具有增强吹出的排气移液管的制作方法

本发明涉及排气移液管，特别涉及能够比传统排气移液管更完全地排出附着液体的具有增强的吹出冲程的排气移液管。

背景技术：

手持式移液管通常用于分配或转移量少但精确定量的液体。

例如美国专利5,700,959描述了一种在市场上可获得的单通道排气手动移液管。这种移液管通常包括细长的可手持的移液管体，其容纳有一个向上弹簧式偏压的柱塞单元。该柱塞单元被支撑在该移液管体内在第一或上止挡位置之间以进行轴向运动，其中该柱塞单元的端部从该移液管体的上端伸出。移液管使用者将其拇指放在该柱塞单元的暴露端之上抓住该移液管体。通过拇指对该柱塞单元的向下作用使得该柱塞单元抵着向上偏压的回位弹簧从其上止挡位置朝向原始位置向下运动，并抵着回位弹簧和第二弹簧到达第二或下止挡位置，此时，定量的液体从固定在该移液管上的一次性末端排出。

如前述专利中所述，在市场上可获得的移液管中，原始位置是用“软”止挡限定的。该软止挡包括位于该移液管体内的第二较硬的弹簧机构(通常称作“吹出”弹簧)，其以略微预加载的状态安装，当该柱塞单元到达该原始位置时，其进一步被触发。随着移液管使用者通过用其拇指向下按压该柱塞单元的暴露端而手动使该柱塞单元从其上止挡位置开始移动，该移液管使用者能够“感觉到”柱塞单元的运动受到增大的阻力，该阻力与该第二弹簧组件的触发有关，并且阻止柱塞单元的进一步向下运动。当该使用者感受到第二弹簧机构被触发时，该柱塞单元的位置限定了该柱塞单元的原始位置。该柱塞单元超过该原始位置向下止挡位置的继续运动会受到回位弹簧和第二弹簧机构的组合的阻力。移液管的容积是由上止挡与软“原始位置”止挡之间的距离决定的，因此，原始位置的触感，即这两种弹簧阻力之间的转变，是手动移液管的重要特征。

排气移液管是最常见的手持式移液管类型。在排气移液管中，安装可控活塞以用于在该移液管的腔内轴向地移动；该活塞响应于手动控制(如上所述)或机动电子控制而发生移动。典型地，该活塞在该移液管的液体端或轴杆中的腔内运动，一次性的移液管末端可安装到移液管上。

在活塞与轴杆之间形成气密密封。在这种密封就位的情况下，活塞的轴向移动将改变该轴杆内的空气空间的大小。将活塞向下移动到该轴杆内将减少空气空间并将空气通过敞开的远端被挤出该轴杆。将活塞向上从该轴杆中移出将增大空气空间并使空气通过敞开端吸入该轴杆内。活塞和轴杆之间的密封通常是用压缩的O形环、裙式密封、唇形密封或类似结构形成的，由能提供令人满意的长期性能的材料制成。例如，活塞密封结构可以由聚乙烯与PTFE结合制成，其已经被发现能提供良好的密封性能和抗磨损性以及在几个月到几年的时期内的可靠性。也可以采用其他构造，包括各种干密封或润滑密封。

然后将一次性移液管末端在该轴杆的敞开远端处密封至管嘴。然后随着该活塞在轴杆内移动，空气(或与排出空气体积相同量的定量的液体)被吸入或挤出该末端。在该活塞和末端都与该轴杆密封的情况下，唯一的进出通道应当是该一次性移液管末端的敞开远端。由于有了该密封系统，排气移液管可以用于进行准确和精确的测量并小心移动校准量的液体。

在用传统手动排气移液管移取液体时，移液管使用者将其拇指放在柱塞单元的暴露端上抓住该移液管壳体。使用者对该柱塞单元施加向下的拇指压力，使该柱塞单元抵抗回位弹簧的力远离上止挡位置移动。在该柱塞单元远离第一止挡位置的移动过程中，使用者通过感知移动该柱塞单元所需的向下力的增加的起点来检测该柱塞单元的原始位置。该增加的力是柱塞单元抵着回位弹簧和预加载的第二弹簧机构(通常称作“吹出”弹簧机构)移动的结果。然后，将该末端插入液体中，使用者手动控制该柱塞单元从原始位置返回到上止挡位置的速率。

然后，为了分配液体，使用者从液体中取出末端，将其移至容器上方的位置，然后将该柱塞单元逐渐压下到原始位置处的软止挡，通过吹出冲程使其超出该原始位置。在理论上，在上止挡位置与原始位置之间的向下主冲程期间排出的液体的体积应当等于在该冲程期间将柱塞单元向上移动时吸入的液体的体积。然而，在实践中，一些液体可能附着在该一次性末端的内表面上或作为液滴附着在其底部，或两种情况都有。在该原始位置与固定的下止挡之间的吹出冲程期间从该移液管中排出的额外的空气有助于移除该残余的液体。然而，在大多数市场上可获得的移液管中，该吹出冲程相对较短，这是由于当柱塞单元将受到使用者拇指控制时有限的可用冲程长度而产生的实践结果。这种短的吹出冲程可能不足以基本上除去全部的残余液体。未被成功分配的任何残余液体都可能不利地影响通过移液管进行液体分配操作时的精度。在小容积移液管中尤其如此，特别是处理50μl或更小容积的那些移液管。对于小容积移液管，附着的液体占所需样品体积的比例可能非常高。

为了将残余液体移除至作为液滴悬挂在末端底部的程度，使用者可以尝试“触碰”和轻拍该末端与容器一侧相对的远端。然而，触碰并非在所有情况中都可以操作，而且这种方式可能不能除去所有的附着液体。自动化或机械化的液体处理系统可能没有触碰容器侧的自由，或者规章可能并不允许这样做。而且，以这种方式转移到容器侧壁上的液体可能作为单独的液滴保持在侧壁上，而且在一些情况中可能不会如使用者可能想要的那样与排出样品的其余部分再次聚合。

这一问题是公知的，也已经进行了一些尝试来解决这个问题。授予Heinonen的美国专利5,696,330公开了一种手动排气移液管，其包括两个同心的活塞：“配量活塞”18进行初步吸取液体并在该活塞的上部位置与其原始位置之间使用；第二个可单独移动的“移除活塞”13在吹出冲程期间移动以排出额外的空气并分离液滴。在Heinonen移液管的向下冲程期间，只有配量活塞可在上止挡位置和原始位置之间操作。在原始位置时，配量活塞接合并造成第二移除活塞的移动。尽管这种设计确实会在吹出期间排出更多的空气，但其包括过多的具有精密公差的移动部件，这可能会造成长期不可靠问题和额外的制造成本。

授予Suovaniemi等的美国专利8,318,108尝试用略微不同的方式解决该问题：通过使用单个活塞，但在吹出冲程期间使其加速。这也将在吹出过程中更快速地排出更多的空气，的确将导致提供更有效的吹出特征。然而，因为在传统手动手持式移液管中活塞的运动是由使用者控制的，因此Suovaniemi技术最好是在电子移液管中在机械化控制下实施。可以通过两种速度的联动装置完全通过机械方式将这种运动特征赋予该活塞来设计全手动移液管，但这种设计将会更复杂，而且也会使用更多的运动部件。为了在吹出冲程期间排出更多的空气，即使加速排出，可能也需要延长该移液管的活塞冲程，这可能又会需要将移液管延长到比使用者可能优选的更长的尺寸。

因此，需要一种具有增强和改进的吹出特征的手动排气移液管。这种移液管将会提供增强的能力，能够在基本上不提高复杂性、尺寸、成本或操作难度的情况下从移液管末端移除任何残余的或附着的液体。

技术实现要素：

依照本发明的手持式移液管致力于解决如上所述的目前市场上可获得的手持式移液管的一些缺点。

与之前传统的手动移液管类似，本发明公开的实施方案包括可手持的移液管体，被回位弹簧偏压的柱塞单元支撑在该移液管体中以用于从第一或上止挡位置轴向地移动。为了转移一定量的液体，使用者首先将该移液管设定到所需的容积设定值，如移液管上的容积显示仪所示。也可使用不可调节的固定容积移液管，但最常见的手持式移液管是此处所述可调节容积的。

然后，使用者将移液管的轴杆插入一次性末端中，该一次性末端会固定到该轴杆的末端。使用者压下柱塞钮(其通常也用作容积调节钮)到能触知的“原始”位置，将该末端的末端浸入液体中，并缓慢释放该柱塞钮以将液体带入移液管末端中。所有液体都保持在该移液管末端中，因此将末端取下并丢弃就会防止在该移液管的随后使用时发生样本之间的交叉污染。

为了分配，使用者将该末端从初始液体样品中移出并将其放在一个容器之上。与现有手动移液管相同，移液管使用者握住本发明的移液管压下该柱塞钮，以便将该柱塞单元抵着回位弹簧从第一止挡位置，通过“原始”位置，移动到第二或下止挡位置，其中从末端中排出该移液管末端中容纳的定量的流体。然后该移液管使用者可使该回位弹簧将柱塞返回到接近该下止挡位置的“原始”位置。该“原始”位置是由“软”止挡限定的，且是该柱塞单元返回用于用该移液管开始每次连续的吸入操作的起始位置。特别地，柱塞单元的任何超过该“原始”位置向下的运动都会激活“吹出”弹簧，“吹出”弹簧会产生与该柱塞单元的这种向下运动相反的更强的向上的力。移液管使用者感知到或“感受到”该回位力开始增大，这为使用者提供了该柱塞单元已经到达且位于“原始”位置的指示。

本文公开的移液管的一种实施方案包括分段的、级形排气活塞和多个活塞密封件，用以实现增强的吹出冲程。

在上冲程部分中，其中该活塞单元在上止挡与原始位置之间移动，该活塞较窄的远端段移动通过下密封件，该移液管像传统排气移液管那样工作。

然而，在吹出冲程部分的至少一部分中，其中该柱塞在原始位置与固定的下止挡之间移动，该较窄的远端段从下方的密封件脱离，随着活塞的较宽的近端段移动通过上方的密封件，该活塞的较宽的近端段排出空气，活塞的较宽段增大了该活塞在每单元轴向移动中排出的空气体积，因此如果该柱塞单元以相同的速度移动，那么活塞的较宽段就提高了通过末端排出的空气的速率和体积。这种提高的空气体积和速率有助于提高该吹出冲程排出在分配冲程之后可能附着在末端上的液体的能力。

因此，依照本发明的移液管补救了其他已知的手动排气移液管的多个缺点。本发明还可以适用于电子排气移液管，作为基于电机的增强吹气策略(例如更长的或速度更快的吹出冲程)的替代方案或作为其补充。

附图说明

从以下详细描述和附图中，本发明的这些和其他目的、特点和优点都将变得显而易见，其中：

图1显示了依照本发明的使用了依照本发明的增强吹气特征的手持式移液管；

图2是依照现有技术的使用圆柱形活塞和单一密封件的传统排气式移液管的剖面图；

图3是级形活塞和双固定密封件构造的示意图，用于提高在排气移液管的吹出冲程期间排出的空气和液体的速率，活塞在上止挡位置；

图4是级形活塞和双固定密封件构造的示意图，用于提高在排气移液管的吹出冲程期间排出的空气和液体的速率，活塞在原始位置；

图5是级形活塞和双固定密封件构造的示意图，用于提高在排气移液管的吹出冲程期间排出的空气和液体的速率，活塞在下止挡位置；

图6是级形活塞和双固定密封件构造的示意图，用于提高在排气移液管的吹出冲程期间排出的空气的压力，活塞在上止挡位置；

图7是级形活塞和双固定密封件构造的示意图，用于提高在排气移液管的吹出冲程期间排出的空气的压力，活塞在原始位置；

图8是级形活塞和双固定密封件构造的示意图，用于提高在排气移液管的吹出冲程期间排出的空气的压力，活塞在下止挡位置；

图9是级形活塞和双移动密封件构造的示意图，用于提高在排气移液管的吹出冲程期间排出的空气和液体的速率，活塞在上止挡位置；

图10是级形活塞和双移动密封件构造的示意图，用于提高在排气移液管的吹出冲程期间排出的空气和液体的速率，活塞在原始位置；

图11是级形活塞和双移动密封件构造的示意图，用于提高在排气移液管的吹出冲程期间排出的空气和液体的速率，活塞在下止挡位置；

图12是使用依照本发明的级形活塞和双移动密封件构造的排气移液管的剖面图，其设置成能够提高在吹出冲程期间排出的空气和液体的速率，活塞位于最上部的位置抵靠容积设定止挡；和

图13是使用依照本发明的级形活塞和双移动密封件构造的排气移液管的剖面图，其设置成能够提高在吹出冲程期间排出的空气和液体的速率，活塞位于最上部的位置抵靠容积设定止挡。

具体实施方式

下面参照具体的示例性实施方案描述本发明。依照本发明的系统可以具体体现为广泛的多种形式，这将是显而易见的。因此，本文公开的特定的结构和功能细节是代表性的，并不限制本发明的范围。

首先参照图1，显示了依照本发明的手持式移液管110。如同传统移液管那样，所示的移液管110具有安装末端的轴杆112，末端114被示为安装在该轴杆112上。

移液管110及其一次性末端114的总体尺寸规格与传统移液管相当，该组合以与使用传统移液管相同的方式、相同的技术来使用。

该移液管具有与柱塞杆118相连的柱塞钮116。该钮116和杆118被弹簧式偏压至完全伸长的位置。该柱塞杆118与该移液管110内的活塞(未示出)耦接。与传统移液管相同，当柱塞钮116被压下时，柱塞钮116使得柱塞杆118和活塞从其抵靠着上容积设定止挡的最上部的位置向下移动，通过轴杆112朝向轴杆112的远端120处的管嘴。

如在传统手动移液管中那样，活塞钮116相对于两个位置(即释放的伸长位置和原始位置)被弹簧式偏压。当该柱塞钮116被压下通过原始位置时，存在一个完全压下的吹出位置。当该柱塞钮116上没有施加压力时，柱塞弹簧使该柱塞钮116抵靠着上容积设定止挡被向上偏压，通过转动该柱塞钮116和一个如上所述的止挡位置调节机构来调节上容积设定止挡的位置。一些移液管(包括图1中所示的移液管110)包括一个使用者控制的容积锁124，用以防止不期望的容积调节。在这一位置，柱塞杆118和柱塞钮116相对于移液管110的移液管体122处于释放的伸长位置。

在原始位置处，该柱塞钮116被部分压下，抵抗柱塞钮压下的阻力增大。如手持式移液管结构中常见的那样，第二预加载式吹出弹簧增大了该柱塞弹簧提供的阻力。移液管使用者感知到该增大的阻力，并由此限定该原始位置。在该释放的伸长位置与原始位置之间，只有该柱塞弹簧使该柱塞钮的位置朝向其伸长位置向上偏压，需要较轻的第一力水平来抵抗该弹簧的偏压。

将该柱塞钮116从原始位置松弛到完全伸长的位置以吸入所需体积的流体，随后从伸长位置移动到原始位置，并向前移动到下止挡以分配该液体。

在原始位置和完全压下的吹出位置之间，柱塞弹簧和吹出弹簧都向上抵抗该柱塞钮116，需要较高的第二力水平抵抗该弹簧的偏压。这种包括初级柱塞弹簧和第二吹出弹簧的构造是手持移液管中常见的。

在分配之后，该柱塞钮116从原始位置移动至该吹出位置的末端，以便使任何剩余的液体从该移液管末端114喷出。

因此，在原始位置，使用者感受到这两种弹簧力之间的触觉转变，通过施加在第一水平与较高的第二水平之间的力，使用者能够容易地将该柱塞钮116保持在原始位置。

在传统手持式移液管中，柱塞钮通过柱塞杆直接作用到圆柱形活塞上，该活塞经由移液管内的密封件保持与移液管液体端的气密密封。该密封件相对于液体端保持在固定位置，并相对于该液体端的内部也形成气密密封。因此，随着柱塞钮的操作，使该活塞移动通过该密封件并排出液体端内的空气体积。由于在该移液管末端的远端处提供孔并且在所有其他位置都保持基本上气密的密封，液体(或任何流体)进出末端的唯一路径就是经由该孔，该活塞排出的空气体积与该移液管操纵的液体体积之间存在确定性的关系。

在很多方面，移液管110可以以与传统手持式手动移液管类似的方式被构造。如本文所述使用和重构的一种示例性移液管构造的实例描述于授予Homberg的美国专利5,700,959中，该专利申请通过全文引用而并入本申请。通常可以使用相同的容积设定机构、弹簧、驱动机构、柱塞机构和移液管体部件。根据本发明所描述的功能，移液管110的主要区别是一种分段的级形活塞和至少两个活塞密封件，如下文参照图5-7所述的那样。

作为对比，图2中示例了一种传统的排气移液管。该示例的移液管是可获自Rainin Instrument，LLC的RAININ CLASSIC移液管的简化形式，尽管本发明能够容易地应用于各种其他类型和构造的手持式移液管和其他排气液体处理设备。

类似图1中所示例的实施方案，其包括可手持移液管体212、用于操作该移液管210的柱塞钮214和柱塞杆216、与喷射钮220耦接的末端喷射器218、和安装末端的轴杆222。为简化示例，图2的实施方案没有容积锁定机构。

该容积设定机构包括容积旋钮224和容积设定螺杆226，其调节上止挡在移液管中的位置，由此限制移液管的冲程长度。柱塞杆216抵靠着活塞组件228起作用，该活塞组件被冲程弹簧230和吹出弹簧232向上弹簧式偏压，仅当随着该活塞组件228越过特定的原始位置，吹出弹簧才开始进一步压缩(经过其最初的预加载状态)。

该活塞组件228包括轴向地延伸至轴杆222中的圆柱形活塞234；该活塞234抵靠着环状密封环240密封，所述密封环240通过密封护圈242在轴杆222内被保持就位的，密封护圈242又通过由吹出弹簧232施加的压力抵靠台阶238在轴杆222中被保持就位。该密封护圈和/或密封环240也应当抵靠着轴杆222密封，以避免存在空气泄漏通道。

因此，该活塞234的通过密封环240的轴向移动排出轴杆222内的空气，由于该轴杆在其它方面完全封闭(通常将一个末端安装和密封在其上)，空气和液体必须通过其敞开的远端进出该末端而没有其它路径。

图3、4和5以示意形式示例了在使用增大的空气体积和速度以增强移液管的吹出冲程的实施方案中依照本发明的分段的级形活塞的操作。

图3包括一个示例的移液管轴杆310，其具有宽的上端312和较窄的下端314。上密封环316和下密封环318(各自以剖面显示)位于该轴杆310内。应当注意，该密封环316和318可经由一个或一个以上的密封护圈在该轴杆310内固定就位，为简化起见，从该示意图中略去了这种护圈。该密封件也可通过直接位于该轴杆内的支撑零件被固定就位。

图3中还包括一种分段的活塞320，所述活塞320包括较窄的下段322、细腰段324和较宽的上段326。在所公开的实施方案中，该腰段324大体上在直径上比下段322和上段326更窄。如下面将进一步详细讨论的那样，该腰段324不需要比下段322更窄；腰段324可构造成能够借助于活塞中的平台或凹槽在下密封环附近使空气通过，所述平台或凹槽被加工或限定至腰部。柱塞杆未绘出，但在真实的实施方案中，应理解，该活塞320将耦接至柱塞单元。

该下段322和下密封环318的尺寸和构造使得当该下段322轴向地位于该下密封环318内时活塞320与下密封环318之间形成下密封。类似地，该上段326和上密封环316的尺寸和构造使得当该上段326轴向地位于该上密封环316内时活塞320与上密封环316之间形成上密封。这些上下密封将结合图3-5进一步详细描述。

在图3中，活塞320显示在其最上部的位置330，抵靠上容积设定止挡。如图所示，该容积设定止挡位于其最大容积设定值处或其附近。如此处所示，活塞320的底端328刚好位于该下密封环318内，但仍抵靠着下密封环318密封。随着活塞320向下移动通过该移液管的主(上)冲程，活塞320的下段322移动通过下密封环318，排出相应量的空气。如在传统移液管中一样，随着活塞320从上止挡(处于最大容积设定值)移动到原始位置332，其排出空气的体积基本上等于该移液管的最大液体体积容量。朝向对应于固定的下止挡334的位置的继续移动超出了该容量，代表吹出冲程。

例如，在具有200μl容量的依照本发明的移液管中，活塞的下段322可具有约4mm的直径，上止挡与原始位置之间的距离可以为约16mm。随着活塞在上止挡和原始位置之间移动，其排出200μl空气，进而使得大约相等量的液体移入或移出该移液管末端。类似地，在具有20μl容量的依照本发明的移液管中，下段322可具有约1.25mm的直径。

将要指出，在图3中，活塞320的较宽的上段326与上密封环316并不密封接合，因此上段326对该移液管在上止挡和原始位置之间的性能没有影响。设定到接近其容积设定范围下端的较低容积设定值的可变容积的移液管将以与图3中所示相同的方式与密封环接合，但该活塞320的开始位置将位于最上部的位置330与原始位置332之间。

图4显示活塞320(图3)位于原始位置332。在该位置，活塞320的下段322仍抵靠着下密封环318密封，但仅仅刚好如此，活塞320的上段326靠近上密封环316但尚未与其密封接合。在这一位置，该移液管仍然基本上与传统排气移液管一样工作。然而，随着活塞320继续轴向向下移动进入吹出冲程，下段322破坏了其与下密封环的密封，上段326与上密封环316接合，通过较宽的上段326移动通过上密封环316实现了继续排气。因为活塞320的这一段较宽，因此该活塞320的竖直轴向移动的每个单元会排出更多的空气。如果活塞继续以恒定速率移动，其排出的空气将更快速地移动通过该移液管末端114的收缩的窄端。这种移动得更快的、更多体积的空气更有效地从依照本发明的移液管中的移液管末端除去液滴和附着的液膜。

如图5中所示，活塞320(图3)位于对应于下止挡的位置334，已经完成了其吹出冲程。活塞的上段326已经通过上密封环316移动，且上密封保持就位，下段322保持与下密封环318脱离。腰段324不必比下段322窄很多；其至少一部分足够窄使得下密封环318脱离并使空气能够在下密封环318与活塞320的腰段324之间自由流动就足够了。腰段324不必是圆柱形的；在本发明的一个实施方案中，腰段324接近圆柱形，其直径等于下段的直径，但其外表面限定了一个或一个以上的轴向加工的空气通道。其他构造也是可以的，且能够容易想到，包括含有内部空气通道的活塞。

如上所述，图3-5中所示意性示例的实施方案通过提高在移液管冲程的吹出部分期间通过移液管末端排出的空气的体积和速率，实现了增强的吹出。在替代的实施方案中，如图6-8中所示，通过逐渐提高被限定在移液管体内、两个密封环之间的空间中的压力，并急速地通过移液管末端将加压空气突然地释放，实现了增强的吹出。

与图3类似，图6包括一个示例的移液管轴杆610，其具有宽的上端612和较窄的下端614。上密封环616和下密封环618(各自以剖面显示)位于该轴杆610内。密封环616和618可经由一个或一个以上的密封护圈在该轴杆610内被固定就位；为简化起见，从该示意图中再次略去了这种护圈。

图6中还包括一种分段的活塞620，活塞620包括较窄的下段622、细腰段624和较宽的上段626。在所公开的实施方案中，该腰段624的直径比下段622和上段626窄。柱塞杆未绘出。

与图3-5中所绘制的实施方案中相同，下段622和下密封环618的尺寸和构造使得当该下段622轴向地位于该下密封环618内时活塞620和下密封环618之间形成下密封。类似地，该上段626和上密封环616的尺寸和构造使得当该上段626轴向地位于该上密封环616内时活塞620与上密封环616之间形成上密封。这些上、下密封及其与活塞612的关系将结合图6-8进一步详细描述。

在图6中，活塞620显示在其最上部的位置630处、抵靠上容积设定止挡，该上容积设定止挡位于其最大容积设定值处或其附近。如此处所示，活塞620的底端628刚好位于该下密封环618内，但仍与其密封。随着活塞620向下移动，活塞620的下段622移动通过下密封环618，排出相应量的空气。如在传统移液管中一样，随着活塞620从上止挡(处于最大容积设定值)移动到原始位置632，其排出空气的体积基本上等于该移液管的最大液体体积容量。朝向对应于固定的下止挡634的位置的继续移动超出该容量，代表吹出冲程。

在具有200μl容量的依照本发明的移液管中，随着活塞在上止挡与原始位置之间移动，活塞排出200μl空气，进而使得大约相等量的液体移入或移出该移液管末端。

在图6中，活塞620的较宽的上段626不与上密封环616密封接合，因此，上段626对该移液管在上止挡与原始位置之间的性能没有影响。被设定到接近其容积设定范围下端的较低容积设定值的可变容积的移液管将以与图6中所示相同的方式与密封环接合，但该活塞620的开始位置将在最上部的位置630与原始位置632之间。

应注意，图6-8的活塞620在至少两个关键方面与图3-5的活塞320是不同的：腰段624(图6)在轴向长度上比相应的腰段324(图3)更短，下段622(图6)在轴向长度上比相应的下段322(图3)更长。如下面将进一步详细描述的那样，这些相关的变化使压力能够在移液管110内增大并在图6-8的实施方案的吹出冲程期间从移液管110中排出。

图7显示活塞620(图6)位于原始位置632。在所示实施方案的该位置，活塞620的下段622继续抵靠着下密封环618密封，活塞620的上段626接近上密封环616但尚未开始与其密封接合。在这一位置，该移液管仍然基本上与传统排气移液管一样工作。然而，随着活塞620继续轴向向下移动进入吹出冲程，下段622继续与下密封环密封，上段626接合上密封环616并抵靠着上密封环616密封，上段626的继续轴向向下运动开始压缩两个密封环616和618之间密封区域712中的空气。

如图8中所示，该密封区域712中对空气的压缩持续到活塞620接近吹出冲程的末端。在这一位置，活塞620的下段622与下密封环618之间的密封被破坏，使压缩空气能够在腰段624与下密封环618之间从区域712中排出至移液管及其耦接的末端114之外。这种压缩空气的排出显示为来自末端的短暂的高速空气流，其有利于移除液滴和附着的液膜。

如图8中所示，活塞620(图6)位于对应于下止挡的位置634，已经完成了其吹出冲程。活塞的上段626已经通过上密封环616移动，且上密封保持就位。下段622正好变成并保持从下密封环618脱离的状态。与图3-5的实施方案相同，腰段624不必是圆柱形的或比下段622明显更窄；在本发明的一个实施方案中，腰段624接近圆柱形，其直径等于下段的直径，但其外表面限定了一个或一个以上的轴向加工的空气通道。其他构造也是可以的，且能够容易地想到。

依照本发明的移液管的一个替代性实施方案使用分段的活塞，所述活塞使用多个移动密封件，所述移动密封件抵靠着移液管体、轴杆或圆筒形组件的基本上呈圆柱形的内表面。图9、10和11以示意的形式示例了在一种使用了增大的空气体积和速度以增强移液管的吹出冲程的实施方案中(类似图3-5)、依照本发明的具有移动密封件的这种分段的级形活塞。

图9包括示例的移液管轴杆910，其具有宽的上端912和较窄的下端914。基本上呈圆柱形的上腔916和基本上呈圆柱形的下腔918(各自以剖面显示)位于该轴杆910内。上腔916的直径大于下腔918的直径。上腔916和下腔918彼此相邻，且可以直接由该移液管的轴杆或移液管体通过模制或加工限定，或者可以替代地采取分别构造的模制圆筒体结构的形式并在该移液管体或轴杆内固定就位。下腔918与移液管轴杆的下端和移液管末端114(图1)连通，上腔916与移液管体或外部环境连通。

图9还包括由上腔916的内壁限定的(一个或多个)上凹槽920和由下腔918的内壁限定的(一个或多个)下凹槽922，其功能将在下面进一步详细描述。

图9中还包括分段的活塞924，其带有两个移动密封环：上密封环926和下密封环928。上密封环926的尺寸和构造使其能够抵靠着上腔916的内壁密封(除了存在上凹槽920的地方)，下密封环928的尺寸和构造使其能够抵靠着下腔918的内壁密封(除了存在下凹槽922的地方)。可使用干密封或润滑密封。当上密封环926对着上凹槽920定位时，移液管内的空气能够绕开上密封环926。类似地，当下密封环928对着下凹槽922定位时，空气能够绕开下密封环928。与图3-5中相同，柱塞杆未绘出，但在真实的实施方案中，应理解，该活塞924将耦接至柱塞单元。

在图9中，活塞924显示在其最上部的位置930、抵靠上容积设定止挡，该容积设定止挡位于其最大容积设定值处或其附近。如此处所示，活塞924的下密封环928轴向地位于下腔918顶部附近，但仍抵靠着下腔918的内表面密封。随着活塞924向下移动通过该移液管的主(上)冲程，活塞924的下密封环928穿过下腔918的长度，排出相应量的空气。如在传统移液管中一样，随着活塞924从上止挡(处于最大容积设定值)移动到原始位置932，其排出空气的体积基本上等于该移液管的最大液体体积容量。朝向对应于固定的下止挡934的位置的继续移动超出了该容量，代表吹出冲程。

以类似于图3-5的实施方案的方式计算体积。例如，在具有200μl容量的依照本发明的移液管中，活塞924的下密封环928可以具有约4mm的直径，上止挡与原始位置之间的距离可以为约16mm。随着活塞在上止挡与原始位置之间移动，其随后排出200μl空气，进而使得大约相等量的液体移入或移出该移液管末端。类似地，在具有20μl容量的依照本发明的移液管中，下密封环928可具有约1.25mm的直径。

将要指出在图9中，活塞924的较宽的上密封环926与上凹槽920相邻，因此不与上腔916密封接合。因此，在活塞924在上止挡位置930和原始位置932之间移动时上密封环926对于移液管的性能没有影响，上密封环926对移液冲程的整个部分都保持未密封。被设定到接近其容积设定范围下端的较低容积设定值的可变容积的移液管，将以与图9中所示相同的方式密封，但该活塞924的开始位置将在最上部的位置930与原始位置932之间。

图10示出位于原始位置932的活塞924(图9)。在该位置，活塞924的下密封环928仍抵靠着下腔918密封，但仅仅刚好如此(因为进一步向下的轴向运动将使下密封环928对着下凹槽922)，活塞924的上密封环926将要与上腔916完全密封接合。在这一位置，移液管仍然基本上与传统排气移液管一样工作。然而，随着活塞924继续轴向向下移动进入吹出冲程，下密封环928破坏了其与下腔918的密封，通过较宽的上密封环926移动穿过上腔916并抵靠着上腔916密封而实现了继续排气。因为活塞924上段较宽，因此，活塞924的竖直轴向移动的每个单元会排出更多的空气。如果活塞以恒定速率继续移动，其排出的空气将更快速地移动通过该移液管末端114(图1)的收缩的窄端。这种移动得更快的、更多体积的空气更有效地从依照本发明的移液管中的移液管末端除去液滴和附着的液膜。

如图11中所示，活塞924(图9)位于对应于下止挡的位置934，已经完成了其吹出冲程。活塞924的上密封环926已经通过上腔916轴向向下移动，且上密封保持就位，下密封环928通过下凹槽922保持与下腔918脱离。

如图9-11中示意性示例的移液管的一种可能的替代实施方案，包括以一个或一个以上的通孔代替上凹槽920，所述通孔由轴杆910(或圆筒体模块)限定并且在对应于所示上凹槽920的下端的位置处与外部环境连通。在这种替代的构造中，上密封环926在上腔916中在通孔之上的轴向运动对移液管的操作没有影响，不是因为上密封环926被绕开，而是因为在该移液管的主(上)冲程期间该移动密封件将空气排出该通孔。随着上密封环926向下移动通过通孔，在吹出冲程期间，上密封环926将空气从(绕开的)下密封环928周围排出，如图10-11所示。具有类似性能的其他构造也是可以的，且能够容易想到。

应注意，图9-11的实施方案的另一种替代的实施方案也是可行的，其中在吹出冲程期间被排出之前，在该移动密封环926和928之间，压力增大(类似于图6-8的实施方案)。这种替代的实施方案可通过对图9-11中所示的构造进行微小的改变而实现，是普通技术人员容易实施的，因此其未示例或详细描述。

应理解，图3-11中示例的构造在本质上完全是示意性的，因此为了清楚的目的，尺寸和关系都扩大了。依照本发明的实际移液管将具有明显不同的尺寸，可由其说明书得到，特别是参照下面描述的图12-13，且可以由普通技术人员掌握的传统移液管的知识和设计依据得到。还应注意，各种其他改变也是可行的，包括轴杆326/626的上段或上移动密封环926一直密封的实施方案。由该段或密封件排出的空气将会以其他方式被防止在主冲程期间影响移液管的性能，例如通过在主冲程期间引导其排出的空气通过一个止回阀或一些其他机构或结构。各种其他改变和替代方式都是可行的，且都保持在本发明的范围之内。

图3-5中示例的实施方案被示为与图12中示例性的剖面的移液管相关。与图2中所示的现有技术的移液管相同，此处示例了RAININ CLASSIC移液管的简化版本以便最清楚地描述如何将本发明并入手持式手动排气移液管中；在其他移液环境中的其他实施方案(例如多通道手持式移液管或台式多通道移液管或机器人设备)也能够容易地从本公开得到。

类似于图2中示例的现有技术的移液管，其包括可手持移液管体1212、用于操作该移液管1210的柱塞钮1214和柱塞杆1216、耦接至喷射钮1220的末端喷射器1218、和安装末端的轴杆1222。

包括容积旋钮1224和容积设定螺杆1226的该容积设定机构，与传统移液管中存在的机构相当。该柱塞杆1216抵靠着活塞组件1228起作用，所述活塞组件1228被冲程弹簧1230和吹出弹簧1232向上弹簧式偏压，吹出弹簧以预加载状态安装，仅仅当该活塞组件1228越过特定的原始位置时才进一步被压缩。

图12的活塞组件1228是分段的，在概念上如图3-5中所示。活塞组件1228包括较窄的下段1240、细腰段1242和较宽的上段1244。在所公开的实施方案中，该细腰段1242在直径上比下段1240和上段1244更窄。

在所公开的实施方案中，该活塞组件1228制造成适当金属(例如不锈钢)的单一加工抛光块。其他材料也可适用于此目的，例如加工的陶瓷或模制聚合物、例如聚醚醚酮(PEEK)。必要时，该活塞组件1228也可由多个部件和材料组装而成。该活塞组件1228通过紧摩擦配合耦接至柱塞杆1216，尽管在替代的实施方案中，该活塞组件1228和柱塞杆1216可通过螺纹接头、粘合剂固接在一起，或者甚至可以作为单一元件加工而成。

轴杆1222包括通过密封护圈1250固定就位的下密封环1246和上密封环1248；该护圈落入轴杆1222中并由吹出弹簧1232的压力固定就位。如所示例的那样，下密封环1246还抵靠着轴杆1222密封，由此防止护圈1250上方的空气不适宜地通过该护圈1250与轴杆1222之间的路径泄漏。

如图3-5中那样，活塞组件1228的下段1240和下密封环1246的尺寸和构造使得当下段1240轴向地位于下密封环1246内时活塞组件1228与下密封环1246之间形成下密封。类似地，上段1244和上密封环1248的尺寸和构造使得当上段1244轴向地位于上密封环1248内时活塞组件1228与上密封环1248之间形成上密封。随着活塞组件1228通过柱塞杆1216在使用者的控制下轴向地移动，该移液管1210如图3-5的示意性示例中所示例地那样操作。

如上面结合图2的现有技术移液管所述的那样，该密封环1246和1248可由任何适合的材料形成，且可以采取压缩的O形环、唇形密封或裙式密封(skirted seal)的形式；根据性能需求的指示，其可以是干密封或湿密封。这些是在移液管技术领域的普通技术从业者中公知的常规设计决定。在依照本发明的移液管中，该密封应当设计和制造成具有足够的耐久性，以避免在移液管可接受的使用期间退化；与具有圆柱形活塞和单一密封的传统移液管不同，依照本发明的活塞组件1228在操作过程中轴向地移动进出下密封环1246和上密封环1248，这可能会导致密封磨损的增加。因此，该活塞组件1228可以在段过渡处具有斜面或圆边以减少磨损和损害。

在所公开的实施方案中，其粗略地代表了具有最大200μl的液体容量(为了简化和清楚示例的目的)，该活塞组件1228可具有如下有利的尺寸：下段1240具有约4mm的直径；腰段1242具有约2-3mm的直径；上段1244具有约8mm的直径。该移液管1210具有约16mm的主冲程长度和约5mm的吹出冲程长度；总的来说，该21mm的总长度接近拇指操作的柱塞钮可控制的最长的合理舒适的冲程长度。

使用这些尺寸，依照本发明的移液管1210的下段1240穿过16mm的主冲程长度，排出达到200μl的定量容量，且在5mm吹出冲程期间，约250μl的额外空气经由从上段1244转移而排出。与此相比，传统移液管在相等长度(和相等时间)的吹出冲程期间将会排出仅62.5μl的空气，这样以较慢的速率排放较少的空气，将不能有效移除末端内和末端上任何残余的液体。所公开的具有上述尺寸的移液管1210在吹出冲程期间提供四倍的空气。然而，应注意到腰段1242和上段1244的直径可变化，因此依照所需的性能参数可以配置在吹出冲程期间提供的额外的空气。

类似地，在具有20μl容量的依照本发明的移液管中，具有16mm主冲程和5mm吹出冲程，且使用具有约1.25mm的下段直径和约2.5mm的上段直径的活塞，吹出冲程将会快速排出约25μl空气，与此相比，具有相同容量和冲程长度的传统移液管，排出的空气只有略高于6μl。

当然，具有不同容量(例如低至2μl、和高达5ml或更高)的排气移液管在市场上容易得到，机械设计领域的普通技术人员将能够改变所公开的移液管的尺寸以适应不同容量的不同移液管。本文描述的实施方案仅是示例性的。我们相信本发明与低容积(200μl或更小，尤其是50μl或更小)的排气移液管相结合是特别有利的，因为在较小的容积中，可能附着至末端的液体相对于转移的液体总体积的比例更大。

图12的移液管示例了图3中示意性显示的活塞构造。通过压下该柱塞钮1214，该活塞组件1228将轴向地移动通过密封件1246和1248，如图4-5中所示。图12的移液管1210在这些位置未示例，这将是本领域普通技术人员通过结合图3-5的示例理解传统移液管的操作而容易理解的。

图9-11中示意性地示例的实施方案被示为与图13中示例性的剖面移液管相关。与图2中所示的现有技术的移液管和图12的固定密封实施方案相同，图13中示例了RAININ CLASSIC移液管的简化版本，以便最清楚地描述如何将本发明并入手持式手动排气移液管中；在其他移液环境中的其他实施方案(例如多通道手持式移液管、台式多通道移液管或机器人设备)能够容易地从本公开得到。

图13的移液管包括可手持移液管体1312、用于操作该移液管1310的柱塞钮1314和柱塞杆1316、耦接至喷射钮1320的末端喷射器1318、和安装末端的轴杆1322。

包括容积旋钮1324和容积设定螺杆1326的该容积设定机构，与传统移液管中存在的机构相当。该柱塞杆1316抵靠着活塞组件1328起作用，活塞组件由冲程弹簧1330和吹出弹簧1332向上弹簧式偏压，吹出弹簧以预加载状态安装，仅当该活塞组件1328越过特定的原始位置时才进一步被压缩。

在如图9-11中所概念性地示出的，图13的活塞组件1328是分段的。活塞组件1328包括刚性的中心核1340以及较窄的下密封环1342和较宽的上密封环1344。在所公开的实施方案中，活塞的核1340是由刚性较强的聚合物(例如聚醚酰亚胺(PEI))模制而成，而密封环1342和1344是由柔性较强的材料(例如乙烯丙烯二烯烃单体(EPDM)橡胶)模制而成的唇形密封件，有利地用适合的全氟聚醚(PFPE)或其他润滑脂润滑。该密封环1342和1344可以由任意适合的材料形成，且可以采取压缩的O形环、唇形密封或裙式密封的形式；根据性能需求的指示，其可以是干密封或湿密封。材料和组装方法可以类似于授予Moriarty等的申请日为2013年1月15日的名称为“用于多通道排气移液管的液体端组件”的美国专利申请13/742,305中描述的活塞和圆柱中所用的那些，该专利申请在此通过引用而如全文记载那样并入本申请。尽管该申请公开了一种多通道手持式移液管，但其中公开的活塞和圆柱的各个方面都可以用于本文公开的移液管中，无论其包括单通道还是多通道，无论其是手持式或底座式，以及无论是手动操作的或自动驱动的。其他构造也是可行的，且普通技术人员将容易想到。在本发明的一个实施方案中，该活塞组件1328通过紧摩擦配合耦接至柱塞杆1316，尽管在替代的实施方案中，该活塞核1340和柱塞杆1316可以通过螺纹接头、粘合剂固接在一起，或者甚至可以作为单一元件加工或模制而成。这些由移液管设计领域普通技术人员根据领域内公知的常规设计而决定。

如示例的那样，轴杆1322限定了下腔1346和上腔1348；如上面参照图9-11所指出的那样，腔1346和1348可以由轴杆限定，或者在替代的实施方案中由移液管体限定，或者形成为配合在轴杆或移液管体内的单独的模块。无论怎样制造，腔1346和1348优选为由能够维持光滑内表面的、刚性较强的聚合物制成。

如图9-11中，活塞组件1328的下密封环1342和下腔1346的尺寸和构造，使得当下密封环1342轴向地位于下腔1346的未限定下凹槽1350的部分处时，下密封环1342与下腔1346的内表面之间形成下密封。类似地，上密封环1344和上腔1348的尺寸和构造，使得当上段1344轴向地位于上腔1348的未限定上凹槽1352的部分处时，上密封环1344与上腔1348的内表面之间形成上密封。随着活塞组件1328通过柱塞杆1316在使用者的控制下轴向地移动，该移液管1310如图9-11的示意性示例中所示例地那样操作。

与本发明的其他实施方案相同，该密封环1342和1344与腔1346和1348应当设计和制造成具有足够的耐久性，以避免在移液管可接受的使用期间退化；与具有圆柱形活塞和单一密封的传统移液管不同，密封环1342和1344周期性地分别经过位于下腔和上腔1346和1348中的凹槽1350和1352，这可能会导致密封磨损的增加。因此，腔1346和1348中的凹槽1350和1352可具有斜面或圆边以减少磨损和损害。

在所公开的实施方案中，再次粗略地代表了具有最大200μl的液体容量(为了简化和清楚示例的目的)，该活塞组件1328与腔1346和1348可具有如下有利的尺寸：下密封环1342具有约4mm的直径；上密封环1344具有约8mm的直径。该移液管1310具有约16mm的主冲程长度和约5mm的吹出冲程长度；总的来说，这21mm的总长度接近拇指操作的柱塞钮可控制的最长的合理舒适的冲程长度。

使用这些尺寸，依照本发明的移液管1310的下密封环1342穿过16mm的主冲程长度，排出超过200μl的定量容量，在5mm吹出冲程期间，约250μl的额外空气经由从上密封环1344转移而排出，经由下凹槽1350绕开下密封环1342。上密封环1344的直径可以变化，因此可依照所需的性能参数配置在吹出冲程期间提供的额外的空气。

类似地，在具有20μl容量的依照本发明的移液管中，具有16mm主冲程和5mm吹出冲程，且使用具有约1.25mm的下段直径和约2.5mm的上段直径的活塞，吹出冲程将会快速排出约25μl空气，与图12中描绘的实施方案相同。机械设计领域的普通技术人员将会能够改变所公开的移液管的尺寸以适应不同容量的不同移液管。本文所述的实施方案仅是示例。

图13的移液管示例了图9中示意性显示的活塞构造。通过压下柱塞钮1314，活塞组件1328及其密封件1342和1344将在其相应的腔1346和1348中轴向地移动，如图10-11中所示。图13的移液管1310在这些位置未示例，这将是本领域普通技术人员通过结合图9-11的示例理解传统移液管的操作而容易理解的。

应当观察到尽管在一些细节方面提出了本发明的各种实施方案的前述详细描述，但本发明并不限制于这些细节，依照本发明制造的具有增强的吹出特征的移液管可在很多方面与所公开的实施方案不同。特别是应认识到，本发明的实施方案可以用于很多不同的流体处理应用中。在本文的多处内容中在说明书和权利要求书中使用了术语“上”和“下”，参照竖直定向的标准传统手持式移液管，远端开口在下端，柱塞钮在上端；应认识到这些术语仅用于清楚和简便的目的，不应当被认为是对移液管或其组件的限制，所述移液管或其组件可以以不同的方向定位。尽管本发明在容积可调节的手动手持式移液管的情况下进行描述和示例，但其同样可应用于其他类型的排气移液管，包括固定容积移液管、电子移液管和各种类型的台式和独立式液体处理装置。应当指出为了解释和清楚的目的，上面进行了功能的区分；但在依照本发明的系统和方法中，结构的区分可以不沿相同的边界进行。因此，其适当的范围被认为是依照下面提出的权利要求。