CN111278562A - 用于保护和密封容器的开口的装置 - Google Patents

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CN111278562A CN201880056616.7A CN201880056616A CN111278562A CN 111278562 A CN111278562 A CN 111278562A CN 201880056616 A CN201880056616 A CN 201880056616A CN 111278562 A CN111278562 A CN 111278562A
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杰西卡·里奇曼
丹尼尔·阿尔莫纳西德
康斯坦斯·诺里斯
罗德里戈·奥尔蒂斯
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Abstract

用于保护和密封容器、特别是在实验和诊断实验室中使用的容器的开口的装置的实施方案。该装置是用于烧瓶或容器的一个工件制造的塞子(1)，包括至少一个通过通道(2)和至少一个结构性流量调节器障碍物，允许固体元件通过。结构性调节器障碍物包括至少一个出入口(4)，从而以单向和/或双向的方式调节容器的内部空间和外部空间之间的通过和连接。该塞子可由弹性材料(8)制成并且是可重复密封的。不必要将塞子去除以获取容器中包含的样品。实施方案包括用于制造该装置的方法和模具。

Description

用于保护和密封容器的开口的装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年8月28日提交的申请号为62/551,157的美国临时申请的权益，其全部内容通过该引用结合于此。
技术领域
本公开一般涉及在实验室和诊断室中使用的装置和工具。
背景技术
对于几乎任何一种工业，时间对于规划和选择工艺来说都是最相关的方面之一，因为时间与工厂的生产能力有关，并因此与货币资源有关。因此，相关的是，工艺中的阶段的数量要尽可能少，以便除了降低意味着有限生产线的出错概率，还节省时间和资源。
例如，对于健康环境中的生物样品处理，移除包含样品的管的盖子，并随后将盖子重新结合到管，代表了该工艺中至少两个额外的阶段，这意味着相关的时间和资源成本，同时增加了交叉污染和其他后续错误的风险。
发明内容
提供了一种用于保护和密封烧瓶或容器的开口的、一个工件制造的塞子形式的装置，所述装置包括至少一个通过通道、和至少一个结构性流量调节器障碍物，以允许固体元件的通过。所述结构性调节器障碍物包括至少一个出入口，以单向和/或双向的方式调节容器的内部空间和外部空间之间的通过和连接。通过通道包括通过通道的预设构造，所述预设构造中，通过通道的形状、几何结构和材料的构造允许固体元件的通过，其中所述结构性调节器障碍物包括至少一个出入口，以单向和/或双向的方式调节容器的内部空间和外部空间之间的通过和连接，包括用于调节结构性流量调节器障碍物的体积空间配置从初始状态到第二状态的变化或改变的系统，其中初始状态阻塞通过通道，并且第二状态允许以单向和/或双向的方式通过所述通道。
该装置允许获取储存器(receptacle)或容器中包含的样品，而无需从其上移除盖子，但同时能够保持样品与容器外部隔离，并且不允许样品的意外流出。类似于可以在医院环境等中使用的血清袋中所观察到的，但是在这种情况下，该装置不限制可以刺穿入口的某物的进入，如在针和其他类型的穿孔器(punch)的情况下所发生的，这允许该装置被诸如塑料尖端的刚度较小的物体使用。
此外，该装置提供更快的样品处理，因为所需步骤更少，并且任务能够在更短的时间内完成，与手动和自动环境兼容。
该装置还允许通过消除工艺中的任务来节省资源。不再需要专门关注塞子或任何等效物移除的其他工具或其他类型的资源。此外，阶段的数量越少，出错的概率越低，从而允许在确定的时间段内完成更多数量的工艺，这额外地使得性能改善，意味着工艺的效率和有效性显著增加。
本文描述的塞子还降低了交叉污染的概率。由于不再移除塞子，因此容器内部较少地暴露于外在元件的污染或落下。
此外，该塞子的使用能够以手动或自动化的方式或在处理大量样品时，更高效且有效地处理包含在容器中的样品。它还将样品之间出错的可能性和交叉污染的风险保持在较低水平。
在本专利申请的上下文中，“塞子”通常指的是物理上独立的部件，当其被结合到例如圆柱形容器的前部(overture)或开口中时，将储存器的外部与内部隔离，一种可以被称为“密封”的动作。
“通过通道”被命名为以部分或全部的方式预先设定并物理构造的路径，固体元件通过该通过通道从容器的外部移动到内部，和/或反之亦然。
本文可以描述两个主要功能：第一个功能与密封容器相关，此外，作为第二个且同时的功能，允许进入容器的内部，而不需要移除塞子，保持容器的内部空间与容器的外部空间分隔开，改善样品的保存，并保护内容物免受样品的操作和操作引起的污染。
结构性流量调节器障碍物可永久地阻塞所述通道，除非通过在出入口的表面上施用由固体主体施加的垂直力来打开通路，这引起出入口自身的空间布置的变化，允许所述固体主体通过所述通过通道。
塞子可以包括系统，从而在不再施加由固体主体施加在调节器障碍物上的垂直力时，重置出入口位置的初始体积空间配置。
优选地，所述通路由力的施用来激活，而不破坏所述塞子或引起对所述塞子的任何结构性损坏，因此可以重复使用特定的、可变的或无限的次数，并且其中所述塞子可以在一系列固体对象的相互作用下被操作。
其中，用于与所述塞子相互作用的一系列固体对象可包括：圆形的、尖的、圆锥形的、平的和倾斜的对象，以及它们的任意组合。
塞子还可以由弹性体材料制成，其中弹性体材料可以选自于以下材料中的至少一种：选自于苯乙烯、烯烃、硫化热塑性塑料、热塑性聚氨酯、共聚酯和共聚酰胺材料。
实施方案可以包括一种用于制造前述塞子的方法，其中该方法包括以下步骤或阶段中的至少一个：
a.预分析，和
b.实体化(materialization)。
其中，预分析阶段包括：
a1.观察干预可能性的检测，
a2.质疑化，
a3.解决策略，和
a4.设计方案；
且其中实体化阶段包括：
b1.实物模型，
b2.对所述塞子的物理和实际表示进行建模，
b3.数字原型和模板，
b4.模板和原型的制造，
b5.性能评估，
b6.在真实条件、使用和情况下测试原型，和
b7.规模化生产
制造所述模板和原型的步骤可包括以下步骤中的至少一个：1)与快速原型工具制造工艺相结合进行铸造以获得阳模(positive)(模具)；2)3D打印；3)通过粗加工，例如通过手动、计算机化或混合工艺，进行加工；和4)通过材料的沉积进行共形(conform)。
制造所述模板和原型的步骤可包括共形模制工艺，其包括用于共形单工件式塞子的至少一个单元的模具的精加工(elaboration)。
用于使所述塞子共形的所述模具可包括同时或相继地精加工单工件式塞子的多个单元。
规模化生产可包括以下步骤中的至少一个：1)铸造，2)注射成型，和3)挤出成型。
实体化阶段可包括直接的、有意的、或衍生自数字原型或涉及使用自动化机器的制造工艺的任何形式的计算机可读信息，优选在所述制造工艺的任何时间。
计算机可读信息可包括以下至少一种：数控编程语言、参数化设计方法、网格设计方法以及它们的任意组合。
实施方案可包括通过前述方法生产的、优选由一个工件制成的、用于烧瓶或容器的塞子。
实施方案可以包括塞子/容器组件，该组件包括烧瓶或容器、以及前述塞子，塞子附接或连接到烧瓶或容器。
其中，容器或烧瓶当然可以包括样品。
附图说明
图1包括塞子变型1的概览及其不同的视图。
图2包括塞子变型1的滑动轴平面，以突出显示通过通道(A)和出入口(B)，以及它们的仰视图和俯视图。
图3包括使用塞子变型1的示意图，其中移液管通过出入口。
图4包括塞子变型2的可替代实施方案的概览及其不同的视图。
图5包括图4的塞子变型2的中间平面，以突出显示通过通道(A)和出入口(B)，以及它们的仰视图和俯视图。
图6包括使用图4的塞子变型2的示意图，其中移液管通过出入口。
图7包括塞子变型1的蓝图，其中以毫米为量度构建其实施方案。
图8包括图4的塞子变型2的蓝图，其中以毫米为量度构建其实施方案。
具体实施方式
应该理解，以下公开提供了许多不同的实施方案或实施例，用于实现各实施方案的不同特征。下面描述了构件和布置的具体实施例，以简化本公开。当然，这些仅仅是实施例，而不旨在是限制性的。此外，本公开可以在各实施例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单且清楚的目的，其本身并不表示所讨论的各实施方案和/或构造之间的关系。
如图1-8中的至少之一所示，变型可以包括具有预设的通过通道2的塞子1，其中，通过通道2的形状、几何结构和材料的配合允许固体元件或主体7的通过，固体元件或主体7向结构3施加垂直力(Y轴)，该结构3施加密封通过通道2的轴向闭合(图4和图5A)，为了本专利申请的目的(图6)，通过通道2命名为“出入口”4(图5B)。图1包括塞子变型1的概览及其不同的视图。示出了塞子1，其包括连接到内在的、伸长的主体部15的外头部14，塞子1布置在烧瓶或容器9的开口13中。优选地，外头部14和内主体部15一体形成，即作为一个整体，其优选地包括弹性材料8。外头部14和外主体部15优选围绕Y轴旋转对称，例如具有圆柱形状。外头部14的外径20可以例如达到1-8cm，优选地2-6cm，更优选地3-5cm，但是其他尺寸当然也是可以想到的。内主体部15的外径21可以例如是外头部14的外径20的60-90％，例如80-90％。通过通道2可以具有例如外头部14的外径20的40-60％的直径。图6和7示出了塞子变型1和2的几个优选尺寸。内主体部15可以设置有诸如环、特别是两个环的一个或多个径向突起16，以提供更好的密封。容器9可以包括内部(空间)5上的样品10。为了清楚起见，外部(空间)用附图标记6表示。塞子1和容器9的组件用附图标记17表示。
图1-3示出了塞子1的变型1，其中出入口4包括柔性或可弹性变形的折板(flap)18。图3示出了由固体主体或元件7刺穿的出入口4。其中，柔性折板18在不受结构性损坏的情况下向容器9的内部(空间)5弯曲或折曲。另外，当再次移除固体主体7时，柔性折板18则返回到其初始位置/状态。固体元件或主体7可以具有相对尖、平的端部、诸如所示的移液管12的锥形形状(像标枪)，尽管其它形状也是可以想到的。
通过将垂直力(Y轴)施加至结构3，其形状、几何结构和材料的配合允许固体元件或主体7的通过，该结构3施加密封通过通道2的轴向闭合(图1和图2A)，为了本专利申请的目的(图3)，该通过通道2命名为“出入口”4(图2B)。
第一个功能是与容器9的前部或开口13具有同心的体积兼容性的结果，并且其制造是在弹性体材料8(例如，苯乙烯(SBCs)、烯烃(TPOs)、硫化热塑性塑料(TPVs)、热塑性聚氨酯(TPUs)、共聚酯(COPEs)、共聚酰胺(COPAs)等)中进行的，该弹性体材料8能够使塞子1的周边膨胀适应由前部或开口13本身的体积所设定的边界。
通过该通道2的元件由位于通过通道2本身的结构3调节，命名为阻挡路径的“出入口”4，阻塞任何元件从(内/外)部到(外/内)部5、6的通过。为了打开通路，待引入容器9的物体7在“出入口”4上施加垂直力，这在出入口4上产生空间布置的变化，从而允许物体7通过该通过通道2。在力不再施加在结构3上的时刻，出入口4返回到其初始空间布置(图3或图6)。
图4-6示出了塞子1的变型2，其中出入口4包括狭缝19(代替折板18)。狭缝19在插入诸如移液管12的固体对象或主体7时打开(图6)，而在再次移除固体主体7时(弹性地)返回到其原始状态/形状。
由于不再需要从容器9(例如烧瓶、管、容器、药水瓶等)中移除塞子1以获取其中的内容物，因此具有前述特征的塞子1提高了数个工艺的效率，尤其是在工业环境中。这意味着不再需要如移除塞子1和将其放回的阶段，从而节省了时间和资源。
在一个实施方案的变型中，其中在健康环境中，自动化的样品处理的效率、污染和出错风险情况是至关重要的，能够以较少的步骤处理样品10(到容器内部的通路，或者从内部提取流体或者向内部添加流体)的替代方案是相关的并且是非常重要的。由于该工艺的一部分通常仅考虑步骤或集中于容器塞子1的移除，并且根据容器9和环境(协议)的特征，甚至可以延伸到相当复杂的三个步骤以上(由于待开发和由协议所建议的任务和/或步骤的数量)。当执行一系列步骤和阶段以适应进行特定工艺所必需的物理条件时，这些关键步骤会导致资源和时间的损失。因此，自动化装置的使用涉及通过由设备的机械条件所限定的路径的移动，因此通常每次移动(例如，当进入容器并返回时)至少两次通过给定位置的点。
在容器9的内容物被全部或部分移除、或者它只是与设备具有某种接触的情况下，返回到原始位置意味着与其他样品交叉污染的高风险，因为在这种接触工艺中可能会有残留沉积物的滴落或落下。在一个具体的实施例中，由于在内容物和样品10的自动化或大规模处理中使用了塞子和/或系统，该工艺中不再需要移除塞子1，并且容器9的内部5不再暴露于外在元件的落下，这降低了容器9之间的污染风险。
此外，当在样品分析管道中使用塞子1时(例如，手动或自动)，可以实现处理样品组的时间的改善。因此，样品处理时间可减少样品处理总时间的5％和60％之间。这种改善还可以包括在生产环境中处理样品时资源使用的优化。这些资源可以包括以下至少一种：物理资源、人力资源、材料资源、经济资源以及它们的任意组合。
实体化工艺(例如，对于系统的塞子和/或构件)可以包括至少四个预分析阶段和至少八个实体化阶段。预分析包括：观察，其是对干预可能性的检测；质疑化，其是对与功能开发或性能相关的问题的定义、以及对其可能原因的假设；解决策略，其是对功能目标的定义和设计中可能的实现方式；和设计方案，其是与策略中定义的目标脱离的正式方法。
实体化可以额外地或可替代地包括：1)实物模型，其是应用于设计的原理的物理设计；2)建模，其是塞子和/或系统的以其真实大小的物理表示；3)数字模具和原型的构建；4)模具和原型的制造，其是优选的制造方法，是与快速的原型工具制造工艺相结合进行铸造以获得阳模(模具)的情况，但是其制造也与3d打印兼容，通过粗加工(手动、计算机化或混合)进行加工，或者通过材料的沉积进行共形；5)性能评估；6)根据获得的结果重复步骤4和5，次数视需要而定；7)使用评估，其是在真实条件、用途和情况下测试原型；和8)根据规模(单元数量和商业环境)实施和评估可兼容的替代的制造工艺，在针对大规模市场进行预测的情况下，铸造仍然作为第一替代优选，注射和挤出成型分别作为第二和第三选择。
在第一变型中，用于原型制作的精加工材料的优选替代方法可以包括以下步骤：1)与快速的原型工具制造工艺相结合进行铸造以获得阳模(模具)；2)3d打印；3)通过粗加工进行加工，在这种方法中，粗加工可以通过手动、计算机化或混合工艺来解决；和4)通过材料的沉积进行共形。
对于大规模生产，(优选的)方法可以包括以下至少一种：1)铸造，2)注射成型，和3)挤出成型。
尽管为了简明而省略，但是(优选)实施方案可以包括各种系统构件和各种方法工艺的每种组合和排列，包括任何变型、实施例和特定实施例，其中方法工艺可以以任何适当的顺序来依序或同时执行。
该系统和方法及其变型可以至少部分地实施和/或实现为机器，该机器配置为接收存储计算机可读指令的计算机可读介质，用于将用户-计算机通信设计为参数设计方法、网格设计方法及其任何组合，其中用于它们性能的前述基本技术由算法方案来定义，所述算法方案允许引入变量、参数、体积、空间限制等以建立这些与虚拟目标之间的关系。
还用于基于允许引入变量、参数、体积、空间限制等以建立这些与虚拟目标之间关系的算法方案，将计算机或机器可读指令制造为数控编程语言(Numerical controlprogramming language，CNC)(例如：g代码、c代码、a代码)技术。
指令优选地由优选与系统集成的计算机可执行构件来执行。计算机可读介质可以存储在任何适当的计算机可读介质上，例如随机存取存储器(RA)、ROM、闪存、电可擦除只读存储器(EEPROM)、光学设备(CD或DVD)、硬盘驱动器、软盘驱动器或任何适当的设备。计算机可执行构件优选地是通用或专用处理器，但是任何适当的专用硬件或硬件/软件组合设备可以替代地或附加地执行指令。
本领域技术人员将从前面的详细描述以及从附图和权利要求书中认识到，在不脱离所附权利要求书限定的范围的情况下，可以对优选实施方案进行修改和改变。
附图标记列表
1.塞子
2.通过通道
3.结构性流量调节器障碍物
4.出入口
5.内部空间
6.外部空间
7.固体主体
8.弹性体材料
9.容器或烧瓶
10.容器或烧瓶中的样品
11.塞子/容器组件
12.移液管
13.开口
14.外头部
15.内主体部
16.径向突起
17.塞子和容器的组件
18.柔性或可弹性变形的折板
19.可弹性变形的狭缝
20.外头部的外径
21.内主体部的外径

Claims (18)

1.一种用于烧瓶或容器的塞子，其优选地由一个工件制成，其包括：
a.至少一个通过通道，和
b.至少一个结构性流量调节器障碍物，
其中，所述通过通道包括所述通过通道的预设构造，所述预设构造中，所述通过通道的形状、几何结构和材料的构造允许固体元件的通过，且其中，所述结构性调节器障碍物包括至少一个出入口，从而以单向和/或双向的方式调节所述容器的内部空间和外部空间之间的通过和连接，包括用于调节所述结构性流量调节器障碍物的体积空间配置从初始状态到第二状态的变化或改变的系统，其中所述初始状态阻塞所述通过通道，并且所述第二状态允许以单向和/或双向的方式通过所述通道。
2.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述结构性流量调节器障碍物永久地阻塞所述通道，除非通过在所述出入口的表面上施用由固体主体施加的垂直力来打开通路，这引起所述出入口自身的空间布置的变化，允许所述固体主体通过所述通过通道。
3.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述塞子包括系统，从而在不再施加由所述固体主体施加在所述调节器障碍物上的垂直力时，重置所述出入口的位置的初始体积空间配置。
4.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述通路由力的施用来激活，而不破坏所述塞子或引起对所述塞子的任何结构性损坏，因此能够重复使用特定的、可变的或无限的次数，并且其中所述塞子能够在一系列固体对象的相互作用下被操作。
5.根据权利要求4所述的塞子，其中，用于与所述塞子相互作用的所述一系列固体对象包括：圆形的、尖的、圆锥形的、平的和倾斜的对象，以及它们的任意组合。
6.根据权利要求1所述的塞子，其中，所述塞子由弹性体材料制成，其中，所述弹性体材料能够选自于以下材料中的至少一种：选自于苯乙烯、烯烃、硫化热塑性塑料、热塑性聚氨酯、共聚酯和共聚酰胺材料。
7.一种用于制造权利要求1所述的塞子的方法，其中，所述方法包括以下阶段中的至少一个：
a.预分析，和
b.实体化，
其中，所述预分析的阶段包括：
a1.观察干预可能性的检测，
a2.质疑化，
a3.解决策略，和
a4.设计方案；
且其中所述实体化的阶段包括：
b1.实物模型，
b2.对所述塞子的物理和实际表示进行建模，
b3.数字原型和模板，
b4.模板和原型的制造，
b5.性能评估，
b6.在真实条件、使用和情况下测试原型，和
b7.规模化生产。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，制造所述模板和原型的步骤包括以下步骤中的至少一个：1)与快速原型工具制造工艺相结合进行铸造，以获得阳模(模具)；2)3D打印；3)通过粗加工，例如通过手动、计算机化或混合工艺，进行加工；和4)通过材料的沉积进行共形。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，制造所述模板和原型的步骤包括共形模制工艺，所述共形模制工艺包括用于共形单工件式塞子的至少一个单元的模具的精加工。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，用于使所述塞子共形的所述模具包括同时或相继地精加工单工件式塞子的多个单元。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述规模化生产包括以下步骤中的至少一个：1)铸造，2)注射成型，和3)挤出成型。
12.根据权利要求7所述的方法，其中，所述实体化阶段包括直接的、有意的、或衍生自数字原型或涉及使用自动化机器的制造工艺的任何形式的计算机可读信息，优选在所述制造工艺的任何时间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述计算机可读信息包括以下至少一种：数控编程语言、参数化设计方法、网格设计方法以及它们的任意组合。
14.一种用于烧瓶或容器的塞子，其通过根据权利要求7所述的方法生产，优选地由一个工件制成。
15.一种塞子/容器组件，其包括：(1)烧瓶或容器，和(2)根据权利要求1或14所述的塞子，所述塞子附接或连接到所述烧瓶或容器。
16.根据权利要求15所述的塞子/容器组件，其中，所述容器或烧瓶包括样品。
17.一种权利要求1所述的塞子的用途，其中包括样品分析管道中的所述塞子通过减少样品处理的总时间的至少5％、优选10％、优选20％、优选30％、优选40％、优选50％、优选60％的时间来改善处理样品组的时间。
18.根据权利要求17所述的塞子的用途，其中，改善处理样品分析管道中的样品组的时间包括处理来自生产环境的样品中的资源优化，因为其允许减少和优化资源的使用，其中资源能够包括以下至少一种：物理资源、人力资源、材料资源、经济资源以及它们的任意组合。
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