ES2967600T3 - Molino de muestras mejorado - Google Patents
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Abstract
Un homogeneizador batidor de cuentas (100) incluye un eje que tiene un cuerpo principal (30) que se extiende a lo largo de un eje principal (32) y un cuerpo de conexión distal (34) que se extiende a lo largo de un eje de conexión (36) que forma un ángulo agudo con respecto al principal. eje (32), un motor (20) configurado para girar el eje alrededor del eje principal (32), un cabezal (60) conectado de forma giratoria al cuerpo de conexión distal (34) del eje, y una abrazadera (62, 64, 66) asegurado al cabezal (60) y configurado para asegurar un soporte de vial de muestra (70, 170, 270, 370, 470) configurado para sostener uno o más viales de muestra en el mismo, en donde el movimiento de rotación del eje alrededor del eje principal (32)) se traduce en movimiento de la cabeza (60) en direcciones normales al eje principal (32). También se proporciona un soporte de vial de muestra (470) que tiene una red interna de canales definidos dentro de la carcasa a través de los cuales se puede pasar un refrigerante para controlar la temperatura de un vial dispuesto en el mismo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Molino de muestras mejorado
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES RELACIONADAS
[0001]La presente solicitud reivindica el beneficio de la fecha de presentación de la solicitud de patente provisional de EE. UU. n.° 62/760.457, depositada el 13 de noviembre de 2018.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
[0002]La presente solicitud se refiere a un procedimiento de ruptura mecánica de volúmenes de muestra relativamente pequeños y un sistema mejorado y más robusto para una ruptura más eficiente.
[0003]En el mercado de preparación de muestras, una forma común de romper, lisar o moler (pulverizar) una muestra para su posterior prueba es mediante ruptura mecánica. El objetivo típico de estos procedimientos incluye uno o más de los siguientes: reducción del tamaño de partícula; facilitación de la extracción de ADN y ARN (lisar), proteínas, pesticidas y otros contaminantes (es decir, metales o materiales RoHS) mediante la ruptura de células; y homogeneización o mezcla de una muestra.
El documento US5464773 describe un aparato que rompe la integridad celular de muestras biológicas. Van de Wal R S W y col., "Progress in 14C dating of ICE at Utrecht", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms; Volumen 52, Números 3-4, 2 de diciembre de 1990, páginas 469-472 describen un dispositivo de molienda para astillar hielo a -20 °C para la datación 14C de hielo.
[0004]Los sistemas de "Bead Beating" "muelen" y pulverizan una muestra y usan bolas de acero u otros medios como cerámica o vidrio para romper las muestras. La muestra es agitada de alguna forma con este procedimiento. El instrumento tradicional de "batidor de perlas" rompe/lisa la muestra aplastando o "batiendo" la muestra entre la parte superior e inferior de un vial o entre las bolas u otros medios añadidos al vial durante el procedimiento. Dependiendo del diseño del instrumento, parte de la lisis de la muestra puede ocurrir entre los medios, a partir de las fuerzas de los medios contra la parte superior e inferior del recipiente de muestra y de las fuerzas de los medios contra las paredes laterales del recipiente de muestra. La velocidad de tales sistemas de batidor de perlas está normalmente en el intervalo de 500 - 4.000 revoluciones por minuto. Esto corresponde a 1.000 a 8.000 oscilaciones por minuto. Los dispositivos de ruptura de placas de titulación grandes tienen velocidades que oscilan entre 500 y 1.750 revoluciones por minuto. El movimiento que se encuentra en los productos de batidor de perlas es un movimiento vertical u horizontal que obliga a los medios de bolas a desplazarse de un lado a otro dentro de los límites de la altura vertical o de la anchura del vial o un movimiento combinado que imparte cierta agitación de la muestra y los medios de un lado a otro dentro del vial de muestra.
[0005]La elección de usar el batidor de perlas depende del tamaño del vial de muestra, el tamaño de la muestra y las características de la muestra. Las muestras duras como semillas, arroz, granos de maíz, órganos y plantas fibrosas generalmente requieren bolas/medios más grandes y pesados, mientras que las muestras como bacterias, levaduras y hongos, usan bolas/medios más pequeños. Las muestras como hojas, suelo y materiales vegetales a menudo requieren cierta investigación sobre el mejor dispositivo y tamaño de medios.
[0006]Algunos instrumentos incorporan medios para mantener las muestras frías durante el funcionamiento. Esto incluye colocar viales o placas de titulación en contacto con criobloques que se enfrían antes de su uso. Algunos inconvenientes asociados con los criobloques son que no pueden mantener una temperatura particular durante el uso porque actúan como disipadores de calor, y sus temperaturas iniciales a menudo son difíciles de regular, a veces demasiado frías para ciertas muestras. Se necesitan mejoras.
[0007]Si bien los batidores de perlas se han convertido en dispositivos importantes para la molienda de muestras, se desean mejoras adicionales.
BREVE RESUMEN DE LA INVENCIÓN
[0008]Un primer aspecto de la presente invención es un homogeneizador batidor de perlas que incluye un árbol que tiene un cuerpo principal que se extiende a lo largo de un eje principal y un cuerpo de conexión distal que se extiende a lo largo de un eje de conexión que forma un ángulo agudo con respecto al eje principal, un motor configurado para hacer girar el árbol alrededor del eje principal, un cabezal conectado de forma giratoria al cuerpo de conexión distal del árbol, y una abrazadera asegurada al cabezal y configurada para asegurar un soporte de viales de muestra configurado para contener uno o más viales de muestra en el mismo, donde el movimiento de rotación del árbol alrededor del eje principal se traduce en movimiento del cabezal en direcciones normales al eje principal.
[0009]En otras realizaciones según el primer aspecto, el cuerpo principal del árbol puede cruzarse con el cuerpo de conexión distal en una curva o codo en el árbol. El cuerpo de conexión distal puede estar dispuesto dentro de un lumen definido por el cabezal. El movimiento de rotación del árbol alrededor del eje principal también puede traducirse en un movimiento oscilante del cabezal de modo que un extremo del cabezal más cercano al cuerpo principal del árbol pivote hacia y alejándose del cuerpo principal del árbol. La abrazadera puede incluir una base de abrazadera en la que se puede disponer el soporte de viales de muestra, un brazo de abrazadera conectado a la base de abrazadera y un pestillo de abrazadera conectado a la base de abrazadera, donde el acoplamiento del pestillo de abrazadera con el brazo de abrazadera asegura el soporte de viales de muestra al cabezal. El brazo de abrazadera puede estar conectado de forma pivotante a un lado de la base de abrazadera, y el pestillo de abrazadera está conectado de forma pivotante al otro lado de la base de abrazadera.
[0010]La abrazadera puede estar configurada para aceptar una pluralidad de soportes de viales de muestra configurados de manera diferente. El homogeneizador batidor de perlas puede incluir además una pluralidad de soportes de viales de muestra configurados de manera diferente. Los soportes de viales de muestra configurados de manera diferente pueden incluir al menos dos de: un primer soporte de viales de muestra que tiene solo un pocillo para contener un vial, un segundo soporte de viales de muestra que tiene solo dos pocillos para contener dos viales, un tercer soporte de viales de muestra que tiene solo tres pocillos para contener tres viales, un cuarto soporte de viales de muestra que tiene solo cuatro pocillos para contener cuatro viales, un quinto soporte de viales de muestra que tiene solo cinco pocillos para contener cinco viales, un sexto soporte de viales de muestra que tiene solo seis pocillos para contener seis viales y un séptimo soporte de viales de muestra que tiene al menos un pocillo para contener un vial y una red interna de canales a través de los cuales se puede pasar un refrigerante para controlar la temperatura de un vial dispuesto en el mismo.
[0011]El homogeneizador batidor de perlas puede incluir además un soporte de viales de muestra que define una red interna de canales a través de los cuales se puede hacer pasar un refrigerante para controlar una temperatura de un vial dispuesto en el mismo. El soporte de viales de muestra puede incluir una carcasa que define una cavidad configurada para encerrar al menos parcialmente un vial, y la red interna de canales puede incluir un canal de entrada, un canal interno adyacente a la cavidad y un canal de salida conectado para el flujo del refrigerante. El soporte de viales de muestra puede incluir una carcasa que define una cavidad configurada para encerrar al menos parcialmente un vial, y un tapón de soporte dispuesto en la cavidad para sellar la cavidad de un entorno externo, definiendo el tapón de soporte una cavidad en la que se puede asentar un vial. Se puede definir un alvéolo vacío entre una superficie interna de la cavidad de la carcasa y una superficie externa del tapón de soporte. La red interna de canales puede incluir un canal de entrada que conduce al alvéolo vacío y un canal de salida que se aleja del alvéolo vacío, de modo que el canal de entrada, el alvéolo vacío y el canal de salida definen un paso a través del cual se puede pasar un refrigerante para controlar una temperatura de un vial dispuesto en el tapón de soporte.
[0012]El homogeneizador batidor de perlas puede incluir además un primer conjunto de cojinete dispuesto alrededor del árbol entre el cabezal y el motor. El cabezal puede incluir además un segundo conjunto de cojinete dispuesto alrededor del cuerpo de conexión distal del árbol. El motor puede incluir un tercer conjunto de cojinete.
[0013]El homogeneizador batidor de perlas puede incluir además un disco de medición de velocidad acoplado de forma giratoria con el cuerpo principal del árbol, donde el disco de medición de velocidad define una pluralidad de aberturas en una periferia circunferencial del mismo, y un interruptor óptico que tiene dos placas entre las cuales se pasa una señal IR, donde la periferia circunferencial del disco de medición de velocidad está dispuesta entre las placas del interruptor óptico de tal manera que las aberturas cruzan un recorrido de la señal IR. El homogeneizador batidor de perlas puede incluir además un procesador que recibe señales correspondientes a la interrupción de la señal IR y que está configurado para utilizar las señales para calcular la velocidad de rotación del árbol.
[0014]El soporte de viales de muestra puede tener paredes de extremo que cubren al menos el 50 % del área de cada cara de extremo de un vial, respectivamente. El movimiento de rotación del árbol alrededor del eje principal puede hacer girar el cuerpo de conexión distal de modo que el cuerpo de conexión distal barra una superficie cónica imaginaria. El movimiento de rotación del árbol alrededor del eje principal puede hacer girar el cabezal en una trayectoria circular sobre una superficie cónica imaginaria.
[0015]Un segundo aspecto que no forma parte de la presente invención es un soporte de viales de muestra para su uso con un homogeneizador batidor de perlas, que incluye una carcasa que define una cavidad configurada para encerrar al menos parcialmente un vial, y una red interna de canales definida dentro de la carcasa a través de la cual se puede hacer pasar un fluido de refrigeración para controlar la temperatura de un vial dispuesto en la misma.
[0016]En otras realizaciones según el segundo aspecto que no forma parte de la presente invención, la red interna de canales puede incluir un canal de entrada, un canal interno adyacente a la cavidad y un canal de salida conectado para el flujo del refrigerante. El soporte de viales de muestra puede incluir además un tapón de soporte dispuesto en la cavidad para sellar la cavidad de un entorno externo, definiendo el tapón de soporte una cavidad en la que puede asentarse un vial. Se puede definir un alvéolo vacío entre una superficie interna de la cavidad de la carcasa y una superficie externa del tapón de soporte. La red interna de canales puede incluir un canal de entrada que conduce al alvéolo vacío y un canal de salida que se aleja del alvéolo vacío, de modo que el canal de entrada, el alvéolo vacío y el canal de salida definen un paso a través del cual se puede pasar un refrigerante para controlar una temperatura de un vial dispuesto en el tapón de soporte. El soporte de viales de muestra puede incluir además un protector de cubierta configurado para cubrir un extremo abierto de la cavidad.
[0017]Un tercer aspecto de la presente invención es un homogeneizador batidor de perlas que incluye un árbol que tiene un cuerpo principal que se extiende a lo largo de un eje principal y un cuerpo de conexión distal que se extiende a lo largo de un eje de conexión que forma un ángulo agudo con respecto al eje principal, un motor configurado para hacer girar el árbol alrededor del eje del árbol y que incluye un primer conjunto de cojinete, un cabezal conectado de forma giratoria al cuerpo de conexión distal del árbol, donde el cabezal comprende un segundo conjunto de cojinete dispuesto alrededor del cuerpo de conexión distal del árbol, un soporte de viales de muestra asegurado al cabezal, y un tercer conjunto de cojinete dispuesto alrededor del árbol entre el cabezal y el motor.
[0018]Otros aspectos de la presente invención se refieren a los procedimientos de uso de los aspectos indicados anteriormente, que incluyen accionar el motor para hacer girar el árbol alrededor de su eje principal.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0019]
La FIG. 1 es una vista lateral en sección transversal de un homogeneizador batidor de perlas de acuerdo con la presente invención.
La FIG. 2 es una vista en perspectiva del batidor de perlas mostrado en la FIG. 1.
Las FIGS. 3-5 son vistas en perspectiva de diferentes tamaños de viales de muestra con diferentes soportes de muestra para cada tipo de vial como se usa en relación con el batidor de perlas mostrado en la FIG. 1;
La FIG. 6 es una vista en despiece de un soporte de viales de muestra con el batidor de perlas mostrado en la FIG.
1;
La FIG. 7 es una vista en perspectiva de un mecanismo de control de velocidad en el batidor de perlas mostrado en la FIG. 1;
La FIG. 8 es una vista en perspectiva de otro mecanismo de sujeción de acuerdo con la presente invención. Las FIGS. 9A-9C muestran vistas en perspectiva de tres ejemplos de cartuchos de muestra o soportes de vial. Las FIGS. 10A-F son vistas en perspectiva de conjunto, en perspectiva en despiece ordenado, superior, lateral, frontal y posterior, respectivamente, de otro soporte de viales de muestra de acuerdo con la presente invención. Las FIGS. 11A-B son vistas en perspectiva de conjunto y en perspectiva en despiece, respectivamente, de otro soporte de viales de muestra de acuerdo con la presente invención.
La FIG. 12 es una vista en perspectiva de un soporte de viales de muestra de acuerdo con la presente invención; Las FIGS. 13A-B son vistas inferior y lateral en sección transversal, respectivamente, del soporte de viales de muestra mostrado en la FIG. 12.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0020]Como se muestra en la FIG. 1-7, un homogeneizador batidor de perlas mejorado 100 incluye una carcasa 10 en la que está dispuesto un motor 20. El motor 20 está conectado a un árbol de salida 30 que se extiende a través de la carcasa 10 hacia una cámara de muestra 12 protegida por un protector de muestra móvil 14 que puede bloquearse en su lugar durante el uso. El motor 20 está anclado a una placa amortiguadora 40 que está conectada a través de medios amortiguadores 42 tales como resortes y amortiguadores a la parte inferior y los lados de la carcasa 10. Hay amortiguadores en cada extremo del instrumento para reducir el efecto de vibración. La carcasa 10 incluye varias almohadillas 16 en su parte inferior para amortiguar aún más las vibraciones que emanan del uso del batidor de perlas 100 en una superficie externa. El batidor de perlas 100 también permite el uso del instrumento como mezclador con una velocidad de mezcla de 750 rpm y 1000 rpm y velocidades de homogeneización o molienda de 2000 rpm, 3000 rpm y 4000 rpm. También se contemplan otras velocidades para cualquier uso.
[0021]El árbol 30 gira alrededor de su eje longitudinal central 32 a través de un cojinete 50. Un pasador o tornillo 34 está conectado de forma fija a un extremo distal del árbol 30. Un eje 36 del pasador 34 forma un ángulo agudo con respecto al eje 32 del árbol 30, de modo que la construcción general del árbol/pasador incluye una curva o codo y de modo que la rotación del árbol 30 hace que el pasador 34 se mueva alrededor de o barra una superficie cónica imaginaria. El pasador 34 está dispuesto dentro de un lumen de un conector de muestra o cabezal 60 de modo que el pasador 34 pueda girar dentro del lumen durante el uso. El conector de muestra 60 tiene forma de bloque con una superficie plana orientada hacia el motor 20. Esa superficie plana no es ortogonal o normal al eje 32. El conector de muestra 60 está conectado a la carcasa 10 a través de un resorte a cada lado del árbol 30, por ejemplo, a través de anclajes 63 a cada lado del conector de muestra 60 a anclajes 65, como se muestra en la FIG. 3. De esta manera, cuando el árbol 30 se hace girar alrededor de su eje central 32, el pasador 34 gira excéntricamente como se indicó anteriormente y hace que el lumen en el conector de muestra 60 se mueva alrededor de la misma superficie cónica imaginaria, aunque sin girar completamente alrededor del eje del pasador 34. Durante este movimiento, se produce cierta oscilación lateral, que es amortiguada por los resortes. Es decir, el conector de muestra 60 tiene una superficie hacia arriba que permanece orientada generalmente hacia arriba a lo largo de este movimiento. Los resortes anclan el conector de muestra 60 a la carcasa 10 para guiar aún más su movimiento oscilante. La longitud del árbol 30, el ángulo y la posición del conector de muestra 60, y la resistencia de los resortes están configurados para crear un procedimiento de agitación más violento con el fin de moler las muestras de manera más eficiente.
[0022]El movimiento de rotación del árbol 30 alrededor del eje 32 hace que el conector de muestra 60 se mueva alrededor de un círculo del cono imaginario, de modo que se mueva en todas las direcciones normales al eje 32. Esto también hace que la cabeza se balancee, pivote u oscile hacia y alejándose del cuerpo principal del árbol 30, es decir, donde se encuentra el motor 20. Por ejemplo, mientras que la FIG. 1 representa el conector de muestra 60 inclinado de modo que esté en ángulo desde la parte inferior izquierda hasta la parte superior derecha de la imagen, una vez que el pasador 34 se hace girar a su posición más alta, el conector de muestra 60 estará en ángulo desde la parte superior izquierda hasta la parte inferior derecha de la imagen. Dado que el conector de muestra 60 no gira alrededor del eje 32, esto crea un movimiento de vaivén u oscilante alrededor de un eje que es generalmente horizontal y perpendicular al eje 32. Ese eje horizontal alrededor del cual oscila el conector de muestra 60 se mueve ligeramente de un lado a otro a medida que se acciona el conector de muestra 60, y su movimiento es amortiguado por los resortes que ayudan a asegurar el conector de muestra 60 a la carcasa 10.
[0023]La aplicación utiliza pequeñas bolas de metal, bolas de cerámica u otros medios de vidrio para "moler" o pulverizar la muestra. Después de insertar una bola en un recipiente de muestra o placa de titulación de tamaño aceptable, las muestras se mueven verticalmente hacia arriba y hacia abajo a una alta velocidad debido a la rotación del árbol orientado horizontalmente 30, lo que hace que las bolas, en su movimiento, descompongan el material en el recipiente de muestra. El vial, que contiene una sola muestra con una o más bolas, o múltiples viales de muestra, cada uno con su propia selección de medios, se agita en un movimiento complejo que combina oscilaciones hacia adelante y hacia atrás con movimientos laterales cortos, moviéndose cada extremo del vial a lo largo de una trayectoria en forma de 8. Este movimiento desarrolla fuertes fuerzas G en el vial, para pulverizar las rocas, escorias y cerámicas más resistentes. Las perlas o bolas dentro de los viales no tocan fondo en ninguno de los extremos del vial durante mucho tiempo antes de que se lancen en una dirección diferente. La técnica de batido de perlas se puede utilizar con bolas u otros medios que varían en tamaño desde menos de 100 micras hasta 25 mm. Los medios pueden ser materiales como acero, plástico, circonio, granate, vidrio y muchos otros. Si bien se puede usar cualquier medio en una máquina de batido de perlas, la selección de la bola depende del tamaño del vial, el tamaño de la muestra y la dureza a romper, la sensibilidad de la muestra al calor, los problemas de contaminación del medio y muchos otros factores.
[0024]El batidor de perlas 100 incorpora varios cojinetes, incluidos dos conjuntos de cojinetes dobles. El primer conjunto de cojinete 50 está diseñado para proteger el batidor de perlas 100 del desgaste excesivo del mecanismo móvil, es decir, el conector de muestra 60 unido al árbol 30. Como se muestra en la FIG. 1, el conjunto de cojinete 50 está ubicado dentro de una carcasa que está anclada a la placa amortiguadora 40. El movimiento del conector de muestra 60 puede infligir una carga axial de desplazamiento considerable sobre el árbol de motor 30, lo que puede reducir la vida útil del motor. El conjunto de cojinete 50 ubicado entre el conector de muestra 60 y el motor 20 protege el motor 20 principalmente impidiendo que el árbol 30 impacte con el motor 20 a lo largo de su eje 34. Es decir, el movimiento del conector de muestra 60 dirige la fuerza a lo largo del eje 34 del árbol 30 hacia el motor 20, y la presencia del conjunto de cojinete 50 disminuye en gran medida el impacto de estas fuerzas en el motor 20 para protegerlo y prolongar la vida útil del batidor de perlas 100. El conjunto de cojinete 50 evita la necesidad de reemplazar piezas en el batidor de perlas 100 en una etapa tan temprana del uso del producto. Un segundo conjunto de cojinete 61 similar al conjunto de cojinete 50 está dispuesto dentro del conector de muestra 60 para la interacción con el pasador 34, y proporciona una protección similar al conector de muestra 60. Otro cojinete está dispuesto dentro del propio motor 20.
[0025]El conector de muestra 60 está configurado para conectarse con un soporte de viales de muestra 70 a través de una disposición de sujeción novedosa. El soporte del vial de muestra 70 está ubicado dentro de una base de abrazadera 62 que está montada o anclada de forma segura a la parte superior del conector de muestra 60 de modo que la base de abrazadera 62 se mueva con el resto del conector de muestra 60. Un brazo de abrazadera 64 está conectado de forma pivotante en un lado de la base de abrazadera 62 a través de un pasador o perno 67 para que pueda oscilar hacia y alejándose de la base de abrazadera 62. Un pestillo de abrazadera 66 está conectado de forma giratoria al otro lado de la base de abrazadera 62. El soporte del vial 70 tiene alas 72 que son más cortas que su ancho total y sobresalen hacia afuera desde cada lado, de modo que puedan asentarse entre dos brazos de la base de abrazadera 62. Esto asegura el soporte de viales 70 en la dirección horizontal a lo largo del eje 32, mientras que la base de abrazadera 62 y el brazo de abrazadera 64 aseguran aún más el soporte de viales 70 en las otras direcciones horizontal y vertical. Cuando el brazo de abrazadera 64 se cierra sobre la parte superior del soporte de viales de muestra 70 y los viales en el mismo, el pestillo de abrazadera 66 se puede girar para bloquear el brazo de abrazadera 64 de forma segura en su lugar. En conjunto, los componentes del conector de muestra 60 sostienen de forma segura y fiable el soporte de viales de muestra 70 y los viales del mismo en su condición operativa a lo largo de los altos niveles de agitación y vibración y a lo largo de toda la duración del procedimiento de batido de perlas. Este mecanismo de montaje del soporte de viales es único en su factor de forma y uso de aplicación que sirve para preservar la integridad de los recipientes de vial. La FIG. 6 muestra la inserción del soporte de muestra y el brazo de bloqueo 64 para asegurar el soporte 70. La FIG. 8 muestra otro mecanismo de sujeción de acuerdo con la presente invención y, en particular, un soporte de muestra 170, un cartucho, una base de abrazadera 162, un brazo de retención 164 y un conjunto de mecanismo de bloqueo 166. El conjunto de mecanismo de bloqueo 166 incluye una barra orientada horizontalmente que oscila hacia el brazo de retención 164 y fija un extremo distal del brazo de retención 164 debajo de él mientras está bloqueado dentro de una ranura de la base de abrazadera 162.
[0026]El batidor de perlas 100 está diseñado para funcionar con una gran variedad de materiales que vienen en todos los tamaños diferentes y se pueden moler con diferente medio de pulverización. Un beneficio del diseño del batidor de perlas 100 es que puede acomodar y contener de forma segura varios tipos diferentes de soportes de viales de muestra intercambiables, lo que permite usar diferentes números y tamaños de tipos de viales según las necesidades. Esta característica de diseño permite que el batidor de perlas 100 maneje factores de forma de vial muy diferentes.
[0027]Por ejemplo, entre los soportes de viales de muestra para su uso en el batidor de perlas 100 en modo de batidor de perlas(es decir,molienda) o modo de mezcla, se proporciona lo siguiente en particular. Un primer soporte de viales de muestra contiene seis (6) viales de plástico de 2 ml, cada uno con un capuchón roscado. Un segundo soporte de viales de muestra contiene cuatro (4) viales de plástico de 5 ml, cada uno con un capuchón roscado o un capuchón deslizante. Un tercer soporte de viales de muestra contiene dos (2) recipientes de muestra enfriados de 2 ml. Un cuarto soporte de viales de muestra contiene dos (2) conjuntos de viales de acero para herramientas endurecido de 1 ml. Un quinto soporte de viales de muestra contiene un (1) conjunto de viales de ágata de 1,6 o 3,5 ml. Un sexto soporte de viales de muestra contiene un (1) conjunto de viales de acero para herramientas endurecido de 5 ml hechos, por ejemplo, de carburo de tungsteno. Un séptimo soporte de viales de muestra contiene de uno (1) a cuatro (4) viales de plástico de 7 o 12 ml. Estos son solo algunos ejemplos de soportes de vial que se pueden utilizar con el batidor de perlas 100. Como se puede apreciar, se pueden diseñar diferentes soportes de vial para contener diferentes cantidades y tamaños de diferentes tipos de viales según las necesidades. Por ejemplo, los tamaños de viales de muestra típicos están en el intervalo de 2 mililitros a 7 mililitros. Algunos instrumentos se adaptan a tamaños de recipientes de muestra superiores a 75 mililitros. Los tamaños de los viales oscilan entre 2 ml y 50 ml. Algunos instrumentos limitan la selección del tamaño del vial a 2 ml, 5 ml y 7 ml, mientras que otras unidades aceptan estos viales y otros como viales de 75 ml, placas de titulación, viales QuEChERS de 50 ml y muchos otros. Pueden acomodar una gama completa de viales de muestra de tubos de centrífuga de 2 ml a 50 ml o hasta seis placas de titulación de pocillos profundos.
[0028]Las FIGS. 3-5 muestran tres tamaños de vial de muestra diferentes con diferentes soportes de muestra para cada tipo de vial. Más específicamente, la FIG. 3 muestra viales de 2 ml, la FIG. 4 muestra viales de 5 ml y la FIG. 5 muestra un vial de acero al carburo de 5 ml. Cada soporte de viales ocupa el mismo espacio para que pueda utilizarse con el conector de muestra 60 y, más específicamente, la misma base de abrazadera 62, el mismo brazo de abrazadera 64 y el mismo pestillo de abrazadera 66.
[0029]A diferencia de otros dispositivos de lisis y homogeneización celular, el batidor de perlas 100 no se limita únicamente a la lisis y homogeneización celular. Es capaz de utilizar otros tipos de viales de muestra para moler rocas, vidrios, cemento, catalizadores y otras muestras quebradizas. Estos viales de muestra tienen extremos metálicos o están reforzados con metal en cada extremo para que puedan soportar las fuerzas más fuertes debido a la naturaleza quebradiza y dura de estos tipos de muestras. El batidor de perlas 100 se puede utilizar para la preparación de muestras relacionada con el análisis elemental y el análisis del tamaño de partícula utilizando tecnologías como la espectroscopia XRF y la espectroscopia de emisión de plasma acoplado inductivamente (ICP). La unidad es capaz de soportar conjuntos de viales de mantenimiento de temperatura más pesados para ayudar a las muestras sensibles a la temperatura al limitar el aumento de temperatura asociado con el procedimiento de batido de perlas. Ningún otro instrumento puede manejar el número de recipientes de muestra para aplicaciones que van desde la lisis celular hasta la molienda mecánica, lo que permite la molienda de rocas hasta convertirlas en polvo.
[0030]Además de usar viales más fuertes, los soportes de viales de muestra 70 en conexión con el batidor de perlas 100 tienen paredes de extremo 71 más fuertes y más grandes, como se muestra en la FIG. 3. Los pocillos para cada vial son más profundos de modo que las paredes de extremo 71 cubren más del área de cada uno de los extremos superior e inferior de cada vial. En una realización, las paredes de extremo 71 pueden cubrir cada una más del 50 % del área de cada cara de extremo del vial, respectivamente. En otras realizaciones, cada una de las paredes de extremo 71 puede cubrir el 60 %, 70 %, 80 %, 90 % u otro porcentaje del área de cada cara de extremo del vial. En otras realizaciones, una o ambas paredes de extremo 71 pueden estar contorneadas para cubrir completamente el extremo de los viales. Esto refuerza la resistencia de los extremos de cada vial para que las bolas u otro medio utilizado para la molienda no desgasten los viales tan rápidamente durante la agitación y el funcionamiento del batidor de perlas 100.
[0031]Las FIGS. 10A-F muestran otro soporte de viales 270 para un (1) vial metálico de 5 ml 92, que puede tener una tapa de acero o una tapa de carburo de tungsteno. El soporte de viales 270 está diseñado para contener viales 92 que muelen/pulverizan materiales muy duros como rocas pequeñas. Una base 273 del soporte de viales 270 soporta el área de cámara 274 en la que se dispone el vial 92. Una tapa 275 pivota a través de un perno o tornillo en un extremo de la cámara 274 para que pueda cubrir la cámara 274 una vez que el vial 92 está colocado en su interior. El otro extremo de la cámara está provisto de una pared de extremo 271 para asegurar aún más el vial 92. Las alas 272 de la base 273 se extienden hacia abajo y se acoplan con el conector de muestra 60, que cubre y sujeta el soporte de viales 270 como se describió anteriormente para asegurar el vial 92 en su lugar durante el uso. La tapa 274 no necesita ser asegurada a la pared de extremo 271 por separado, ya que el soporte de viales 270 solo funcionará dentro del conector de muestra 60. Es decir, el brazo de abrazadera 64 asegura la tapa 275 en su lugar durante el uso para que la cámara 274 esté segura. El soporte de viales 270 proporciona otra realización de un soporte seguro para un vial de un tipo diferente para que el batidor de perlas 100 pueda acomodar estas muestras más duras y quebradizas.
[0032]Las FIGS. 11A y 11B muestran otra variación de un soporte de viales 370 que es similar al soporte de viales 270. El soporte de viales 370 está diseñado para un (1) vial de ágata de 3,5 ml 94 utilizado para moler materiales duros que requieren un soporte de muestra sin hierro. Ambos soportes de viales 270 y 370 comprimen la tapa del vial sobre el vial cuando el brazo de abrazadera 64 está en su lugar para impedir que el polvo de muestra escape del vial.
[0033]Como se muestra en las FIGS. 12, 13A y 13B, un tipo de soporte de viales de muestra 470 según la presente invención es un soporte para un vial de muestra enfriado 96. Todas las máquinas de batido de perlas de alta energía calientan la muestra a una velocidad de aproximadamente 10 grados Celsius por minuto. Esto se debe a las colisiones por fricción de las perlas durante la homogeneización. Se proporciona un conjunto de vial refrigerado mejorado para contrarrestar la tendencia al calentamiento del funcionamiento de la máquina. El conjunto de vial enfriado utiliza un circulador refrigerado que proporciona estabilidad de temperatura al soporte de muestra 470 que incluye una purga de aire seco para reducir la condensación.
[0034]Se proporciona una serie de canales en el conector de muestra 60, el soporte de viales de muestra 70 y/o los propios viales con el fin de hacer pasar el líquido enfriado a lo largo del procedimiento de agitación del batidor de perlas 100. Estos canales se pueden conectar a través del árbol 30 para que se pueda acceder a ellos desde el interior de la carcasa 10 durante el funcionamiento del dispositivo. Esto permite que la temperatura de la muestra se mantenga a un cierto nivel a lo largo de todo el procedimiento. Los dispositivos de la técnica anterior que utilizan bloques preenfriados no tienen la misma capacidad para afectar y controlar continuamente la temperatura durante el funcionamiento de la máquina.
[0035]El soporte de viales 470 incluye una carcasa 479 que tiene cavidades 477 en las que se disponen los viales 96. Cada cavidad 477 primero asienta un tapón de soporte 478 que a su vez tiene una cavidad para que se inserte el vial 96. El tapón de soporte 478 está asentado en la cavidad 477 de tal manera que la brida en su extremo abierto sella la cavidad 478 al entorno externo, y en algunos casos puede hacerlo con una junta tórica o empaquetadura. Esto crea un alvéolo delgado 476, mostrado en la FIG. 13B, que abarca el tapón de soporte 478 de modo que el material de enfriamiento pueda fluir a través del alvéolo 476 y alrededor del tapón de soporte 478.
[0036]Se accede a una red de canales de flujo 482a-f por los puertos de flujo 481a-b en un extremo inferior de la carcasa 479. Los puertos de flujo 481 están conectados a mangueras de entrada y salida que están aseguradas por tuercas 483a-b para proporcionar y permitir la salida de fluido refrigerante del soporte de viales 470. Estas mangueras se pueden extender a través del batidor de perlas 100 y se pueden conectar a una bomba y un depósito de refrigerante, de modo que el batidor de perlas 100 pueda hacer circular el fluido refrigerante. El puerto de flujo 481a conduce a un canal de desembolso 484a, que a su vez conduce a los canales de flujo 482a-c. Estos canales de flujo 482a-c conducen a alvéolos respectivos 476, de modo que el fluido refrigerante puede canalizarse desde la manguera de entrada hasta acoplarse con cada tapón de soporte 478. A continuación, los canales de flujo 482d-f permiten que el fluido refrigerante salga de los alvéolos 476 hacia un canal de recogida 484b, que vacía el fluido refrigerante en el puerto de flujo 481b y fuera de la manguera de salida. Se puede proporcionar fluido refrigerante, tal como agua, una mezcla de agua y etilenglicol, o cualquier otro tipo de fluido que pueda mantener temperaturas muy bajas, por ejemplo, en o por debajo del punto de congelación del agua, y lograr una circulación adecuada a través del sistema, a una temperatura constante y circular a través de este recorrido de modo que pueda absorber calor de los viales a través de los tapones de soporte 478 para mantener continuamente una temperatura de funcionamiento deseada más baja durante la molienda de las muestras dentro de los viales.
[0037]El soporte de viales 470 tiene un protector de cubierta 488 que se sujeta a un pestillo 489 para que los extremos del capuchón de los viales puedan ser retenidos de forma segura dentro de los receptáculos durante el uso. El protector de cubierta 488 es más delgado en su extremo inferior para presentar un relieve en el lado orientado hacia los viales para que sus capuchones puedan ser acomodados y protegidos. Se proporciona un accesorio inferior 490 para la conexión al conector de muestra 60. En particular, la parte de marco inferior del soporte de viales 470 tiene un área de relieve central para permitir una conexión con las mangueras externas para la circulación de fluido, y también tiene marcos laterales con ventanas que permiten que el conector de muestra 60 sujete el soporte de viales 470 de una manera similar a la anterior, aunque con el brazo de abrazadera 64 extendiéndose a través del marco en lugar de alrededor de todo el soporte de viales. Otras
[0038]En otra realización, un vial de muestra o soporte de viales de muestra 70 puede incluir un material de cambio de fase (PCM) en sus paredes que tiene la capacidad de mantener bajas temperaturas mejor que el metal enfriado como se usa actualmente en los dispositivos de la técnica anterior. Se ha utilizado en experimentos un producto de material de cambio de fase (PCM) de PureTemp, tal como el material PureTemp 4 PCM, que tiene propiedades tales que se requiere una gran cantidad de energía térmica para permitir un cambio de fase de un sólido a un líquido o de un líquido a un sólido. El material PureTemp 4 tiene un punto de fusión de 4 grados centígrados. Un PCM, como PureTemp 4, puede permanecer más frío por más tiempo, después de haber alcanzado un estado congelado sólido, debido a la mayor energía térmica que este material debe absorber antes de "fundirse". El PCM puede absorber un calor significativo del soporte de muestra y de la muestra que de otro modo podría aumentar la temperatura a un nivel inaceptable para algunas muestras como el ARN. Durante el procedimiento de molienda de la muestra de ARN para la extracción de ADN, es necesario mantener la muestra por debajo de 4-5 grados centígrados. Durante un experimento de molienda de muestras, la temperatura de la muestra aumentará debido a la interacción violenta de las bolas de acero dentro de los viales.
[0039]Se realizó un experimento utilizando 2,5 gramos de PCM insertado en una cavidad de un soporte de muestra de 2 viales y asegurado dentro de la cavidad para evitar fugas. La cavidad de PCM estaba situada entre dos viales de muestra de 2 ml. El soporte con los viales se colocó en un congelador refrigerador normal durante 1,5 horas y se probó el aumento de temperatura en un experimento de "molienda" de 1 minuto a 4.000 rpm en el GenoLyte de SPEX SamplePrep, LLC, donde los viales de 2 milímetros contenían 1 mililitro de agua y siete bolas de acero de 2,8 mm. Como se indica a continuación, el uso de PCM para reducir el calentamiento de la muestra y ha demostrado ser muy exitoso. En condiciones normales de molienda, la superficie exterior del vial aumentó 15 grados centígrados, mientras que la superficie exterior del vial solo aumentó 3,5 grados con el PCM integrado en el soporte de viales de muestra. El uso de tales materiales para su uso en procedimientos de molienda de muestras se puede extender a muchos instrumentos, incluidos los productos GenoGrinder, MixerMill y MiniG de SPEX SamplePrep, LLC.
[0040]El batidor de perlas 100 incluye un mecanismo de control de velocidad que funciona independientemente del peso del vial y la masa de la muestra, ya que la velocidad se mide para cada uso individual y se mantiene durante la molienda para garantizar que se mantenga la velocidad establecida. Esta capacidad es proporcionada por un disco de medición 80 acoplado de forma giratoria con el árbol 30 para la rotación con el mismo. El disco 80 incluye varias aberturas 82 y está posicionado de modo que su borde periférico y las aberturas 82 giran entre dos placas 84, 86 de un interruptor óptico que pasan una señal IR entre ellas y que están ancladas a la placa amortiguadora 40. Se conoce el tamaño y/o la ubicación de las aberturas 82 y la frecuencia a la que las aberturas 82 pasan entre las placas 84, 86 y, más específicamente, a través del recorrido de la señal IR permite un registro de las interrupciones detectadas de la señal IR. Esta interrupción corresponde al paso de las porciones sólidas del disco 80 entre las aberturas 82. Esto permite que el batidor de perlas 100 determine la velocidad de rotación del árbol 30 de la siguiente manera. Las placas 84, 86 están en comunicación con un procesador que recibe señales correspondientes a la interrupción de la señal IR. El procesador calcula entonces la frecuencia de estas interrupciones dada la distancia radial conocida de cada abertura 82 desde el eje central 32 del árbol 30 y también dada la longitud de arco conocida entre aberturas sucesivas 82, que es un valor constante para todos los pares adyacentes de aberturas 82 en el disco 80. A continuación, se puede determinar la duración de una rotación completa del árbol 30, a partir de la cual se puede determinar la velocidad angular o de rotación. La FIG. 7 representa estos componentes, demostrando cómo se mide activamente la velocidad en tiempo real para confirmar el ajuste de velocidad real.
[0041]El batidor de perlas 100 incluye una pantalla digital que puede permitir al usuario proporcionar información, como tiempo, velocidad, etc., y puede proporcionar al usuario una lectura de las mismas métricas.
[0042]El batidor de perlas 100 y los diversos componentes nuevos del mismo descritos en este documento son útiles en varios mercados y aplicaciones, incluyendo los siguientes.
[0043]Agricultura: se utiliza para investigación de plantas y ciencia de cultivos, análisis de pesticidas residuales, seguridad alimentaria, investigación de enfermedades, extracción de proteínas, estudios de suelos, biocombustibles, etc. Los clientes objetivo incluirían empresas de investigación de cultivos, empresas y agencias de pruebas ambientales y agrícolas, fabricantes de pesticidas y fertilizantes, etc.
[0044]Forense: se utiliza para la identificación humana, el consumo de drogas, la toxicología, etc. Los clientes objetivo incluirían laboratorios policiales, laboratorios de pruebas de contrato, laboratorios de arqueología, laboratorios gubernamentales, etc.
[0045]Minería y cemento: se utiliza para moler y pulverizar cemento y mineral. Los clientes objetivo incluirían empresas de producción minera, acerías, laboratorios de pruebas de contrato, producción de cemento, agencias gubernamentales, etc.
[0046]Investigación farmacéutica/médica: se utiliza para la extracción, mezcla y combinación de ADN, control de calidad, investigación de enfermedades, pruebas de contaminación, extracción de proteínas, etc. Los clientes objetivo incluirían empresas de investigación farmacéutica, institutos de investigación de enfermedades, empresas de biotecnología, laboratorios de pruebas de contrato, etc.
[0047]Investigación de materiales: se utiliza para la aleación, mezcla y combinación mecánica, la molienda criogénica, la reducción del tamaño de la muestra para la investigación elemental (por ejemplo, RoHS) y la reducción del tamaño de la muestra para prensar gránulos y medición de muestras. Los clientes objetivo incluirían departamentos universitarios de ingeniería y ciencia de materiales, fabricantes de baterías, compañías de energía solar, compañías automotrices, compañías aeronáuticas, compañías de producción de polímeros, laboratorios de pruebas de contrato, compañías de reciclaje, compañías de embalaje, fabricantes de productos electrónicos, etc.
[0048]Aunque la invención en este documento se ha descrito con referencia a realizaciones particulares, debe entenderse que estas realizaciones son meramente ilustrativas de los principios y aplicaciones de la presente invención.
APLICABILIDAD INDUSTRIAL
[0049]La presente invención goza de una amplia aplicabilidad industrial que incluye, entre otros, dispositivos homogeneizadores batidores de perlas y procedimientos para su uso para pulverizar y descomponer materiales.
Claims (15)
1. Un homogeneizador batidor de perlas (100) que comprende:
un árbol (30) que tiene un cuerpo principal que se extiende a lo largo de un eje principal y un cuerpo de conexión distal que se extiende a lo largo de un eje de conexión que forma un ángulo agudo con respecto al eje principal; una carcasa (10) que contiene un motor (20) configurado para hacer girar el árbol alrededor del eje principal; un cabezal (60) conectado de forma giratoria al cuerpo de conexión distal del árbol y conectado a la carcasa mediante un primer resorte en un primer lado del árbol y un segundo resorte en un segundo lado del árbol; y una abrazadera asegurada al cabezal y configurada para asegurar un soporte de viales de muestra (70) configurado para contener uno o más viales de muestra en el mismo,
donde el movimiento de rotación del árbol (30) alrededor del eje principal se traduce en movimiento del cabezal en direcciones normales al eje principal, donde el cuerpo principal del árbol se cruza con el cuerpo de conexión distal en una curva o codo en el árbol (30), y
donde el cuerpo de conexión distal está dispuesto dentro de un lumen definido por el cabezal.
2. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 1, donde el movimiento de rotación del árbol (30) alrededor del eje principal también se traduce en un movimiento oscilante del cabezal de tal manera que un extremo del cabezal más cercano al cuerpo principal del árbol pivota hacia y alejándose del cuerpo principal del árbol.
3. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 1, donde la abrazadera incluye una base de abrazadera (70) en la que se puede disponer el soporte de viales de muestra, un brazo de abrazadera (64) conectado a la base de abrazadera y un pestillo de abrazadera (66) conectado a la base de abrazadera, donde el acoplamiento del pestillo de abrazadera con el brazo de abrazadera asegura el soporte de viales de muestra al cabezal.
4. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 3, donde el brazo de abrazadera (64) está conectado de forma pivotante a un lado de la base de abrazadera (70), y el pestillo de abrazadera (66) está conectado de forma pivotante a otro lado de la base de abrazadera.
5. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 1, donde la abrazadera está configurada para aceptar una pluralidad de soportes de viales de muestra (70) configurados de manera diferente.
6. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 5, que comprende además una pluralidad de soportes de viales de muestra (70) configurados de manera diferente.
7. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 1, que comprende además un primer conjunto de cojinete dispuesto alrededor del árbol (30) entre el cabezal (60) y el motor.
8. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 7, donde el cabezal (60) comprende además un segundo conjunto de cojinete dispuesto alrededor del cuerpo de conexión distal del árbol.
9. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 8, donde el motor (20) incluye un tercer conjunto de cojinete.
10. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 1, que comprende además: un disco de medición de velocidad (80) acoplado de forma giratoria con el cuerpo principal del árbol (30), donde el disco de medición de velocidad define una pluralidad de aberturas (82) en una periferia circunferencial del mismo; y
un interruptor óptico que tiene dos placas (84, 86) entre las cuales se pasa una señal IR, donde la periferia circunferencial del disco de medición de velocidad está dispuesta entre las placas del interruptor óptico de tal manera que las aberturas cruzan un recorrido de la señal IR.
11. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 10, que comprende además un procesador que recibe señales correspondientes a la interrupción de la señal IR y que está configurado para usar las señales para calcular la velocidad de rotación del árbol (30).
12. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 1, donde el soporte de viales de muestra tiene paredes de extremo (71) que cubren al menos el 50 % del área de cada cara de extremo de un vial, respectivamente.
13. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 1, donde el movimiento de rotación del árbol (30) alrededor del eje principal hace girar el cuerpo de conexión distal de tal manera que el cuerpo de conexión distal barre una superficie cónica imaginaria.
14. El homogeneizador batidor de perlas (100) según la reivindicación 13, donde el movimiento de rotación del árbol (30) alrededor del eje principal hace girar el cabezal en un recorrido circular sobre una superficie cónica imaginaria.
15. Un homogeneizador batidor de perlas (100) que comprende:
un árbol (30) que tiene un cuerpo principal que se extiende a lo largo de un eje principal y un cuerpo de conexión distal que se extiende a lo largo de un eje de conexión que forma un ángulo agudo con respecto al eje principal; una carcasa (10) que contiene un motor configurado para hacer girar el árbol alrededor del eje del árbol y que incluye un primer conjunto de cojinete;
un cabezal (60) conectado de forma giratoria al cuerpo de conexión distal del árbol y conectado a la carcasa mediante un primer resorte en un primer lado del árbol y un segundo resorte en un segundo lado del árbol, donde el cabezal comprende un segundo conjunto de cojinete dispuesto alrededor del cuerpo de conexión distal del árbol; un soporte de viales de muestra (70) asegurado al cabezal; y
un tercer conjunto de cojinete dispuesto alrededor del árbol entre el cabezal y el motor, donde el cuerpo principal del árbol se cruza con el cuerpo de conexión distal en una curva o codo en el árbol (30), y
donde el cuerpo de conexión distal está dispuesto dentro de un lumen definido por el cabezal.
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