专利名称：在液体取样移液管中精确量取液体的系统和方法
技术领域：
本发明通常涉及一种用于吸取和分配可调体积的液体的移液管。更具体地说，本发明涉及一种量取精确体积的液体的液体取样移液管。
背景技术：
在药物、基因和蛋白质研究、生物研究、药物开发实验室以及其它生物技术应用领域中，利用移液管在各种实验室操作规程中来操纵实验室样品。利用移液管将一定体积的液体吸入移液管内。所述体积的液体然后可分配成一个或多个分配体积。活塞驱动机构通过使活塞组件移动，来控制液体以特定的体积进行吸取和分配。移液管可以人工方式来操作，其中使用者利用压敏旋钮人工控制液体吸取或分配的速度及体积。或者是，移液管可以电动方式来操作，其中电机控制液体的吸取和/或分配。在任一种方式中，移液管都可具有诸如显示所需吸取体积的电子元件。使用者利用安装到移液管上的显示器可选择多种参数，包括速度、体积、吸取数、分配数等。活塞杆的运动由活塞驱动组件施加的推力来控制。在电动移液管中，活塞杆的运动一般由位于移液管外壳内的小处理器来控制。
无论是在电动还是非电动移液管中，基于各种现象都会出现由移液管实际调节的液体量误差。一个观察现象发生在要求小体积取样的时候。实际取样体积大于所需体积。对于小的取样体积，误差是由于毛细管现象造成的。反之，对于大的所需液体体积，实际取样体积小于所需体积。对于大的取样体积，误差是由于压缩液体的液柱重量造成的。此外，误差的出现是基于移液管相比于校准温度的当前操作温度。例如，移液管的加热发生在由使用者实施的延长操纵之后。移液管的加热导致调节所吸取或分配的液体量的元件发生膨胀，由此产生所需吸取体积的误差。在冷移液管中，元件收缩。其它误差的出现，是基于与校准时的大气状况不同的移液管当前的大气状况。例如，操作移液管时的大气温度、压力和/或湿度可以不同于移液管校准时的大气参数。因此，需要的是一种移液管的当前物理状况和/或当前所需体积的校正方法，借此能够在液体操纵移液管中精确调节所需的液体体积。进一步需要的是，一种提高移液管的精度同时降低移液管的销售价格并使制造简化的方法。
发明概述本发明的一个示范实施例涉及一种通过校正移液管的当前物理状况来调节液体操纵移液管中的所需液体体积的方法。这种方法包括(但不限于)在移液管上选择所需的体积，移液管包括活塞驱动机构，活塞驱动机构被构造成能够接触活塞组件，从而使活塞组件的活塞杆在尖端保持器内移动，借此调节尖端保持器内的液体量，所需体积代表将要调节的液体量；利用体积表征计算校正体积，其中体积表征是作为所需体积的函数的在尖端保持器内调节的液体量差，体积表征利用校准过程来确定；以及向使用者显示移液管的校正体积，借此调节尖端保持器中的所需液体体积。
本发明的另一个示范实施例涉及一种通过校正移液管的当前物理状况来调节液体操纵移液管中的所需液体体积的装置。这种装置包括(但不限于)主体、尖端保持器、活塞组件、活塞驱动机构、体积选择器、显示器和处理器。尖端保持器安装到主体上。活塞组件安装到尖端保持器上，并包括(但不限于)装配在尖端保持器内的活塞杆。活塞驱动机构包括(但不限于)具有接触活塞组件的表面的控制杆。活塞驱动机构被构造成能够在尖端保持器内移动活塞组件的活塞杆，借此调节尖端保持器中的液体。体积选择器安装到主体上，并且被构造成能够允许使用者选择所需的体积。所需体积代表将要调节的液体量。显示器安装到主体上。处理器耦合到显示器和体积选择器上，并且被构造成能够利用体积表征计算校正体积。体积表征是作为所需体积的函数的在尖端保持器内调节的液体量差。体积表征利用校准过程来确定。显示器向使用者显示移液管的校正体积，借此调节尖端保持器中的所需液体体积。
在阅读下面的附图、详细描述和所附的权利要求书之后，本发明的其它主要特征和优点对于本领域的技术人员来说，将变得显而易见。
附图简述随后将参照附图来描述优选实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件。
图1是按照本发明一个示范实施例的电子移液管的截面图。
图2是图1的电子移液管的活塞驱动机构、活塞组件、尖端保持器和外部尖端顶推顶推机构的截面图。
图3是按照本发明一个示范实施例的非电动移液管的截面图。
图4是按照本发明第一示范实施例联接到校准仪上的图3的非电动移液管的截面图。
图5是图4的移液管的示范校准操作的流程图。
图6是表示移液管中的实际体积与校正体积之间的调节误差的图表。
图7是表示按照本发明一个示范实施例的体积表征的第一示范表。
图8是表示按照本发明一个示范实施例的体积表征的第二示范表。
图9是表示在不同操作条件下的移液管中的实际体积与校正体积之间调节误差的图表。
图10是按照本发明一个示范实施例的移液管的示范操作的流程图。
图11是按照第二示范实施例的图3的非电动移液管的活塞驱动机构的截面图。
图12是按照第三示范实施例的图3的非电动移液管的活塞驱动机构的截面图。
图13是按照第四示范实施例的图3的非电动移液管的尖端保持器和周围壳体的截面图。
图14是按照图13的第四示范实施例的传感器的截面图。
图15是按照第五示范实施例的图3的非电动移液管的活塞驱动机构和活塞组件的截面图。
图16是按照第五示范实施例的图5的非电动移液管的活塞组件的侧视图。
优选实施例的详细描述正如此公开文本中所用的，术语“安装”包括接合、联合、连接、结合、插入、悬挂、保持、贴附、附着、紧固、束服、粘贴、固定、螺钉、旋拧、铆接、焊接、焊缝以及其它类似术语。术语“调节”包括移液管中的液体的吸取和/或分配。参照图1和2的示范实施例，电子移液管30能够接受指令自动将一系列液体体积吸取和分配到一个或多个尖端保持器36内。电子移液管30包括许多元件和子系统，这些元件和子系统一起提供吸取和分配精确体积的液体的多种操作方式。电子移液管30的元件和子系统包括(但不限于)壳体32、活塞驱动机构34、活塞组件35、尖端保持器36、内部动力子系统38、外部尖端顶推机构40、内部尖端顶推机构42、控制电子卡44、显示器170和体积选择器172。其中一些元件和子系统是本领域技术人员公知的，因此在此处无需详细描述。壳体32通常是中空的，并用作移液管30的其它元件的定位参比。大部分移液管元件直接或间接安装到壳体32上。壳体32为使用者提供把手，以便把持移液管30，并由此成为在操作移液管时直接接触使用者手的移液管部分之一。
内部动力子系统38可包括电池120、连接器122和电池壳124。电池壳124容纳电池120并装配到壳体32内。电池可向诸如活塞驱动机构34和/或控制电子卡44提供动力。连接器122向控制电子卡44提供电连接。控制电子卡44包括(但不限于)处理器、存储器、时钟和其它相关电子器件(未示出)。
活塞驱动机构34通过沿尖端保持器36内的纵轴A-A移动活塞组件35内的活塞杆94，而通过尖端保持器36吸取和分配特定体积的液体。活塞的运动产生空气位移，从而将液体吸入或分配到尖端保持器36内或者从尖端保持器36中吸取或分配。活塞驱动机构34可以诸如通过体积选择器202的转动(如图3所示)由使用者人工控制，或者利用电机70自动控制。参照图2的示范实施例，活塞驱动机构34可包括(但不限于)电机70、控制杆72、控制杆尖端74、控制杆支架76、外壳78和尖端保持器固定钮80。活塞驱动机构34可拆卸地安装在移液管30的壳体32之内，从而控制杆72沿纵轴A-A延伸。
电机70在安装到控制电子卡44上的处理器的控制下移动控制杆72。电机70可利用本领域技术人员公知的各种机电装置来执行。电机70使控制杆72在纵轴A-A的上下精确移动，从而将液体吸入或分配到尖端保持器36中或从尖端保持器36中吸取或分配。电机70与控制电子卡44的处理器接口，电机70从控制电子卡44接收用于控制控制杆72位移的电信号。控制电子卡44可包括与电机70通讯的一个或多个连接器或接口。控制杆尖端74安装到与电机70对置的控制杆72的一端。例如，控制杆尖端74可旋拧到控制杆72之上或之内。控制杆支架76保持控制杆72沿纵轴A-A的位移。外壳78安装到控制杆支架76上，并包围延伸到控制杆支架76之外并形成插座的一部分控制杆72和控制杆尖端74。
参照图2的示范实施例，活塞组件35包括(但不限于)活塞头92、活塞杆94、活塞壳96、活塞复位弹簧98和弹簧导杆100。活塞头92可以是用金属或塑料材料形成的圆盘。活塞头92具有第一面91。活塞杆94安装到活塞头92上，并在与活塞头92的第一面91对置的大致垂直的方向上延伸。活塞杆94具有通常为圆柱形的形状。
活塞壳96安装到活塞头92上，在与活塞头92的第一面91对置的大致垂直的方向上延伸，并包围活塞杆94。活塞壳96具有通常为圆柱形的形状，并且可以包括一个或多个锥形截面。活塞复位弹簧98安装到活塞壳96上，并沿纵轴A-A在与活塞头92的第一面91对置的大致垂直的方向上延伸。在一个示范实施例中，活塞复位弹簧98在活塞壳96上方滑动，并借助于活塞复位弹簧98与毗邻活塞头92的活塞壳96截面之间的摩擦力保持就位。活塞组件35滑入活塞驱动机构的外壳78内(如图2所示)。
如图2的示范实施例所示，尖端保持器36包括(但不限于)上管110、下管112和O形环114。下管112安装到上管110上。例如，下管112可包括旋拧到上管110的互补螺纹表面内的螺纹端。上管110和下管112可包括一个或多个锥形截面。O形环114位于上管110与下管112之间的下切口中。O形环114在活塞杆94与下管112之间提供水密连接。管固定螺母84在尖端保持器36上方滑动，尖端保持器36压在活塞组件35上，借此相对于壳体32和活塞驱动机构34来固定尖端保持器36。
控制杆尖端74接触活塞驱动机构34的外壳78内的活塞组件35的第一面91。当分配液体时，活塞驱动机构34通过控制杆尖端74沿纵轴A-A的位移，而将活塞组件35在控制杆尖端74接触第一面91的那一点从活塞驱动机构34推开。活塞复位弹簧98压靠在由管固定螺母84保持就位的弹簧导杆100上。当吸取液体时，活塞驱动机构34将控制杆尖端74移向活塞驱动机构34。由于活塞复位弹簧98的压缩力作用，导致第一面91不管此位移，仍然与控制杆尖端74接触。
外部尖端顶推机构40和内部尖端顶推机构42将尖端130从移液管30的吸取和分配端顶推，从而避免样品可能发生的污染。内部尖端顶推机构42包括(但不限于)顶推钮140、固定圆柱体142、钮圆柱体144、圆柱主体146、杆148、顶推弹簧150和安装支柱152。固定圆柱体142安装到壳体32上。安装支柱152安装到壳体32和/或固定圆柱体142上。固定圆柱体142和安装支柱152仍旧固定到壳体32上。顶推钮140安装到钮圆柱体144上。顶推钮140可围绕纵轴A-A旋转，借此利用使用者的左手或右手进行舒适的操作。钮圆柱体144可滑动地安装到固定圆柱体142上，以允许钮圆柱体144移动，同时顶推钮140压下，以顶推尖端130。圆柱主体146安装到钮圆柱体144上。杆148安装到与钮圆柱体144对置的圆柱主体146的一端上。顶推弹簧150在第一端156安装到圆柱主体146上，在第二端158安装到安装支柱152上。顶推钮140的压下将杆148向尖端130驱动。顶推弹簧150导致杆148在相反方向上返回，借此在顶推钮140释放时将顶推钮140移回到原始位置。
参照图2，外部尖端顶推机构40包括(但不限于)顶推刀片156和顶推刀片调节钮158。顶推刀片156具有遵循尖端保持器36的外部形状的弯曲形状。顶推刀片156具有第一端160和第二端162。第二端162包括在尖端保持器36上方滑动的封闭式圆柱体。结果，顶推钮140的压下导致顶推刀片156沿尖端保持器36移动，因此利用第二端162从尖端保持器36顶推尖端130。安装到第一端160附近的顶推刀片156上的顶推调节钮158的旋转，导致顶推刀片156的第二端162将尖端保持器36上移或下移。沿尖端保持器36调节顶推刀片156的位置，使得外部尖端顶推机构40顶推各种类型的尖端。
移液管30可包括与计算设备通讯的通讯接口。计算设备可以是任何形式的计算机，这些形式包括桌面型、膝上型、个人数据助理型等。计算设备在物理上远离移液管30。通讯接口可位于与尖端130对置的壳体32的顶部，以便使用者容易触及，而无需中断移液管30的操作。移液管30与计算设备之间的通讯可利用多种传输技术，这些技术包括(但不限于)码分多址联接(CDMA)、移动通讯的全球系统(GSM)、通用移动电讯系统(UMTS)、时分多址联接(TDMA)、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、短信服务(SMS)、多媒介通信服务(MMS)、电子邮件、瞬时通信服务(IMS)、蓝牙、IEEE 802.11等。移液管30与计算设备可利用多种媒介来通讯，这些媒介包括(但不限于)无线电、红外、激光、电缆连接等。由此，通讯接口可利用有线连接和/或无线连接。
有线连接可包括与移液管30的通讯接口相连的第一端和与计算设备的通讯接口相连的第二端。在一个示范实施例中，移液管30的通讯接口满足电气和电子工程师学会(IEEE)的1394小型标准。在一个示范实施例中，计算设备的通讯接口可以是为接收通用串联总线连接器而设计的RS 232型。在又一个实施例中，移液管30的通讯接口和/或计算设备的通讯接口可以是以太网接口。
无线通讯接口可连接从短到长的多个距离的设备。移液管30和计算设备可支持广播和接收无线信号的处理。无线信号可以诸如采用IEEE 802.11TM标准，利用802.11a、802.11b、802.11f或802.11g版本。此外，无线信号可以诸如采用蓝牙标准，其中IEEE 802.15.1是最新版本。IEEE 802.11TM说明书规定无线局域网(WLANs)的无线标准，该网络在无线客户与基地站或存取点之间以及在其它无线客户之间提供“上空(over-the-air)”接口。IEEE 802.15工作组提供低复杂性和低功率消耗无线个人区域网(PANs)例如由蓝牙说明书支持的那些。
参照图3，在一个示范实施例中表示出非电动移液管200的截面图。非电动移液管200的元件和子系统包括(但不限于)体积选择器202、壳体204、活塞驱动机构206、活塞组件208、尖端保持器210、电池212、尖端顶推机构214、显示器216、控制电子卡218和一种尖端的指示器256。其中一些元件和子系统是本领域技术人员公知的，因此在此处无需非常详细地描述。体积选择器202包括旋钮220和调节螺栓222。旋转旋钮220导致调节螺栓222沿纵向A-A上下移动，借此改变所需的吸取或分配体积。
壳体204是用单片材料制成的。在一个示范实施例中，该材料是塑料。壳体204通常是中空的并用作移液管200的其它元件的定位参比。例如，调节螺栓222的位置是可以相对于壳体204进行调节的，并控制所需液体体积的设定，以便进行调节。由此，其中许多移液管元件直接或间接安装到壳体204上。壳体204包括(但不限于)窗口，通过此窗口能够观察显示器216。窗口是用玻璃或透明塑料制成的。壳体204为使用者提供一个用于把持移液管200的把手，并因此是在操纵移液管时与使用者的手发生接触的移液管部分之一。
活塞驱动机构206通过沿纵轴A-A移动活塞组件208内的活塞杆224，而导致通过尖端保持器210吸取和分配所需体积的液体。活塞杆的运动产生空气位移，从而将液体吸入或分配到尖端保持器210或从尖端保持器210吸取或分配。活塞驱动机构206可包括(但不限于)控制杆226、控制杆尖端228、控制杆支架230、外壳232和尖端保持器固定钮234。活塞驱动机构206可拆卸地安装在移液管200的壳体204内，从而控制杆226沿纵轴A-A延伸。在一个示范实施例中，尖端保持器固定钮254安装到固定移液管200的内部的尖端保持器固定钮234上。
旋钮220的旋转导致控制杆226的平移。控制杆尖端228安装到与旋钮220对置的控制杆226的一端上。例如，控制杆尖端228可旋拧到控制杆226之上或之内。控制杆支架230维持控制杆226沿纵轴A-A的位移。外壳232安装到控制杆支架230上，并包围在控制杆支架230之外延伸从而形成插座的部分控制杆226和控制杆尖端228。
活塞组件208包括(但不限于)活塞头236、活塞杆224、活塞壳240、活塞复位弹簧242和弹簧导杆244。活塞头236可以是用金属或塑料材料制成的圆盘。活塞头236具有第一面246。活塞杆224安装到活塞头236上，并在与活塞头236的第一面246相反的大致垂直的方向上延伸。活塞杆224具有通常为圆柱形的形状。
活塞壳240安装到活塞头236上，在与活塞头236的第一面246相反的大致垂直的方向上延伸，并包围活塞杆224。活塞壳240具有通常为圆柱形的形状，可包括一个或多个锥形截面。活塞复位弹簧242安装到活塞壳240上，并沿纵轴A-A在与活塞头236的第一面246相反的大致垂直的方向上延伸。在一个示范实施例中，活塞复位弹簧242在活塞壳240上方滑动，并借助于活塞复位弹簧242与毗邻活塞头236的活塞壳240的一个截面之间的摩擦力保持就位。当装配时，活塞组件208滑入活塞驱动机构206的外壳232内(如图3所示)。
如图2的示范实施例所示，尖端保持器210包括(但不限于)上管248、下管250和O形环252。下管250安装到上管248上。例如，下管250可包括旋拧到上管248的互补螺纹表面内的螺纹端。上管248和下管250可包括一个或多个锥形截面。O形环252位于上管248与下管250之间的下切口中。O形环252在活塞杆224与下管250之间提供水密连接。管固定螺母254在压靠到活塞组件208上的尖端保持器210的上方滑动，借此相对于壳体204和活塞驱动机构206固定尖端保持器210。
控制杆尖端228接触活塞驱动机构206的外壳232内的活塞组件208的第一面246。当分配液体时，活塞驱动机构206通过控制杆尖端228沿纵轴A-A的位移，而在控制杆尖端228接触第一面246的那一点将活塞组件208从活塞驱动机构206推开。活塞复位弹簧242压靠在由管固定螺母254保持就位的弹簧导杆244上。当吸取液体时，活塞驱动机构206将控制杆尖端228向活塞驱动机构206移动。不管此位移，第一面246由于活塞复位弹簧242的压力力，仍然与控制杆尖端228保持接触。
尖端顶推机构214将尖端130从移液管30的吸取和分配端顶推，从而以与上面参照图2和3所述类似的方式避免样品可能发生的污染。显示器216向移液管的使用者显示信息。例如，使用者通过旋转旋钮220而选择的所需体积可显示在显示器216上。控制电子卡218包括(但不限于)处理器、存储器、时钟以及控制显示器216和调节移液管200的其它相关电子器件(未示出)。电池向诸如显示器216和控制电子卡218提供能量。
参照图4，移液管200在校准过程中通过连线262连接到天平260上。连线262通过终端264连接到移液管200上，从而使天平260与移液管存储器之间直接进行数据通讯。例如，终端264可以是RS232型连接器。在又一个实施例中，移液管30可以类似的方式来使用。
参照图5，该图是利用图4的移液管200的校准过程的示范操作流程图。在操作278，利用天平260确定移液管200的空载重量。在操作280，使用者选择校正体积，以便在移液管200上进行调节。在操作282，使用者利用移液管200吸取所需的体积。在操作284，利用天平260测量包含所吸液体的移液管200的吸取重量。在操作286，基于移液管200的吸取重量与移液管200的空载重量之差以及本领域技术人员公知的被吸液体的物理特性，计算实际吸取体积。在操作288，将所计算的实际体积传送给移液管200，在此处其存储在含有校正体积的存储器中。例如，校正体积和所测定的实际吸取体积可在本领域技术人员公知的数据库或表格中进行存储。在操作290，进行试验确定，是否应该吸取额外的校正体积。如果确定是肯定的，则重复操作280-288，以便吸取额外的校正体积。在又一个实施例中，针对每个额外的校正体积计算空载重量。在操作292，如果使用额外的校正体积，则确定以被调节的液体量差作为校正体积函数的体积表征。
参照图6，该图表示出理想的响应曲线294和测量响应曲线296。理想的响应曲线294表示精确吸取校正体积的理想移液管。测量响应曲线296表示移液管的实际响应。曲线294与曲线296之差表示调节误差。例如，在参照图5描述的校准过程中，选择三个校正体积A、B和C。基于校正体积A，在校准过程中测定实际体积Aa。调节误差298是校正体积A与实际体积Aa之差或者是Aa-A。同样，调节误差300是校正体积B与实际体积Ba之差或者是Ba-B。再者，调节误差302是校正体积C与实际体积Ca之差或者是Ca-C。
校正体积例如A和相应的实际吸取体积Aa限定出校正数据点。在校准过程中使用的校正数据点越多，计算出的测量响应曲线296的近似值就越精确。正如模拟领域的技术人员所公知的，可采用多种方法，利用包括校正体积和调节误差或实际吸取体积的校正体积数据，来近似测量响应曲线296。可利用这些方法中的任一种来确定体积表征，以便确定测量响应曲线296的体积而不是校正体积。
例如，利用多种曲线拟合算式提供与一组数据点的最佳拟合。曲线拟合算式的输出是一个方程式。例如，可利用nth级多项式，用A、B和C处的校正数据点来近似测量响应曲线296。由此，利用一个或多个数据点，来确定体积表征。例如，体积表征可以是用曲线拟合算式定义的方程式。如果一个方程式不适合模拟测量响应曲线296，就定义额外的方程式来限定出两个校正体积之间的所需吸取体积的响应值。例如，基于测量响应曲线296，线性方程式适合大于B的体积。然而，对于小于B的体积，多项式可更好地近似测量响应曲线296。在这种情形下，体积表征包括两个方程式。
或者，体积表征可以是包含多个校正数据点的表格。实际吸取体积的确定，通过利用预定方程式在校正数据点之间内插或从校正数据点外推来实现。或者，用于内插和/或从校正数据点外推的方程式可包括在表格中。正如本领域技术人员公知的，数据可捕获在表格中。表格可以是任何形式的，包括(但不限于)以文件或数据库形式定义的表格。参照图7，为了举例说明，该图示出了表格304，此表格表示出作为校正体积A、B和C的函数的调节误差。实际吸取体积和调节误差中的任一个或二者都能够存储在表格295中。
或者是，在图8所示的表格306中，包括与方程式一起使用的方程式指数(indicator)和相关内容。例如，方程式指数为1时表示，仅用“常数1”描述每个校正体积之间的测量响应曲线296的线性方程式。方程式指数为3时表示，用“常数1”、“常数2”和“常数3”描述每个校正体积之间的测量响应曲线296的二级多项方程式。由此，方程式2.7+0.5A+0.01A2定义出小于A的所需体积的校正体积。方程式4.6-1.6A定义出大于A且小于B的所需体积的校正体积。方程式2.9+8.9A定义出大于B的所需体积的校正体积。
在一个示范实施例中，至少用两个校正体积来定义体积表征。优选的是，两个校正体积之一是移液管的最小操作体积，另一个是移液管的最大操作体积。利用移液管的最大体积进行的校正最大限度地考虑到机械瑕疵(尤其是螺栓位移路径和活塞直径)和尖端保持器内液体重量。利用移液管的最小体积进行的校正最大限度地考虑到机械瑕疵和毛细管现象。通过利用额外的校正体积可提高精度。恰恰相关的是，多种内插方法，正如本领域技术人员所公知的，在移液管操作过程中可用来确定与一个或多个校正体积不相等的所需体积的校正体积。
一个或多个方程式和/或表格基于移液管的附加物理状况，可用来定义体积表征。例如，基于移液管的类型可定义第一方程式和/或表格。针对特定移液管可定义第二方程式和/或表格，因为实际测定体积根据制造公差可不同，此公差在制造过程中允许移液管与移液管之间的元件发生改变。
作为附加实例，当移液管在不同大气温度的环境中操作时，测量响应曲线296可发生变化。参照图9，该图表示出三个测量响应曲线实例。例如，测量响应曲线308是在10℃的大气温度下限定出的。测量响应曲线310是在20℃的大气温度下限定出的。测量响应曲线312是在25℃的大气温度下限定出的。结果，不同的方程式或方程式组或表格可用来定义每个测量响应曲线308、310和312。由此，体积表征利用参数和所需体积来确定校正体积。正如本领域技术人员所公知的，可利用多种方法在多个曲线之间进行内插。由此，代表移液管的当前物理状况的参数可用来进一步定义移液管的体积表征，借此校正所吸取的体积的其它偏差源。
参数包括(但不限于)用于移液管的尖端种类、移液管的大气温度、部分移液管的温度、移液管的大气压、移液管腔内的压力、移液管的大气湿度以及将要调节的液体粘度。移液管使用者可利用尖端种类的指示器256来选择位于尖端保持器210上的尖端种类。具有不同尺寸和形状的尖端可产生不同的测量响应曲线。由此，安装到尖端保持器上的尖端种类可改变体积表征。此外，安装在移液管上的一个或多个传感器(如图11-16所示)可用来提供与体积表征一起使用的参数，以便基于移液管的大气温度、部分移液管的温度、移液管的大气压、移液管腔内的压力和移液管的大气湿度计算校正体积。传感器或指示器还可指示待调节的液体类型。在这种情形下，体积表征包括主要基于液体粘度对所选液体的校正。
通常，利用传感器测定的参数确定的体积表征是调节误差“C”，该误差是由处理器执行并接受大气压、大气温度和大气湿度这些测定参数的预定数学方程式。在一个示范实施例中，将“C”计算为C＝a*B+m，其中“B”是所需体积，“a”和“m”是预定校正值。“m”的值可以为零。参数“a”可以由以下公式定义a＝(1-Datm/e)/(Di-Datm)Di和Datm分别是被调节液体和空气的密度值，“e”是常数。
密度Di用具有由大气温度传感器测定的温度的预定数学方程式计算。在此实例中，Di＝g/f(Ti)，其中“g”是常数，“Ti”是所测定的温度，“f(Ti)”是预定多项式函数。例如Di＝1000/(999.87-0.06426Ti+0.0085045Ti2-0.0000679Ti3)在此公式中，Ti是摄氏度，Di是千克/米3。
以类似的方式，Datm用具有由传感器测定的可变大气压、大气温度和大气湿度的预定数学公式计算。在此实例中，Datm＝45Patm/(12908(Ti+273.15))+(Ti-0.02H)1000Patm是压力(帕斯卡)，H是湿度百分数。例如，H是40％的湿度(0.4)。
参照图10，该图表示出基于在校准过程中确定的体积表征来校正移液管在使用过程中的液体调节的示范操作。在操作320，使用者利用移液管选择将要调节的所需体积。在操作322，确定代表移液管的当前物理状况的参数。利用储存在移液管存储器中的体积表征，在操作324用处理器计算校正体积。体积表征确定作为所需体积和/或参数的函数的被调节液体量差，由此校正体积表示作为所需体积和/或参数的函数的被调节液体量差。在操作326，所需体积可显示给使用者。
在操作328，将校正体积显示给使用者。根据诸如公式在界定所需体积的两个较准数据点之间的内插，校正体积可以是实际吸取体积或所需体积的调节误差。在操作330，使用者基于所显示的校正体积可选择新的所需体积。例如，如果移液管不是电动的，则显示器可显示校正体积和所需体积。使用者相应地选择新的所需体积，直到校正体积在使用者要求的精度之内与所需体积匹配为止。
在又一个实施例中，校正体积显示为所需体积，从而基于所需体积和参数校正移液管的过程对使用者是透明的。由此，例如，利用电动移液管20，处理器可自动校正控制杆的位置，以包括调节误差。显示器显示也是校正体积的所需体积，因为处理器调整控制杆的位置，从而调节所需体积，尽管其包括移液管20的物理状况和所需体积的效应。由此，在以显示器的自动校正为特征的操作方式中，所需体积的显示自动合并校正。显示器随移液管的物理调节而改变，使用者无需进行任何调整。
高/低指数在操作332显示给移液管的使用者。高/低指数显示，调节误差是正的还是负的。高/低指数可以是减号，如果在实际体积高于较准体积时有用量不足的危险的话，高/低指数也可以是加号，如果在实际体积低于较准体积时有过量的危险的话。总之，在移液管的显示器上可向使用者提供三个信息所需体积、校正体积和高/低指数。校正体积可以是调节误差或实际体积。利用此信息，使用者能够调整所需体积，直到高/低指数显示出表示所需体积与校正体积之间在精度误差之内相等的正号或负号为止。在又一个实施例中，高/低指数不显示在移液管上。
在另一个实施例中，是否采用校正被调节体积的过程，是由使用者可选择的任选项目。由此，使用者可选择命令处理器不包括任何校正值，因为使用者利用移液管来调节液体。在又一个实施例中，移液管的处理器可以进行编程，以便仅在校正值大于诸如精度值时进行校正。选择预定的精度值，以便区分包括显著校正的情况和不包括显著校正的情况。这样的实施例，使使用者对移液管的操作进行最大控制。
图5所示的校准过程和图10所示的使用过程，由于以下现象而校正移液管的被调节液体量所需体积较低而导致的毛细管现象、所需体积较大而造成的液柱重量、移液管元件的不良制造、尖端的种类以及移液管的物理条件，包括部分移液管的温度、移液管的大气压、移液管腔内的压力、移液管的大气湿度和被调节液体的粘度。例如，当使用者操纵移液管的时间较长时，移液管由于和使用者的手接触而被加热，从而移液管的操作由于一些元件的热膨胀而发生变化。根据所概括的过程，移液管的精度能够得以维持，因为移液管加热，并且事实上在很多移液管操作条件下都维持移液管的精度。移液管可自动进行调整。或者是，所显示的校正体积可向使用者指示出变化，并且使用者可人工调整移液管。由于移液管是在制造之后进行校正的，因此对移液管制造中的所需精度要求不高。结果，移液管能够以更低的成本更容易地制造出来。也减少了机械系统的多种膨胀，这些膨胀经常导致直接影响所取的量的取样位移体积漂移。考虑到多个物理条件，可包括连续校正。
参照图11-16，所示出的示范传感器构造提供了用作体积表征的输入值的参数。参照图8，该图示出了移液管200的第二示范实施例。移液管还包括毗邻活塞驱动机构206的外壳232的安装的温度传感器340。温度传感器340的定位是为了测定部分移液管200的温度。在该示范实施例中，温度传感器340靠近控制杆226、控制杆支持体230和控制杆电子卡218。控制电子卡218可能产生导致活塞驱动机构206的一些元件膨胀的热量。温度传感器340安装在热膨胀最大的部分附近，由此，使机械元件的温度包括在待公知的取样序列中。温度传感器340经由电连接线342与控制电子卡218相连，以便处理器调整传感器测定的温度。
调整是利用由传感器测定的温度作为参数按照图11所示的过程来进行。在校准过程中，移液管一般针对大约20℃的吸取/分配液体进行操作。如果使用者调节不在20℃的液体，则被调节的体积就不对应于移液管显示器上的显示值。去除的体积由于多种原因不同于所需的体积。造成此误差的主要原因是，移液管内部的“死”体积的温热，移液管由于膨胀而导致使用者对液体的调节比预期调节/调整得少。已知，对于20℃的移液管给出了移液管校准说明，特别是设定额定取样体积的那些说明，处理器确定，此额定值的校正根据温度传感器340测定的温度和基于该温度的体积表征是否是必要的。
参照图12，该图表示出移液管200的第三示范实施例。移液管还包括毗邻活塞驱动机构206安装的大气压传感器350。在此实例中，传感器安装在电池212上方。大气压传感器350测定大气压，并将该信息传送给处理器，以便如前面所涉及的那样校正被调节的体积。移液管还可包括安装在尖端附近的尖端保持器外部的大气温度传感器352。在此部位，大气温度传感器352测定被调节液体附近的温度，即使传感器仅接触液体上方的空气，该温度也非常近似于液体的温度。大气温度传感器352刺穿尖端保持器的表面，进入内管356，以测定接近被调节液体的大气温度。大气温度传感器352经由电连接线354与控制电子卡218相连，以便处理器针对传感器测定的温度进行调整。在另一个实施例中，湿度传感器安装在移液管上与大气压传感器350类似的部位。
参照图13，该图表示出移液管的第四示范实施例。移液管还包括安装在尖端保持器210的下管上的大气温度传感器360。大气温度传感器360在尖端保持器的下管形成允许其被接收在设置在尖端保持器下末端的圆柱壳内的一个环。大气温度传感器360具有圆环一样的内壁，由此形成设置在一个圆内的曲线，此圆的中心位于与移液管纵轴A-A对置的壁上(如图14所示)。所形成的狭窄空气通道使横贯大气温度传感器360的空气速度增大，并允许通过顶推去除液体。大气温度传感器360经由电连接线362与控制电子卡218相连，以便处理器针对传感器测定的温度进行调整。
参照图15，该图表示出移液管的第五示范实施例。移液管还包括安装在移液管之内的活动部分上的大气温度传感器370。大气温度传感器370直接固定在活塞杆224的一端。在此部位，大气温度传感器370不接触被调节的液体。大气温度传感器370经由电连接线372与控制电子卡218相连，以便处理器针对传感器测定的温度进行调整。参照图16，电连接线372与垂直于移液管纵轴A-A、一个层压在另一个上的两个金属带374，376相连，并且在活塞头部。金属带374，376分别与安装在移液管壳体的两个刀片378，380接触。这种设置使得处理器与大气温度传感器370之间实现永久性的电接触，而无论活塞杆是否旋转。
本发明的示范实施例，有效地指导移液管利用各种粘性液体和尖端，在各种环境操作条件下精确吸取或分配液体体积，而不管移液管制造中的机械瑕疵。示范操作可利用非电动或电动移液管来实施。应该理解，本发明不局限于本文用作图示说明的具体实施例，而是含盖所有这些修改、组合及交换，这些都落在后面所附的权利要求书的范围内。所述的功能可以分布在数目不同的部件中，并且本文所述的功能分布没有脱离本发明的精髓。此外，在不脱离本发明的精髓的前提下，模块的执行顺序可以改变。由此，优选实施例的描述是为了图示说明的目的，而不具有限定作用。
权利要求
1.一种通过校正移液管的当前物理状况来调节液体操纵移液管中的所需液体体积的方法，所述方法包括在移液管上选择所需的体积，所述移液管包括活塞驱动机构，所述活塞驱动机构被构造成能够接触活塞组件，从而使所述活塞组件的活塞杆在尖端保持器内移动，借此调节所述尖端保持器内的液体量，所需体积代表将要调节的液体量；利用体积表征计算校正体积，其中所述体积表征是作为所需体积的函数的在所述尖端保持器内调节的液体量差，所述体积表征利用校准过程来确定；以及向移液管的使用者显示所述校正体积，借此调节所述尖端保持器中的所需液体体积。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括确定参数，所述参数表示移液管的当前物理状况；其中所述体积表征还是作为所述参数函数的在所述尖端保持器内调节的液体量差。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参数是尖端的种类。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述参数用安装在移液管上的传感器来测定。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述参数选自由以下参数构成的组移液管的大气温度、部分移液管的温度、移液管的大气压、移液管腔内的压力、移液管的大气湿度和液体粘度。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括将所需体积显示给移液管的使用者。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正体积是实际体积，所述实际体积表示基于所需体积的在所述尖端保持器内调节的液体量。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正体积是调节误差，所述调节误差代表所需体积与实际体积之差，所述实际体积代表基于所需体积的在所述尖端保持器内调节的液体量。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括使用者在移液管上选择新的体积，其中所述新体积包括调节误差。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括将高/低指数显示给使用者，所述高/低指数显示调节误差是正的还是负的。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述体积表征是表格，所述表格包括多个数据点，其中每个数据点包括校准体积数据点，其中所述校准体积数据点表示将要调节的液体体积，所述校准体积数据点是作为移液管的部分校准过程而选择的；以及校正体积，其中所述校正体积表示在校准体积数据点处的所述尖端保持器内调节的液体量。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述体积表征是一个表格，所述表格包括多个数据点，其中每个数据点包括校准体积数据点，其中所述校准体积数据点表示将要调节的液体体积，所述校准体积数据点是作为移液管的部分校准过程而选择的；以及校正体积，其中所述校正体积表示所述校准体积数据点与实际体积之差，其中所述实际体积表示在所述较准体积数据点处的所述尖端保持器内调节的液体量。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述体积表征是方程式。
14.一种通过校正移液管的当前物理状况来调节液体操纵移液管中的所需液体体积的装置，所述装置包括壳体；尖端保持器，所述尖端保持器安装到所述壳体上；活塞组件，所述活塞组件安装到所述尖端保持器上，并包括装配在所述尖端保持器内的活塞杆；活塞驱动机构，所述活塞驱动机构包括具有接触所述活塞组件的表面的控制杆，所述活塞驱动机构被构造成能够在所述尖端保持器内移动所述活塞组件的所述活塞杆，借此调节所述尖端保持器中的液体；体积选择器，所述体积选择器安装到所述壳体上，并且被构造成能够允许使用者选择所需的体积，所需体积代表将要调节的液体量；显示器，所述显示器安装到所述壳体上；处理器，所述处理器耦合到所述显示器和所述体积选择器上，并且被构造成能够利用体积表征计算校正体积，其中所述体积表征是作为所需体积的函数的在所述尖端保持器内调节的液体量差，所述体积表征利用校准过程来确定；其中所述显示器向移液管的使用者显示所述校正体积，借此调节所述尖端保持器中的所需液体体积。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，还包括物理状况指示器，所述物理状况指示器安装在一部分装置上，并且被构造成能够显示装置的当前物理状况；其中所述处理器与所述物理状况指示器耦合，并且所述体积表征还是作为所显示的当前物理状况的函数的在所述尖端保持器内调节的液体量差。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，还包括尖端，所述尖端安装在所述壳体上；其中所述物理状况指示器是尖端种类指示器。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述物理状况指示器是传感器。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述当前物理状况选自由以下参数构成的组移液管的大气温度、部分移液管的温度、移液管的大气压、移液管腔内的压力、移液管的大气湿度和液体粘度。
19.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述显示器还被构造成能够将所需体积显示给移液管的使用者。
20.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述校正体积是实际体积，所述实际体积表示基于所需体积的在所述尖端保持器内调节的液体量。
21.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述校正体积是调节误差，所述调节误差代表所需体积与实际体积之差，所述实际体积代表基于所需体积的在所述尖端保持器内调节的液体量。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述体积选择器还被构造成允许使用者选择新的体积，其中所述新体积包括调节误差。
23.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述显示器还被构造成能够将高/低指数显示给移液管的使用者，所述高/低指数显示调节误差是正的还是负的。
24.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述体积表征是表格，所述表格包括多个数据点，其中每个数据点包括校准体积数据点，其中所述校准体积数据点表示将要调节的液体体积，所述校准体积数据点是作为移液管的部分校准过程而选择的；以及校正体积，其中所述校正体积表示在校准体积数据点处的所述尖端保持器内调节的液体量。
25.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述体积表征是一个表格，所述表格包括多个数据点，其中每个数据点包括校准体积数据点，其中所述校准体积数据点表示将要调节的液体体积，所述校准体积数据点是作为移液管的部分校准过程而选择的；以及校正体积，其中所述校正体积表示所述校准体积数据点与实际体积之差，其中所述实际体积表示在所述校准体积数据点处的所述尖端保持器内调节的液体量。
26.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述体积表征是方程式。
全文摘要
本发明提供了一种基于所需体积和/或移液管的当前物理状况通过液体操作移液管校正待吸取/分配的液体的所需体积的装置和方法。移液管包括活塞驱动机构，所述活塞驱动机构被构造成能够接触活塞组件并在尖端保持器内移动活塞组件的活塞杆，借此调节尖端保持器中的液体量。所述方法包括在移液管上选择所需的体积，所需体积代表将要调节的液体量；利用体积表征计算校正体积，其中所述体积表征是作为所需体积的函数的在尖端保持器内调节的液体量差；以及向移液管的使用者显示校正体积，借此调节尖端保持器中的所需液体体积。体积表征是利用校准过程来确定的。
文档编号G01N35/10GK1956786SQ200480035132
公开日2007年5月2日 申请日期2004年11月24日 优先权日2003年11月27日
发明者F·维奥, Y·迈 申请人:吉尔松有限合伙公司