一种用于移液器吸头的双层滤芯的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于移液器的双层滤芯，所述双层滤芯下层过滤层用纯净的UHMW-PE或HDPE制作，上层过滤层在下层过滤层所使用的材料以外添加功能物质；上层过滤层所添加的功能物质，包括遇水膨大剂、活性炭、染料的一种或多种；所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径为1-100μm，所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径可以一致；所述双层滤芯整体厚度为2.0-8.0mm。本发明的双层滤芯，可以满足各种应用需求，比如吸取危险、高感染的样本，阻隔更微小的物质，自动化识别，产品个性化等。
【专利说明】一种用于移液器吸头的双层滤芯
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于实验耗材领域，涉及一种用于移液器吸头的双层滤芯。
【背景技术】
[0002]移液器是实验室常用的液体转移和样本吸取工具，与之配套的吸头(又称吸嘴)是配套的消耗材料。吸头通常用聚丙烯(PP)注塑而成，有10 μ L、100 μ L、200 μ L、1000 μ L和5mL等规格。移液器是长期使用的精密设备，吸头是一次性使用。在吸液时，移液器的活塞装置下压，推出套筒内的空气，当松去压力，套筒内形成一定体积的负压，和套筒相连的吸头就吸取了一定体积的液体。吸液量的准确取决于如下因素:其一是推出套筒内的空气体积要准确，推出的空气体积等于吸液体积。其二是负压形成的气道要通畅，不能有太大阻力，高阻力会使吸液量比预计的偏少。其三是液体的粘度不能太大，粘度太大也会使吸液量比预计的偏少。
[0003]在吸液的过程中，液体的扰动，包括流动、飞溅、挂壁、吹出余液等动作会产生气溶胶(aerosol)。气溶胶是由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，固体和液体小质点大小为0.001?100 μ m，包括液滴、细菌、病毒、支原体、DNA、RNA、超微量分子，比如<100bp的小片段DNA，一些特殊的试剂分子等。气溶胶随着负压形成的通道进入移液器，最后通过两种途径扩散。第一种是吸取下一个样本时，进入下一个样本，通常叫做样本交叉污染；第二种是扩散到空气中，当样本是危险样本时会对操作者造成不利影响，比如在吸取埃博拉和艾滋病病毒样本或者有放射性的样本时。
[0004]现行的滤芯吸头设计的目标主要是避免气溶胶的交叉污染。随着分子生物学的发展，特别是聚合酶链式反应(PCR)技术的使用，单拷贝的DNA都可以污染下一个样本，气溶胶对检测环境的污染常常会导致假阳性，引起临床诊断的误判。滤芯吸头能有效阻隔气溶胶，减少样本交叉污染。在PCR实验中已经在常规使用。
[0005]现行的滤芯吸头使用的滤芯通常用超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)或高密度聚乙烯(HDPE)生产。UHMW-PE是强疏水性物质，吸水率〈0.01%，低于聚丙烯6倍，低于尼龙100倍，是阻隔气溶胶的最佳材料。在滤芯生产时，选取一定大小的UHMW-PE颗粒，装填在多孔模具中，加压烧结，颗粒之间搭桥形成迷宫式的孔道。平均孔径大小通常为10 μ m或20 μ m。滤芯通常有如下要求。第一是材料要纯净，不能影响样本的性能；第二是要没有RNase、DNase、PCR抑制剂污染；第三是气阻小，吸液流畅。
[0006]为了增加气溶胶的阻隔效果又不影响吸液的流畅性。有如下两个进展:
[0007]第一个进展是专利US201213408462和专利JP2011252693公开了一种双层滤芯。双层滤芯由UHMW-PE生产，下层过滤层孔径为20-50 μ m,上层过滤层孔径较小，小于20 μ m。此种滤芯显而易见的好处为，上下过滤层形成一个高效的双重屏障。下层过滤层在样品侧，孔径大，主要截留液滴、溅液和空气悬浮物。上层过滤层，孔径小，甚至可以有效地滤过生物分子。然而该双层滤芯阻隔原理单一，有潜在的透过风险；为了实现对气溶胶的有效阻隔，上下层滤芯采用不同孔径，造成加工困难、生产成本较高。
[0008]第二个进展是 申请人:逗点生物公司推出的遇水封闭滤芯(自封闭滤芯)，能确保气溶胶和溶液不会透过带滤芯吸头，真正保证移液器不会被样品污染。无论做核酸扩增实验，还是转移放射线同位素、病毒、血清学样品，遇水封闭滤芯吸头不仅能保证实验结果可靠，而且有效保护仪器和研究人员的安全。
[0009]综上所述，将现有的几种滤芯比较如下:
[0010]1、普通的单一孔径的滤芯。阻隔气溶胶的原理为疏水作用，阻隔效果取决于孔径以及滤芯厚度的选择。需要在气阻和阻隔效果间平衡，选择效果恰当者。实验证明，单一孔径的滤芯不能杜绝交叉污染，污染物有时仍然能够通过滤芯，造成交叉污染。
[0011]2、两种孔径的双层滤芯。阻隔气溶胶的原理为疏水作用，两种孔径兼顾了气阻和阻隔效果，提高了阻隔效果。缺点是阻隔原理单一，有潜在的透过风险，生产成本高。
[0012]3、遇水封闭滤芯。阻隔气溶胶的原理为两种，一种是疏水作用，一种是直接吸附气溶胶中的液体小质点，比如液滴、水汽及其包裹物。遇水封闭滤芯还能防止液体过冲。缺点为样品侧的材质不纯净，滤芯内的封闭剂可能接触到样本，对样本可能造成潜在的影响。
[0013]现行吸头用滤芯的设计理念是尽可能用最纯净的材料来生产，避免滤芯对样本产生潜在影响。所以在很长时间内没有发展新的滤芯技术。吸头用滤芯最主要的应用是分子生物学实验，随着应用的复杂化，提出越来越高的要求，比如:
[0014]例子一:吸取危险性样本，比如埃博拉病毒、艾滋病病毒样本或者放射性样本,主要考虑的是对操作者的保护，防护交叉污染的重要性降到第二位，常常需要液体过冲保护的功能。
[0015]例子二:检测血浆中的游离DNA，以及防止PCR引物的交叉污染。DNA片段常常<100bp，甚至20bp。对阻隔气溶胶的效果提出了新的要求。如果单纯用疏水作用，需要的滤芯孔径会更小，低至1-5 μ m，极大地增加了吸液时的空气阻力。
[0016]例子三:自动化液体工作站越来越普遍。在自动加样时，需要液面识别来提高可靠性。UHMW-PE是不导电的，使识别困难。
[0017]例子四:产品的标识和识别。不同的品牌都希望自己的产品有独特的特征，比如不同的颜色。现在的滤芯吸头，可能和样品接触的部分都是纯净材料，吸头本身是透明的聚丙烯，滤芯是白色的UHMW-PE，颜色单一。
[0018]综上所述，现有的移液器滤芯，尚不能完全满足应用需要。
【发明内容】
[0019]本发明的目的是提供一种用于移液器的双层滤芯，以满足各种应用需求，比如吸取危险、高感染的样本，阻隔更微小的物质，自动化识别，产品个性化等。本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0020]一种用于移液器的双层滤芯，其特征在于，所述双层滤芯下层过滤层用纯净的UHMW-PE或HDPE制作，上层过滤层在下层过滤层所使用的材料以外添加功能物质。本发明中对双层滤芯上下层的定义，是以接近移液器所吸取的样本的那一层为下层，距样本较远的那一层为上层。下层过滤层有两个作用，其一是靠疏水作用阻隔气溶胶，其二是物质纯净，减少使用时对样本的潜在影响。上层滤芯的作用有两个，其一是靠疏水作用阻隔气溶胶，其二是提供和所添加功能物质相关的功能，比如增加吸附性，或提高识别性。
[0021]进一步地，上层过滤层所添加的功能物质，包括遇水膨大剂、活性炭、染料中的一种或多种。遇水膨大剂可以实现遇水封闭，防止液体过冲，在吸取危险样品(例如埃博拉病毒、艾滋病病毒、放射性样品)时可以有效保护实验者。活性炭具备吸附能力，可以进一步阻隔气溶胶，同时还可以使滤芯具有一定导电性，以实现自动化液体工作站自动加样识别。染料可以使滤芯根据生产厂家的需要呈现丰富多彩的颜色，有利于产品识别和个性化。
[0022]进一步地，所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径为1-100 μ m。上下层滤芯的孔径可以一致，也可以像现有技术那样下层孔径大、上层孔径小或者下层孔径小、上层孔径大。
[0023]进一步地，所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径优选孔径一致。上下层滤芯孔径一致的优点是，生产制造时工艺简便，有利于降低成本。
[0024]进一步地，所述双层滤芯整体厚度为2.0-8.0mm,优选3.0-5.0mm。
[0025]一种用于移液器的双层滤芯，其特征在于，所述双层滤芯下层过滤层用纯净的UHMW-PE或HDPE制作，上层过滤层在下层过滤层所使用的材料以外添加功能物质；上层过滤层所添加的功能物质，包括遇水膨大剂(封闭剂)、活性炭、染料的一种或多种；所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径为1-100 μ m，并且所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径一致；所述双层滤芯整体厚度为3.0-5.0mm。
[0026]本发明所提供的双层滤芯相对于现有技术普通单一孔径滤芯、上下层孔径不同滤芯、单层遇水封闭滤芯和单层活性炭滤芯具有更多的功能，同时也不是普通单一孔径滤芯和单层遇水封闭滤芯或单层活性炭滤芯两个滤芯功能的简单叠加，其有益效果体现在以下方面。
[0027]第一，双层滤芯的阻隔效果优于单层滤芯。下层过滤层由于只有疏水作用，可以称为弱阻隔层；上层含功能物质，有疏水作用和吸附作用，称为强阻隔层。当有气溶胶时，弱阻隔层已经阻隔了大量的气溶胶，微量的气溶胶进入强阻隔层，通过两种阻隔机制，彻底阻断。例子一:在同样孔径时，上层含活性炭的双层滤芯，阻隔效果优于无活性炭的单层滤芯。相较单层活性炭滤芯，又不用担心活性炭可能会影响到溶液性能，或在吸液时活性炭掉落到样本中。例子二:在同样孔径时，上层含封闭剂的双层滤芯，阻隔效果优于无封闭剂的单层滤芯。相较单层遇水封闭滤芯，又不用担心封闭剂可能会影响到溶液性能，或在吸液时封闭剂掉落到样本中。
[0028]第二，双层滤芯也可以理解为在添加功能物质的滤芯下面添加了隔离层，避免了单独使用的缺陷。比如单独使用遇水封闭滤芯，缺点为滤芯的材质不纯净，滤芯内的封闭剂可能接触到样本，对样本可能造成潜在的影响。如果增加一层纯净的UHMW-PE作为隔离层，避免了单独使用遇水封闭滤芯的缺陷。再比如单独使用活性炭滤芯，缺点为活性炭可能掉到样本中，对样本可能造成潜在的影响。如果增加一层纯净的UHMW-PE作为隔离层，避免了单独使用活性炭滤芯的缺陷。
[0029]第三，成本优势。上下过滤层孔径不一样的双层滤芯成本高,烧结材料要求高,孔径大小的差别需要优化，导致成本上升。本发明的双层滤芯，由于对上下过滤层的孔径差异无特殊要求，成本低。相较普通滤芯，上下过滤层的UHMW-PE完全一样，只是在上层过滤层中添加了功能物质,成本上升很小。
[0030]第四，双层滤芯和两个叠加滤芯的装配结构不一样。两个叠加滤芯有空隙，当气溶胶穿透时，阻隔过程重新开始，导致阻隔效果下降。而双层滤芯有一个交叉的相融合的区域，气溶胶到这个位置增加了一种阻断机理，阻断力增强，效果很好。
[0031]第五，双层滤芯和两个叠加滤芯的装配难度不一样。滤芯通常需要适合的厚度直径比才方便装配。两个滤芯，会比用双层滤芯薄一倍，通常厚度会小于2mm，外径和吸头配合间隙容易产生，影响效果，装配的成本也会提高一倍。本发明的双层滤芯可以根据需要，使某层的厚度〈1_ ;而两个普通滤芯叠加时，若某一个滤芯〈1_后会无法装配。双层滤芯整体厚度优先3.0mm-5.0mm,外径和吸头配合无间隙。
[0032]第六，双层滤芯提供单层滤芯不具备的新功能。例如上层过滤层可以混入适当的颜料，形成丰富的颜色识别；可以加入活性炭增加吸附和导电性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为现有技术普通单一孔径滤芯示意图。
[0034]图2为现有技术上下过滤层孔径不一致的双层滤芯示意图。
[0035]图3本发明的双层滤芯示意图。
[0036]附图标记:1_现有技术普通单一孔径滤芯的骨架颗粒(UHMW-PE或HDPE)，2_现有技术普通单一孔径滤芯孔，3-现有技术上下过滤层孔径不一致的双层滤芯下层过滤层的骨架颗粒(UHMW-PE或HDPE)，4_现有技术上下过滤层孔径不一致的双层滤芯下层过滤层的孔，5-现有技术上下过滤层孔径不一致的双层滤芯上层过滤层的骨架颗粒(UHMW-PE或HDPE)，6-现有技术上下过滤层孔径不一致的双层滤芯上层过滤层孔，7-本发明双层滤芯下层过滤层的骨架颗粒(UHMW-PE或HDPE)，8-本发明双层滤芯下层过滤层孔，9-本发明双层滤芯上层过滤层的骨架颗粒(UHMW-PE或HDPE并混合功能物质)，10-本发明双层滤芯上层过滤层孔。
【具体实施方式】
[0037]实施例1
[0038]活性炭双层滤芯
[0039]活性炭双层滤芯厚度为4mm，分上下两层，厚度均为2mm。上下过滤层均用粒径100-200目的UHMW-PE粉末烧结，特别地在上层过滤层的UHMW-PE粉末中添加5%质量比的活性炭(300-1000目)。上下过滤层的孔径一致。
[0040]实施例2
[0041]遇水封闭双层滤芯
[0042]遇水封闭双层滤芯厚度为4mm,分上下两层，下层过滤层厚度为1.5mm,上层过滤层的厚度为2.5mm。下层过滤层用粒径100-200目的UHMW-PE粉末烧结，上层过滤层用粒径200-300目的UHMW-PE粉末烧结，上层UHMW-PE粉末中添加I %质量比的封闭剂膨胀树脂。上下过滤层的孔径不同，下层孔径大上层孔径小。
[0043]实施例3
[0044]双色滤芯
[0045]双色滤芯厚度为3.0mm,分上下两层，厚度均为1.5mm。上下过滤层均用粒径100-200目的UHMW-PE粉末烧结，特别地在上层过滤层的UHMW-PE粉末中添加0.5%质量比的氧化铁红粉。上下过滤层的孔径一致。
[0046]实施例4
[0047]双色滤芯
[0048]双色滤芯厚度为5.0mm,分上下两层，上层过滤层厚度为0.5mm,下层过滤层厚度为4.5mm。上下过滤层均用粒径100-300目的UHMW-PE粉末烧结，特别地在上层过滤层的UHMW-PE粉末中添加0.5%质量比的氧化铁红粉。上下过滤层的孔径一致。
[0049]实施例5
[0050]多功能双层滤芯
[0051]多功能双层滤芯厚度为4mm,分上下两层，厚度均为2mm。上下过滤层均用粒径100-200目的HDPE粉末烧结，特别地在上层过滤层的HDPE粉末中添加4%质量比的活性炭(300-1000目)、1%质量比的封闭剂膨胀树脂和0.5%质量比的氧化铁红粉。上下过滤层的孔径一致。
【权利要求】
1.一种用于移液器的双层滤芯，其特征在于，所述双层滤芯下层过滤层用纯净的UHMW-PE或HDPE制作，上层过滤层在下层过滤层所使用的材料以外添加功能物质。
2.根据权利要求1所述的双层滤芯，其特征在于，上层过滤层所添加的功能物质，包括遇水膨大剂、活性炭、染料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的双层滤芯，其特征在于，所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径为 1-100 μ m。
4.根据权利要求1所述的双层滤芯，其特征在于，所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径—致。
5.根据权利要求1所述的双层滤芯，其特征在于，所述双层滤芯整体厚度为2.0-8.0mm,优选 3.0-5.0mm。
6.一种用于移液器的双层滤芯，其特征在于，所述双层滤芯下层过滤层用纯净的UHMW-PE或HDPE制作，上层过滤层在下层过滤层所使用的材料以外添加功能物质；上层过滤层所添加的功能物质，包括遇水膨大剂、活性炭、染料的一种或多种；所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径为1-100 μ m，并且所述双层滤芯的上下层滤芯的孔径一致；所述双层滤芯整体厚度为3.0-5.0mm。
【文档编号】B01D35/02GK104190485SQ201410473075
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】陈高明, 胡玉梅 申请人:深圳逗点生物技术有限公司