CN113385056A - 液体混合装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液体混合装置及方法，所述液体混合装置包括多个液体腔；第一基座具有第一通孔，第一基座的底端具有呈同心圆分布的第一组开口，顶端具有第二组开口；所述第二组开口与所述液体腔内连通；旋转体具有自上而下依次设置的穿过所述第一通孔的联动部分、半径大于所述第一通孔且处于第一基座下侧的旋转盘以及向下延伸的转动件；所述旋转盘的顶端具有当旋转盘转动时选择性地与第一组开口连通的第二通孔，所述旋转盘具有的通道适于连通所述第二通孔和空心转动件；第二基座的下端具有适于所述转动件伸入的空腔；所述空腔外的第二基座上具有连通所述空腔的第一开口。本发明具有结构简单、自动化等优点。

Description

液体混合装置和方法

技术领域

本发明涉及液体混合，特别涉及多种液体的混合装置及方法。

背景技术

在各类分析中，需要将样本以及多种试剂分别加到混合腔内，如试管中。这些样本可以是人类和动物的样本，如全血、血浆、血清、尿液、唾液、粪便、脑脊液或灌洗液，蜡封组织以及切片、组织匀浆液，还可以是植物，包括中药、食品原料、加工食品、肉类、饮料酒类以及饮品制造工艺中得原料以及半成品，还可以是细胞培养液或病菌病毒培养液，分析的成分种类包括矿物质、无机物质、有机物质、核酸DNA、RNA、蛋白质或脂肪。目前，通用的液体混合方案有以下几种：

1.利用多个泵分别将各类液体送入混合腔内。这种结构简单的方案的主要不足在于：

须使用诸多管线和泵，提高了体积及成本。

2.利用顺序注射平台，也即单个泵和多通道选向阀的组合，如专利方案CN2008100622678、CN2008100622682。这种方案的主要不足在于：

不同的液体在进入检测腔内之前，均要通过定量环，不可避免地形成残留，不同的检测之间会产生污染干扰；还有，注射泵和多通道选向阀价格较高，提高了装置成本。

3.利用三维移动臂实现液体的抽取和混合，如专利方案CN2016102687953。

这种方案的主要不足在于：

结构复杂，需要提供移动精密的三维移动臂，可靠性差，装置成本高；还有，液体和试剂使用量大，提高了检测成本。

发明内容

为了解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种结构简单、可靠性好、自动化、低成本的液体混合装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种液体混合装置，所述液体混合装置包括多个液体腔；所述液体混合装置还包括：

第一基座，所述第一基座具有第一通孔，第一基座的底端具有呈同心圆分布的第一组开口，顶端具有第二组开口，上下设置的第二组开口和第一组开口分别通过第一基座内的相互隔离的通道连通；所述第二组开口适于与所述液体腔内连通；

旋转体，所述旋转体具有自上而下依次设置的穿过所述第一通孔的联动部分、半径大于所述第一通孔且处于第一基座下侧的旋转盘以及向下延伸的转动件；所述旋转盘的顶端具有当旋转盘转动时选择性地与第一组开口连通的第二通孔，所述旋转盘具有的通道适于连通所述第二通孔和空心转动件；

第二基座，所述第二基座的下端具有适于所述转动件伸入的空腔，所述空腔与旋转盘或第一基座底端间密封；所述空腔外的第二基座上具有连通所述空腔的第一开口。

本发明的目的还在于提供了一种耗时短、自动化的液体混合方法，也即上述液体混合装置的工作方法，该发明目的通过以下技术方案得以实现：

液体混合方法，所述液体混合方法包括以下步骤：

驱动所述联动部分转动，旋转盘上的第二通孔选择性地连通第一组开口；

空腔内的气体从所述第一开口排出，通过第二组开口与第一组开口对应的液体腔内的液体分别依次穿过第二组开口、第一基座内通道、第一组开口、第二通孔、旋转盘内通道和转动件内通道而进入空腔内；多种液体在空腔内混合。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.结构简单、低成本；

将液体腔、第一基座和第二基座集成在一起，无需使用管线、精密的三维移动臂、液体泵等体积较大的器件，流道均设置在第一基座、旋转体及第二基座内部，且流道短，显著地缩小了装置的体积；

无需使用液体泵，不仅降低了装置成本，同时显著地降低了液体的使用量，也即降低了运行成本；

无需使用三维移动臂以及多通道选向阀等结构复杂、昂贵的器件，而利用旋转体的旋转及泵(包括抽气泵、蠕动泵和注射器等具有抽吸功能的泵)来代替，驱动旋转体转动的马达和抽气泵价格低，降低了装置成本；

空腔设置在第二基座的下方，第一开口设置在空腔外的第二基座的下端，利用第二基座内的通道连通所述空腔和第一开口，有效地减小了体积；

2.自动化；

利用外力驱动联动部分，使得利用负压技术选择性地抽取选取的液体，实现了自动化选择液体和抽取液体；

3.可靠性高；

无需使用三维移动臂以及多通道选向阀等结构复杂、昂贵的器件，仅需利用旋转体的转动和抽气泵，显著地提高了可靠性；

利用尖端状第二开口，有助于提高第二组开口与液体腔之间的密封性，防止漏液；

利用旋转盘的半径较大第一部分和较小的第二部分、环状凸起、第一凹槽、环形槽(圆形槽)及密封件的组合，提升了空腔与外界的隔绝性能，使得空腔内成为封闭的空间，有助于液体的抽取以及输送；

空腔的截面积下小上大的设计以及转动件接近空腔底壁的设计，有助于提升同体积液体的高度，利于混合液体的输送干净，残留量小；

旋转盘内部通道、第二开口的内径设计，使得在无外力作用于空腔如抽气时，无论第一组开口是否与第二通孔连通，与第一组开口连通的液体腔内的液体均无法仅依靠重力自主流出到第一组开口处，有效地防止了漏液；

4.具有安全功能；

在出厂前，使用了安全插件插入联动部分，插件被凹槽内的翼部阻挡，从而阻挡了壳体的下移，使得液体腔的出口与第二组开口隔离，液体腔内的液体在密封件作用下不会漏出；当需要使用时，拉出插件，壳体和联动部分间的相对移动不受阻挡，第二组开口插入到液体腔的出口，使得第二组开口和液体腔的出口连通，具有安全功能；

第一组凹槽和弹性部的组合，提高了插件和封闭件配合的牢固性，防止了插件的水平移动；

片状凸起遮盖了联动部分的顶端(及翼部)，提高了美观度。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1为本发明的液体混合装置的结构简图。

具体实施方式

图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本发明实施例的液体混合装置的基本结构图，如图1所示，所述液体混合装置包括：

多个液体腔，分别用于容纳样本、反应物、试剂等；

第一基座，所述第一基座具有第一通孔，第一基座的底端具有呈同心圆分布的第一组开口，顶端具有第二组开口，上下设置的第二组开口和第一组开口分别通过第一基座内的相互隔离的通道连通；所述第二组开口与所述液体腔内连通，使得第一组开口与液体腔间形成一一对应关系；

旋转体，所述旋转体具有自上而下依次设置的穿过所述第一通孔的联动部分、半径大于所述第一通孔且处于第一基座下侧的旋转盘以及向下延伸的转动件；所述旋转盘的顶端具有当旋转盘转动时选择性地与第一组开口连通的第二通孔，所述旋转盘具有的通道适于连通所述第二通孔和空心转动件，使得液体通过第二通孔、旋转盘内的通道和转动件内的通道排出旋转体；

第二基座，所述第二基座的下端具有适于所述转动件伸入的空腔，所述空腔与旋转盘或第一基座底端间密封；所述空腔外的第二基座上具有连通所述空腔的第一开口，从而抽出空腔内的气体，空腔内为负压。

为了提升第二组开口与液体将间的配合紧密度，防止漏液，进一步地，所述第二组开口的上端具有尖端状第二开口，所述第二开口伸入到所述液体腔内。

为了提高装置的规整度，降低体积，进一步地，所述液体混合装置还包括：

壳体，所述壳体内具有适于所述联动部分穿过的通道，多个液体腔围绕该通道设置；

盖体，所述盖体具有多个通孔，液体腔通过通孔与外界连通。

为了防止外界污染液体，进一步地，所述液体混合装置还包括：

封闭件，所述封闭件用于封闭与部分液体腔的连通的盖体上通孔；所述封闭件通过连接部与盖体连接，一体成型。

为了便于人工握持，进一步地，所述液体混合装置还包括：

手持部，所述手持部设置在所述壳体的外壁。

为了提升空腔与外界间隔绝性，使得空腔形成封闭空间(需要时与外界连通)，进一步地，所述第一基座的底端具有第一凹槽，所述第一组开口处于所述第一凹槽内；所述第二基座的顶端具有适于卡入第一凹槽内的环形凸起，所述旋转盘处于所述第一凹槽内。

为了采用旋转盘和空腔间的密封方式，进一步地，所述旋转盘具有自上而下的半径较大的第一部分和半径较小的第二部分，所述第二部分处于所述环形凸起和第二基座围出的空间内，第一部分被所述环形凸起阻挡。

处于空腔上方的第二基座具有适于所述转动件穿过的第三通孔，第三通孔的外围具有圆形槽或环形槽；密封件设置在所述圆形槽或环形槽内。

为了提升空腔内液体的输送干净度，进一步地，自下而上地，所述空腔的截面积逐渐变大。

本发明实施例的液体混合方法，也即根据本实施例的液体混合装置的工作方法，所述液体混合方法包括以下步骤：

利用马达驱动所述联动部分转动，旋转盘上的第二通孔选择性地连通第一组开口；此状态下，液体腔与第二组开口、第一组开口、第二通孔、旋转盘和转动件内通道、空腔是连通的，但鉴于窄小通道的阻力，液体未能仅依靠重力而流出液体腔到第一组开口；同时，未与第二通孔连通的液体腔内的液体也未能仅依靠自身重力而流出到第一组开口；

空腔内的气体从所述第一开口排出，所述空腔内的负压；通过第二组开口与第一组开口对应的液体腔内的液体分别依次突破并穿过第二组开口、第一基座内通道、第一组开口、第二通孔、旋转盘内通道和转动件内通道而进入空腔内；多种液体在空腔内混合。

实施例2：

根据本发明实施例1的液体混合装置及方法在荧光定量PCR中的应用例。

在该应用例中，自上而下地设置盖体、壳体、第一基座和第二基座，并通过卡扣方式相互连接固定；壳体内具有圆柱形通道，多个液体腔围绕该圆柱形通道设置；盖体和各个液体腔围出封闭空间，盖体上具有多个通孔，通孔分别与液体腔连通；对应容纳样本的液体腔的盖体的通孔较大，设置封闭件，封闭件的迎着盖体的一侧具有多个凸起，该凸起适于插入所述盖体上的多个通孔，从而封闭所述盖体上与各个液体腔连通的通孔，各个液体腔与外界隔离；壳体的底部具有呈同心圆分布的出口，分别与液体腔连通；壳体外壁具有手持部，手持部的外壁具有竖直设置的防滑凸起；

插件，所述插件具有水平部分和竖直部分，所述竖直部分固定在水平部分的端部；所述水平部分的沿着长度方向延伸的位置相对的二个侧部具有向外延伸的条状凸起，如在二个侧部的底端或中部具有条状凸起，所述条状凸起沿着所述长度方向连续或间断地延伸；所述二个侧部具有适于弹性部的端部卡入的凹槽，如上下方向延伸的竖直凹槽或倾斜凹槽；所述水平部分具有随着逐渐远离所述竖直部分的宽度逐渐变小的部分，该部分的上端具有向外及沿着长度方向延伸的片状凸起；片状凸起的顶端具有与所述长度方向垂直(即宽度方向)延伸的多条凸起；所述水平部分和竖直部分中空；

所述封闭件具有凹槽，该凹槽延伸到联动部分；该凹槽的相对的两壁具有相对设置的翼部，二个翼部间的距离小于该凹槽的宽度；该凹槽适于所述条状凸起的卡入，二个翼部阻挡了条状凸起，阻止了壳体的向下移动，所述水平部分插入所述二个翼部之间；二个翼部分别具有悬空的弹性部，如翼部上加工出的弹性部，在自由状态下，位置相对的二个弹性部之间的距离小于所述水平部分的具有条状凸起的部分的宽度，当所述水平部分插入封闭件的凹槽内时，水平部分的宽度逐渐变小的部分从二个弹性部的之间穿过，二个弹性部之间的距离逐渐被撑大，最后卡入所述二个侧部的凹槽内；

所述联动部分具有位置相对的二个槽或通孔，其中一个槽或孔大于另一个槽或孔的宽度；所述水平部分的远离竖直部分的端部分别插入所述联动部分的二个槽或孔内：先插入宽度较大的槽或孔，再插入宽度较小的槽或孔，固定在凹槽内的插件阻止了联动部分的向上移动，所述片状凸起遮盖了联动部分的顶端；

第一基座具有第一通孔，第一基座的底端具有环绕第一通孔的呈同心圆的第一组开口，顶端具有环绕第一通孔的呈同心圆的第二组开口，第二组开口上端具有尖端状的第二开口，适于插入液体腔下端的出口内；第一基座内具有多个相互隔离的通道，用于分别连通第一组开口和第二组开口，使得第一组开口与液体腔一一对应，内部连通；通道内径较小，使得液体腔内的液体不能仅依靠自身重力而自主地流到第一组出口处；第一基座的下端具有第一凹槽，所述第一通孔处于所述第一凹槽内；

旋转体，包括自上而下的中心轴线共线的联动部分、旋转盘和空心转动件；联动部分穿过所述第一通孔并处于所述圆柱形通道内；使得通过马达驱动联动部分转动；旋转盘包括半径较大的第一部分和半径较小的第二部分，使得第一部分和第二部分容纳在第一凹槽内；旋转盘的顶端具有第二通孔，旋转盘内部具有通道与转动件的内部连通；当旋转盘转动时，第二通孔分别与第一组开口连通，实现了选择性地连通第一组开口，也即实现转动件内部选择性地与液体腔连通；

第二基座，第二基座的下端具有空腔，自下而上地，空腔的截面逐渐变大；空腔上部的第二基座具有第三通孔、围绕第三通孔的圆形凹槽；橡胶O形圈套在转动件上并处于圆形凹槽内，实现了转动件和空腔间的密封；圆形凹槽外围具有环形凸起，第二部分处于环形凸起和第二基座围成的空间内，第一部分被环形凸起阻挡；环形凸起处于第一凹槽内，旋转盘处于第一凹槽和环形凸起、第二基座围出的空间内；转动件穿过第三通孔伸入到空腔内，转动件的底端和空腔的底壁间的距离较小，如0.5mm；空腔外的第二基座的下端具有凸起状的第一开口，第一开口处具有过滤膜，第二基座内具有通道，用于连通所述空腔和第一开口；

上述壳体、盖体、封闭件、第一基座、旋转体和第二基座均采用塑料；

马达驱动联动部分转动；气泵连接第一开口，抽出空腔内的气体或注入气体。

本应用例的液体混合方法，包括以下步骤：

操作人员手指按在所述插件的片状凸起顶端的凸起上，向外拖动插件，弹性部的端部脱离插件的二个侧部的凹槽，条状凸起逐渐退出封闭件的凹槽，插件逐渐退出联动部分上的槽或孔；向下按压壳体，所述第一基座上的尖端状的第二组开口分别插入液体腔下端的出口内，壳体和第一基座扣合在一起；

利用马达驱动所述联动部分转动，旋转盘上的第二通孔选择性地连通第一组开口；此状态下，液体腔与第二组开口、第一组开口、第二通孔、旋转盘和转动件内通道、空腔是连通的，但鉴于窄小通道的阻力，液体未能仅依靠重力而流出液体腔到第一组开口；同时，未与第二通孔连通的液体腔内的液体也未能仅依靠自身重力而流出到第一组开口；

气泵工作，空腔内的气体从所述第一开口排出，所述空腔内成为负压；液体腔内的液体依次突破并穿过第二组开口、第一基座内通道、第一组开口、第二通孔、旋转盘内通道和转动件内通道而进入空腔内，从而实现了多种液体分别从液体腔内选择性地抽出，并在空腔内混合。

实施例3：

根据本发明实施例1的液体混合装置及方法在荧光定量PCR中的应用例，与实施例2不同的是：

1.各个液体腔的底端开口非同心圆分布，第一组开口也非同心圆分布。

2.在第三通孔的外围设置环形槽，密封件处于环形槽内，且套在转动件外。

本实施例的壳体中液体腔，不仅可以加入液体，还可以是固态可复溶的试剂，液体中可带有固态的颗粒比如磁颗粒，玻璃颗粒。

Claims (10)

1.一种液体混合装置，所述液体混合装置包括多个液体腔；其特征在于：所述液体混合装置还包括：

第一基座，所述第一基座具有第一通孔，第一基座的底端具有呈同心圆分布的第一组开口，顶端具有第二组开口，上下设置的第二组开口和第一组开口分别通过第一基座内的相互隔离的通道连通；所述第二组开口适于与所述液体腔内连通；

旋转体，所述旋转体具有自上而下依次设置的穿过所述第一通孔的联动部分、半径大于所述第一通孔且处于第一基座下侧的旋转盘以及向下延伸的转动件；所述旋转盘的顶端具有当旋转盘转动时选择性地与第一组开口连通的第二通孔，所述旋转盘具有的通道适于连通所述第二通孔和空心转动件；

第二基座，所述第二基座的下端具有适于所述转动件伸入的空腔，所述空腔与旋转盘或第一基座底端间密封；所述空腔外的第二基座上具有连通所述空腔的第一开口。

2.根据权利要求1所述的液体混合装置，其特征在于：所述第二组开口的上端具有尖端状第二开口，所述第二开口适于伸入到所述液体腔内。

3.根据权利要求1所述的液体混合装置，其特征在于：所述液体混合装置还包括：

壳体，所述壳体内具有适于所述联动部分穿过的通道，多个液体腔围绕该通道设置；

盖体，所述盖体固定在壳体上端，并具有多个通孔，液体腔通过通孔与外界连通。

4.根据权利要求3所述的液体混合装置，其特征在于：所述液体混合装置还包括：

封闭件，所述封闭件用于封闭所述盖体上与液体腔连通的通孔。

5.根据权利要求3所述的液体混合装置，其特征在于：所述转动件的底端和空腔的底壁间的距离小于1mm。

6.根据权利要求1所述的液体混合装置，其特征在于：

所述第一基座的底端具有第一凹槽，所述第一组开口处于所述第一凹槽内；所述第二基座的顶端具有适于卡入第一凹槽内的环形凸起，所述旋转盘处于所述第一凹槽内。

7.根据权利要求6所述的液体混合装置，其特征在于：所述旋转盘具有自上而下的半径较大的第一部分和半径较小的第二部分，所述第二部分处于所述环形凸起和第二基座围出的空间内，第一部分被所述环形凸起阻挡。

8.根据权利要求7所述的液体混合装置，其特征在于：处于空腔上方的第二基座具有适于所述转动件穿过的第三通孔，第三通孔的外围具有圆形槽或环形槽；密封件设置在所述圆形槽或环形槽内。

9.根据权利要求1所述的液体混合装置，其特征在于：自下而上地，所述空腔的截面积逐渐变大。

10.根据权利要求1-9任一所述的液体混合装置的液体混合方法，所述液体混合方法包括以下步骤：

驱动所述联动部分转动，旋转盘上的第二通孔选择性地连通第一组开口；

空腔内的气体从所述第一开口排出，通过第二组开口与第一组开口对应的液体腔内的液体分别依次穿过第二组开口、第一基座内通道、第一组开口、第二通孔、旋转盘内通道和转动件内通道而进入空腔内；多种液体在空腔内混合。

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