盖机构的制作方法

本申请要求在35U.S.C.§119(e)下于2014年7月16日提交的美国序列No.62/025,285的优先权的权益，该申请的全部内容以引用的方式整体并入本文。

背景技术：

现代实验室包括用于实验室样品的分析和加工的各种仪器设备。DNA技术领域通常涉及若干此类仪器的使用，用于DNA扩增的热循环仪或样品加热室或冷却室仅是几个示例。这些装置越来越多地作为部件结合在高产量机器中，所述机器通常是无人值守地并且以完全自动化的方式操作。

实验室仪器诸如热循环仪或加热室或冷却室具有人工操作的盖，该盖牢固地封闭在DNA样品容器上以防止样品蒸发。虽然这些人工操作的盖在存在操作者的应用中良好地运行，但是它们与自动化装置不兼容并且不满足自动化装置的具体需求要求。

目前可商购获得具有自动化盖的这些类型的仪器。自动化盖具有由小型马达操作的简单铰链并且在后边缘上绕铰链旋转。马达被命令以通过软件操作，并且仪器足够大以容纳铰链盖所需的空间。

在本领域仍然需要一种能够满足自动化仪器设备的具体要求的样品容器盖。该盖应当能够以自动化的方式操作并且适合于紧凑设计的仪器的有限空间要求。这些空间要求源于仪器通常在竖直方向上具有非常有限的空间并且因此不能容纳铰链盖。

技术实现要素：

本发明提供一种适合与自动化仪器设备一起使用的盖机构。盖机构具有紧凑的设计，从而使其能够在非常小的空间中运行，并且因此在非常紧凑的仪器设备上运行。盖机构也被设计成可通过软件编程方便地操作并且具有最少的维护或操作者介入。还提供了具有本发明的盖机构的自动化实验室仪器。

在第一方面，本发明提供用于固定样品容器的盖机构。在该方面，盖机构包括若干部件，其包括围绕螺旋起重器定位的螺母；平移地附接到螺母的马达，用于驱动螺母围绕螺旋起重器的旋转运动以及螺旋起重器的竖直运动；围绕螺旋起重器定位的主轴，其中轴承支撑件被定位在主轴上；移动支撑件，其包括轴承导轨并且被定位在主轴上，使得轴承支撑件被定位在轴承导轨内；以及盖板，其被定位在移动支撑件上，使得移动支撑件的竖直移动导致盖板的竖直移动，并且移动支撑件的旋转移动导致盖板的旋转移动。

在一个实施例中，螺旋起重器以一种关系连接到移动支撑件，使得螺旋起重器的竖直移动导致移动支撑件的竖直移动。轴承导轨可以是基本上弧形的，并且可以具有基本上竖直的部分和基本上倾斜的部分和/或基本上水平的部分。轴承支撑件和移动支撑件上的轴承导轨的边缘之间的摩擦可以导致移动支撑件的旋转移动。轴承支撑件在基本上竖直的部分内的位移导致移动支撑件在基本上竖直的方向上移动，并且轴承支撑件在基本上倾斜的部分和/或基本上水平的部分内的位移导致移动支撑件旋转地移动。

在一个实施例中，移动支撑件的旋转移动导致定位在移动支撑件上的盖板的横向移动，并且横向运动范围可以为大约80-100度或大约90度。在一个实施例中，部件被布置，使得马达平移地附接到驱动螺母围绕螺旋起重器的旋转运动和螺旋起重器的竖直运动的滑轮。

在另一方面，本发明提供包括本文描述的盖机构的自动化实验室仪器。自动化实验室仪器具有包括一个或多个样品孔的样品容器，并且盖机构覆盖或暴露样品容器中的样品。盖板的横向移动暴露样品容器中的至少一个样品孔。在一些实施例中，自动化实验室仪器是温度控制室或热循环仪。在自动化实验室仪器的一些实施例中，移动支撑件在竖直方向上的移动发生到盖板被竖直地提升离开样品容器的程度。另外，盖横向移动的量足以暴露样品容器的至少一部分并且允许接近容器中的一个或多个样品。

当结合附图阅读本发明的以下具体实施方式时，本发明的这些和其他目的以及特征将变得更显而易见。

附图说明

本发明的新颖性特征在随附权利要求中具体阐述。通过参考阐述说明性实施例的以下具体实施方式和附图，将获得对本发明的特征和优点的更好理解，在所述说明性实施例中利用本发明的原理，并且在附图中：

图1提供本发明的盖机构的一个实施例的剖视图。

图2A-2C提供本发明的盖机构的一个实施例的图示说明。图2a示出处于闭合位置的盖机构；图2B示出部分打开位置；以及图2C示出打开位置，其中盖板横向移动以提供进入样品孔的入口。

图3示出处于完全打开位置的盖机构的实施例。

图4示出盖机构的移动组件和轴承导轨的实施例的近视图。

图5是本发明的盖机构的示意图。

具体实施方式

本发明提供用于实验室仪器设备的盖机构，诸如自动化实验室仪器。该机构被设定尺寸并且以适合于紧凑的实验室仪器设备的方式操作。通过利用巧妙的设计，本发明的盖机构提供一种盖，该盖可以在小空间特别是竖直有限的空间中以自动化的方式操作，并且进一步允许附加的自动化仪器设备接近存在于样品容器内的样品，因为盖可以完全向旋转脱离。在一些实施例中，本发明的盖机构仅用单个马达实现这一点。

参考图1，其描绘本发明的盖机构的实施例，螺旋起重器101存在于所述机构的该方面的中心附近，并且螺母103围绕螺旋起重器定位。盖机构包括用于驱动螺母围绕螺旋起重器的旋转运动的马达501。在所描绘的实施例中(在图5中)，马达平移地附接到螺母103。螺旋起重器101具有螺纹部分102，螺纹部分102以具体螺距带有螺纹。还存在定位在螺旋起重器上或者围绕或部分围绕螺旋起重器定位的螺母103。螺母可以至少部分地围绕螺旋起重器的圆周定位。螺母包括螺纹部分104，螺纹部分104与螺旋起重器的螺纹部分102配合，使得螺母围绕螺旋起重器的旋转导致螺旋起重器101竖直地向上或向下移动。因此，在该实施例中，螺旋起重器不旋转地移动，而是以上下运动的方式竖直移动，该运动通过螺母围绕螺旋起重器的旋转来驱动。螺母103通过径向轴承106基本上保持在适当位置，径向轴承106可以被轴承盖130覆盖。还存在主轴110，主轴110被定位在螺旋起重器上或者围绕或部分围绕螺旋起重器(例如，至少部分地围绕螺旋起重器的圆周)定位，并且具有定位在其上的轴承支撑件115。在一个实施例中，主轴110通常是环绕螺旋起重器的管状结构。主轴可以完全环绕螺旋起重器的圆周。主轴可以被紧固或附接到螺旋起重器，使得主轴随螺旋起重器竖直地移动和/或使得主轴不独立于螺旋起重器移动。

盖机构进一步包括移动支撑件135，移动支撑件135可以例如通过螺丝125或其他紧固件附接到螺旋起重器101。在所描绘的实施例中，存在有紧固或附接到移动支撑件并且随移动支撑件移动的盖板201(图2)。因此，在该实施例中，移动支撑件的竖直移动导致盖板的竖直移动，并且移动支撑件的旋转移动导致盖板的旋转移动。移动支撑件135具有作为部件的一部分或与其相关联的轴承导轨140。轴承导轨140可以采用移动支撑件的主体内的通道的形式。在所描绘的实施例中，移动支撑件135被定位在主轴110和/或螺旋起重器上或者围绕主轴110和/或螺旋起重器定位，使得轴承支撑件115被定位在轴承导轨140内并且轴承导轨围绕轴承支撑件115移动。螺丝125将移动支撑件135紧固到螺旋起重器101，并且如图2a-2c所示，移动支撑件135可以自由地绕螺旋起重器101横向旋转。

在一个实施例中，轴承导轨140是基本上弧形的并且具有基本上竖直的部分(图4，205)和基本上倾斜的部分220或基本上水平的部分210。当螺旋起重器在上下方向上移动时，其因此导致移动支撑件的对应移动。在所描绘的实施例中，当移动支撑件被迫围绕轴承支撑件旋转时，轴承支撑件115和移动支撑件上的轴承导轨140的边缘之间的摩擦导致移动支撑件的旋转移动。基本上竖直是指相对于水平面成从大约75度到大约105度(或从80度到大约100度或大约90度)的角。基本上倾斜是指相对于水平面成从大约25度到大约74度(或从大约35度到大约55度或大约45度)的角。基本上水平是指相对于水平面成从0度到大约24度(或从0度到大约10度或大约0度)。

盖机构具有围绕螺旋起重器101旋转的螺母103。在所描绘的实施例中，螺母103具有轴承盖130和将螺母固定在适当位置的径向轴承106。螺母103还具有带螺纹的内表面104，使得螺母围绕螺旋起重器的旋转导致螺旋起重器在上下方向上横向移动。当螺旋起重器101通过螺母103的旋转在竖直的上下方向上移动时，移动支撑件135相应地随螺旋起重器101移动或由其承载。因为当螺旋起重器101在竖直方向上移动并且移动支撑件135随螺旋起重器101移动或由其承载时，主轴110的轴承支撑件115被定位在移动支撑件135的轴承导轨140内，所以移动支撑件135被迫围绕螺旋起重器101和主轴110旋转。因此，附接到移动支撑件的盖板201也被迫横向旋转。

如图2a-2c所示，所述部件的关系使得轴承支撑件115在轴承导轨的基本上竖直的部分内的位移导致移动支撑件135在基本上竖直(“上和下”)的方向上移动，并且轴承支撑件在倾斜部分和/或水平部分内的位移导致移动支撑件至少部分旋转地移动，并且还可以导致移动支撑件竖直地移动。盖板201附接到移动支撑件135，使得移动支撑件的旋转或横向移动导致定位在移动支撑件上的盖板的对应的旋转或横向移动。横向运动范围可以为从0到360度，但是在各种优选的实施例中为从30°到150°，或从60°到120°，或从80°到100°或大约90度。

在一个实施例中，马达501平移地附接到传动带505，传动带505继而平移地附接到滑轮120并且通过滑轮驱动螺母围绕螺旋起重器的旋转(这迫使螺旋起重器竖直地移动)，但是普通技术人员将认识到也可以使用其他平移机构。马达在图1中未被示出，但是可以被定位在任何方便的方位，所以该马达可以驱动滑轮。在所描绘的实施例中，滑轮120接收来自马达的旋转动力，从而导致滑轮的移动和随之而来的螺母103的移动。螺母的旋转移动导致螺旋起重器竖直地移动。

本发明的盖机构适于各种实验室或工业应用，或用于机器人中。在一个实施例中，盖机构适合于在样品板或样品容器上方提供盖。因此，在一个实施例中，本发明的盖机构被包括在自动化实验室仪器或机器人上或在功能上并入自动化实验室仪器或机器人内。自动化实验室仪器可以具有包括一个或多个样品孔的样品容器，并且盖机构在处于闭合位置时可以覆盖样品或样品孔，或在处于打开位置时暴露样品或样品孔。当盖机构移动到打开位置时，盖板的横向运动暴露并提供进入样品容器中的至少一个样品孔的入口。样品容器可以是装载或保持样品的任何容器。在一个实施例中，样品容器具有包含样品(例如，试管或离心管中的样品)的箱或托盘。样品可以被包含在样品孔内，诸如包含样品管的下部的结构。样品容器的盖可以为本发明的盖机构。

在一个实施例中，自动化实验室仪器是热循环仪或温度控制室，但是其也可以是将受益于本发明的应用的任何实验室仪器，更多的示例是冷却器或孵化器。在一个实施例中，移动支撑件在竖直方向上的移动发生到使得盖板被竖直地提升离开样品容器的程度，从而能够达到允许盖板的横向移动不被样品室的唇缘阻挡的程度。横向移动发生到足以暴露样品容器的至少一部分并且允许接近容器中的一个或多个样品的程度。在特定实施例中，横向移动暴露或允许接近样品容器中的所有样品。

参考图2，其示出并入自动化实验室仪器的本发明的盖机构，该仪器在该实施例中是热循环仪。在图2a中，盖机构处于闭合位置，并且盖板201关闭样品室215。在各种实施例中，样品室215可以为保持样品的容器(例如，托盘)或保持样品容器或样品的室。在闭合位置，盖板遮挡样品室中的样品免受光并且可以不允许光进入样品室。在移动支撑件135上还指示轴承导轨140，轴承导轨140具有基本上竖直的部分(205)和基本上倾斜的部分(220)和/或基本上水平的部分(210)。图2b示出处于打开的升高位置的盖板201。间隙225是可见的并且盖板离开样品室215。在该位置，螺旋起重器101已经竖直地移动到下部位置，从而导致轴承支撑件115被下拉到轴承导轨140中并且因此导致移动支撑件135也被降低。由于轴承支撑件和轴承导轨的侧面的摩擦，移动支撑件135被迫横向旋转到打开位置(图2c)。盖板旋转的量足以暴露样品容器的至少一部分和样品容器内的至少一个样品301，并且因此允许接近样品室中的一个或多个样品301。图3示出处于完全打开位置的盖机构，其提供通向样品室中的样品301的入口，并且盖板的横向移动近似是90度。

当轴承支撑件接近轴承导轨的基本上水平的部分(和最大旋转运动)时，轴承支撑件和轴承导轨的侧面之间的摩擦增加。因此，在一些实施例中，当轴承导轨的基本上水平的部分并非真正水平时，至少不超过最小运动空间，盖机构将最有效地起作用。通过适当地设计轴承导轨的形状，实现盖板的平滑的竖直和水平旋转。

图5表示自动化实验室仪器上的本发明的盖机构的实施例。在该实施例中，旋转移动经由连接到传动带505的马达501和两个滑轮120(示出一个)转移到盖板。本领域普通技术人员参考本公开将认识到将移动力从动力源转移到所述机构的其他方法。例如，直驱马达可以被连接到螺旋起重器并且提供旋转力。在另一实施例中，传动带和马达可以被另一个动力源或内部螺母马达代替，动力源或内部螺母马达可以消除对滑轮和轴承中的一个或多个的需要。此类动力源的示例是本领域中已知的线性致动器。在一个实施例中，动力源可以被安装在主轴的底部部分上，并且螺旋起重器延伸到动力源中或延伸穿过动力源。在各种附加的实施例中，竖直运动可以通过液压致动器、气动致动器、压电致动器、超声波马达、机电致动器、线性马达、可伸缩式线性致动器(诸如螺旋带致动器、刚性带致动器、刚性链致动器、分段心轴或凸轮驱动器)被转移到移动支撑件。除了这些实施例，借助于本公开的普通技术人员将认识到提供动力以移动盖机构的部件的附加方法。

螺母、螺旋起重器和盖机构的其他部件可以由任何合适的材料制成。在不同的实施例中，所述部件可以由例如塑料、钢或合适的金属制成。借助于本公开的普通技术人员也将认识到可以用于制造本文描述的部件的其他合适的材料。

本发明的盖机构在机构的盖板上方的竖直间隙被限制的情况下执行其功能。盖板上方的竖直空间可以是小于6英寸，或小于5英寸，或小于4英寸，或小于3英寸，或小于2英寸，或小于1英寸的空间。竖直空间由盖板可以在遭遇阻碍前上升到的处于闭合位置的盖板上方的距离测量。

在一个实施例中，本发明的螺旋起重器具有螺纹部分，螺纹部分与螺母的内表面的类似螺纹部分紧密配合。螺旋起重器和/或螺母的内表面的螺纹部分可以为以特定螺距沿着螺旋起重器的外表面上升的凹槽，特定螺距可以为限定的螺距。限定的螺距是当螺旋起重器上的凹槽沿螺旋起重器上升(或下降)相同的量时，每条路径围绕螺旋起重器的圆周追踪。螺母可以为完整的圆形或不完整的圆形，其中内表面带有螺纹并且具有足够的表面区域，使得内表面与螺旋起重器的外表面紧密配合并且驱动螺旋起重器的移动。

在一个实施例中，轴承支撑件和主轴可以作为单个整体部件或者作为紧固在一起或连接的单独部件形成。图1描绘螺旋起重器和主轴的横截面，并且螺旋起重器可以被定位在主轴内并且可以部分地或完全地由主轴环绕。因此，在一些实施例中，主轴可以在部件中具有一个或多个窗口或开口。主轴可以具有紧固到其或连接到其或以其他方式存在于其上的轴承支撑件，使得主轴和轴承支撑件作为单元一起移动。在一个实施例中，盖板附接到、紧固到或以其他方式连接到移动支撑件。轴承支撑件可以具有各种形状，诸如小旋钮或按钮。

盖机构的一些部件被平移地附接到其他部件。当部件平移地附接时，所述部件被连结，使得一个或多个部件向一个或多个其他部件提供旋转能或动能。因此，在一个实施例中，盖机构的一个或多个马达可以平移地附接到一个或多个滑轮。这意味着由马达产生的动能(其可以为旋转能)被转移到传动带和/或滑轮，并且这些部件将所述能量转化成螺母的旋转力，该旋转力然后为螺旋起重器的竖直移动提供动力。平移附接可以是直接的，但也可以是间接的。当平移附接是间接的时，在产生能量的部件和能量被传输或转移到的部件之间存在附加部件。

本发明的一些实施例也利用传动带和滑轮系统。传动带和滑轮系统的特征在于两个或更多个滑轮与共用传动带接触并且由此被共用传动带连接，这允许机械动力、转矩或动能从动力源通过轴杆传输。滑轮中的一个或多个可以由动力源和通过连接的传动带转移到另一轴杆的动力驱动。在本发明中，滑轮可以具有不同的直径以实现机械优点。在本发明中，传动带也可以由链条、齿轮系或能够将能量从一个轴杆传输到另一个轴杆的其他部件替换。轴杆是表现出可以被传输到滑轮的旋转运动的中心轴。滑轮是轮或被定位在轴杆或中心轴上的大致圆形部件。轮或滑轮理想地为圆形但并非必须如此。作为示例，在一个实施例中，连接到马达的滑轮和连接到螺母的滑轮可以被认为是“轴杆”，并且通过将旋转运动从马达传输到螺母的传动带连接。

本发明的盖机构可以作为实验室仪器的一部分存在，在一个实施例中，实验室仪器是自动化实验室仪器。在特定实施例中，包括盖机构的自动化实验室仪器可以为热循环仪(或热循环仪)或温度控制室，在自动化实验室仪器上，PCR或其他DNA操纵或扩增技术以自动化方式执行。“自动化”可以指完全自动化，即在反应建立或开始后不需要人参与，或可以为部分自动化，即人必须介入以执行一个或两个或多于两个步骤，以便在反应开始后继续进行反应。但是，实验室仪器可以是期望保护样品室中的样品的任何实验室仪器。

本文给出的一般方法的讨论仅旨在用于说明的目的。已经描述了本发明的许多实施例。然而，应当理解，本文描述的实施例的元件可以被组合以形成附加的实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种修改。因此，其他实施例、替代方案和等同物在如本文所描述和要求保护的本发明的范围内，并且对于查阅过本公开的本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。本申请中的标题仅仅是为了方便读者，并且不以任何方式限制本发明或其实施例的范围。