件（30,40）与电导体带（50,60）的闭合状态下可以借助于微控制器（360）控制。

4. 如权利要求3所述的容器管，其中，在电接触部件（30,40）与电导体带（50,60）的闭合状态下所述半导体元件（300）的控制通过微控制器（360）实现可变化地输出电能到半导体元件（300）。

5. 如权利要求2至4中任一项所述的容器管，其中，所述半导体元件（300）是位于滚筒（10）里面的、用于尤其循环加热腔室（20）的加热装置（310），它利用接触电导体带（50,60）与电接触部件（30,40）的接触可以控制以进行加热。

6. 如上述权利要求中任一项所述的容器管，其中，所述电导体带（50,60）设置在外壳（110）内侧。

7. 如上述权利要求中任一项所述的容器管，其中，所述电导体带（50,60）由注塑的电路载体（MID）在容器管（100）的外壳（110）里面构成。

8. 如权利要求2所述的容器管，其中，所述电路板（150）还在端部侧具有至少两个连接片（160,170），在其上分别构成电接触部件（30,40），其中，所述电接触部件（30,40）可以与第一对电导体带（50,60）接触。

9. 如权利要求8所述的容器管，其中，所述电路板（150）具有其它的连接片，在其上仍然分别构成电接触部件，其中，这些电接触部件可以与不同于第一对电导体带（50,60）的电导体带接触。

10. 如上述权利要求中任一项所述的容器管，其中，所述电导体带（50,60）可以与电源导线连接地或无导线地连接，用于在电接触部件（30,40）的闭合状态下通过电导体带（50,60）产生通过电导体带的电流。

11. 如上述权利要求中任一项所述的容器管，其中，所述调整装置（200）包括第一倾斜面（201），它与滚筒（10）的第二倾斜面（11）共同作用，用于使滚筒（10）从第一位置沿着中心轴线（15）带到第二位置，在第一位置第二倾斜面（11）与容器管（100）的外壳（110）在围绕中心轴线（15）的旋转方向上形状锁合地啮合，在第二位置取消形状锁合并且滚筒（10）围绕中心轴线（15）旋转。

12. 如上述权利要求中任一项所述的容器管，其中，所述电导体带（50,60）在调整装置（200）上构成，替代在容器管（100）的外壳（110）上构成。

13. 如上述权利要求中任一项所述的容器管，其中，所述滚筒（10）的电接触部件是第二电导体带（14,15），它们与电路板（150）上的半导体元件（300）导电连接。

14. 一种用于在如权利要求1至13中任一项所述的容器管（100）中处理至少一容器管的方法，具有下面的步骤：

制备滚筒（10），它具有腔室（20）和电接触部件（30,40），

制备调整装置（200），它设置成使滚筒（10）围绕其中心轴线（15）旋转，和

电接触部件（30,40）与电导体带（50,60）滑动接触，用于传递能量。

15. 如权利要求14所述的方法，具有借助于测量装置执行测量方法的步骤，对测量装置提供滑动接触传递的能量。