具有两个正的角度阶跃的移液管吸头的制作方法

1.本发明涉及一种移液管吸头，例如用于实验室自动化设备。


背景技术：

2.实验室自动化设备用于自动化实验室助手的任务，这些任务例如为测试患者的特定疾病。通常，患者的血液、尿液、粪便等的样本被采集并通过生物化学程序进行分析。这种程序包括各种操作，如添加物质、培养、分离等以及定量或定性测量指示特定疾病的物质的量或存在的测量过程。
3.通常，用一次性移液管吸头吸取和分配样本，该一次性移液管吸头可以插到手持式移液管的喷嘴上或插到实验室自动化设备的可移动头的喷嘴上。手持式移液管可以由操作者机械驱动，或者手持式移液管被电驱动。移液管吸头的几何形状对于精确的吸取和分配过程至关重要。有时，期望的是能够尽可能精确地控制吸取和分配的样本液体的量，特别是当吸取和分配小体积时。
4.针对吸取和分配过程的不同需求，已经设计了若干种类型的移液管吸头。
5.ep 3 272 851 b1示出了一种移液管吸头，该移液管吸头具有带孔口的第一圆柱形部分、锥形部分和直径大于第一圆柱形部分的第二圆柱形部分。
6.us 2019 0344 258 a1示出了一种移液管吸头，该移液管吸头具有带孔口的圆锥形部分和圆柱形部分。
7.ep 2 606 977 b1示出了若干个移液管吸头，该若干个移液管吸头由圆柱形部分和圆锥形部分构成。
8.ep 3 492 926 b1示出了一种移液管吸头，该移液管吸头由具有不同开口角度的圆锥形部分构成。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种移液管吸头，利用该移液管吸头，可以精确地吸取和分配少量液体。本发明的另一个目的是提高用实验室自动化设备吸取或分配的液体量的准确度和精确度。
10.该目的通过权利要求1的主题来实现。从从属权利要求和以下描述中，进一步的示例性实施例是明显的。
11.本发明涉及移液管吸头。总之，移液管吸头可以是内部具有腔室的伸长主体，通过改变腔室中的压力，液体或其它流体可以从该腔室中被吸取或分配。通常，移液管吸头由若干个内径不同的部分构成，这些部分可以是圆柱形和圆锥形的。
12.移液管吸头可以被设计成与实验室自动化设备一起使用，例如可以具有将被插到实验室自动化设备的可移动头上的附接部分。然而，移液管吸头也可以是手持式设备的一部分。
13.根据本发明的实施例，移液管吸头包括沿着移液管吸头的中心轴线对齐的端部部
分、第一部分、第二部分和第三部分，其中端部部分包括用于吸取和分配流体(特别是液体、乳液或悬浮液)的孔口。移液管吸头可以相对于中心轴线基本上旋转对称。特别地是，端部部分、第一部分、第二部分和第三部分以及下面提到的圆柱形部分可以是旋转对称的。
14.根据本发明的实施例，第一弯折形成在移液管吸头的内表面中、在第一部分和第二部分之间，使得第一部分的内表面和中心轴线之间的角度小于第二部分的内表面和中心轴线之间的角度。此外，第二弯折形成在移液管吸头的内表面中、在第二部分和第三部分之间，使得第二部分的内表面和中心轴线之间的角度小于第三部分的内表面和中心轴线之间的角度。
15.在弯折之间，移液管吸头的内表面可以是连续的并且/或者可以没有或几乎没有曲率。弯折的特征还在于内表面的曲率相当高并且/或者曲率半径小的区域。内表面在弯折处的曲率与内表面在弯折之间的曲率相比大得多(例如至少10倍高)。
16.第一和第二弯折中的每一个弯折以及下面提到的弯折可以围绕中心轴线并且/或者可以具有以中心轴线为圆心的圆形形状。
17.表面相对于中心轴线的角度可以定义为该表面内部的线和中心轴线之间的角度，其中该线是具有穿过中心轴线的平面的表面的截面。
18.换句话说，第一、第二和第三部分的内表面的角度以此顺序增加，其中这些内表面可以关于中心轴线旋转对称。以这种方式，形成了两个弯折，这两个弯折可以被视为正弯折，即，它们朝向移液管吸头的内部突出。当流体液位在吸取或分配期间经过这些弯折中的一个弯折时，流体表面的边界由于毛细作用力而停留或粘附在该弯折处，甚至当吸头内部的压力发生变化时也是如此。可以存在可以被吸取或分配的一定范围的体积，该一定范围的体积中的所有体积在相应的弯折处都具有流体液位。这种效应可用于更好地控制移液管吸头内的流体量。特别是，在弯折处，由于流体表面的边界不会移动并且不会受到由毛细作用力引起的不可控制的移动，因此可以利用压力变化相当精确地控制吸取和分配的流体量。
19.对应的效果可以发生在负弯折(即远离移液管吸头内部突出的弯折)处。在那里，流体液位可能在没有压力变化的情况下上升和下降，从而导致不可控的体积范围。取决于液体和吸头材料，正弯折和负弯折的组合可能是有利的。
20.本文所述的移液管吸头仅在包括第一、第二和第三部分的端部具有正弯折。因此，在较低的体积下，对所吸取和分配的体积的控制得到改善。
21.根据本发明的实施例，第一部分的内表面和第二部分的内表面之间的角度(即在第一弯折处的角度)大于1
°
并且/或者小于5
°
。附加地是并且/或者可选地是，第二部分的内表面和第三部分的内表面之间的角度(即在第二弯折处的角度)大于1
°
并且/或者小于5
°
。实验和测试表明，弯折处的角度应该大于1
°
。否则，上述流体表面停留或粘附的效果变得太弱。此外，对于大于5
°
的角度，这种效果通常会变得太强而不利。
22.必须注意的是，真实的角度大小可以偏离这里提供的角度大小高达10％，即上述1
°
的角度可以是从0.9
°
到1.1
°
的真实的测量角度。这同样适用于下面提到的角度。
23.根据本发明的实施例，在第一部分的内表面和中心轴线之间的角度大于2
°
并且/或者小于5
°
，特别是3
°
。在第二部分的内表面和中心轴线之间的角度可以大于3
°
并且/或者小于9
°
，特别是5
°
。在第三部分的内表面和中心轴线之间的角度可以大于4
°
并且/或者小于
13
°
，特别是6.5
°
。
24.进一步的测试表明，这些绝对角度(相比于各部分之间的相对角度)导致移液管吸头的第一、第二和第三部分内的良好可控的体积。
25.根据本发明的实施例，在第一部分和第二部分之间的第一弯折的位置被选择成使得孔口和第一弯折之间的移液管吸头的内部容积在0.3μl(微升)和0.6μl之间，特别是0.5μl。第一吸取体积可以固定为0.5μl。作为另一个示例，第一吸取体积可以是大约1.0μl。
26.第二部分和第三部分之间的第二弯折的位置被选择成使得孔口和第二弯折之间的移液管吸头的内部容积在0.8μl和1.2μl之间，特别是1.0μl。第二吸取体积可以固定为1.0μl。第二吸取体积可以是2μl或者甚至是5μl。这里也可以选择4.5μl到5.5μl之间的范围。
27.如上所述，在弯折处，可以非常精确地控制移液管中的流体体积。当将弯折定位在移液管具有特定内部容积的位置处时，可以更精确地控制具有所述特定内部容积的一定量流体的吸取和分配。
28.根据本发明的实施例，第三部分沿着中心轴线的长度被选择成使得在孔口和该长度之间的移液管吸头的内部容积至少是移液管吸头的标称容积，使得至少为5μl，或至少为10μl。第三部分可以用于吸取比第一和第二部分高得多量的流体。可以将第三部分的长度也选择成使得在孔口和该长度之间的移液管吸头的内部容积是在孔口和第二弯折之间的移液管吸头的内部容积的至少5倍。
29.还可以存在位于第三部分之后的圆柱形部分，并且移液管的标称容积被定义为包括所述圆柱形部分的内部容积。在需要一个限定容积的情况下，可以省略第三部分，然后第二部分和/或位于第二部分之后的圆柱形部分可以设计成允许更大的容积。
30.如已经提到的，移液管吸头的内表面在弯折之间可以没有或几乎没有曲率。这种表面可以由圆锥的平截头体和圆柱来限定。
31.根据本发明的实施例，第一部分的内表面是圆锥形的，第二部分的内表面是圆锥形的并且/或者第三部分的内表面是圆锥形的。在本文中，“圆锥形”是指数学意义上的截头圆锥形。
32.移液管吸头的端部部分可以具有圆锥形内表面，并且移液管吸头的端部部分和第一部分之间的内表面可以具有另一弯折。
33.根据本发明的实施例，在移液管吸头的内表面中、在端部部分和第一部分之间形成另一弯折。
34.根据本发明的实施例，端部部分的内表面和第一部分的内表面之间的角度大于2
°
并且/或者小于5
°
。
35.根据本发明的实施例，端部部分的内表面是圆柱形的。端部部分的内表面可以具有与孔口相同的半径，该半径可以由内表面的边界限定。
36.必须注意，由于制造的原因，具有圆柱形形状的内表面相对于中心轴线可以具有高达0.5
°
的角度。例如，如果移液管吸头是通过注射成型制成的，则可能需要内表面稍微偏离在数学意义上的纯圆柱形，使得在成型后可以从移液管吸头移除模具工具。
37.根据本发明的实施例，第一部分、第二部分和第三部分以及可选的是还有端部部分的公共外表面是圆锥形的。外表面相对于中心轴线的角度可以是第三部分相对于中心轴
线的角度。因此，移液管吸头的壁厚可以在端部部分、第一部分和第二部分中增加。
38.根据本发明的实施例，移液管吸头包括用于将移液管吸头附接到实验室自动化设备的喷嘴以改变移液管吸头内部的压力的附接部分。喷嘴可以是实验室自动化设备的移动头的一部分。附接部分在第三部分和可选的是还有圆柱形部分(参见下文)之后沿着移液管吸头的中心轴线对齐。附接部分的内径可以大于第三部分和/或圆柱形部分的内径。附接部分的内表面和中心轴线之间的角度可以小于第三部分的内表面和中心轴线之间的角度。
39.附接部分还可以在移液管吸头的外侧处具有纵向肋，用于加固那里的移液管吸头的壁。
40.根据本发明的实施例，附接部分被形成为使得相同形状的另一移液管吸头能够部分地插入到附接部分中到达至少第三部分，以用于堆叠该另一移液管吸头和移液管吸头。
41.根据本发明的实施例，移液管吸头包括位于附接部分和第三部分之间的圆柱形部分，该圆柱形部分沿着移液管吸头的中心轴线对齐并且处在第三部分之后。圆柱形部分可以具有长度，该长度大于移液管吸头在孔口和圆柱形部分的开始部分之间的长度。甚至可以是，圆柱形部分的长度为移液管吸头在孔口和圆柱形部分的开始部分之间的长度至少两倍或至少五倍大。
42.当第一和第二弯折(以及还有端部部分和第一部分之间的另一弯折)被认为是角度增大的正弯折时，在第三部分和圆柱形部分之间形成角度随着离孔口的距离增大而减小的负弯折。
43.根据本发明的实施例，移液管吸头包括过滤器部分，该过滤器部分可以是附接部分的一部分。过滤器部分沿着移液管吸头的中心轴线对齐，并且可以处在第三部分和/或圆柱形部分之后。过滤器部分的内表面可以包括围绕中心轴线径向延伸的肋。过滤器部分的内径可以大于第三部分和/或圆柱形部分的内径。
44.必须注意，移液管吸头可以包括多于三个的部分和/或多于两个的优化容积。单独一个优化容积也是可能的。
45.本发明的这些方面和其它方面将从下文描述的实施例变得明显并参考下文描述的实施例进行阐述。
附图说明
46.下面，参照附图更详细地描述本发明的实施例。
47.图1示出了根据本发明实施例的移液管吸头的截面视图。
48.图2示出了图1的移液管吸头的一端的放大视图。
49.图3示出了彼此堆叠的两个根据图1的移液管吸头的截面视图。
50.图4示出了根据本发明的另一实施例的移液管吸头的截面视图。
51.附图中使用的附图标记及其含义以概要形式列在附图标记列表中。原则上，在附图中，相同的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
52.图1示出了移液管吸头10，其可以与手动移液管或实验室自动化设备一起使用。移液管吸头10包括关于中心轴线a基本上旋转对称的主体12。
53.移液管吸头10可以分成若干个具有不同几何形状的部分。
54.端部部分14包括用于将流体吸取到移液管吸头10的内腔18中的孔口16。孔口16可以是圆形的，其直径可以在0.3mm(毫米)和1.0mm之间，并且/或者移液管吸头10的外端可以具有大约0.8mm的直径。端部部分14可以具有大约0.5mm的长度。
55.沿着轴线a，第一部分20、第二部分22和第三部分24依次跟随在端部部分14之后。所有这些部分以及端部部分都关于中心轴线a旋转对称并且/或者具有垂直于中心轴线a的圆形截面。此外，稍微椭圆形的截面也是可能的。第一部分20的长度约为2.0mm，第二部分22的长度约为1.2mm，并且第三部分的长度约为12.4mm。在此处和下文中，长度取决于相应部分的期望容积，该容积取决于相应部分的直径。
56.端部部分14、第一部分20、第二部分22和第三部分24关于轴线a旋转对称。同样，略微椭圆形的截面是可能的。
57.移液管吸头10还包括附接部分26，该附接部分26具有与孔口16相对的开口28。附接部分26被设计用于连接到实验室自动化设备的喷嘴或手持移液管的喷嘴，该喷嘴可以插入到开口28中。在外端处，附接部分26包括肋30，该肋30基本上平行于中心轴线a延伸，并且该肋30设置在移液管吸头10及其主体12的外侧上。在图1中，示出了穿过一对相对的肋30的截面。除了肋30之外，附接部分26的壁32的厚度类似于壁32的不再存在肋30的区域(即朝向孔口16的区域)中的厚度。
58.附接部分26具有大约19mm的长度。除了肋之外，附接部分26关于轴线a旋转对称。
59.附接部分26连接到第三部分24。在连接到第三部分24的一端处，附接部分26包括过滤器部分34。过滤器部分34被设计用于接纳圆柱形过滤器件并且/或者具有内部肋36，该内部肋36在移液管吸头10的内侧上围绕中心轴线a。过滤器部分34的长度约为4mm。过滤器部分34关于轴线a旋转对称。
60.移液管吸头10及其主体12可以由塑料材料制成。塑料材料可以是导电的(例如通过石墨添加剂)，或者可以是不导电的(例如聚丙烯)。移液管吸头10可以通过注射成型制造，其中外表面38由外模具工具形成，并且内表面40由内模具工具形成。
61.端部部分14的内表面40a是圆柱形的，并且具有与孔口16相同的直径。第一部分20的内表面40b、第二部分22的内表面40c和第三部分24的内表面40d是圆锥形的。术语“圆柱形”和“圆锥形”涉及相应形体的壳表面。也可以存在没有圆柱形端部部分的移液管吸头。这种吸头可以具有非常短的端部部分，该端部部分可以是提供孔口的第一部分的下端部。
62.可以的是，第三部分的内表面40d的端部(其进入到附接部分26的内表面中)的开口形状像喇叭，即：相对于中心轴线a具有连续增加的表面角度。
63.第一部分20、第二部分22和第三部分24的内径随着离孔口16的距离增加而连续增加。在一个部分内，相对于中心轴线a的角度可以是恒定的。随着到端部部分的距离增加，所述角度从一部分到另一部分增加。
64.图2示出了移液管吸头10的部分14、20、22、24的放大视图。可以看出，在端部部分14的内表面40a和第一部分20的内表面40b之间形成弯折42，在第一部分20的内表面40b和第二部分22的内表面40c之间形成弯折44，并且在第二部分22的内表面40c和第三部分24的内表面40d之间形成弯折46。
65.如上所述，当移液管吸头被填充到相应的弯折44、46时，可以提高待吸取和分配的
流体量的准确度和精度。可以将弯折44、46的位置选择成使得提高特定容积下的准确度。
66.在图1和图2所示的实施例中，弯折44的位置被选择成使得移液管吸头10的在孔口16和弯折44之间的内部容积为大约0.5μl。同样，第二弯折46的位置被选择成使得移液管吸头10的在孔口16和第二弯折46之间的内部容积为大约1.0μl。
67.第三部分24可以比第一部分20和第二部分22长得多，并且/或者可以具有大得多的内部容积。第三部分24沿着中心轴线a的长度被选择成使得移液管吸头10的在孔口16和该长度之间的内部容积至少是移液管吸头10的标称容积，使得例如大于5μl，例如10μl。
68.弯折42、44、46由移液管吸头的内表面40和轴线a之间的角度的突然阶跃形成。存在于中心轴线a和表面40b、40c、40d之间的角度α1、α2、α3中的每一个角度都大于前一个角度，即：移液管吸头10的内表面40在每个弯折42、44、46处张开。在圆柱形端部部分14的情况下，仅仅弯折42可以存在。
69.第一部分20的内表面40b和中心轴线a之间的角度α1小于第二部分22的内表面40c和中心轴线a之间的角度α2。第二部分22的内表面40c和中心轴线a之间的角度α2小于第三部分24的内表面40d和中心轴线a之间的角度α3。
70.如上所述，下面的角度范围已经被示出，以实现增加吸取和分配的可控性以及由弯折44、46限定的容积的准确性的有益效果。
71.第一部分20的内表面40b和中心轴线a之间的角度α1可以大于2
°
并且/或者小于5
°
，例如3
°
。第二部分22的内表面40c和中心轴线a之间的角度α2可以大于3
°
并且/或者小于9
°
，例如5
°
。第三部分24的内表面40d和中心轴线a之间的角度α3可以大于4
°
并且/或者小于13
°
，例如6.5
°
。
72.第一部分20的内表面40b和第二部分22的内表面40c之间的角度β1是角度α2和α1的差。角度β1大于1
°
并且/或者小于5
°
。第二部分22的内表面40c和第三部分24的内表面40d之间的角度β2是角度α3和α2的差。角度β2大于1
°
并且/或者小于5
°
。
73.移液管吸头10的外表面38不必也具有弯折。在本实施例中，端部部分14、第一部分20、第二部分22和第三部分24的公共外表面38a是圆锥形的。
74.图3示出了图1和图2的移液管吸头10以及相同设计的另一移液管吸头10’。示出了附接部分26被形成为使得所述另一移液管吸头10’能够部分地插入到附接部分26中到达至少第三部分，以用于堆叠该另一移液管吸头10’和移液管吸头10。移液管吸头10、10’悬挂在具有孔50的托盘48中。孔50的直径小于肋30的外径，并且孔50的直径大于没有肋30的联接部分的外径。托盘48通过间隔件52保持一定距离，以便最佳地利用堆叠空间。
75.在部分14、20、22、24中具有最大外径的第三部分24的外径小于开口28处的附接部分26的内径。此外，附接部分26的长度(没有可选的过滤器部分34)至少是部分14、20、22、24的总长度的80％。
76.图4示出了移液管吸头10，该移液管吸头10还包括位于第三部分24和附接部分26之间的圆柱形部分54。利用圆柱形部分54，移液管10的标称容积可以显著增加。圆柱形部分54的长度大于移液管吸头10在孔口16和圆柱形部分54之间的长度，即：比部分14、20、22、24长。
77.图4的移液管吸头10的其它部分可以被设计为图1至3的移液管吸头10的对应部分。特别地是，图4的移液管吸头10也包括弯折44、46，如上所述，该弯折44、46增加了吸取和
分配的准确度。
78.图4的移液管吸头10包括在第三部分24的内表面40d和圆柱形部分54的内表面40e之间的弯折56，然而，该弯折56与弯折42、44、46相反地远离中心轴线a突出。
79.虽然在附图和前面的描述中已经详细说明和描述了本发明，但是这种说明和描述将被认为是说明性的或示例性的，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书，本领域技术人员和实践所要求保护的发明的人员可以理解和实现所公开的实施例的其它变型。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一(a)”或“一(an)”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制范围。
80.附图标记列表
81.a中心轴线
82.10移液管吸头
83.12主体
84.14端部部分
85.16孔口
86.18内腔
87.20第一部分
88.22第二部分
89.24第三部分
90.26附接部分
91.28开口
92.30外部肋
93.32壁
94.34过滤器部分
95.36内部肋
96.38外表面
97.38a外表面
98.40内表面
99.40a14的内表面
100.40b20的内表面
101.40c22的内表面
102.40d24的内表面
103.4240a和40b之间的弯折
104.4440b和40c之间的弯折
105.4640c和40d之间的弯折
106.α1a和40b之间的角度
107.α2a和40c之间的角度
108.α3a和40d之间的角度
109.β
1 40b和40c之间的角度
110.β
2 40c和40d之间的角度
111.48 托盘
112.50 孔
113.52 间隔件
114.54 圆柱形部分
115.40e 54的内表面
116.56 弯折