CN112740047A - 实验室诊断仪器的正温度系数加热 - Google Patents
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Abstract
一种诊断设备具有：用于从一个或多个容器接收样本材料的样本探针；用于将所述样本材料输送到一个或多个反应容器的样本管线；用于向所述一个或多个反应容器供应试剂的试剂供应部和试剂供应管线；用于接收所述反应容器并且培育所述样本材料与所述试剂的混合物达到一段时间的培育环；以及用于加热所述设备的一个或多个区域或部件的加热系统。所述加热系统具有一个或多个正温度系数加热器。
Description
相关申请
本申请要求于2018年9月28日提交并且题为“实验室诊断仪器的正温度系数加热”的美国临时专利申请号62/738,083的优先权，所述美国临时专利申请出于所有目的借此以全文引用方式并入本文中。
技术领域
本申请通常涉及实验室诊断仪器的温度控制，并且更特定来说涉及流体器皿、子系统、管道和测定处理系统中的其它部件的正温度系数加热。
背景技术
温度敏感测定需要对在诊断测试期间与其相互作用的所有流体器皿、子系统和管道进行精确热管理。为容纳所有机械和机电一体化组件，测定处理系统和其它实验室诊断仪器通常很大，并且具有数个门和开口，冷空气可以通过所述门和开口渗入。执行诊断测试的环境必须独立于仪器周围的环境空气。换句话说，不管实验室中的温度变化如何，操作员工作的实验室的温度都不能影响仪器的内部温度。对仪器的内部环境的热管理可能具有挑战性，通常需要大型对流加热器和复杂控制回路。
例如，在常规测定处理系统中，将强大的强制热空气对流加热器放置在仪器内，以加热执行精确诊断测试的整个空气体积。必须小心放置所述加热器以保证跨越所有关键子系统的温度均匀性。图1示出典型的仪器100（例如，测定处理系统），其中使用对流加热器来加热实施温度敏感处理和测试的空气体积。仪器100包括内部空气体积110和可移动的门120。在仪器100的操作期间，可能需要内部空气体积110在特定温度范围内。门120的移动可以使内部空气体积110暴露至环境温度。因此，在门120关闭之后，可能需要加热元件来将内部空气体积110加热到所期望的温度。图2示出用于加热仪器100内的空气体积110的对流加热器200的示例性放置。图3示出可以结合仪器100使用的典型强制热空气对流加热器300的示例。
来自对流加热器的经加热的空气流循环通过测定处理系统，以调节某些区域中和周围的温度。多个对流加热器可以放置在仪器周围的不同位置处，并且可以被单独控制以进一步控制仪器内不同位置处的温度。使用控制回路反馈系统（例如，温度传感器）来控制所述对流加热器。例如，当感测到温度阈值时，温度传感器可以发送信号以打开或关闭对流加热器，以便将温度调整到所期望的范围内。
在测定处理系统的情况下，容纳在整个壳体的空气体积内的子系统取决于来自对流加热器的经加热的流。对环境的任何干扰都导致停机，以允许系统恢复到用于测试的最佳热环境。例如，当操作员打开盖门以重新装入比色杯或修复堵塞时，热环境受到干扰，并且必需停机以允许常规加热器使内部空气体积温度返回到所期望的范围。
本公开描述一种并不依赖于大型对流加热器或复杂反馈控制的用于实验室诊断仪器（例如测定处理系统）的替代加热解决方案。
发明内容
在一些实施例中，一种诊断设备包括：用于从一个或多个容器接收样本材料的样本探针；用于将所述样本材料输送到一个或多个反应容器的样本管线；用于向所述一个或多个反应容器供应试剂的试剂供应部和试剂供应管线；用于接收所述反应容器并且培育所述样本材料与所述试剂的混合物达到一段时间的培育环；以及用于加热所述设备的一个或多个区域或部件的加热系统。所述加热系统包括一个或多个PTC加热器。
在一些实施例中，一种诊断设备包括一个或多个测定处理部件以及被构造成加热所述一个或多个测定处理部件的加热系统。所述加热系统包括一个或多个PTC加热器。所述一个或多个PTC加热器包括衬底和PTC材料。所述PTC材料连接到电流源，并且被选择成在自调节基础上加热到阈值温度。基于所述一个或多个测定处理部件的所期望的温度范围来选择所述阈值温度。
附图说明
在结合附图阅读时，根据以下具体实施方式最好地理解本发明的前述和其它方面。出于示出本发明的目的，在附图中示出目前优选的实施例，然而，应理解，本发明并不限于所公开的特定工具。附图中包括以下各图：
图1绘示可以结合加热系统的所公开的实施例使用的示例性实验室诊断设备；
图2绘示根据常规方法的具有一个或多个加热元件的示例性实验室诊断设备；
图3绘示常规强制空气加热设备的示例性实施例；
图4是与所公开的实施例一致的具有加热系统的示例性实验室诊断设备的示意图；
图5是可以结合加热系统的所公开的实施例使用的示例性样本探针的第一视图；
图6是可以结合加热系统的所公开的实施例使用的示例性样本探针的第二视图；并且
图7是可以结合加热系统的所公开的实施例使用的培育环的分解视图。
具体实施方式
本公开描述一种用于实验室诊断仪器（例如测定处理系统）的加热设备。所述加热设备使用正温度系数(PTC)材料作为加热元件。PTC材料是响应于温度升高展现正电阻变化的材料。利用PTC材料的加热器（在本文中称为“PTC加热器”）是并不依赖于外部反馈控制来维持特定温度（“阈值温度”）的自调节设备。所公开的实施例包括加热设备的特定实施方案，所述加热设备包括用于实验室诊断仪器内的温度调节的PTC加热器。
所述PTC加热器引导电流通过印刷电路，从而升高PTC材料的温度并散发热量。随着PTC材料的温度升高，整个PTC加热器的温度也升高，从而限制电流并减少热量产生。PTC加热器被设计成使得在所期望的阈值温度下达到温度和电阻平衡。换句话说，当PTC加热器低于阈值温度时，电阻较低，并且电流较高，从而产生更多热量。当PTC加热器达到阈值温度时，PTC材料的电阻已经增加成使得任何热量产生都并不进一步升高PTC加热器的温度。
在一些实施例中，加热系统可以包括PTC加热器来代替当前使用的常规强制空气对流加热器。所述PTC加热器可以放置在适当位置，以加热仪器内的空气体积，并且允许所述空气体积控制附近部件和子组件的温度。在其它实施例中，所公开的加热设备可以在适当位置包括PTC加热器以实施仪器的一个或多个附近元件的传导加热。PTC加热器并不需要控制回路（例如，温度传感器、外部控件等等）；PTC材料通过温度与电阻之间的关系进行自调节。
根据一组特定的所期望特性、在整个仪器内的放置和/或用于加热的相关联部件，根据所公开的实施例的具有PTC加热器的加热系统可以按多种尺寸、形状和构造形成。例如，PTC加热器可以由高度柔性衬底形成，使得所述设备可以围绕管道缠绕。在另一示例中，PTC加热器可以插置在子组件（例如培育环）内，以在需要时局部加热所述子组件。
图4是示例性实验室诊断设备10（例如自动化临床化学分析仪）的示意图。诊断设备10接收多个流体容器12，例如容纳待分析的患者样本的管或小瓶。诊断设备10包括多个测定处理部件，如图4中所示。诊断设备10通过样本探针14从流体容器12提取液体样本，并且使所述样本与专用反应容器16中的各种试剂组合。诊断设备10可以进一步包括培育环18，其用于流体容器12和/或反应容器16达到一段时间以培育样本和试剂的混合物。诊断设备10还包括试剂供应贮存器19以及多个液体输运管线或管道，包括试剂供应管线20和样本管线22。试剂供应管线20将试剂从试剂供应贮存器19提供到反应容器16。连接到样本探针14的样本管线22将样本材料从流体容器12输送到反应容器16。诊断设备10还可以包括用于清洁和冲洗诊断设备10的各种部件的一个或多个冲洗部件。所述冲洗部件可以包括例如冲洗分离区域24、一个或多个冲洗泵26、以及供应冲洗流体的冲洗流体管线28。诊断设备10进一步包括一个或多个分析部件30，分析部件30被配置成分析经混合的样本和试剂，以识别一个或多个测量结果和/或标准。诊断设备10还包括加热系统32，加热系统32被构造成使诊断设备10的一个或多个区域或部件维持在所期望的温度或温度范围。应理解，实验室诊断设备10的所描述的部件是示例性的，并且可以包括额外或替代的部件和子组件。
在诊断设备10的示例性使用中，将容纳患者样本的容器12的托盘装入诊断设备10中。样本探针14抽取每一样本的一部分，并且将其输送到反应容器16，以便与试剂混合。使经混合的溶液存储在培育环18中达到一段时间以允许反应发生。然后，用分析部件30分析反应容器16。从系统清除剩余样本和/或试剂混合物，并且冲洗部件输送清洁流体以清洁各种部件，以便进行下一次样本分析。
在许多诊断设备中，需要对设备内的各种区域和/或部件进行温度控制以便成功地执行诊断测试。例如，样本、试剂以及两者的混合物通常必须保持在特定温度范围内，以便准确地分析混合物和测量结果。加热系统32被构造成加热诊断设备10内的一个或多个区域，以便帮助维持温度和/或在温度下降之后恢复所述温度。在示例性实施例中，加热系统32包括至少一个PTC加热器34。PTC加热器34可以布置在多种位置和构造中，以便向诊断设备10的一个或多个部件提供局部和/或周围加热。PTC加热器34可以连接到一个或多个功率源，例如与诊断设备10相关联的功率源或单独的功率源。
PTC加热器34优选地包括衬底36和PTC材料38。PTC材料38可以呈墨的形式，其按一图案（例如，衬底36上的印刷电路的尺寸、形状、布置）印刷到衬底36上。可以选择PTC材料38和图案，使得PTC加热器34被设计成具有PTC加热器34对其自身进行自调节以维持的阈值温度。例如，当达到所期望的阈值温度时，可以调整PTC材料38以输送高电阻。在一个示例中，如果PTC加热器34被设计成保持33°C，则PTC材料38的电阻增加到PTC加热器34在33°C有效关闭的点。如果周围温度小于33°C，则所述电阻下降，并且电流流入加热器，直到使33°C稳定。
在示例性实施例中，PTC加热器34可以被实现成用于诊断设备10内的空气体积的加热。在常规系统中，将强制空气加热器放置在适当位置以提供通过设备的热空气流，以通过对流加热部件和子组件（例如，图2）。在示例性实施例中，PTC加热器34可以用于对流加热。PTC加热器34可以被定位成加热诊断设备10内的空气体积。例如，PTC加热器34可以相邻于图1中所示的空气体积110定位。在此实施例中，PTC加热器34实施整体加热。PTC加热器34不会过热，并且因此并不需要反馈控制回路来控制所述加热器的操作。PTC加热器34比用于诊断仪器的对流加热的当前加热元件更具有成本效益。
在其它实施例中，PTC加热器34可以被构造成加热诊断设备10内的一个或多个管道管线。这些管道管线可以包括例如试剂供应管线20、样本管线22、或冲洗流体管线28中的一者或多者。在一个示例中，使用PTC加热器34来加热试剂供应管线20中的试剂。
PTC加热器34可以被实现成按多种方式加热试剂。在一个示例中，试剂供应管线20可以包裹在由柔性材料形成的PTC加热器34中。例如，衬底36可以是柔性的，使得其可以按管形状形成，以环绕形成试剂供应管线20的管道的至少一部分。在另一示例中，PTC加热器34可以形成多管腔管的形成试剂供应管线20的一部分。例如，试剂供应管线20可以由多个管道层组成，所述层中的至少一者是PTC加热器34。在一些情况下，试剂供应管线20可以连接到导热管。PTC加热器34可以传导地加热所述管以便加热供应管线20中的试剂。在另一示例中，PTC加热器34可以传导地加热试剂供应贮存器19。例如，PTC加热器34可以附接到试剂供应贮存器19或围绕试剂供应贮存器19缠绕，以便将试剂的供应维持在阈值温度。
在一些实施例中，试剂供应管线20可以包括由PTC加热器34加热的热交换器。例如，通过将PTC材料38印刷到试剂供应管线20的管道上，可以使PTC加热器34嵌入试剂供应管线20中。在另一示例中，在用于试剂的传导和/或对流加热的构造中，PTC加热器34可以附接在试剂供应管线20旁边。
在其它实施例中，结合试剂供应管线20使用的链或引导件可以由PTC加热器34加热。进一步，可以用PTC加热器34加热试剂探针或试剂探针组件的任何部分。
在另一示例性实施例中，PTC加热器34可以用于样本探针14的局部加热。样本探针14可以在样本探针14上或周围配备有一个或多个PTC加热器34，以快速加热和维持样本探针14以及任何相邻或附近样本探针部件的所期望的温度。
图5和图6是示例性样本探针14的图示。样本探针14包括可移动的控制臂40和盖42。控制臂40可以包括构成控制臂40的多个腹板44。在一些实施例中，PTC加热器34可以连接到样本探针14的控制臂40和/或盖42，以便在样本探针14周围提供局部加热。在一些实施例中，PTC加热器34可以附接到盖42或放置在腹板44内。在其它实施例中，PTC加热器34可以嵌入盖42和/或腹板44中。在一些实施例中，PTC材料38可以直接印刷到盖42和/或腹板44上。
在一些实施例中，PTC加热器34可以被定位和构造成加热样本管线22。例如，关于试剂供应管线20描述的任何实施例可以应用于样本管线22（和/或冲洗流体管线28）。例如，样本管线22可以形成为其中具有PTC加热器34的多管腔管，PTC加热器34可以连接到导热管，所述导热管连接到样本管线22，与样本管线22相关联的热交换器可以包括PTC加热器34（例如，PTC材料38可以印刷到样本管线22的管道上），和/或可以用PTC加热器34加热与样本管线22相关联的链或引导件。
在另一实施例中，PTC加热器可以用于培育环18的局部加热。图7是示例性培育环18的图示的分解视图。培育环18包括环46、加热元件48、盖50、和绝缘壳体52。环46可以包括模制的塑料部分和铸造金属部分（例如，铝）。环46接收反应容器16，并且盖50和绝缘壳体52至少部分地封闭反应容器16以培育反应容器16内的混合物达到一段时间。加热元件48相邻于环46定位，以便提供热量从而在培育周期之前、期间和/或之后维持培育环18内的温度。
在一个实施例中，加热元件48形成为环（如图7的示例性图示中所示）。环形加热元件48可以是PTC加热器34。例如，衬底36可以是柔性的以围绕环46缠绕。在另一实施例中，衬底36可以是环46的铸造金属部分，其中PTC材料38直接印刷到环46上。在其它实施例中，PTC加热器34可以被定位成用于培育环46的对流加热。
示例性实验室诊断设备10可以包括本文中描述的加热系统32实施例中的一者或多者。例如，结合被定位成用于样本探针14、培育环18、试剂供应管线20、样本管线22、冲洗分离区域24、冲洗泵26、或冲洗流体管线28中的一者或多者的传导加热的一个或多个局部PTC加热器，对流PTC加热器可以被定位成加热诊断设备10内一定体积的空气。虽然已经针对通过PTC加热器34的局部加热描述了某些部件，但是应理解，诊断设备10和/或其它设备的其它部件可以包括连接或集成为用于传导和/或对流加热至所期望的温度的PTC加热器。在替代实施例中，可以使用PTC加热器34来作为具有常规加热系统（例如，强制空气式常规加热元件）的温度传感器。
所公开的实施例描述了利用PTC加热以便实现或维持所期望的温度的实验室诊断仪器和相关部件。PTC加热器的自调节性质非常适于诊断装备的各种部件。这部分地是由于PTC加热器的小型尺寸和适应性形状。进一步，PTC加热器不会过热，并且因此并不需要增加系统复杂性和成本的外部控件或反馈机构。
虽然本文中已经公开了各种方面和实施例，但是本领域技术人员将显而易见到其它方面和实施例。本文中公开的各种方面和实施例是出于图示目的，并且并不旨在限制由以下权利要求书指示的真实范围和精神。
本文中的功能和过程步骤可以自动地或完全或部分地响应于用户命令而实施。自动实施的活动（包括步骤）响应于一个或多个可执行指令或设备操作而实施，而非用户直接启动所述活动。
各图的系统和过程不是排他性的。可以根据本发明的原理导出其它系统、过程和菜单以实现相同目的。虽然已经参考特定实施例描述了本发明，但是应理解，本文中示出和描述的实施例和变型仅出于图示目的。本领域技术人员可以在不背离本发明的范围的情况下实现对当前设计的修改。如本文中所述，可以使用硬件部件、软件部件和/或其组合来实现各种系统、子系统、代理、管理器和过程。本文中的权利要求元件不应根据35 U. S.C.112 (f)的规定来解释，除非所述元件使用短语“用于…的装置”来明确叙述。
Claims (20)
1.一种诊断设备，其包括：
样本探针，用于从一个或多个容器接收样本材料；
样本管线，用于将所述样本材料输送到一个或多个反应容器；
试剂供应部和试剂供应管线，用于向所述一个或多个反应容器供应试剂；
培育环，用于接收所述反应容器并且培育所述样本材料与所述试剂的混合物达到一段时间；以及
加热系统，用于加热所述诊断设备的一个或多个区域，所述加热系统包括一个或多个PTC加热器。
2.根据权利要求1所述的诊断设备，其中，所述PTC加热器是被构造成加热所述诊断设备内的一定体积的空气的对流加热器。
3.根据权利要求1所述的诊断设备，其中，所述PTC加热器是被构造成加热与所述PTC加热器接触的部件的传导加热器。
4.根据权利要求3所述的诊断设备，其中，所述部件是所述样本探针、所述样本管线、所述试剂供应部、所述试剂供应管线、或所述培育环中的一者或多者。
5.根据权利要求1所述的诊断设备，其中，所述PTC加热器包括衬底和PTC材料。
6.根据权利要求5所述的诊断设备，其中，所述衬底是形成所述样本管线或所述试剂供应管线的管道，并且所述PTC材料形成在所述管道上。
7.根据权利要求5所述的诊断设备，其中，所述衬底是柔性材料，并且所述PTC加热器围绕形成所述样本管线或所述试剂供应管线的管道缠绕。
8.根据权利要求1所述的诊断设备，其中，所述样本探针包括控制臂和盖，并且所述PTC加热器附接到所述控制臂和所述盖中的一者或多者。
9.根据权利要求8所述的诊断设备，其中，所述控制臂包括多个腹板，并且所述PTC加热器连接在所述多个腹板中的一者或多者内或者嵌入所述多个腹板中的一者或多者中。
10.根据权利要求1所述的诊断设备，其中，所述PTC加热器定位在所述培育环内。
11. 根据权利要求10所述的诊断设备，其中，所述培育环包括围绕接收所述反应容器的环缠绕的所述PTC加热器。
12.根据权利要求10所述的诊断设备，其中，所述培育环包括接收所述反应容器的环，所述环包括金属部件，并且
金属部件是用于所述PTC加热器的衬底，并且所述PTC加热器的PTC材料形成在所述金属部件上。
13. 一种诊断设备，其包括：
一个或多个测定处理部件；以及
加热系统，所述加热系统包括被构造成加热所述一个或多个测定处理部件的一个或多个PTC加热器，
其中：
所述一个或多个PTC加热器包括衬底和PTC材料，
所述PTC材料连接到电流源，并且被选择成在自调节基础上加热到阈值温度，并且
基于所述一个或多个测定处理部件的所期望的温度范围来选择所述阈值温度。
14.根据权利要求13所述的诊断设备，其中，所述一个或多个测定处理部件包括用于试剂供应管线或样本管线的管道。
15.根据权利要求14所述的诊断设备，其中，所述衬底围绕所述管道缠绕。
16.根据权利要求14所述的诊断设备，其中，所述管道是所述PTC加热器的所述衬底。
17.根据权利要求14所述的诊断设备，其中，所述管道是多管腔结构，其中，所述管腔层中的一者是所述衬底。
18.根据权利要求13所述的诊断设备，其中，所述一个或多个测定处理部件包括培育环，所述培育环包括用于接收一个或多个反应容器的环。
19.根据权利要求18所述的诊断设备，其中，所述衬底围绕所述环缠绕。
20.根据权利要求18所述的诊断设备，其中，所述环包括金属部件，所述金属部件是所述PTC加热器的所述衬底。
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