CN1471639A - 带有冲洗功能的自动吸液设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及这样一种设备，该设备包括两个缸/活塞泵送单元(1，2)，这两个泵送单元(1，2)的连杆由共用马达装置(MC)进行平移驱动。所述两个泵送单元(1，2)中的工作腔室被连接在一个回路上，该回路依次包括一个开口于一冲洗液体存储器(RL)内的管道、两个串联的电磁阀(EV1，EV2)以及一根连接于吸液装置(AP)上的导管(TS)，较大的工作腔室被连接在所述回路上能够使得接头位于电磁阀(EV1，EV2)之间的部分上，而另外一个工作腔室被连接在所述回路上位于第二电磁阀(EV2)与吸液装置(AP)之间的部分上。

Description

带有冲洗功能的自动吸液设备
技术领域
本发明涉及一种自动吸液设备，该自动吸液设备带有对所吸取液体进行冲洗的功能，该设备允许存储反应介质，并且能够被用于自动分析仪中。
本发明尤其涉及一种具有模块化结构的设备，针对在吸液管中采集的成品样本的量和所使用的冲洗液体的量而言，所述模块化结构使得该设备能够容易地适应所需的精度和技术要求。
背景技术
一般来讲，为了进行吸液和冲洗循环，尤其是在一台自动分析设备内部，需要涉及许多设备。
这些设备通常会引入至少两个电动部分(motorisations)，其中之一用于操控一个定量注射器，而另外一个用于驱使一个用于注射冲洗液体的泵进行旋转。实际上，为少量液体设置的所述定量注射器，无法圆满地完成冲洗操作。
因此，这种解决方案被证明相对复杂并且成本较高。其引入了一个泵，就能源方面而言，该泵的电动部分是昂贵的，并且其易碎性(fragility)和使用寿命均不如注射器。因此，这种装置的可靠性是难以预料的。目前，这种设备需要能够在无需进行任何维护的条件下，以使用了该设备的自动仪的速度至少工作七年。对于在专利FR2779827中描述的那种自动仪来说，所述速度为每小时进行60次测试，每天至少工作两个小时，并且每年工作220天(也就是说，大约进行185000次测试)。
还有，这种解决方案的一个缺点在于，其仅允许吸液管在单一精度范围内进行采样，无法适应其它的精度范围，其中，所述单一精度范围取决于注射器的尺寸。
发明概述
因此，本发明的目的首先在于提供一种吸液设备，该吸液设备具有简单的结构，仅使用了唯一一个用于进行吸液管采样和进行冲洗的电动部分，并且其可靠性和使用寿命均类似于吸液注射器(pipettesyringe)，以便在能够改变精度范围的同时，获得最佳的装置可靠性。
本发明还涉及一种吸液设备，其结构和运动学特征允许吸液管和冲洗元件实现模块化，从而能够获得很大的使用灵活性。
为了获得这些效果，本发明中的吸液设备包括至少两个具有不同尺寸的泵送单元，这两个泵送单元均包括有一个圆柱状腔体，一个连杆/活塞单元在其内部以不透液方式进行滑动，所述单元与所述腔体共同界定出了一个工作腔室，该工作腔室的容积能够根据连杆/活塞单元的轴向位置发生改变。
伸出两个腔体之外的两个连杆/活塞单元的末端，被联接在一个操控构件(activation element)上，该操控构件由一个共用的电动部分进行平移驱动。
此外，各个泵送单元中的工作腔室均被连接在一个回路上，该回路依次包括一根开口于一个冲洗液体存储器中的导管、两个串联的电子阀(electrovalves)以及一根可以具有柔性的管道，该管道被连接在吸液装置上，比如针管。
从而，最大的工作腔室被连接到能够确保接头位置位于两个电子阀之间的回路部分中，而另外一个工作腔室被连接在位于第二电子阀与吸液装置之间的回路部分中。
当然，本发明中的设备此外还可以包括用于对电动部分和电子阀进行控制的装置，并且该装置被设计成能够提供一个至少包括下述阶段的循环：
一个吸液阶段，在该阶段中，第一电子阀被打开，第二电子阀被关闭，并且所述电动部分驱动两个连杆/活塞单元发生平移，以便增大两个工作腔室的容积，较小腔室容积的增大会产生对吸液装置中的待分析液体或者反应介质的抽吸作用，而最大腔室容积的增大会引起对该腔室内的冲洗液体的抽吸作用，
一个输送阶段，在该阶段中，两个电子阀均处于与吸液阶段中相同的状态，随后，电动部分以这种方式进行动作，即能够使得所述工作腔室的容积减小，并且对待分析的液体或者反应介质进行输送，
一个冲洗阶段，在该阶段中，第一电子阀被关闭，而第二电子阀被打开，电动部分驱动两个连杆/活塞单元发生平移，以便通过将工作腔室中盛装的冲洗液体排向吸液装置，减小两个工作腔室的容积。
当然，本发明中的设备可以包括有n个泵送单元，这些泵送单元的连杆/活塞单元均被连接在一个给定的操控构件上，并且它们的工作腔室分别被连接在一个包括有n个电子阀的回路上，所述电子阀分别被依次连接在能够确保接头位置位于第n-1个电子阀与第一个电子阀之间的回路部分中，第n个电子阀的较小工作腔室被连接在位于该第n个电子阀与吸液装置之间的回路部分中。所述控制装置随后以这样一种方式加以设计，即在各个所述阶段中，特定数目i个电子阀处于关闭状态，而其余的电子阀，也就是说其余的n-i个电子阀，处于打开状态。
最好，本发明中的设备可以包括有多个模块，各个模块均包括有一个所述类型的泵送单元，该泵送单元的工作腔室被连接在一个包括有一电子阀的回路部分上。该回路部分随后在其各个末端处包括有用于连接到另外一个模块中的回路部分上的装置，和/或连接到开口于所述冲洗液体存储器内的导管上的装置，和/或连接到连接于所述吸液装置上的管道上的装置。随后，位于电动部分与连杆/活塞单元之间的联接装置被设计成联接多个所需的模块。
附图简述
下面将参照附图借助于非限制性示例对本发明的实施例进行描述，其中：
附图1是一个遵照本发明使用了两个注射器的吸液设备的概略图。
附图2是一个时基图表，示出了附图1中所示吸液设备的完整工作顺序。
附图3是附图1中所示设备实施例的一个示意性剖视图。
附图4是附图3中所示实施例的一个分解透视图。
附图5是附图4中所示设备处于装配状态的透视图。
附图6是一个模块化泵送单元的示意性剖视图，该模块化泵送单元能够被用于遵照本发明的吸液设备中。
附图7是附图5中所示泵送单元的示意图。
优选实施例
在附图1中示出的示例内，吸液设备包括有两个泵送单元1、2，各个泵送单元1、2均包括一个圆柱形本体C、C’，一个活塞P、P’在该圆柱形本体C、C’内运动，并且与底部F、F’共同界定出了一个容积可变化的工作腔室。
所述活塞一体带有一根连杆T、T’，连杆T、T’在与底部F、F’相对的一侧伸出所述本体之外，并且被连接在一个平移操控机构上，该平移操控机构包括：
一个联接构件AC，连杆T、T’被固定在该联接构件AC上(在T、T’与AC之间存在一个游隙，用以缓和任何平行欠缺现象)，
一根齿条CR，该齿条CR与所述联接构件AC成为一体，并且平行于圆柱形本体C、C’的轴线进行延伸，
一个小齿轮PN，该小齿轮PN由一个步进马达MP进行驱动，并且与齿条CR相啮合。
各个本体C、C’的底部均装配有一根导管CO、CO’，用于使得相应的工作腔室与一个回路相连通，该回路依次包括一根开口于一个冲洗液体存储器RL内的导管CP1、两个串联的电子阀EV1、EV2以及一根柔性管道TS，该柔性管道TS被连接在一个自动吸液针管AP上。该针管AP受到操控，以便能够进入不同的容器中，正如所示出的那样，所述不同的容器比如是一个用于盛装样品或者反应介质的存储器RE、一个分析容器RA以及一个冲洗腔室PR。
更具体地说，导管CO在电子阀EV1、EV2之间的间隙中被连接到所述回路上。导管CO’开口于能够确保接头位置位于电子阀EV2与针管AP之间的回路部分内。
由一个微控制器MC来保证对电子阀EV1、EV2以及马达MP的控制。光学传感器仅用于确定系统的“零”位置。
在本示例中，电子阀EV1的状态保持与电子阀EV2的状态相反，也就是说，当电子阀EV1被打开时，电子阀EV2被关闭，或者正好相反。
下面将参照附图2中的时基图表对前述吸液设备的工作过程进行描述。
根据该时基图表，在初始状态下，针管AP进入到存储器RE中，电子阀EV1和EV2分别处于打开和关闭状态。马达MP未启动，活塞处于闲置位置(位置0)。泵送单元中的两个工作腔室中灌充有冲洗液体。
随后，借助于马达MP的旋转(负方向)以便使得两个活塞P、P’向下运动来实施吸液操作。在该运动过程中，活塞P’在针管AP和一部分柔性管道TS的内部产生对盛装在存储器RE中液体的抽吸作用，而活塞P对盛装在存储器RE中的冲洗液体进行抽吸。
在下一个阶段中，针管PA发生移动，比如被置于分析容器RA的上方。
一旦达到该位置，所述设备将进入输送阶段，在该阶段中，马达MP沿着相反方向进行旋转，以便将活塞P、P’回推到它们的闲置位置(位置0)。与此同时，所述电子阀保持与此前相同的状态，并且由活塞P’将此前吸入针管AP内的液体输送到容器RA内部，而由活塞P将冲洗液体输送到所述存储器内部。
一旦该输送阶段结束，针管AP将被移动到冲洗腔室PR的右侧，以便能够启动冲洗阶段。
在这个新的阶段中，所述电子阀的状态发生转换，电子阀EV1被关闭而电子阀EV2打开，同时马达MP被启动，以便沿着吸液针管的方向对盛装在两个注射器中的冲洗液体进行输送。
实际上，这种输送操作以若干阶段来完成，各个阶段均对应于马达MP的一次或者若干次步进动作。
一旦冲洗阶段结束，所述设备将进入灌充阶段，在该阶段中，电子阀EV1被打开，而电子阀EV2被关闭。马达MP随后被启动，以便使得活塞P、P’向下移动，来产生所需的抽吸作用。在该灌充阶段中，泵送单元2通过针管AP对空气进行抽吸。
因此，所述设备回复到其初始状态的过程会涉及一个空气排除阶段，在该阶段中，电子阀EV1、EV2分别被关闭和打开，马达MP被启动，以便通过针管对盛装在所述单元1和2中的冲洗液体进行输送。
当空气被去除时，所述设备返回到其初始状态，其中，电子阀EV1、EV2分别处于打开和关闭状态，并且所述活塞占据闲置位置0。
最好，前述设备可以被加工成其尺寸能够与现有的自动分析仪相兼容。
作为示例，该设备被用于在FR 2779827中描述的自动仪上：
待吸取的最小体积可以等于5μl，最大体积等于250μl(该体积取决于在抽吸和输送阶段中对马达步进数目的调节)；
为了存放反应介质，待吸取的最大体积可以等于8μl；
起始的输送速率可以等于24.4μl/s或者73.2μl/s，最大的输送速率大约为366μl/s；
所述设备可以被制成连续实施10次容积为150μl的冲洗操作，每次冲洗时间为100ms。冲洗阶段的压力可以为3巴；
所使用的马达MP可以是一个后齿轮式步进马达(a step back-geared motor)，每一转为200次步进，
吸液单元1的本体中活塞的直径可以等于14mm，而吸液单元2的本体中活塞的直径可以等于3mm；
两个钻孔(bore)的长度可以为55mm。
在附图3、4和5中示出的示例内，两个吸液单元1、2的本体被集成在一个给定的塑料块BL中，比如Plexiglas(注册商标)塑料块，该塑料块大体呈平行六面体形状。
所述本体包括有两个钻孔AL1、AL2，它们的中心平行于塑料块的竖直对称轴线，所述钻孔开口于塑料块的下表面之外。在它们的上部，这两个钻孔分别终止于两个圆锥部分PC1、PC2，这两个圆锥部分PC1、PC2与上表面具有特定的间距。
在两个钻孔AL1、AL2之间，设置有一个开口于下表面和前表面上的腔体CA，并且一个竖直通道PV在腔体CA的上表面与塑料块的上表面之间延伸。
在塑料块的下表面上，固定有一个底板EM，该底板EM包括两个贯通的竖直通道，其中分别以不透液方式滑动安装有两个连杆/活塞单元TP1、TP2，它们比如由不锈钢制成，分别进入到钻孔AL1、AL2中，并且借助于动态垫圈(dynamic gaskets)，实现了以不透液方式进行滑动。
这些连杆/活塞单元的上端部均呈圆锥状，而它们的下端部分别包括有两个相应的颈缩部分，能够使得它们被固定在一个倒置T形操控构件PA的水平分支的末端上，并且使得它们能够被拆除。
所述操控构件PA的竖直分支被固定在一个竖直导轨RV的下端部上，所述竖直导轨RV能够沿着竖直方向移动，并且借助于一个成形于所述底板上的穿孔进入所述腔体内，随后穿过通道PV。
导轨RV上承载有一个齿条CR，在该齿条CR上啮合有一个小齿轮PN，所述小齿轮PN由一个后齿轮式马达(虚线MP处的方框)进行操控，并且被容置在所述腔体内。
还有，两个电子阀EV1、EV2被安装在所述本体的前表面上，与根据附图1中所示回路在方框B中制成的导管相连通。
此外，还设置有一个光传感叉子FO(optical fork)，用于测定齿条RV的“零”位置。
这种设备的工作过程与前述实施例相同，因此在这里不再予以详细描述。
尽管如此，已经证实，由于其结构紧凑、易于集成、能够借助于圆锥形状消除泡沫、其精度取决于连杆/活塞单元TP1、TP2的精度(连杆/活塞单元TP1、TP2可以以极高性能的精度(performanceprecision)机械加工而成)，以及其工作可靠性，所以这种解决方案非常优越。
尤其是，由于连杆/活塞单元TP1、TP2和圆柱形钻孔AL1、AL2的圆锥形状以及这些构件的表面状态，消除了泡沫。还有，由于具有较小直径的圆柱形钻孔AL2的圆锥形状PC1直接与连接在吸液装置AP上的导管相连通，所以有利于泡沫的通行。
当然，本发明并不局限于采用这种解决方案。
本发明还涉及一种模块化设备，该模块化设备使用了能够以附图6和7中所示方式相互组装起来的泵送模块。
在该示例中，各个模块M1至M4均包括有一个圆柱形腔体CC1、CC2，在其中，一个连杆/活塞单元TP’1、TP’2能够在其中以不透液方式进行滑动，所述连杆/活塞单元TP’1、TP’2由一个共用于所有连杆/活塞单元TP’1、TP’2的电动部分(方框MO)进行操控。
所述模块包括一个本体，该本体具有两个平行的组装表面FA1、FA2，一根横贯的导管CT开口于这两个表面FA1、FA2上，与圆柱形腔体CC1相连通，并且具有一个能够被一顶针封闭起来的部分，该顶针由一个电磁体进行操控(该单元构成了一个电子阀EV’1)。
在组装表面处，在导管CT上的穿孔上装配有连接装置，当若干个模块经由它们的组装表面被组装在一起并且比如由连杆TR固定在该位置时，所述连接装置用于将若干个模块中的导管段CT密封式连接起来。
类似于前面所述内容，通过将多个横向贯通导管CT连接起来所得到的导管，在一个侧面上被连接到冲洗液体容器RL上，并且在另外一个侧面上被连接在一个吸液针管AP上。
电子阀EV’和电动部分MO被连接在一个微处理器控制线路MC上。
此外，各个模块M1至M4还包括有一根导管CP，该导管CP与圆柱形腔体CC1相连通，并且经由一个穿孔开口于所述模块的上表面上，所述穿孔形成了一个平行出口SP。该导管CP可以由一个受一电磁体控制的顶针封闭起来，所述单元形成一个类似于电子阀EV’1的电子阀EV’2，并且该电子阀EV’2受到所述控制线路的控制。
所述平行出口SP可以借助于一个共用集合器连接到吸液针管AP上。
很显然，所述模块化结构得益于其特别的灵活性，并且可以通过改变模块的数目、通过选取具有直径合适腔体的模块、通过整合具有能够显现相同状态的电子阀的模块、通过选取非常适合于执行预期功能的出口等等，来适应于许多情形。当然，这些选取操作可以利用一个由控制线路MC执行的程序来实现。

Claims (11)

1.带有冲洗功能的自动吸液设备，该设备能够存储反应介质并且能够被用于自动分析仪中，其特征在于：其包括至少两个具有不同工作容量的泵送单元(1，2)，各个泵送单元均包括有一个圆柱形腔体(AL1，AL2)，一个连杆/活塞单元(TP1，TP2)在该圆柱形腔体(AL1，AL2)中以不透液方式进行滑动，所述泵送单元与所述腔体共同界定出一个工作腔室，该工作腔室的容积可以根据连杆/活塞单元(TP1，TP2)的轴向位置发生变化，伸出两个腔体之外的两个连杆/活塞单元(TP1，TP2)的末端，被联接在一个操控构件上，该操控构件由一个共用电动部分(MC)平移驱动，并且各个泵送单元(1，2)中的工作腔室被连接在一个回路上，该回路依次包括一根开口于一冲洗液体存储器(RL)内的导管、两个串联的电子阀(EV1，EV2)以及一根连接于吸液装置(AP)上的管道(TS)，最大的工作腔室被连接在所述回路上能够确保接头位置位于两个电子阀(EV1，EV2)之间的部分上，而另外一个工作腔室被连接在位于第二电子阀(EV2)与吸液装置(AP)之间的回路部分上。
2.根据权利要求1中所述的设备，其特征在于：其包括有所述电动部分(MP)和电子阀(EV1，EV2)的控制装置(MC)，该控制装置(MC)被设计成能够获得一个至少包括下述阶段的循环：
一个吸液阶段，在该阶段中，第一电子阀(EV1)被打开，第二电子阀(EV2)被关闭，并且电动部分(MP)驱动两个连杆/活塞单元(TP1，TP2)发生平移，以便增大最小工作腔室的容积，并且对即将由吸液装置(AP)进行采样的液体产生抽吸作用，同时最大腔室的容积增大，产生对该最大腔室内部的冲洗液体的抽吸作用，
一个输送阶段，在该阶段中，两个电子阀(EV1，EV2)处于与吸液阶段中相同的状态，电动部分(MP)随后以这样一种方式开始工作，即能够引起所述工作腔室的容积减小，并且对此前所采取的液体样品进行输送，以及
一个冲洗阶段，在该阶段中，第一电子阀(EV1)被关闭，而第二电子阀(EV2)被打开，由电动部分(MP)使得两个连杆/活塞单元(TP1，TP2)发生平移，以便通过将所述工作腔室中盛装的冲洗液体排向吸液装置(AP)而减小所述工作腔室的容积。
3.根据权利要求2中所述的设备，其特征在于：在冲洗阶段之后，所述循环包括一个灌充阶段和一个空气去除阶段，在所述灌充该阶段中，第二电子阀(EV2)被关闭，而第一电子阀(EV1)被打开，马达(MP)被启动，以便增大所述工作腔室的容积，在所述空气去除阶段中，第一和第二电子阀(EV1，EV2)分别被关闭和打开，而电动部分(MP)被启动，以便沿着吸液装置(AP)的方向对冲洗液体进行输送。
4.根据前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于：所述两个泵送单元(1，2)中的圆柱形腔体(AL1，AL2)被集成在一个给定的材料块(B)中。
5.根据前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于：所述电动部分包括有一个用于驱动一小齿轮(PN)的马达(MP)，所述小齿轮(PN)啮合于一个与所述操控构件成为一体的齿条(CR)。
6.根据前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于：所述圆柱形腔体(AL1，AL2)和连杆/活塞单元(TP1，TP2)的上端部均呈圆锥形状。
7.根据权利要求6中所述的设备，其特征在于：最小圆柱形腔体(AL1)的圆锥形状(PC1)直接与连接于吸液装置(AP)上的导管相连通。
8.根据权利要求1中所述的设备，其特征在于：所述泵送单元由模块(M1至M4)组成，所述各个模块(M1至M4)均包括有一个本体，该本体具有两个平行的组装表面(FA1，FA2)，一个横向贯通导管(CT)开口于所述组装表面(FA1，FA2)中，所述导管(CT)与圆柱形腔体(CC1，CC2)相连通，并且具有一个能够由一电子阀(EV’1)封闭起来的部分，所述导管(CT)上的穿孔上装配有连接装置，当两个模块经由它们的组装表面相互组装起来并且借助于固定装置(TR)固定在该位置时，所述连接装置用于确保与另外一个模块(M1至M4)上的相应穿孔密封式连接，此外，所述穿孔既能够被连接在冲洗液体吸入导管上，也能够被连接到连接于吸液装置(AP)上的导管上。
9.根据权利要求8中所述的设备，其特征在于：各个模块(M1至M4)均包括有一根导管(CP)，该导管(CP)与圆柱形腔体(CC1)相连通，并且通过一个构成一平行出口(SP)的穿孔向外敞开，所述导管(CC1)能够由一个电子阀(EV’2)封闭起来。
10.根据前述权利要求任一项所述的设备，其特征在于：所述电子阀(EV1，EV2，EV’1，EV’2)和所述电动部分(MP)均由一个处理器(MC)进行控制，该处理器(MC)用于接收与连杆/活塞单元(TP1，TP2，TP’1，TP’2)的位置相关的信息。
11.根据权利要求10中所述的设备，其特征在于：所述信息借助于一个与所述齿条(CR)相关联的光传感叉子而获得。
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