具有内部容器的运输设备的制作方法

本申请涉及一种具有内部容器的运输设备。
背景技术：
：通常，精细货物是通过常规邮寄服务运送给客户的。在这种运输过程中，各个运输箱经常倾斜，这可能影响其中运输的货物。这种精细货物的一个例子是生物标本，例如组织样本或微组织。这些经常在微孔板中储存和运输，微孔板经常被密封膜或盖密封。当运输过程中周围的运输箱倾斜时，微孔板也会倾斜，培养液和生物标本从微孔的底部掉出并移向板的顶部。在不利条件下，生物标本可能会与密封膜或盖接触，附着在密封膜或盖上或夹在密封膜和微孔的上壁之间。夹住或与密封膜接触可能会对微组织产生不利影响。当周围的运输箱转回水平位置时，生物标本可能不会返回到中央凹槽中，而培养液却会返回。结果，生物标本可能遭受伤害，甚至死亡。如果生物标本附着在底部，则倾斜可能会将液体移至孔的上部，从而将其与生物标本分离。这可能导致生物标本变干，营养耗尽，最后死亡。在另一个例子中，所述货物是微板、微流体芯片或细胞培养皿，其充满具有或没有生物标本的限定量的液体。如果仅用盖子盖上此类物品或密封件不完全液密(在某些情况下，目的是确保气体交换)，则倾斜会导致溢出或液体从孔或通道中流出。对于要运输的其他精细货物，当运输箱倾斜时，也应考虑类似的因素。技术实现要素：因此，本发明的一个目的是提供一种运输设备，当该设备在运输期间倾斜时，该运输设备可以保护被运输的货物免受负面影响。本发明的又一个目的是提供一种运输设备，该运输设备允许安全运输包括生物标本和未完全密封的设备在内的精细物品，在运输中倾斜会导致液体溢出或排出。这些和其他目的通过根据本发明独立权利要求的方法和设备来实现。从属权利要求涉及具体实施例。附图说明重要的是应当理解，大多数附图示出了根据本发明的运输设备的二维横截面，该运输设备是三维物体。因此，关于附图的考虑和讨论适用于三维物体。图1提供用于演示微孔板倾斜时发生的基本问题。图1a示出了示出一个孔31的微孔板30的特写。孔由密封膜32密封，并具有中央凹槽，生物标本34(例如微组织)放置在该中央凹槽中，并被培养液35覆盖。图1b示出了当微孔板倾斜时发生的情况。培养液和生物标本从中央凹槽中掉出(见箭头)，在不利条件下，生物标本可能会被夹在密封膜和孔的上壁之间。即使这种膜可以由生物相容性材料制成，微组织也可以粘附在其上，或者被挤压在由膜和孔壁形成的角度中。当微孔板转回水平位置时，生物标本可能不会返回到中央凹槽中，而培养液却会返回中央凹槽。结果，生物标本可能遭受伤害，甚至死亡。必须指出的是，这种问题主要适用于未附着在底部的生物标本。图1c显示了在微孔板倾斜的情况下，附着或粘附到培养物中的生物标本会发生什么情况。在这种情况下，培养液移动到孔的顶部，而使生物标本在孔的底部干燥。当选择的密封膜或更一般地为盖或罩是不完全液密的，但是仅仅防止溢出或确保氧气供应(例如具有小孔)，可能会出现另一问题。长时间倾斜会导致孔完全排空。结果，生物标本可能遭受伤害，甚至死亡。图2示出了根据本发明的运输设备10，其包括外部容器的第一部分11a。第一部分在内侧包括具有球形帽12a形状的壳体，该球形帽具有内径和开口。球形帽的开口13面向上方。该设备还包括内部容器14，该内部容器具有上部15b、下部15a和由此限定的内部中空容积16。下部在外侧具有球形形状，其外径小于球形帽13的内径。内部容器以可自由枢转的方式设置在外部容器的球形帽中。所述内部容器能够容纳有效载荷17，即容纳微组织的微量滴定板。以这种方式设计内部容器，或者以这样的方式在内部容器中布置配重，使得内部容器的重心22在容纳有效载荷时偏心地布置在内部容器的旋转中心23下方。此外，在外部容器的第一部分的球形帽的内径与内部容器的球形外径之间限定间隙18。一定量的液体19放置在所述间隙中，最大达到内部容器高度的2.3％。可以清楚地看到，内部容器漂浮在一定量的液体上。这样，为内部容器浮动提供了足够的自由度。同样地，表面之间的摩擦被减小到最小。在图2a中，显示了设备处于正常位置，而在图2b中，该设备被倾斜大约20°的角度。可以清楚地看到，尽管外部容器是倾斜的，但内部容器仍处于直立位置。图2c，d，e和f示出了另外的实施例。图2c和d示出了一个实施例，其中内部容器的重心具有侧向偏移，例如由特定的配重36引起，该配重设置在内部容器的中心下方，但是偏离竖直轴线。在该实施例中，内部容器在静止位置时永久采用限定的倾斜角度，与外部容器的方向无关(图2c：水平，图2d：倾斜)。以这种方式，例如可以在内部容器所包括的微孔板或微流体芯片中建立重力驱动的流动。图2e示出了一个实施例，其中，内部容器的重心例如可以由特定的配重36引起改变，该配重由合适的线性致动器37以横向方式连续地摇动。在该实施例中，容器会经历摆动，与外部容器的方向无关。这样，可以摇动内部容器中包含的液体和/或生物标本。图2f示出了一个实施例，其中，内部容器的重心例如可以由特定的配重36引起改变，该配重由合适的圆形致动器38以圆形的方式连续地摇动。在该实施例中，内部容器将经历圆形摆动，与外部容器的方向无关。以这种方式，可以摇动内部容器中包含的液体和/或生物标本。图3a示出了根据本发明类似的运输设备，其中，外部容器还包括第二部分11b，该第二部分11b在内侧包括具有球形帽12b形状的壳体，该球形帽具有内径和开口，其中球形帽的开口面向下方。图3b示出了根据本发明类似的运输设备，其中三个球轴承21布置在间隙18中。间隙18的宽度取决于球轴承延伸到间隙中的长度(参见箭头)。图4a-c示出了根据本发明的运输设备的三维渲染图。外部容器的两个部分11a、11b由挤塑聚苯乙烯泡沫制成，内部容器的两个部分15a、15b也是如此。图4a还示出了在中心的盒子，其在本示例中是实际运输的货物。盒子可以包括例如生物标本。图5a-d示出了将外部容器的两个部分11a、11b利用榫槽接头21.1、21.2、21.3以及利用o形环21.4连接的不同可能性。榫舌可以比凹槽大，因此需要将其压入以确保紧密性。凹槽也可以离开(不放置)，从而榫舌必须变形以保持紧密性。图6显示了使用浮动球概念从原型测试运输测得的加速度数据。图7a以灰色阴影示出了限定本发明运输设备的球形帽所需的尺寸。如本文中所使用的，术语“球形帽”与术语“球形圆顶”或“球形段”可互换地使用，并且涉及球体被一平面切掉的一部分。如果平面穿过球体的中心使得帽的高度(h)等于球体的半径(r)，则球形帽称为半球。在这种情况下，角度θ将取90°。在大多数情况下，θ会在45°–89°的范围内，因此内部容器可以容易地放置在壳体中或从壳体中取出，该壳体位于外部容器第一部分的内侧。图7b显示了两个替代方案，即一个(左侧)中的θ2小于90°(因此内部容器可以容易地放置在壳体中或从壳体中取出，该壳体位于外部容器的第一部分的内侧)，和一个(右侧)中的θ2大于90°(因此内部容器更可靠地放置在壳体中，所述壳体位于外部容器的第一部分的内侧，但可以不那么容易放置在其中或从其中取出)。具体实施方式在详细描述本发明之前，应当理解，本发明不限于所描述的设备的特定组成部分或所描述的方法的处理步骤，因为这样的设备和方法可以变化。还应理解，本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而无意于进行限制。必须注意，在说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一”，“一个”和“该”包括单数和/或复数对象，除非上下文另外明确指出。此外要理解的是，在给出由数值界定的参数范围的情况下，该范围被认为包括这些极限值。还应理解，本文所公开的实施例并不意味着应理解为彼此无关的单独实施例。在一个实施例中讨论的特征也可以与本文所示的其他实施例结合。如果在一种情况下，一个具体特征没有在一个实施例中公开，而在另一实施例中公开，本领域技术人员将理解，这不一定意味着所述特征并不在另一实施例中公开。本领域技术人员将理解，公开的所述特征也用于其他实施例是本申请的宗旨，但是仅出于清楚的目的并且将说明书保持在容易处理的范围内，而没有这样做。此外，本文引用的现有技术文件的内容通过引用并入本文。这尤其是针对公开标准或常规方法的现有技术文件。在那种情况下，通过引用并入的主要目的是提供足够的公开，并避免冗长的重复。根据本发明的第一方面，提供了一种运输设备，包括a)外部容器的第一部分，其在内侧包括具有球形帽形状的壳体，该球形帽具有内径和开口，其中球形帽的开口面向上方，b)内部容器，其具有上部、下部和由此限定的内部中空容积，其中，至少下部在外侧具有球形形状，其外径小于外部容器的球形帽的内径，c)内部容器适于以可自由枢转的方式布置在外部容器的球形帽中，d)内部容器能够容纳有效载荷。在外部容器的第一部分内侧的壳体(利用其球形帽状形状)具有三维凹形(即，向内弯曲)。内部容器的下部(利用其在外侧的球形形状)具有三维凸形(即，向外弯曲)。如本文中所使用的，术语“球形帽”与术语“球形圆顶”或“球形段”可互换地使用，并且涉及球体被一平面切掉的一部分。如果平面穿过球体的中心使得帽的高度(h)等于球体的半径(r)，则球形帽称为半球。在这种情况下，角度θ将取90°。参见图7a的说明。必须提到的是，关于球形特性，可以接受高公差。壳体不必是“超级严格”的球形。总体形状需要为球形，但可以存在不规则形状，例如缺口或凹陷，这些不规则形状使其能够保持球体或其可能已由制造工艺引入。它们的尺寸应与始终给出自由旋转的一般功能和内部容器的直立方位一样小。因此，在外部容器的第一部分的内侧上的壳体以其球形形状用作内部容器的底座。在大多数情况下，θ的范围在45-89°之间，使得内部容器可以容易地放置在壳体中或从壳体中取出，所述壳体位于外部容器的第一部分的内侧。在一方面，在外部容器的第一部分的内侧的壳体在球窝接头中像窝一样起作用，而在外侧具有球形形状的内部容器像安放在所述窝中的球一样起作用。根据本发明的一个实施例，以这种方式设计内部容器，或者以这种方式在内部容器中布置配重，使得内部容器的重心(22)在容纳有效载荷时被偏心设置于内部容器的旋转中心(23)的下方。内部容器的重心偏心设置，并位于内部容器的旋转中心下方。以这种方式，因为内部容器在外部容器的内侧的壳体中可自由移动，所以即使外部容器倾斜，它也能够通过重力保持或重新建立直立位置。就此而言参见图2c-e，其示出了该实施例的变量，其中(a)内部容器的重心具有横向偏移，使得内部容器在静止位置时采用限定的倾斜角，与外部容器的方位无关，或者(b)使用合适的致动器周期性地以横向或圆形方式移动内部容器的重心，以便连续摇动有效载荷。根据本发明的另一实施例，在外部容器的第一部分的球形帽的内径与内部容器的球形形状的外径之间限定间隙。根据本发明的另一实施例，一定量的液体被设置在所述间隙中。优选地，所述液体是亲水的，更优选地，所述液体是水。如本文所用，术语“亲水的”涉及被吸引到水分子并倾向于被水溶解的分子或其他分子实体。它们通常是电荷极化的并且能够氢键键合。亲水性液体包含此类极性分子，因此也能够进行氢键键合。这尤其适用于水，但也适用于(低度)酒精。水(h2o)是极性无机化合物，在室温下为无味道无气味的液体。水分子彼此形成氢键并且是强极性的。酒精包含极性的羟基，因此是亲水的，但还包含非极性的碳链部分，即疏水的。随着碳链变长，酒精分子总体上变得越来越疏水。亲水性液体的示例包括但不限于水、酒精、氨、一些酰胺(例如尿素)和一些羧酸(例如乙酸)。根据本发明的另一实施例，内部容器和/或外部容器的表面是疏水的。如本文所用，术语“疏水的”涉及被水分子排斥的分子或其他分子实体。它们是非极性的，因此倾向于不溶于水，而是更喜欢其他中性分子和非极性溶剂。疏水表面具有排斥水的能力。通常，可以通过水滴与表面本身之间的接触角来测量表面的疏水性。疏水表面上的水滴将非常容易流动，并以大于90度的接触角保持其球形形状[8]，而超疏水材料具有的大接触角大于150度且难以润湿。疏水性分子的示例通常包括烷烃、油、脂肪和油性物质。根据本发明的另一实施例，内部容器具有比所述液体低的比重。如本文所用，术语“比重”定义为每单位体积材料的重量。比重的符号是γ(希腊字母gamma)。比重的si单位为[n/m3]。比重可以表示为γ＝ρag其中，γ＝比重(n/m3)ρ＝密度[kg/m3]ag＝重力加速度(正常条件下为9.81[m/s2])下表显示了一些常见材料的比重。产品比重[kn/m3]空气0,011772铝27铜89乙醇7.74海水10.03不锈钢78-80水9.81挤塑聚苯乙烯泡沫0,4905膨胀聚苯乙烯(eps)0,0108–0,0314膨胀聚丙烯(epp)0,1196–0,1177木材4,6107-10,3986热塑性塑料7,848–21,582特氟龙21,582根据本发明的另一实施例，内部容器的低比重产生内部容器的浮力。阿基米德原理指出，施加在浸没于流体中的物体上的向上浮力，无论是完全浸没还是部分浸没，都等于该物体排出的流体的重量并向上作用在所排出流体的质心处。因此，如果物体的比重低于水的比重，则该物体将漂浮在水面上。在该实施例中，内部容器漂浮在所述液体上，因此避免了内部容器与外部容器的第一部分内侧的壳体内表面之间的任何摩擦。这使得即使在外部容器倾斜时内部容器也始终保持或重新建立直立位置。根据本发明的另一实施例，所述液体最大程度充满一半外部容器。在该实施例中，所述液体的填充水平确保内部容器漂浮在所述液体内。因此，所述液体起到浮力的作用并且不充当润滑剂。由于内部容器的表面与外部容器的第二部分内侧的壳体表面之间没有直接接触，因此在所述区域中也没有摩擦。这使得即使在外部容器倾斜时内部容器也始终保持或重新建立直立位置。术语“液体充满一半”是指一旦将内部容器设置在外部容器中，液体就仅到达内部容器的赤道位置。优选地，外部容器被最大填充25％，优选最大15％，更优选最大10％，更优选最大5％，更优选最大2％的水。在所有情况下，一旦将内部容器放置在外部容器中，液体最大达到内部容器高度的25％，15％，10％，5％或2％。根据本发明的另一实施例，在所述间隙中设置润滑剂。所述润滑剂也减小内部容器与外部容器的第一部分内侧的壳体内表面之间的摩擦。这使得即使外容器倾斜，内部容器也始终保持或重新建立直立位置。根据本发明的另一实施例，在所述间隙中设置至少两个球或球轴承。球也减小内部容器与在外部容器的第一部分内侧的壳体内表面之间的摩擦。这使得即使在外部容器倾斜时内部容器也始终保持或重新建立直立位置。根据本发明的另一实施例，至少a)在外部容器的第一部分内侧的壳体内表面，和b)内部容器下部的外表面包括在相互作用时建立低摩擦系数的材料。术语“低摩擦系数”涉及静摩擦(μs)。优选地，在相互作用时，所使用的涂层建立的摩擦系数<0.2μs或更小。所述条件例如适用于以下材料对：以此方式，减小了内部容器与外部容器的第一部分内侧的壳体内表面之间的摩擦。这使得即使外部容器倾斜时，内部容器也始终保持或重新建立直立位置。间隙的宽度可以取决于设置在外部容器的第一部分内侧的壳体表面和内部容器下部的表面之间的材料。根据一个实施例，其中施加有一定量液体的间隙的宽度在≥2mm且≤15mm的范围内，以允许内部容器漂浮。这样，为内部容器浮动提供了足够的自由度。同样地，表面之间的摩擦被减小到最小。此外，这样相对宽的间隙使得内部和外部容器的生产更加容易，因为允许更大的公差。在该实施例中，由于间隙的宽度大，所以在内部容器的表面与外部容器的第一和第二部分内侧的壳体表面之间没有直接接触，因此内部和外部容器之间没有摩擦。这使得即使在外部容器倾斜时内部容器也始终保持或重新建立直立位置。在一个实施例中，在其中施加润滑剂的间隙的宽度几乎无限小地小，具有一般公差，使得两个表面仅通过润滑剂薄膜彼此分开。通常，润滑剂的使用要求间隙的宽度小于要施加一定量液体的间隙的宽度。这再次使制造工艺更加苛刻。在一个实施例中，间隙不宽于2mm。在包括球或球轴承的一个实施例中，间隙的宽度取决于球或球轴承延伸到间隙中的长度(例如参见图3b)加公差(如果适用)。在一个包括形成低摩擦系数的表面的实施例中，间隙的宽度可以无限小地小(具有一般公差)，使得两个表面彼此直接接触。通常，这样的实施例对制造工艺有很高的要求。在一个实施例中，间隙的宽度不宽于2mm，优选不宽于1.5mm，最优选不宽于1mm。根据本发明的另一实施例，内部容器和/或外部容器包括作为绝热体的材料。如本文所用，术语“绝热体”是指提供减少的热传递的物体或材料，即，在不同温度的物体之间、在热接触的物体之间或在辐射影响范围内的物体之间热能的传递。可以通过专门设计的方法或工艺以及合适的物体形状和材料来实现绝热。材料的绝热能力是导热系数(k)的倒数。低导热率等效于高绝热能力(热阻值)。导热系数k用瓦特每开尔文每米(w·m-1·k-1或w/m/k)测量。导热系数取决于材料，对于流体，取决于温度和压力。为了进行比较，通常使用标准条件下(1atm下20℃)的导热系数。对于某些材料，导热系数也可能取决于热传递的方向。下表显示了某些材料在大气压和293k(20℃)附近的导热系数。根据本发明的另一个实施例，外部容器还包括第二部分，该第二部分在内侧包括具有球形帽形状的壳体，该球形帽具有内径和开口，其中球形帽的开口面向下方。此部分用作容器的盖子，并提供绝缘和保护。所述球形帽具有与外部容器的第一部分中包括的球形帽基本相同的半径。当外部容器的第二部分设置在第一部分的顶部时，两个半球形帽形成一个球体。在这样的实施例中，当外部容器不是仅倾斜几度而是90度或180度时，内部容器得到充分保护，最终要求内部部分可以旋转360度并且始终直立。根据本发明的另一实施例，设备还包括选自由以下构成的组中的至少一个：a)加热单元，b)冷却单元，c)温度传感器和/或记录器，d)加速度传感器和/或记录器，f)地理定位传感器和/或记录器，g)可识别的标记或标签，h)用于使重心相对于球体中心移动的机械致动器。加热单元和/或冷却单元可以包括热包，该热包包括例如由fernwald的deltatgmbh生产的冰或干冰，或所谓的流体元件。加热单元和/或冷却单元还可以包括热电元件，例如珀耳帖元件。温度传感器和/或记录器可以是本领域中可用的任何合适的传感器和/或记录器(也称为“记录仪”)。它优选由电池驱动，并且覆盖–50和+50℃之间的温度范围。加速度传感器和/或记录器可以是本领域中可用的任何合适的传感器和/或记录器(也称为“记录仪”)。这样的加速度传感器和/或记录器例如内置在本领域可用的大多数移动电信设备中。地理定位传感器和/或记录器可以是本领域中可用的任何合适的传感器和/或记录器(也称为“记录仪”)。这样的地理定位传感器和/或记录器内置在例如本领域可用的大多数移动电信设备中。可识别标记或标签可以是提供可由合适设备读取的数字签名的任何标记或标签。这样的标记或标签可以是可用合适的光学读取器识别的条形码或qr码，但是也可以是可通过射频识别(rfid)或近场通信(nfc)读出的标记或标签。机械致动器可由电池驱动，并且可以是具有偏心负载的机械转子或以连续的预编程方式来回移动负载或远程控制的线性电动机。根据本发明的另一实施例，有效载荷兼用作配重。这有助于整个生产过程。根据本发明的另一实施例，有效载荷是选自由以下构成的组中的至少一个：·一个或多个多孔板或微量滴定板，或包含一个或多个此类板的容器，·微流体系统或微流体芯片，和/或·细胞培养皿和系统。通常，有效载荷可以是需要直立或稳定运输的任何有效载荷。优选地，多孔板或微量滴定板或微流体芯片或细胞和组织培养皿是含有液体/介质并包含一种或多种细胞、细胞培养物、微组织、3d组织、球状组织、复合组织、组织样本、组织切片等的板等。根据本发明的另一实施例，外部容器和/或内部容器包括选自由以下构成组中的材料：·挤塑聚苯乙烯泡沫·膨胀聚苯乙烯(eps)·膨胀聚丙烯(epp)·金属·木材·热塑性塑料·最小化摩擦的材料，例如特氟龙示例尽管已经在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的附图标记并不用于限制范围。示例1：开发并测试了运输设备的原型。该设备装在一个普通的运输箱中，该运输箱一直没有打开。外部容器和内部容器的两个部分被封闭，并用硅酮将其水密密封。在两个壳体之间充满水，使内部壳体能够相对于外部壳体自由旋转。为了记录壳体的方位，将一个加速度计与运输的货物一起放置在箱子内部，并将一个加速度计放置在箱子的外部。直立方位在z方向上等于-1g的值，在x和y方向上等于0的值。图6a和6b显示了从瑞士到美国的跨大西洋飞行货物的数据。箱子的加速度数据显示，箱子经过约30小时的飞行后已被翻转并倒置。内浮球仍然保持向上。图6b中的数据显示z方向加速度的恒定值为-1。图6c显示了25个小时地面运输模拟的数据。显示了货厢内部的z向加速度数据。在图形上方，描述了外箱的方位和箱子的运输。箱子的倾斜和翻转得到了很好的补偿，并且内部球体保持在直立位置，而与外部箱子的运输和方位无关。附图标记10运输设备11外部容器11a外部容器的第一部分11b外部容器的第二部分12a在外部容器内侧具有球形帽形状的壳体13壳体12a的开口14内部容器15b内部容器的上部15a内部容器的下部16内部容器的内部中空容积17有效载荷18间隙19置于间隙中的液体20球轴承21.1、21.2、21.3榫槽接头21.4o形圈22内部容器的重心23内部容器的旋转中心30微孔板31孔32密封膜33中央凹槽34生物标本35培养液36配重37线性致动器38圆形致动器。当前第1页12