CN1747787A - 具有可转动的样品支架的离心设备 - Google Patents

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Abstract

一种离心设备，包括：具有转轴的转子，转轴具有纵向转子轴线；具有入口端和支架轴线的支架；用于在离心设备内定位支架的定位装置，以便支架绕着转子轴线旋转，其中支架轴线与转轴轴线形成非零的角度，定位装置在离心设备内精确地定位支架的入口端，其特征在于，定位装置包括夹持销，该夹持销具有大体上垂直于转子轴线的轴线并且绕着转子轴线旋转。

Description

具有可转动的样品支架的离心设备
技术领域
本发明涉及离心设备，特别但不仅仅涉及与包含吸量管机器人(pipetting robot)的系统协作的离心设备。
背景技术
离心设备利用离心力根据液体悬浮液和混合物成分的密度将它们分开。离心设备包括转子，其中转子具有用于夹持多个样品容器的样品支架。样品支架的形式为多个管或者斗，它们用于容纳形式为小瓶或者斗的样品容器。在下文中被称作各个支架的管或者斗围绕在样品支架周围放置。转子连接到马达上。在使用中，样品容器装到样品支架中，并且转子高速旋转从而施加离心力，该离心力使样品中比较重的成分移到转子外部。根据应用情况，样品支架可以处于固定的角度上，或者为偏转的类型，当开始旋转时，偏转类型的样品支架相对于转轴的轴线偏转到一个倾斜位置或者水平位置。离心设备在实验和工业过程都有很广的应用领域。一个很常见的用途是在生物学领域的应用，其中通常需要将生物细胞从它们的液体介质中分开。这个步骤几乎是与细胞有关的每个实验和制造过程必不可少的一部分。
改变与将生物细胞从它们的液体介质中分离有关的过程正变得更加普遍，因此通常离心设备能够在机器人平台上使用是非常有利的，该机器人平台用于包含吸量管机器人的系统。吸量管机器人用于从容器中自动提取液体并且将该液体转移到夹持在形成离心设备的一部分的各个支架内的容器中以便可以利用离心力将液体成分分开。
现有的离心设备存在的问题是在旋转之后，一个或多个各个支架相对于它们的预旋转位置进行随机定位。这就使得这种离心设备不能用于与吸量管机器人协作，因为机器人不能识别旋转之后各个样品的位置。
发明内容
根据本发明的第一方面提供了一种离心设备，它包括：
具有转轴的转子，转轴具有纵向转子轴线；
具有入口端和支架轴线的支架；
用于在离心设备内定位支架的定位装置，以便支架绕着转子轴线旋转，其中支架轴线与转轴轴线形成非零的角度，定位装置在离心设备内精确地定位支架的入口端，其特征在于，定位装置包括夹持销，该夹持销具有大体上垂直于转子轴线的轴线并且绕着转子轴线旋转。
优选支架具有支架半径，并且夹持销的轴线与转子轴线相间隔的距离小于支架半径。
便利的是，离心设备包括两个彼此同轴的夹持销。
因此通过本发明，允许接近支架中所夹持的容器的支架端部在旋转之前和之后都可以精确地进行定位。由此本发明提供了一种离心设备，优选单个样品设备可以很容易地集成到机器人平台中。转子可以由商业上可获得的标准马达来驱动，并且对操作进行理想的设计，该操作为由上方的机器人吸量管来控制流体的处理。
优选，该夹持销或每个夹持销从转子伸出。在这种实施例中，支架包括与一个或多个夹持销接合的一个或多个凹槽。
或者，该夹持销或每个夹持销从支架伸出并且朝向支架入口端进行定位。
因此借助于本发明，支架入口端被夹持在一个位置上，该位置中心靠近但是偏移与转子轴线交叉的点。本发明允许支架的入口端在整个离心过程中保持在这个位置上，或者更便利的是，保证容器入口端在离心过程之前和之后都处于这个位置上，即使在旋转期间入口端远离了这个位置。
有利的是，离心设备还包括使支架电接地的接地装置。
便利的是，接地装置通过定位装置使支架连接地面而使支架电接地。
当根据本发明的离心设备与液体处理机器人协作时，通常需要检测支架内的液位。支架内液位的检测通常使用电容测量系统来执行，该测量电极包括用于将液体分配到支架中的吸量管。在这种情形下，具有接近测量电极的高质量参考平面来获得正确的测量从而允许精确地检测支架内的液位这一点很重要。
高质量的参考平面应该位于接近测量电极(吸量管)的地方并且应该经由较低的电阻连接至电容测量系统。
因此，借助于接地装置可以使支架电接地。
优选，当设备包括两个夹持销时，夹持销大体上彼此相对地进行定位。
有利的是，支架具有静止位置和偏转位置，在静止位置上支架轴线大体上与转子轴线平行但是略微偏移转子轴线，在偏转位置上支架轴线与转子轴线形成非零角度，并且设备还包括用于限制偏转位置的非零角度的第一偏转止挡销。
通过本发明，单个偏转类型的样品支架通过位于支架任一侧上的夹持销朝向离心设备的中心悬挂。这允许支架绕着单个或者多个销的轴线偏转，该轴线大体上与转子轴线垂直并且交叉。在旋转之后，样品支架向后偏转到它的初始位置。因此在离心过程之前和之后样品支架的位置以及因此固定样品容器的位置允许上方的标准机器人吸量管执行样品的装入和提取。样品支架的垂直静止位置也允许吸量管完全并且不受阻碍地接近样品容器。
第一偏转止挡销确保限制样品支架的偏转运动。这防止在某些情形下样品支架相对于转子轴线偏转到所不希望的水平位置。
便利的是，设备还包括用于类似地限制样品支架沿反向的偏转程度的第二偏转止挡销。
或者，设备包括用于防止支架朝某一方向偏转运动的静止止挡件。
施加在样品上的相对离心力由旋转半径(样品和转子中心之间的距离)和旋转速度的平方的乘积来确定。
在上文中所描述的本发明的实施例中，离心力被样品支架的相对较小的旋转半径所制约。然而，这对于许多应用例如细胞沉降已经足够了。
有利的是，离心设备还包括用于使夹持销从第一静止位置导向第二偏转位置的导向装置，这样，当夹持销处于第二位置时，它远离当夹持销处在第一位置时的位置并且与之大体上平行。
有利的是，导向装置包括其中定位了该夹持销或每个夹持销的导向槽。
一旦开始旋转，离心力导致样品支架在样品偏转之前或者大体上同时地从第一位置滑到第二位置。导向槽与水平线成的微小角度或者轻质弹簧的使用确保当离心设备停止时，样品支架返回到它的静止位置并且可以由机器人吸量管进入。本发明的这个实施例提供了较大的离心力。
在离心设备中，确保转子平衡从而允许平稳的运行并且防止转子损坏很重要。在样品质量较小并且离心速度较低的许多应用中，转子可以有效地平衡。然而，如果样品质量或者转速较高，就需要主动地使设备平衡。
在这种情形下，有利的是，设备还包括形式为平衡管的平衡装置。平衡管自由地绕着样品支架的同一个夹持销枢转并且布置成沿着与样品支架相反的方向偏转。
有利的是，设备还包括用于限制平衡装置的偏转运动的第一平衡止挡销。平衡止挡销位于与偏转止挡销相对应的位置上。平衡管具有与样品支架大体上相等的质量，并且应该能够用如水的液体填充从而与样品、容器、支架和样品管的总质量相等。
优选设备还包括限制平衡管朝离心设备的中心运动的第二平衡止挡销。这就可以确保当处于静止位置时，样品管可以占据让吸量管可接近的中央位置。
虽然已经将各个支架作为与容器独立的实体进行了描述，但是应当理解定位装置应该适用于直接接收容器从而避免需要使用支架。
根据本发明的第二方面，提供了一种包括离心设备的机器人平台，该机器人平台包括：
具有转轴的转子，转轴具有纵向转子轴线；
具有入口端和支架轴线的支架；
用于在离心设备内定位支架的定位装置，以便支架绕着转子轴线旋转，其中支架轴线与转轴轴线形成非零的角度，定位装置在离心设备内精确地定位支架的入口端，其特征在于，定位装置包括夹持销，该夹持销具有大体上垂直于转子轴线的轴线并且绕着转子轴线旋转。
根据本发明的第三方面，配设了用于使用材料填充容器的装置，该装置包括：
机器人吸量管；
包括离心设备的机器人平台，它包括：
具有转轴的转子，转轴具有纵向转子轴线；
具有入口端和支架轴线的支架；
用于在离心设备内定位支架的定位装置，以便支架绕着转子轴线旋转，其中支架轴线与转轴轴线形成非零的角度，定位装置在离心设备内精确地定位支架的入口端，其特征在于，定位装置包括夹持销，该夹持销具有大体上垂直于转子轴线的轴线并且绕着转子轴线旋转。
有利的是，用于填充容器的装置还包括用于使支架电接地的接地装置。
优选，接地装置通过定位装置使支架连接到地面而使支架电接地。
优选，接地装置通过经由定位装置使支架连接到机器人平台而使支架电接地。
在这种装置中，机器人吸量管形成测量电极。
根据本发明的第四方面，提供了一种使用装置将材料样品转移进位于支架内的容器中的方法，其中该装置用于使用材料来填充容器，该装置包括：
机器人吸量管；
包括离心设备的机器人平台，它包括：
具有转轴的转子，转轴具有纵向转子轴线；
具有入口端和支架轴线的支架；
用于在离心设备内定位支架的定位装置，以便支架绕着转子轴线旋转，其中支架轴线与转轴轴线形成非零的角度，定位装置在离心设备内精确地定位支架的入口端，其特征在于，定位装置包括夹持销，该夹持销具有大体上垂直于转子轴线的轴线并且绕着转子轴线旋转，
所述方法包括如下步骤：
使用材料加载吸量管；
将吸量管移至容器；
将材料分配进容器。
附图说明
现在仅仅参照附图通过实例进一步描述本发明，其中；
图1是与吸量管机器人协作的根据本发明的离心设备的图示；
图2是与吸量管机器人协作的本发明的第二实施例的图示；
图3是与吸量管机器人协作的本发明的第三实施例的图示；
图4是其中夹持销伸出转子主体的本发明的第四实施例的图示；
图5是包括接地装置的本发明的第四实施例的图示；
图6是也包含接地装置的本发明的第五实施例的图示；和
图7是包含减振器的本发明的第六实施例的图示。
具体实施方式
现在参看图1，根据本发明第一实施例的离心设备总体上用参考标号2表示。离心设备包括转轴4和转子主体3，其中转轴4位于离心设备的中心处并且离心设备2绕着它可以旋转。设备2还包括用于夹持样品容器8的样品支架6。样品支架通过一个或多个夹持销10连接到离心设备，其中夹持销10具有与转轴4的轴线垂直的轴线。夹持销绕着转轴4可旋转。样品支架6包括允许例如通过吸量管进入样品支架6内的入口端12。
在使用时，马达(未显示)使离心设备2绕着转轴4旋转。离心力使样品支架6从由参考标号14表示的位置偏转到由参考标号16表示的位置上。
如所看到的一样，处于静止位置14上时样品支架与转轴对齐，然而在偏转位置16样品支架就与转轴4形成了角度。
样品支架6的偏转程度受偏转止挡销18的限制。偏转止挡销的位置可以根据样品的性质而变化。
支架轴线略微偏移纵向转子轴线或者在外部加重，这样当旋转开始时，形成的离心力使支架按照明确的方向以一定的角度偏转。这允许计算并且考虑转子中适当的配重平衡，这样，当处理小体积液体时可以在离心期间实现转子的正确平衡。
如所示的那样，样品支架6的入口端12通过夹持销10精确地进行定位。在旋转之前和之后，样品支架呈现由位置14显示的静止位置，其中入口端12具有相同的位置。这允许很容易地通过吸量管机器人接近样品支架，因为在旋转之前和之后入口端12的位置都是恒定的。
另外，因为样品支架6的纵向轴线大体上与静止位置上的转子轴线平行，所以吸量管机器人可以不受阻碍地接近样品支架6的入口端12。
现在参看图2，其中显示了本发明的第二实施例。为了清晰起见，那些参照图1描述的类似部件给出了相应的参考标号。
离心设备2还包括引导槽20，其中夹持销10可以在引导槽20中移动。在使用过程中，一旦设备2开始旋转，样品支架6就会从静止位置14移到图2中所未示出的位置，该位置大体上与位置14平行并且与它远离。通过夹持销10沿着槽导向装置20的移动，可以实现这种运动。当样品支架6移动时，由于离心力的作用它也偏转从而占据位置22。在需要较大的离心力时就优选这种配置。支架6的运动受偏转止挡销18的限制。
现在参看图3，其中显示了本发明的第三实施例。同样，为了清晰起见，与图1和2中所示的实施例共用的这些部件给出了相应的参考标号。离心设备2还包括平衡管24，该平衡管24有利于允许平稳的移动并且在样品质量相对于转子质量较高并且离心速度较大的情形下防止转子被损坏。平衡管自由地绕着夹持销10枢转并且布置成沿着与样品支架6相反的方向偏转。平衡管24的运动受到平衡止挡销26的限制，该平衡止挡销26处于与偏转止挡销18成相应角度的位置上。平衡管具有与样品支架6大体上相等的质量，并且能够用水填充从而与组合的样品支架、样品管和样品的质量相等。
为了确保在静止位置时样品支架6可以占据吸量管可接近的中央位置，平衡管24的运动由平衡静止止挡销28限定为朝向离心设备中心的运动来制约。
虽然已经根据图1所示的实施例显示了样品支架的平衡，但是也可以通过类似的方式实现图2所示的实施例的平衡。
根据本发明的离心设备可以与液体处理机器人一起使用。在这种情况下，液体检测机构也可以用于检测装在样品容器8中的液体的液位。液位检测通常使用电容测量来执行。当使用液体处理机器人时，液体通过机器人控制的吸量管分配进样品容器8中。当使用电容测量执行液面检测时，吸量管包括了测量电极。为了获得样品容器8中液位的精确测量，需要与测量电极接近的高质量参考平面。
现在参看图4，其中显示了本发明的另一个实施例。对每个参考标号而言，与图1至3相对应的部件都给出了相应的参考标号。
在图4所示的实施例中，仅仅显示了两个夹持销10的其中之一伸出转子主体3。样品支架6包括两个凹槽38(仅仅显示了其中之一)。夹持销10与凹槽38接合从而支撑样品支架6。
为了实现液面的精确测量，例如经由一个或多个夹持销10将样品支架6连接至地面信号很有利，其中地面信号可以包括机器人平台。
本发明的另外两个实施例在下文中参照图5和6进行描述，这两个实施例包括通过夹持销10从而将样品支架6连接至例如形式为机器人平台的地面信号的接地装置。为了易于理解，与图1至3中示出的本发明的实施例中显示的部件相对应的设备2的部件给出了相应的参考标号。
首先参看图5，根据本发明的离心设备总体上用参考标号2表示。该离心设备包括弹簧加载杆32，该杆固定在用于驱动设备2的马达的静止位置20。杆32在设备2下朝转轴4的中心延伸从而与轴的端部22接触。端部22包括马达的移动位置，并且杆32经由集煤器承座34与端部22接触。转轴4通常由铁制成。然而，为了使转轴4和集煤器承座(coal collector shoe)34之间实现良好的接触，轴优选由黄铜材料制成。例如，轴4可以由通过一个或多个螺钉固定在轴4末端的薄黄铜板制成。
现在参看图6，其中显示了本发明的另一个实施例。在这个实施例中，弹簧加载杆36直接固定到机器人平台26上，这样它就置于转子主体3之下。由此弹簧加载杆36连接至马达的静止位置。然后杆36沿着转子主体3的下侧延伸并且呈现集电杆的形式。集煤器承座34固定在集电杆的末端。然而，为了使弹簧加载杆和转子主体3之间实现良好的接触，集煤器承座优选由黄铜至少是部分由黄铜制成。
在图5和图6所示的两个实施例中，样品支架6、夹持销10、机器人平台26和转子主体24都由导电材料制成，或者至少在它们内部包含导电材料、例如导线线路，以便建立部件之间的电连接。
本发明所示的两个实施例允许在代表良好参考平面的静止机器人平台26与作为离心设备的移动部分的转子主体3之间形成良好的电连接。
图5和图6所示的实施例之间的差别在于，在图5所示的实施例中，通过轴4施加到集煤器承座34上的速度远小于图6所示实施例中施加到集煤器承座34上的速度。这是因为，在图5所示的实施例中，集煤器承座34仅仅接触轴4的中心，然而在图6所示的实施例中集煤器承座34与转子主体3接触。因此，图6所示实施例中的集煤器承座34的寿命比图5中所示实施例的集煤器承座34要短。
现在参看图7，其中显示了根据本发明的离心设备的另一个实施例。
在某些情况下，设备2的操作会产生振动。如果敏感部件置于机器人平台4上，那么使振动降到最低是很重要的。转子主体3的形状会影响在设备2的操作期间所经历的振动级。
为了进一步使振动降到最低，需要计算转子主体3的平衡或者配重，其中转子主体3具有额定负载，即具有置于支架6中的样品容器8内的额定液体并且具有样品支架6的额定偏转角度。如果设备在整体上是平衡的，那么振动就会减到最小。
另外，离心设备2中可以包括橡胶悬架28。在图7所示的实施例中有四个橡胶悬架28，每一个都置于马达的一个角落上，这样，离心设备与机器人平台就没有直接的和/或硬的连接。橡胶悬架抑制了传递到机器人平台26的大部分或者所有残余振动。

Claims (27)

1.一种离心设备，包括：
具有转轴的转子，转轴具有纵向转子轴线；
具有入口端和支架轴线的支架；
用于在离心设备内定位支架的定位装置，以便支架绕着转子轴线旋转，其中支架轴线与转轴轴线形成非零的角度，定位装置在离心设备内精确地定位支架的入口端，其特征在于，定位装置包括夹持销，该夹持销具有大体上垂直于转子轴线的轴线并且绕着转子轴线旋转。
2.如权利要求1所述的离心设备，其特征在于，，支架具有支架半径，并且夹持销的轴线与转子轴线相间隔的距离小于支架半径。
3.如权利要求1或者权利要求2所述的离心设备，包括两个夹持销，所述夹持销彼此同轴。
4.如上述权利要求中任何一项所述的离心设备，其特征在于，，该夹持销或每个夹持销从支架伸出并且朝向支架的入口端放置。
5.如权利要求1、2或者3中任何一项所述的离心设备，其特征在于，，该夹持销或每个夹持销从转子中伸出。
6.如上述权利要求中任何一项所述的离心设备，还包括使支架电接地的接地装置。
7.如权利要求6所述的离心设备，其特征在于，接地装置通过定位装置将支架连接到地面，从而使支架电接地。
8.如权利要求3及其任意从属权利要求所述的离心设备，其特征在于，支架包括与该夹持销或每个夹持销可接合的一个或多个凹槽。
9.如上述权利要求中任何一项所述的离心设备，还包括用于吸收在设备的使用过程中产生的振动的吸收装置。
10.如权利要求9所述的离心设备，其特征在于，吸收装置包括一个或多个橡胶部件。
11.如权利要求3或其任意从属权利要求所述的离心设备，其特征在于，两个夹持销沿径向彼此相对地放置。
12.如上述权利要求中任何一项所述的离心设备，其特征在于，支架具有静止位置和偏转位置，在静止位置支架轴线大体上与转子轴线平行，在偏转位置支架轴线与转子轴线形成非零角度，并且设备还包括用于限制偏转位置的非零角度的第一偏转止挡销。
13.如权利要求12所述的离心设备，还包括第二偏转止挡销。
14.如上述权利要求中任何一项所述的离心设备，还包括用于防止支架绕着夹持销沿一个方向旋转的静止止挡件。
15.如上述权利要求中任何一项所述的离心设备，还包括用于使夹持销从第一静止位置导向第二偏转位置的导向装置，这样，当夹持销处于第二位置时，它远离当夹持销处在第一位置时的位置并且与之大体上平行。
16.如上述权利要求中任何一项所述的离心设备，还包括平衡装置。
17.如权利要求16所述的离心设备，还包括平衡止挡销。
18.如权利要求17所述的离心设备，还包括平衡静止止挡销。
19.如上述权利要求中任何一项所述的离心设备，其特征在于，支架包括管。
20.如权利要求1至18中任何一项所述的离心设备，其特征在于，支架包括斗。
21.一种机器人平台，包括如上述权利要求任何一项所述的离心设备。
22.一种用于使用材料填充容器的装置，该装置包括：
机器人吸量管；
如权利要求21所述的机器人平台。
23.一种用于使用如权利要求20所述的装置将材料样品转移进入位于支架内的容器中的方法，包括如下步骤：
使用材料加载吸量管；
将吸量管移至容器；
将材料分配进容器。
24.一种大体上如前参照附图所描述的离心设备。
25.一种大体上如前参照附图所描述的机器人平台。
26.一种大体上如前参照附图所描述的装置。
27.一种大体上如前参照附图所描述的方法。
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