CN1976868B - 流体分配设备 - Google Patents

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Abstract

一种流体分配设备，它包括具有多个安装孔的安装组件和设置在安装孔内的多个流体分配药筒。这些安装孔和药筒包括优选不对称的相配的横截面形状。每个流体分配药筒包括一流体容器、至少一个阀、一计量分配室和一可移位构件。

Description

流体分配设备
技术领域
本发明涉及一种医学实验室用流体分配装置和相关的系统。
背景技术
在进行生物试验期间，往往需要将液体例如试剂分配到包含有组织标本的试验玻片上。在例如分析肿瘤组织时，可以将切成薄薄的组织切片放在玻片上并且通过各种各样的步骤进行处理，包括将预定量液体试剂分配到组织上。已经开发出自动试剂流体分配装置来将一系列预定试剂精确地施加给试验玻片。
在美国专利No.5,232,664中举例说明了已知试剂分配系统的一个示例。在该系统中，试剂分配盘可以收纳多个试剂容器并且可以包括用于将所选试剂容器设置在玻片上以接收试剂的部件。汽缸或等同的致动器与单个药筒接触，以便进行弹簧加载移位构件的运动，这反过来使得试剂流体施加在玻片上。
与传统试剂分配系统(例如在美国专利No.5232664中所披露的那种)相关联的一个缺点涉及使用接触式致动器组件来控制试剂的分配。包括接触式致动器组件的系统需要将致动器组件相对于药筒精确安装和旋转定位。鉴于这个缺点，需要这样一种试剂分配系统，它包括不需要相对于药筒精确安装和旋转定位的非接触式致动器组件。
与传统试剂分配系统相关联的另一个缺点涉及由弹簧加载移位构件或活塞的未受抑制的运动引起的试剂流体的未受控或不稳定分配。鉴于这个缺点，需要这样一种试剂分配系统，它包括能够减缓活塞运动并且防止反应试剂的未受控或不稳定分配的抑制系统。
与传统试剂分配系统相关联的另一个缺点涉及各个药筒在安装组件的安装孔内可能不对准。鉴于这个缺点，需要这样一种试剂分配系统，它包括其形状形成为能够在类似成形的安装孔内自对准的药筒。
发明内容
本发明通过提供这样一种流体分配药筒从而在很大程度上减轻了已知流体分配设备的上述和其它缺点，该流体分配药筒可以精确地分配少量流体并且任选与用来操作多个流体分配药筒的相关联的流体分配系统协同操作。
本发明的一个方面涉及一种流体分配药筒，它包括一流体容器、一分配组件和一安装组件。在一个实施方案中，该分配组件包括计量元件例如第一阀组件、第二阀组件和位于它们之间的计量分配室。致动器组件与计量元件一起操作，以从流体容器中将所要求的流体体积计量分配到计量分配室中，然后从计量分配室将计量好的流体从药筒中排出到所要求的目标例如液槽或玻片上。
在一个实施方案中，计量元件与外部开关例如螺线管或电磁操纵开关协同操作，该开关包括用于使弹簧加载移位构件(也被称为“活塞”)在流体分配药筒内移位的永磁体，从而在计量分配室内形成压力梯度。在计量分配室和流体容器之间形成的压力差帮助将第一阀打开，从而让流体流进该腔室中。在移位构件被松开时，它返回到其停靠位置，从而迫使流体流出分配腔室经由第二阀进出分配药筒。可选的是，该分配组件包括一抑制系统，它例如包括位于流体容器和弹簧加载移位构件之间的流出通道。
该移位构件或活塞优选由磁性吸引材料制成。该移位构件与开关的磁吸引力被选择为足够高以克服沿着相反方向的弹簧偏压力。该吸引力使活塞沿着向前方向运动，由此在计量分配室和流体容器之间产生出压力差，从而第一阀打开并且在容器中的流体流进计量分配室。在螺线管或电磁体断电时，活塞由弹簧载荷推压返回到第一位置。在活塞的返回运动期间，流体通过第二阀被从计量分配室中推出。当然可以有可选的实施方案，例如设置在活塞的前端和后端上的双螺线管或电磁体组件。
本发明的另一个方面涉及一种用于抑制活塞的运动的流体抑制系统。该流体抑制系统可以包括在活塞的前部和流体腔室之间连通的流出通道，这通过减慢活塞的运动帮助防止流体出现可能的不稳定分配。流出通道的另一个优点在于，它使在流体容器中的压力变化均衡。例如由于大气压增大或由于药筒压缩，会造成流体容器压力的增大。在没有流出通道的情况下，流体容器压力的增大会推动活塞离开其活塞座，从而造成流体意外分配的情况。
本发明的流体分配药筒任选可以与这样一种流体分配设备联用，它包括多个部位，在那里任选设有流体分配药筒。这些部位优选包括位于相应外部致动开关设备附近的安装孔，其形状形成为容纳这些药筒。虽然这些药筒依靠重力坐在其相应的安装孔内，但是任选的是，采用安装组件将这些药筒可拆卸地安装在流体分配设备上。安装组件的一个示例包括位于每个药筒上的球定位槽(ball detent slot)和位于流体分配设备上的安装孔内的相应无源或弹簧加载球。当然应该理解的是，可以采用任意其它形式的安装组件，只要它能够将流体分配药筒相对于其相应外部开关组件保持在所期望的物理关系中。每个安装机构任选还包括位于球定位槽附近的球定位台阶和球定位座，其中每个球定位座的尺寸被设定成可松开地保持相应的球。
本发明的再一个方面涉及一种流体分配设备，它包括其形状形成为使类似地成形的药筒自对准的安装孔，其中药筒和孔具有相配的横截面形状。在一个实施方案中，药筒和安装孔包括不对称的相配横截面形状。例如，这些横截面形状可以为梯形或楔形。
附图说明
通过结合其中相同附图标记表示相同部件的附图阅读以下本发明的详细说明，将了解本发明的这些和其它特征和优点，其中：
图1为根据本发明的组件的一实施方案的剖视图；
图2为根据本发明的组件的一实施方案的剖视图；
图3为根据本发明的组件的一实施方案的剖视图；
图4为根据本发明的组件的一实施方案的剖视图；
图5为根据本发明的组件的一实施方案的主视图；
图6为根据本发明的组件的一实施方案的俯视图；
图7为根据本发明的组件的一实施方案的透视图；
图8为根据本发明的组件的一实施方案的透视图；以及
图9为根据本发明的组件的一实施方案的流程图。
具体实施方式
在下面的段落中，将参照这些附图以实施例的方式对本发明进行详细说明。在整个该说明书中，所示的优选实施方案和实施例应该被当作示例，而不是对本发明的限制。如在这里所使用的一样，“本发明”指的是在这里所述的本发明的任一个实施方案和任意等同方案。另外，在整个该文献中涉及的“本发明”的各个特征并不意味着所有所要求保护的实施方案或方法必须包括所涉及的特征。
图1-3显示出根据本发明的流体分配药筒10的一优选实施方案。该流体分配药筒10包括流体容器20、与流体容器20连通的流体分配组件30以及致动器组件40。该流体分配组件30包括流体计量分配室50、活塞60和阀组件70、80。任选的是，阀组件包括第一单通道(one-way)球阀70和第二单通道球阀80，其例如包括弹簧加载的球90、100。第一和第二阀70、80任选可以为单向球阀，例如包括弹簧加载的球90、100。
根据一优选实施方案，流体容器20包括一可拆卸的内衬110，任选为一可更换的流体囊。应该理解的是，该衬垫或囊110可以由基本上不透流体并且柔性的任意合适材料例如聚乙烯或聚丙烯制成。而且，使用可拆卸的内衬或囊110有助于降低周围空气污染，从而延长装在其中的流体的保存期限。在其中使用可拆卸的内衬或囊110的实施方案中，优选包括一基本上刚性的盖120，它支撑着内衬或囊110，并且还能够提供用于操作的抓持表面以及标识表面。根据另一个实施方案，流体容器20不包括流体囊，从而流体单独装在基本上刚性的盖120内。刚性盖120优选包括一传统的单通道止回阀，用来在流体排出时通过让空气能够吸入来稳定在流体容器20内的压力。
在一优选实施方案中，致动组件40包括一外部开关，例如磁性开关，它包括一线圈130和用来吸引并由此使活塞60按要求移位的永磁体140。有利的是，使用非接触式致动组件例如外部开关，减少对精确安装并且使致动器组件40相对于药筒10旋转定位的需求。活塞60优选包括在致动时吸引在永磁体140上的磁性材料。任选的是，活塞60包括涂有相对不腐蚀的层的金属芯部。例如，活塞60可以包括涂有Teflon
Figure 048256671_0
的铁或钢芯。该活塞60优选受弹簧加载而沿着远离磁性开关的方向即朝着活塞60的后端150偏压。
在所示的实施方案中，设有一活塞弹簧160，用来将活塞60朝着活塞座170偏压。在给线圈130供电时，所得到的在活塞60和磁铁140之间的磁性吸引力瞬时克服了活塞弹簧160的作用力，从而使得活塞60从压靠在活塞座170上的停靠位置(参见图1)沿着向前方向朝着压靠在壁部180的移位位置(如图2所示)运动。在将线圈130断电时，活塞60在活塞160的弹簧加载推动下返回到原始停靠位置。当然，可以有可选的实施方案，例如在活塞60的后端150和前端190上的双螺线管或电磁铁。
如图2所示，活塞60远离活塞座170的运动在流体计量分配室50中产生出负压梯度。在计量分配室50和流体容器之间的压力差通过将阀球90拉离阀座210来克服阀弹簧220工作。在阀球90被拉离阀座210时，第一阀70打开预定的持续时间，从而借助喷嘴230从流体容器20将预定量流体计量分配到计量分配室50中。流体流进计量分配室50降低了负压差，从而使得阀球90被推回到阀座210中。
如图3所示，活塞60返回到停靠位置在计量分配室50中产生出正压梯度。增大的压力瞬时克服了用来迫使阀球100离开阀座240的阀弹簧250的力，从而通过喷嘴260分配出预定量流体。流体流出计量分配室50降低了压力梯度，由此闭合了阀80。
根据本发明的一个方面，流体分配药筒10包括用于抑制活塞60的运动的部件280。用于抑制的部件280任选包括充满有溶液的具有预定直径的流出通道290，从而使活塞60的运动减缓，由此防止了流体的不稳定分配。流出通道290设置在流体容器20和活塞60的前端190之间。可以增大流出通道290的直径以降低由抑制部件280引起的抑制量。相反，降低流出通道290的直径可以增大抑制量。优选的是，抑制部件280通过与在流体容器中的压力变化无关地使在活塞60的任一端处的压力基本上均衡来防止药筒10由于药筒10的压缩或大气压变化而泄漏流体。
进一步参照图1-3，该流体分配组件30优选设置在一外壳300内，该外壳的形状被设定成与流体分配组件的外形相配。任选的是，外壳30采用小突起310等可拆卸地安装在流体容器20上。如图4所示，在一可选实施方案中，其中已经因此给图1-3的实施方案的相同元件同样标记，药筒320包括设置在壳体330内的流体分配组件30，该壳体与流体分配组件20的外形不一致。该壳体330任选包括一可拆卸的塞340，用来在需要修理或更换的情况中提供对阀70、80和活塞60的接触。塞子340任选包括用于O形环360的沟槽350，以防止流体泄漏。
图5和6显示出根据本发明的流体分配系统400的实施例。该系统400的几何形状和机理可以根据选择用于与系统400联用的流体分配药筒的操作而变化。如在图5中最清楚地看出的一样，该系统400任选包括一安装组件410，它具有多个在那里可以安装根据本发明的流体分配药筒10、320的部位420。这些部位420优选包括安装孔430，用来选择地将多个流体分配药筒10、320定位在致动器组件40附近。
该流体分配系统400还任选包括一接收组件440，用来保持多个接收构件450。这些接收构件450可以为任意期望从药筒10、320将流体分配到其上的物品。合适的接收构件450的示例有玻片、盘和混合槽。在优选实施方案中，接收构件450为显微镜玻片，它具有设置在其上的底物。合适底物的示例为组织样本的薄切片。任选的是，接收构件450可以安装在弹簧加载的加热衬垫460上，从而能够对玻片进行选择加热。
一般来说，接收组件440通常设置在安装组件410下面，从而利用重力来传输从药筒10、320中分配的流体。优选的是，安装组件410和接收组件440可以相对于彼此运动，从而多个药筒10、320可以设置成在任意所期望的接收构件450上分配流体。可以选择安装组件410和接收组件440的可动性的任意组合。例如，两个都可以运动，或者只有一个可以运动而另一个固定不动。如图6所示，接收构件450可以为相同类型的物品，例如玻片，或者可选的是可以为不同类型的物品例如玻片和容器。优选的是，安装组件410为可以绕着中央轴线转动的旋转式传送盘。
在分配系统400的操作的一个实施例中，安装组件410如此转动，即，使各个药筒10、320选择地设置在致动器组件40附近。可选的是，致动器组件410可以如此设置在每个药筒10、320附近，即，不需要安装组件410转动。该致动器组件40可以为任意致动装置，用来触发药筒10、320发出受控量的流体。
优选的是，安装组件可以相对于接收组件440平移和转动，从而可以将各个药筒10、320选择地定位在任意接收构件450上方。一旦药筒10、320定位在接收构件450上方，则致动器组件40触发药筒10、320，以将受控量的流体发出到接收构件450上。
如图5和6所示，在优选实施方案中，安装组件410可转动地连接在支撑构件470上，从而这些药筒10、320可以相对于致动器组件40转动。致动器组件40任选在安装组件410下面固定地连接在支撑构件470上。优选的是，支撑构件470可以水平地平移，从而这些药筒10、320可以相对于接收构件450转动和平移。这样，所选的药筒10、320可以选择地定位在任意接收构件450上方。
如在所述实施方案中所看到的一样，致动器组件40可以任选包括三个用来将流体分别分配到三排接收构件510、520、530上的致动器480、490、500。在操作中，致动器480用来将流体分配到设置在排510中的接收构件450，致动器490用来将流体分配到设置在排520中的接收构件450，致动器500用来将流体分配到设置在排530中的接收构件。当然，如本领域普通技术人员所理解的一样，在不背离本发明范围的情况下可以采用任意数量的致动器和/或接收构件。
如图5所示，该系统400任选包括供应容器550、排出容器560和阀570。供应容器550可以用来保存用来清洗接收构件450的液体例如水。阀570优选包括用于在清洗接收构件450时引导液体流的开关。另外，阀570用来在已经使用了这些液体来清洗接收构件450之后引导液体流进入排出容器560中。
现在转到药筒10、320的结构，优选的是，这些药筒10、320的水平横截面形状不对称。这样，在安装组件410中的安装孔430类似成形，从而需要沿着所特定期望的取向进行插入。例如，可以选择基本上为梯形的形状，从而促进所期望的放置取向。图7和8显示出具有基本上梯形横截面的药筒10、320的实施例。这些药筒适用于装配在基本上为梯形的安装孔430内(如图6所示)。在其它实施方案中，安装孔430和药筒10、320为其它类似取向的不对称形状。
任选的是，可以使用安装机构来将药筒10、320可拆卸地安装在安装组件410的相应安装孔430内。在一个实施例中，如图1-3和7所示，在药筒10的外表面上设有一球定位座580。如图6所示，任选受到弹簧加载的相应球590位于每个安装孔430附近的安装组件410上。在插入到安装孔430中之前，必须使药筒10正确对准，从而药筒10的梯形形状与相应的梯形安装孔430垂直对准。为了正确插入，必须用足够的力向下推压药筒10，从而球590滑过台阶600进入到座580内的适当位置。通过凸缘610防止了药筒10进一步向下运动。
在另一个实施例中，如图4和8所示，在药筒320的外表面上设有一垂直球定位槽620。在将药筒320插入到安装孔430中时，该狭槽620为球590提供了引导。还可以设有球定位台阶630和球定位座640以促进锁定。为了正确插入，使球590与狭槽620垂直对准，并且用足够的力向下推压药筒320，从而该球590滑过台阶630进入到座640内的适当位置。通过凸缘650防止了药筒320进一步向下运动。
参见图9，该致动器组件40优选采用包括开关670的控制器660来致动。任选的是，控制器660为可编程计算机，它具有与致动器组件40连接的无线通信线路680。可选的是，控制器660可以为任意用来使得致动器组件40被致动并且可以包括有线通信线路和/或无线通信线路的装置。一旦被致动，致动器组件40利用磁性线路690来使得流体分配器30将流体700分配到接收构件450上。
因此，可以看出，提供了一种流体分配试剂药筒。本领域普通技术人员将理解的是，本发明可以通过除了在本说明书中为了举例说明而非进行限制地所给出的各个实施方案和优选实施方案之外的实施方案实现，并且本发明只是由后附的权利要求书限定。要指出的是，在该说明书中描述的特定实施方案的等同方案同样可以实施本发明。

Claims (18)

1.一种流体分配系统(400)，它包括：
一可线性平移的安装组件(410)，它具有多个流体分配药筒安装部位(420)；
设置在所述安装组件(410)下面的接收组件(440)，所述接收组件(440)在其顶面上包括多个接收构件(450)位置；
多个加热元件(460)，其分别位于所述多个接收构件(450)位置的下方；以及
多个流体分配药筒(10)，它们分别安装在相应的流体分配药筒安装部位(420)，其中，每个流体分配药筒(10)包括连接到流体分配组件(30)上的流体容器(20)，所述流体容器(20)由盖(120)限定，所述盖(120)包括一打开的端部和与所述打开的端部相对的一侧，所述打开的端部与所述流体分配组件(30)流体连通，所述流体容器(20)提供流体源。
2.如权利要求1所述的流体分配系统(400)，其特征为，所述可平移的安装组件(410)还能够绕着可线性平移的旋转轴线转动。
3.如权利要求1所述的流体分配系统(400)，还包括位于所述接收构件位置的相应一个位置处的至少一个接收构件(450)。
4.如权利要求3所述的流体分配系统(400)，其特征为，所述接收构件(450)为盘。
5.如权利要求3所述的流体分配系统(400)，其特征为，所述至少一个接收构件的每一个是能够接收显微镜玻片的盘。
6.如权利要求3所述的流体分配系统(400)，其特征为，所述至少一个接收构件的每一个是包括一流体接收表面的盘。
7.如权利要求1所述的流体分配系统(400)，其特征为，所述接收构件(450)位置线性地布置在接收组件(440)的表面上。
8.如权利要求1所述的流体分配系统(400)，其特征为，所述接收构件(450)位置在接收组件(440)的表面上布置成至少两排(510、520、530)，并且所述安装组件(410)能够在所述排(510、520、530)的上方线性平移。
9.如权利要求1所述的流体分配系统(400)，其特征为，选择地控制所述加热元件(460)以加热不同的接收构件(450)。
10.如权利要求1所述的流体分配系统(400)，其特征为，所述加热元件(460)包括受弹簧加载的加热衬垫。
11.如权利要求1所述的流体分配系统(400)，还包括位于所述接收组件(440)的所述顶面下方的至少一个流体供应容器(550)位置。
12.如权利要求11所述的流体分配系统(400)，还包括设置在所述至少一个流体供应容器位置的每一个和所述顶面之间的至少一个阀(570)。
13.如权利要求1所述的流体分配系统(400)，还包括至少一个设置在所述接收组件(440)的所述顶面下方的排出容器(560)。
14.如权利要求1所述的流体分配系统(400)，其特征为，所述盖包括单通道止回阀。
15.一种流体分配系统(400)，它包括：
一接收组件(440)，它包括一顶面和多个位于顶面上的接收构件(450)位置；
多个加热元件(460)，其分别位于所述多个接收构件(450)位置的下方；
一可线性平移的安装组件(410)，其上具有多个流体分配药筒安装部位(420)；
多个流体分配药筒(10)，它们分别在相应的流体分配药筒安装部位(420)安装到安装组件(410)上，其中，每个流体分配药筒(10)包括连接到流体分配组件(30)上的流体容器(20)，所述流体容器(20)由盖(120)限定，所述盖(120)包括一打开的端部和与所述打开的端部相对的一侧，所述打开的端部与所述流体分配组件(30)流体连通，所述流体容器(20)提供流体源；
多个致动器组件(480、490、500)，其中至少一个与每个流体分配药筒安装部位(420)对应；以及
一控制器，它与每个致动器组件(480、490、500)通信，该控制器致动所述致动器组件(480、490、500)，以从安装在相应药筒安装部位(420)中的药筒(10)分配流体。
16.如权利要求15所述的流体分配系统(400)，还包括：
至少一个流体供应容器(550)位置，其位于所述接收组件(440)的所述顶面的下方；
至少一个排出容器(560)位置，其位于所述接收组件(440)的所述顶面的下方；
至少一个阀(570)，其位于所述至少一个流体供应容器位置的每一个或者所述至少一个排出容器位置的每一个中的至少一个和所述顶面之间。
17.一种流体分配系统(400)，包括：
一可动安装组件(410)，它具有多个流体分配药筒安装部位(420)；
多个流体分配药筒(10)，它们在流体分配药筒安装部位(420)安装到所述可动安装组件(410)上，其中，每个流体分配药筒(10)包括连接到流体分配组件(30)上的流体容器(20)，所述流体容器(20)由盖(120)限定，所述盖(120)包括一打开的端部和与所述打开的端部相对的一侧，所述打开的端部与所述流体分配组件(30)流体连通，所述流体容器(20)提供流体源；以及
一基本上固定的接收组件(440)，它设置在安装组件(410)下方，所述接收组件(440)包括位于其顶面上的多个接收构件(450)位置和位于所述多个接收构件(450)位置下方的加热元件(460)。
18.一种将流体分配到安装在显微镜玻片上的样本上的方法，该方法包括如下步骤：
将多个显微镜玻片定位在相应的盘(450)上；
将每个所述盘按照线性布置设置在接收组件(440)上，该接收组件(440)包括以线性布置位于每个盘(450)下方的加热元件(460)；
将流体分配药筒(10)安装在可线性平移并且可转动的安装组件(410)上，其中，所述流体分配药筒(10)包括连接到流体分配组件(30)上的流体容器(20)，所述流体容器(20)由盖(120)限定，所述盖(120)包括一打开的端部和与所述打开的端部相对的一侧，所述打开的端部与所述流体分配组件(30)流体连通，所述流体容器(20)提供流体源；
使所述安装组件(410)线性运动并且转动，以将所述流体分配药筒(10)定位在所选的一个盘(450)上方；以及
分配流体。
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