离心处理单元的制作方法

发明的技术领域

本发明涉及一种用于引导样品处理盒内的物质运动的离心处理单元。

相关技术的描述

在us4,236,666中公开了这种离心处理单元。它包括两个用于若干样品容器的料斗(magazine)，其中，这些料斗布置在从旋转轴线向外延伸且彼此相对的臂上。每个料斗可绕各自的轴旋转并且可沿所述轴滑动。在每个臂上，在相应料斗的一侧上布置有锁定销，并且每个料斗包括用于所述锁定销的对应凹部。如果旋转轴线沿一个方向旋转，则每个料斗都在不借助锁定销的情况下抵靠在臂的侧面上，并且可以绕其轴旋转。如果旋转轴线沿相反方向旋转，则每个料斗都借助锁定销抵靠在臂的侧面上沿其轴滑动，因此阻止其围绕其轴旋转。滑动和抵靠产生额外的非期望的力矢量。

发明概述

因此，本发明的任务在于，提供一种用于引导样品处理盒内的物质运动的离心处理单元，由此避免了额外的非期望的力矢量。

该问题由具有权利要求1的特征的离心处理单元来解决。离心处理单元的进一步实施例、离心处理系统以及用于引导物质在样品处理盒内的运动的方法通过另外的权利要求的特征所限定。

一种用于引导物质在样品处理盒内的运动的离心处理单元，包括：至少一个转子，该至少一个转子具有用于接收样品处理盒的至少一个容纳部，该至少一个容纳部仅允许该盒绕各自的枢转轴线自由枢转运动，其中，每个枢转轴线正交于转子轴线且正交于离心力的相应力矢量；至少一个转子驱动器，该至少一个转子驱动器用于使至少一个转子绕相应转子轴线旋转以产生离心力；控制装置，该控制装置用于使至少一个转子加速和减速；至少一个阻挡元件，该至少一个阻挡元件允许盒或容纳部在释放位置的自由枢转运动并阻止盒或容纳部在阻挡位置的自由枢转运动，其中，当转子沿第一旋转方向旋转时，阻挡元件可以运动到释放位置，并且其中，当转子沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转时，阻挡元件可以运动到阻挡位置。

因为阻挡元件的质量相对于转子、容纳部和盒的质量来得小，所以因其从释放位置运动到阻挡位置不会造成振动或仅造成较小的振动。并且，在阻挡元件从释放位置运动到阻挡位置期间，转子可以在开始时缓慢地旋转。在阻挡元件到达阻挡位置之后，转子可以加速。

这个构思适用于任意数量的转子臂。可以有两个、四个、六个、八个、十个、十二个或任意偶数个转子臂。当臂围绕转子均匀地分布时，离心机达到重量平衡。替代地，具有围绕转子的对应分布的任意奇数个转子臂也是可能的。阻挡元件可以阻挡所有容纳部的枢转运动，或者仅可阻挡特定数量的容纳部的枢转运动。可以阻挡每隔一个容纳部的枢转运动，或者可以阻止一批相邻容纳部的枢转运动。为了产生对称的载荷分布，相对于转子彼此相对的容纳部应当具有相同的设计，即，它们的枢转运动应当同时被阻挡或不被阻挡。

在另一实施例中，阻挡元件布置在转子上。通过在转子上的布置，所有阻挡元件都可以一起运动。这在以下情形中是可行的，即当每个容纳部的枢转运动被阻止或仅其中一部分被阻止时。

在另外的实施例中，至少一个容纳部适于以第一定向接收样品处理盒以及以第二定向接收样品处理盒，其中，第二定向对应于样品处理盒围绕平行于转子轴线的轴线旋转一定角度。如果盒可以在容纳部中沿不同的方向定向，则可能由于旋转期间产生的离心力而产生作用在盒上的多个力矢量。

例如，角旋转是约大于0至180度、特别是90度或180度的旋转。通常，样品处理盒是盘片形状的，其中，在其预期使用位置，其宽度和高度是其厚度的倍数。

在另一实施例中，至少一个容纳部包括用于接收样品处理盒的框架。这种框架可以适于接收一种特定的盒，或者可以设计成能够接收具有类似接收部分的各种盒。这种框架允许有关待接收的盒具有更大的灵活性。

在另外的实施例中，至少一个容纳部包括抵靠部，该抵靠部阻止样品处理盒枢转超过预定角度。对应的抵靠元件可以布置在样品处理盒上或框架上，用于接收样品处理盒。由于自由枢转运动允许0度至约90度的角度偏差，故而带有抵靠部的设计允许在大于0度至小于90度的范围内选择性地设定样品处理盒的角度运动。这样一来，可以使样品处理盒的内容物相对于样品处理盒的定向以一定角度运动。

离心加工单元的上述实施例的特征能以任意组合使用，除非它们彼此矛盾。

根据本发明的用于引导样品处理盒内的物质运动的离心处理系统包括根据上述实施例之一的离心处理单元和适于能够将样品处理盒布置在至少一个容纳部中或将样品处理盒从至少一个容纳部移除的至少一个操纵器。操纵器防止人为操作错误。此外，在清洁的环境中，操纵器允许在处理盒期间在没有污染风险的情况下操作盒。

在一种实施例中，操纵器适于能够在任何水平或竖直方向上移动样品处理盒。竖直运动和至少一个水平运动的组合允许将盒放置在离心处理单元中以及将盒从离心处理单元中移除。通过将盒从一个容纳部转移到与其相对的容纳部，改变了盒相对于转子的定向。可以通过盒的旋转来实现相同的定向改变。

在另外的实施例中，操纵器适于能够绕平行于转子轴线的轴线执行样品处理盒的角旋转。盒的定向的改变导致在对应的盒的离心期间离心力的力矢量的定向的改变。

例如，角旋转是围绕大于0、特别是90度或180度的角度的旋转。盒旋转约180度允许反转由所施加的离心力产生的力矢量。

根据另一实施例，离心处理系统还包括至少一个附加工位，其中，该至少一个附加工位可以选自装载/卸载工位、密封工位、辐照工位(电磁、放射)、加热工位(接触、对流)、检测/量化工位和识别工位或用于处理样品处理盒的内容物或操作样品处理盒的任何其他普遍知晓的工位。这些附加工位的纳入提供了多种选择，并允许系统的广泛使用。这些工位可以在一个基座上彼此相邻布置。此外，它们也可以分配在可进入的外壳内。外壳可以被部分地或完全地移除或打开。

装载和卸载可以在同一位置，也可以分配在不同位置，即装载工位和卸载工位。这些工位可以为单个盒或用于若干盒的托架提供空间。装载工位还可以包括移液工位，可以在该工位处将物质、试剂、样品或重溶缓冲液(reconstitutionbuffer)添加、混合或转移到盒中的相应隔室中。

在密封工位中，盒被密封以阻止物质离开或进入盒。

在辐照工位中，中间物或最终产物可以暴露于任何种类的辐照下。例如，辐照可以是电磁的，例如光或热，或者是放射的。

在加热工位中，中间物或最终产物可能会暴露于任何种类的热量，例如通过接触或通过对流。例如，热量可以在恒温培养器中保持恒定，例如在4至98摄氏度的范围内。在梯度培养器或热循环仪中，任何加热或冷却梯度都可以相互结合或与温度平稳期结合。

在检测/量化工位中，可以通过任意类型光学或电子检测/量化手段对中间物或最终产物进行检测或量化。

在识别工位中，可以借助一维或二维条形码扫描仪、矩阵扫描仪、rfid扫描仪或成像系统来识别盒。

离心加工系统的上述实施例的特征可以以任意组合使用，除非它们彼此矛盾。

根据本发明的用于引导物质在样品处理盒内运动的方法包括以下步骤：

-提供根据上述实施例中一个实施例的离心处理单元；

-将样品处理盒插入至少一个容纳部中；

-使至少一个转子沿第一旋转方向绕相应的转子轴线旋转，从而使阻挡元件的可运动元件运动到释放位置中，从而允许插入的样品处理盒的自由枢转运动，由此产生相对于插入的样品处理盒沿第一方向的第一力矢量；

-停止旋转，从而允许样品处理盒返回其初始位置；

-使至少一个转子沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向旋转，从而使阻挡元件的可运动元件运动到阻挡位置中，从而阻止插入的样品处理盒的自由枢转运动，由此产生相对于插入的样品处理盒沿第二方向的第二力矢量。

在另外的实施例中，该方法还包括以下步骤：

-将样品处理盒从至少一个容纳部移除；

-使样品处理盒绕平行于转子轴线的轴线旋转；

-将样品处理盒插入至少一个容纳部中；

从而使得当至少一个转子沿第二旋转方向旋转时能够产生相对于插入的样品处理盒沿第三方向的第三力矢量。

离心处理单元或离心处理系统的优点同样适用于引导物质在样品处理盒内运动的方法。

在另外的实施例中，该方法还包括以下步骤：

-在将样品处理盒插入容纳部中之前或之后，将样品处理盒定位在至少一个附加工位中，其中，至少一个附加工位可以选自与离心处理系统中的相同的那些工位。

根据另外的实施例，样品处理盒的插入、移除、旋转和/或定位由至少一个操纵器执行。

根据另外的实施例，通过在至少一个转子旋转之前为容纳部提供抵靠部来部分地限制样品处理盒的自由枢转运动。可以在转子旋转开始时或刚好在转子旋转之前提供抵靠部。也可以从一开始就提供这样的角度受限的容纳部，即作为出厂设置或者最迟在通过手或操纵器旋转转子之前将抵靠部放置在相应的容纳部中。也可以在这两个时间点之间在容纳位置处分配抵靠部。

用于引导物质在样品处理盒内的运动的方法的上述实施例的特征可以以任意组合使用，除非它们彼此矛盾。

附图简介

下面参考附图更详细地描述本发明的实施例。这些实施例仅用于示意性目的，而不应被看作在进行限制。附图中：

图1示出了根据本发明的离心处理单元的侧视图；

图2示出了图1所示离心处理单元的俯视图；

图3示出了图1所示离心处理单元在沿第一方向旋转期间的立体图；

图4示出了在沿第一方向旋转期间的样品处理盒；

图5示出了图1所示离心处理单元在沿与第一方向相反的第二方向旋转期间的立体图；

图6示出了在沿第二方向旋转期间的样品处理盒；

图7示出了图1所示离心处理单元的仰视图；

图8示出了离心处理单元的另一实施例的侧视图；

图9示出了图8的细节图；

图10示出了图8所示离心处理单元中沿第一方向旋转期间的样品处理盒；以及

图11示出了根据本发明的具有离心处理单元的离心处理系统的立体图。

发明详述

图1示出了根据本发明的离心处理单元1的侧视图，图2则示出了根据本发明的离心处理单元1的俯视图。用于引导样品处理盒2内的物质运动的离心处理单元1包括：用于接收样品处理盒2的转子3，用于使至少一个转子3绕各自的转子轴线300旋转以产生离心力f的至少一个转子驱动器(未示出)，用于使至少一个转子3加速和减速的控制装置(未示出)。转子3包括两个臂，这两个臂在转子轴线300相对的两侧从中心转子轴线300侧向地延伸。这些臂可旋转地安装在转子末端上。中心盘将这两个臂彼此连接。中心盘的中心布置在中心转子轴线300上。转子的臂可绕中心转子轴线300旋转。轴承、即滚珠轴承或衬套轴承，其允许转子3和转子臂之间相对旋转。离心处理单元1还包括用于接收样品处理盒2的两个容纳部33。容纳部33布置在转子3上，其中，每个容纳部33具有第一构造和第二构造。第一构造允许所接收的样品处理盒2绕第一构造中各自的枢转轴线330自由地枢转运动。枢转轴线330正交于转子轴线300并且正交于离心力的相应的力矢量f。第二构造阻止所接收的盒绕相应的枢转轴线330自由地枢转运动。两个容纳部33在两个转子臂的每个自由端处各分配有一个。每个容纳部33包括用于接收样品处理盒2的框架331。每个容纳部的框架适于以第一定向接收样品处理盒2以及以第二定向接收样品处理盒2，其中，第二定向对应于样品处理盒2围绕平行于转子轴线300的中心轴线200旋转180度角。所有容纳部33均被相同地设计。离心处理单元1还包括分配给每个容纳部的阻挡元件34。阻挡元件34允许盒2在第一构造中的自由枢转运动，而阻止盒2在第二构造中的自由枢转运动。在图7所示的离心处理单元1的仰视图中示出了阻挡元件34的细节。阻挡元件34包括盘340，该盘340围绕转子3或转子轴布置。盘340固定至转子轴上，并由此阻止了转子轴与阻挡元件34之间的相对旋转。阻挡元件34还包括在盘340的相对侧上从盘沿大致径向方向侧向向外延伸的臂341。在每个臂341的自由端处布置有阻挡件342。每个阻挡件342从其相应的臂341向侧面延伸。在每个阻挡元件臂341的与盘340相邻的区域中布置有止动件343。止动件343从盘沿转子轴线300的方向延伸，并且另外的止动件344从盘340沿与上述止动件343相同的相对于转子轴线300的方向延伸。另外，止动件344从盘沿大致径向方向向外延伸。如图5中可见，所有止动件343、344在其预期使用位置中均从转子臂向侧面延伸，并且可以在侧面抵靠相应的转子臂。在所示实施例中，当转子3沿顺时针方向旋转时，阻挡元件34与转子3一起旋转。由于惯性，转子臂不移动或仅移动很短距离。当止动件343在侧面抵靠转子臂时，转子臂与转子3一起旋转。同时，每个相应的阻挡件342与框架331上的相应的突起332接合，并由此阻止框架331绕枢转轴线330枢转。当转子沿逆时针方向旋转时，阻挡元件34旋转，并且由于惯性，转子臂不移动或仅移动很短距离。当另外的止动件344在侧面抵靠转子臂时，转子臂与转子3一起回转。当所有阻挡元件34与框架331的对应突起332脱离时，框架331可围绕各自的枢转轴线330自由地枢转，如图3中所示。

图3示出了在沿第一逆时针方向旋转期间的图1所示离心处理单元。当沿第一方向回转时，每个阻挡元件处于第一构造，并且允许相应的盒2的枢转运动。由于离心力f，框架331与每个容纳部33其中接收的盒2一起进行围绕枢转轴线330的枢转运动。在所示的情形中，盒在旋转状态下相对于其静止位置的角偏转为约90度。

图4示出了在转子3沿第一方向旋转期间的样品处理盒2。为了更好的可见性，仅示出了盒2。在转子3沿第一方向旋转期间，离心力f沿第一方向作用于盒，从而导致第一力矢量f1作用于要移动到样品处理盒2内的基材上并将这些基材沿第一方向引导。相对于盒在其静止位置的定向，第一力矢量指向下。因此，已被插入到盒顶部的物质向下移动。在转子3沿第一方向旋转期间，即使筒绕其中心轴线200旋转，所得到的力矢量也始终指向下。

图6示出了沿第二方向旋转期间的样品处理盒2。为了更好的可见性，仅示出了盒2。在转子3沿第二方向旋转期间，每个阻挡元件34处于其第二构造，并且阻止其中接收的盒2的枢转运动。因此，离心力f沿第二方向作用于盒，从而导致第二力矢量f2作用于要移动到样品处理盒2内的基材上并将这些基材沿第二方向引导。相对于盒在其静止位置的定向，第二力矢量f2指向一侧。因此，盒内的物质被移动到该侧。当盒绕其中心轴线200旋转时，在转子3沿第二方向旋转期间，离心力f沿本质上与第二方向相反的第三方向作用于盒，从而产生第三力矢量f3，该第三力矢量f3作用在盒中的基材上并使这些基材沿第三方向移动。相对于盒在其静止位置的定向，第三力矢量f3指向本质上与第二力矢量f2相反的方向。因此，盒内的基材被朝向该侧移动。如果要使基材在盒内上下左右运动，则首先应将盒以第一定向插入容纳部中。然后，使转子逆时针旋转，以使容纳部33不被阻挡，并且所得到的第一力矢量f1相对于盒2的初始定向向下作用。然后，使转子3停止，随后使转子3沿相反方向、即顺时针旋转。因此，阻止了盒2的枢转运动，并且所得到的第二力矢量f2相对于盒2的初始定向向右作用。然后，转子再次停止并沿相反方向旋转，从而产生作用在盒上的第一力矢量f1、即向下的力矢量。在转子停止之后，将盒2从容纳部33中取出，使其绕其中心轴线200旋转180度，然后再次将其插入到容纳部33中。然后，使转子3沿顺时针方向旋转，因此，容纳部33的枢转运动被阻挡，导致第三力矢量f3作用于盒2、即向左。这样一来，可以实现通过盒2的任意类型的路径。

图8示出了离心处理单元1的局部侧视图，该离心处理单元1在容纳部33处具有受限的角度偏差，并且图9示出了图6所示容纳部33的细节。在转子臂上靠近枢转轴线330处，布置有抵靠部333。抵靠部333从转子臂向上延伸，并且在其上端区域处包括抵靠部表面334。抵靠表面334被设计用于接触布置在容纳部33的框架331上的抵靠元件335。在转子3不旋转的静止状态下，抵靠元件335从枢转轴线330径向向上延伸。在静止状态下，在抵靠部333与抵靠元件335之间存在自由空间。当转子3旋转时，框架331绕枢转轴线330枢转，并且抵靠元件335进行枢转运动，由此该自由空间为减小直到抵靠元件335接触抵靠部333为止。在静止状态下的自由空间越大，框架331相对于转子的可能的角度偏差、即盒可绕其旋转的角度a就越大。抵靠部333的高度越小，在静止状态下的自由空间就越大。通过抵靠部333和抵靠元件335的这种组合，可以实现从大于0度到小于90度的角度偏差。

图10示出了接收在图8所示枢转容纳部中的样品处理盒，其得到的角向合力矢量fa为约45度。

在不同的转子臂处的不同的抵靠部333允许得到作用于插入到相应框架中的盒2的不同的合力矢量。通过随后将盒2放置在转子3的不同位置中、即在离心处理单元1的不同框架中，可以将不同的合力矢量对应地施加于所述盒2。这增加了液体可在盒内获得的可能路径。

图11示出了带有离心处理单元1的离心处理系统。离心处理单元1安装在基座上。在同一基座上安装有操纵器4、装载/卸载工位5、密封工位6、辐照工位7、加热工位8、检测/量化工位9和识别工位90。带有操纵器的基座和所有工位都被外壳封围。可以借助铰接盖进入外壳内部。这对于维护是有利的。在正常运行期间，装载/卸载工位5是内部与周围环境之间的唯一连接。操纵器4适于将样品处理盒2插入离心处理单元1中/从离心处理单元1中移除。操纵器4可以执行沿水平轴线x、y的水平运动和沿竖直轴线z的竖直运动。此外，操纵器4可以使盒绕竖直轴线z旋转。

附图标记列表

1离心处理单元343止动件

10离心处理系统344止动件

2样品处理盒4操纵器

200中心轴线5装载工位

3转子50移液单元

300转子轴线6密封工位

33容纳部7辐照工位

330枢转轴线8加热工位

331框架9检测/量化工位

332突起90识别工位

333抵靠部f离心力

334抵靠表面f1力矢量

335抵靠元件f2力矢量

34阻挡元件f3力矢量

340盘a角

341臂fa力矢量

342阻挡件