CN105828949A - 电子移液器 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制电子移液器(1)的方法，所述移液器包括活塞(11)，该活塞在圆筒(10)中被马达(15)致动，所述马达通过使用控制系统控制，所述控制系统通过用于操作移液器的用户界面(6、8、9)控制，其中，使用位于移液器中的系统(16)测量影响电子移液器(1)的活塞(11)的移动的实际游隙，测量的游隙值被发送给电子移液器的控制系统，并且基于测量的游隙值通过控制系统调节活塞的移动。

Description

电子移液器
技术领域
本发明涉及一种用于液体剂型的电子移液器，并且该电子移液器包括能够在圆筒中移动以抽吸和分配液体的活塞、用于使活塞在圆筒中移动的电动马达和具有用于操作电子移液器的用户界面的电子操作系统。
背景技术
在实验室中用于液体剂型的移液器包括能够在圆筒中移动以将液体抽吸到与圆筒连接的顶端容器中的活塞。容积通常是可调整的。还存在如下电子移液器，该电子移液器的活塞通过电动马达和与其相关的控制系统致动。然而，还存在其活塞通过人力致动并且仅包括电子显示器的电子移液器。电子移液器具有用户界面，用于选择期望的移液器功能(例如向前或向后移液)、设置容器并且用于发出执行操作的指令。用户界面具有必要的开关以便输入必要的设置并且执行功能。用户界面连接至显示器，通过该显示器，容积和其它必要的数据可以被显示。显示器还可以示出菜单，以允许往控制系统中输入数据。
已知的电子移液器的示例公开在例如WO2005079989和WO2005079987的公开出版物中。
移液器通常具有校正功能，以允许设置在显示器上标示出的活塞行程或容积，以使得分配的液体容积在最大精度的情况下等于标示的容积。实际上，校正包括给具有标示的容积的移液器分配的液体量称重。该液体通常为蒸馏水，并且该校正通常在室温(20-25℃)下执行。通常，称重重复地实施，并且计算称重操作的结果的平均值。
然而，由于在其寿命内移液器的使用，导致移液器的部件经历机械磨损，从而导致在移液器的不同部件之间产生间隙和游隙，这会影响移液器抽吸和/或分配的实际容积。
公开出版物US5,187,990公开了一种在启动时或在动力丧失之后动力复原时自动完成校正过程的电子移液器。在校正过程中，移液器的数字直线致动器经历完全的伸展以在开始移液过程之前将移液器的活塞正确定位在其原始位置中。除此之外，为了补偿空气压力和液体表面张力，在抽吸和/或分配液体容积期间移动移液器的活塞额外的距离。
发明内容
在本发明中，通过位于移液器中的系统测量影响电子移液器的活塞的移动的实际游隙，该测量的游隙值发送给电子移液器的控制系统，并且控制系统基于该测量的游隙值调节活塞的移动。以此方式，可以根据电子移液器的功能正确地消除每个移液器都不同并且在移液器的寿命期间变化的实际游隙。因为该游隙直接影响电子移液器抽吸和分配的液体的量，所以本发明提供了更精确的移液的液体量。
游隙的测量有利地以如下方式实施：限定第一位置处的活塞的实际位置，然后移动活塞设定的距离至第二位置，然后使活塞精确地返回第一位置并且测量返回距离，然后比较从第一位置至第二位置的设定的距离与从第二位置至第一位置的测量的距离。所述距离之间的差值就是移液器的实际游隙值。
有利地，沿电子移液器的活塞的两个移动方向测量游隙。对于活塞的不同移动方向，游隙可能不同，所以通过沿两个移动方向测量游隙，可以针对抽吸和分配使用合适的测量值。此外，沿两个方向测量游隙还能够最小化测量例如滞后的不精确性的影响。
当沿两个移动方向测量游隙时，有利地，将根据不同移动方向的测量的游隙值的平均值用作测量的游隙值，以调节活塞的移动。
有利地，可以在电子移液器每次通电时实施游隙测量。因此，正确的游隙值可基本上连续地用于移液操作。可替代地，因为游隙值在移液器正常使用期间一般不会显著地增加，所以可以仅在移液器的校正过程中实施游隙测量。
在本发明的方法中，可以使用相同的传感器系统来比游隙测量更有利地实施电子移液器的活塞的原始位置的限定和定位。
有利地，对为手持实体的电子移液器实施游隙测量。
有利地，本发明的方法在重复移液期间、在手动移液时或在步进移液时实施。
本发明还提供一种电子移液器，包括：在圆筒中被马达致动的活塞、用于实施移液操作的控制系统和用于操作移液器的用户界面，所述移液器还配置有用于测量影响电子移液器的活塞的移动的实际游隙的装置。
有利地，在本发明中，用于测量活塞的实际游隙的装置包括一个或多个合适的传感器或传感器系统，例如光学叉形传感器、反射传感器系统和/或磁传感器系统。
此外，用于测量活塞的实际游隙的装置可以被定位为移液器的固定结构的一部分，或者它可以定位在活塞本身中或与活塞一起移动的部件中，或者它可以部分地定位在移液器的固定结构和活塞本身两者中。
有利地，本发明的电子移液器是手持实体。
限定根据本发明的方法的特征更准确地记载在权利要求1中，并且限定根据本发明的电子移液器的特征更准确地记载在权利要求8中。从属权利要求公开了本发明的有利的特征和实施例。
附图说明
下面将以示例的方式并且参照附图更详细地说明本发明的示例性实施例及其优点，其中：
图1示意性地示出根据本发明的电子移液器的横截面；
图2示意性地示出根据本发明的电子移液器的功能图；
图3A和3B示意性地示出根据本发明的原理的用于测量电子移液器中的活塞的游隙的示例；
图4示意性地示出在重复移液期间根据本发明的电子移液器的活塞的马达驱动的示例；
图5示意性地示出在手动移液时根据本发明的电子移液器的活塞的马达驱动的示例；以及
图6示意性地示出在步进式移液时根据本发明的电子移液器的活塞的马达驱动的示例。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的电子移液器1的横截面，该电子移液器1形成为手持实体，并且该手持实体的主体包括手持部2，在手持部的上端包括倾斜的显示部3，并且在手持部的下端包括移液器的尖端部4。
当使用移液器1时，从手持部2抓握移液器1，以使得使用者的中指抵靠手持部上部处的手指支撑部5，以便使用者的食指能够自由地操作移液器的操作开关6。可拆卸的移液器尖端7连接至尖端部4，在移液器1的使用期间，液体被抽吸至该移液器尖端7并且从该移液器尖端7分配出。
移液器1的显示部3的外表面装配有显示器8和操作键9，显示器8和操作键9与操作开关6一起形成移液器的操作系统的用户界面。
圆筒10定位在移液器1的主体内部，在移液器的手持部2和尖端部4的区域中延伸，并且活塞11在圆筒内部能够相对于圆筒移动，圆筒和活塞两者都沿或平行于移液器的手持部和/或尖端部的中心轴线延伸。通道12在尖端部4的底端表面处从圆筒11的下端延伸，以通过使活塞11在圆筒10内部移动来抽吸液体至可拆卸的移液器尖端7中或将液体分配出移液器尖端7。弹簧构件13定位在圆筒10和活塞11的表面之间，沿圆筒和活塞的长度方向延伸，以压迫活塞的上端抵靠用于使活塞在圆筒中移动的装置。
用于移动活塞11的装置包括由螺杆14形成的线性致动器和电动马达15，螺杆14沿或平行于手持部2的中心轴线延伸，电动马达15通过非旋转螺杆与马达的旋转构件之间的螺纹连接使螺杆沿其长度方向移动。通过移动螺杆14，活塞11相应地在圆筒10内部移动。
移液管1还包括用于测量活塞的实际游隙的装置，在该实施例中其是位于马达15的顶部上的光学叉形传感器(opticalforksensor)16，以使得螺杆14的顶端可以在叉形传感器的支架之间移动。可替换地，在本发明中，用于测量活塞的实际游隙的装置可以位于活塞11本身中或位于与活塞一起移动的部件中，或者他可以包括两个或更多个部件，其中至少一个部件位于活塞11本身中或位于与活塞一起移动的部件中，并且至少一个部件位于移液器的其它固定部件上。
在图1的实施例中，螺杆14的移动以及由此的活塞11的移动被控制为步进式移动。因此，影响活塞的游隙可以被测量，以通过向上移动螺杆14直至光学叉形传感器16的支架之间的光路第一次被截掉而首先将螺杆14移动至起始位置。从该起始位置，螺杆14向上移动设定的步幅(step)量，然后向下移动直至在光学叉形传感器中再次获得未被阻挡的光路。向上的设定的步幅量与向下移动螺杆14至精确的起始位置所需要的测量的步幅量之间的差值限定了活塞的实际游隙。该实际游隙被自动发送给移液器的操作系统以在不同的移液操作期间被考虑。
在一些情况下，还可能需要考虑用于测量活塞的实际游隙的装置的可能的滞后或其它可能的测量不精确度。这可以被实施，以使得游隙的测量既针对活塞的向上移动实施也针对活塞的向下移动实施。由于机械游隙对于两个方向通常都是恒定的，所以测量的沿不同的活塞移动方向的游隙值的差异给出了所述测量不精确度的实际值。为了考虑这些测量不精确度的影响，测量的不精确度本身可以用来补偿活塞的移动，或者来自不同的移动方向的测量的游隙值的平均值可以用于设定的游隙值。
图2示意性地示出了例如图1的移液器1的电子移液器的功能图的示例。移液器的操作受中央处理单元(CPU)控制，该中央处理单元配置有用于存储预编程的操作和功能的存储器。使用者通过操作键并且在移液器的显示器的帮助下发指令给CPU。通过电池和电压调节器给CPU供给操作电力，当移液器置于其支架上时能够使用充电器通过充电连接该电池重新充电。移液器的CPU还可以通过数据接口连接至外部数据库。CPU从移液器的游隙传感器接收信息，并且计算将用于移液操作的游隙值，然后补偿活塞移动的实际游隙。根据接收来自于使用者通过操作键发出的指令，CPU通过马达驱动器控制移液器的马达。图3中的虚线表示移液器本身与移液器的支架之间的边界表面，当未被使用时移液器置于该支架上。
图3A和3B示意性地示出了用于测量电子移液器中的活塞的游隙的本发明的原理的示例。在图3A中，限定和测量影响电子移液器的活塞的向下移动的游隙，即影响分配移液动作的游隙。在图3B中，限定和测量影响电子移液器的活塞的向上移动的游隙，即影响抽吸移液动作的游隙。
在开始限定和测量游隙之前，使用传感器精确限定活塞的位置。接下来，如图3A所示，通过控制马达驱动活塞向上移动设定的步幅量(V步)来向上移动活塞。在活塞移动至其向上位置之后，控制马达驱动活塞向下返回至传感器限定的开始位置，并且计数马达需要的步幅(X步)。然后通过从X步中减去V步来限定活塞向下移动的游隙b1。
为了限定和测量活塞向上移动的游隙，如图3B所示，首先使用传感器精确地限定活塞的位置。然后，通过控制马达驱动活塞向下移动设定的步幅量(Y步)来向下移动活塞。在活塞移动至其向下位置之后，控制马达驱动活塞向上返回传感器限定的开始位置，并且计数马达需要的步幅(Z步)。然后通过从Z步中减去Y步来限定活塞向上移动的游隙b2。
从图3A和3B中可见，当改变活塞的移动方向时，马达将在活塞本身开始移动之前首先覆盖游隙的长度。进一步地，每次限定游隙时，所述的游隙的限定和测量对于两个移动方向都有利地实施。如果测量的游隙b1和b2不相等，那么可以使用所述测量的两个游隙值的平均值。
图4示意性地示出了在重复移液期间根据本发明的电子移液器的活塞的马达驱动的示例。重复移液技术是提供快速且简单的步骤以重复地输送相同液体体积的常用技术。
在重复移液技术中，多于在重复期间需要的待分配的液体体积的液体体积被抽吸至移液器中。然后实施需要量的重复，最后通过喷出阶段从移液器中移除任何剩余的液体。在喷出阶段之后，马达移动活塞返回原始位置，用于任何进一步的移液动作。
在图4的示例中，移动移液器的活塞的马达额外地被驱动测量的游隙值，以使得活塞本身将仅移动使用者限定的值并且精确地抽吸和分配需要的液体体积。
在图4中，“传感器”位置和相关的“传感器检查”用来检查并且准确定位活塞至其原始位置。
图5示意性地示出了处于手动移液的根据本发明的电子移液器的活塞的马达驱动的示例。电子移液器中的手动移液技术可以用于不同的应用中。其可以用于例如测量储存腔中剩余的液体量。在手动移液时，只要移液触发器或操作开关保持被按压，就抽吸液体。在这样的使用中，移液器的显示器示出已经被抽吸至移液器尖端中的体积量。在手动移液期间，只要需要，通常还可以在抽吸和分配之间改变，这需要精确补偿游隙。
在图5的示例中，在第一抽吸阶段，马达在没有任何游隙的情况下驱动活塞从开始直至结束，并且当第一分配阶段开始时，马达将首先向下驱动测量的游隙b的距离，其将不会实际移动活塞本身并且移液器的显示器上的抽吸的液体体积将不会改变。当通过马达驱动活塞实际移动时，显示的体积将相应地开始改变。在接下来的抽吸阶段，其在如图5可见的从移液器尖端分配总的液体体积之后，马达将首先驱动测量的游隙b的距离，在此期间显示的体积保持为0，并且仅在活塞实际移动之后显示的液体体积将相应地开始改变。类似地，当第二分配阶段开始时，在活塞实际移动之前并且在显示体积将相应地改变之前，马达首先驱动测量的游隙b。
图6示意性地示出了在步进移液时根据本发明的电子移液器的活塞的马达驱动的示例。在步进移液技术中，每一个移液步骤一般都由使用者按照顺序单独地输入，在该顺序中这些移液步骤将被执行。这允许使用者能够进行单独的并且甚至复杂的移液顺序。因此，步进移液顺序可以包括多个阶段，在该多个阶段中活塞移动方向被改变并且每一个活塞移动方向的改变需要游隙的精确补偿。
在图6的示例中，由于将活塞定位在起始的原始位置也移除了抽吸的游隙，所以通过马达以任何游隙驱动活塞来实施第一填充1。在填充1之后，通过两次分配操作：分配1和分配2排空移液器尖端，其中在分配1期间通过在实现活塞的实际移动以及分配动作之前通过驱动马达限定的量来移除测量的游隙b。在填充2和分配3的阶段，通过在实现活塞的实际移动以及由此还实现实际的抽吸或分配功能之前通过驱动马达来类似地移除测量的游隙b。
在上述全部3个移液技术中，分配精度取决于如何精确地已知并且然后补偿给定的移液器的精确游隙值。本发明提供了一种用于使用集成在电子移液器本身中的测量系统确定实际游隙值的方案，并且通过该方案，还能够更新移液器整个生命周期内的测量和补偿。
附图中示出以及上面讨论的本发明的特定的示例性的实施例不应视为限制。本领域技术人员可以在附属的权利要求的范围内以多种显而易见的方式修改并且改变上述示例性的实施例。因此，本发明不仅仅局限于上述实施例。

Claims (12)

1.一种用于控制电子移液器(1)的方法，所述移液器包括活塞(11)，该活塞在圆筒(10)中被马达(15)致动，所述马达受控制系统控制，所述控制系统通过用于操作移液器的用户界面(6、8、9)控制，其特征在于，通过位于移液器中的系统(16)测量影响电子移液器(1)的活塞(11)的移动的实际游隙，测量的游隙值被发送给电子移液器的控制系统，并且基于测量的游隙值通过控制系统调节活塞的移动。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过限定活塞(11)在第一位置的实际位置、然后使活塞移动一设定距离至第二位置、然后使活塞返回到第一位置并且测量返回距离、并且然后比较从第一位置至第二位置的设定距离与从第二位置至第一位置的测量距离来测量游隙。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中沿活塞(11)的两个移动方向测量游隙。
4.根据权利要求3所述的方法，其中沿不同移动方向测量的游隙值的平均值用作用于调节活塞(11)的移动的测量游隙值。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中每当电子移液器(1)被通电时或在电子移液器的校正过程期间实施游隙测量。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中对为手持实体的电子移液器(1)实施游隙测量。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中在重复移液期间、在手动移液时或在步进移液时实施游隙测量。
8.一种电子移液器(1)，包括：
活塞(11)，该活塞在圆筒(10)中被马达(15)致动，
用于实施移液操作的控制系统，和
用于操作移液器的用户界面(6、8、9)，
其特征在于，移液器(1)还包括用于测量影响电子移液器的活塞(11)的移动的实际游隙的装置(16)。
9.根据权利要求8所述的电子移液器(1)，其中用于测量实际游隙的装置包括光学叉形传感器(16)。
10.根据权利要求8或9所述的电子移液器(1)，其中用于测量实际游隙的装置(16)连接至移液器的固定结构，或者所述装置连接至移液器的活塞或连接至与活塞一起移动的部件。
11.根据权利要求8或9所述的电子移液器(1)，其中用于测量实际游隙的装置包括连接至移液器的固定结构的一个或多个部件、以及连接至移液器的活塞或与活塞一起移动的部件的一个或多个部件。
12.根据权利要求8-11中任一项所述的电子移液器(1)，其中电子移液器(1)为手持实体。
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