离心处理单元的制作方法

本发明涉及一种用于引导物质在样品处理盒内移动的离心处理单元。

背景技术：

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，其中料斗被布置在从旋转轴线向外延伸且彼此相对的臂上。每个料斗可绕相应的轴旋转的并且可沿该轴滑动。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口。如果旋转轴线沿一个方向被旋转，则每个料斗抵靠没有锁定销的臂的侧面上，并且可围绕其轴旋转。如果旋转轴线沿相反方向被旋转，则每个料斗沿其轴滑动，并且抵靠具有锁定销的臂的侧面上，因此阻止它绕其轴旋转。滑动和抵靠产生额外、不必要的力矢量。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是提供一种用于引导物质在样品处理盒内移动的离心处理单元，借以防止额外、不必要的力矢量。

这个问题通过一种具有权利要求1所述的特征的离心处理单元来解决。用于引导物质在样品处理盒内移动的离心处理单元、离心处理系统以及方法的其他实施例由其他权利要求所述的特征来限定。

用于引导物质在样品处理盒内移动的离心处理单元包括：至少一个转子，所述转子具有用于至少一个用于接收样品处理盒的容纳部，所述至少一个容纳部仅允许盒绕相应的枢转轴线的自由枢转运动，其中每个枢转轴线与转子轴线正交并且与离心力的相应力矢量正交；至少一个转子驱动器，所述转子驱动器用于使至少一个转子绕相应的转子轴线旋转，以产生离心力；控制装置，所述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，所述阻挡元件允许盒在释放位置的自由枢转运动，并且阻止在阻挡位置的自由枢转运动，其中所述阻挡元件被布置在至少一个转子上且在所述至少一个容纳部上方与其隔开。

通过这种布置，阻挡元件能够接合容纳部和/或被插入容纳部的盒。另外，这种阻挡元件能够充当所插入的盒的盖板。另外，这种设计允许用户立即识别哪些盒将在转子的旋转期间被枢转而哪些则不会被枢转。

在实施例中，阻挡元件被布置在转子的轴的顶部。因此，不需要附加元件，所述附加元件会使组件更重并且因此会增加要旋转的总质量。

在实施例中，阻挡元件包括至少一个固定元件，所述固定元件在转子的旋转期间阻止阻挡元件与转子之间的相对移动。这种固定元件能够自激活，例如是预载弹簧或弹簧封装。或者，固定元件可包括插销，该插销可与布置在转子上的元件互锁。可使用任何适当的固定元件，该固定元件阻止阻挡元件相对于转子的相对旋转。通常，固定力须与惯性力同样大，惯性力产生自转子旋转的正或负加速度。

在实施例中，阻挡元件包括：盘，所述盘的中心连接到转子轴；至少一个凹口，所述凹口从盘的外沿向中心延伸；以及柄，所述柄的中心布置在盘上方。使用这个形状，能够实现宽广地展开而重量轻的阻挡元件。

在实施例中，阻挡元件包括两个或更多个凹口，所述两个或更多个凹口均匀分布在盘的周边上，使得阻挡元件的重心对应于盘的中心。这样，安装状态中的盘的重心将被分配在转子轴线上，并且因此阻挡元件的质量将绕转子轴线均匀地分布。不会存在由不平衡的旋转质量引起的任何震动。

在实施例中，阻挡元件包括：两个或更多个凹口，所述两个或更多个凹口不对称地分布在盘的周边；以及至少一个平衡重量，所述平衡重量布置在盘上，使得阻挡元件的重心对应于盘的中心。通过增加平衡重量，能够使阻挡元件围绕转子轴线是平衡的。

在实施例中，每个凹口被设计成仅允许单个盒的自由枢转运动。这样，用户清楚地知道哪一个盒将在转子的旋转期间被枢转而哪一个则不会被枢转。

在实施例中，每个凹口被设计成允许两个或更多个盒的自由枢转运动。这提供灵活的离心处理单元，其中可允许或阻止一个或多个盒的同时枢转。

在实施例中，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。对应的抵靠元件可被布置在样品处理盒上或者用于接收样品处理盒的框架上。由于自由枢转运动允许0度至大约90度的角偏差，所以具有抵靠部的设计允许在大于0度至小于90度的范围中选择性地设定样品处理盒的角运动。这样，可以相对于样品处理盒的方向以一个角度移动样品处理盒的内容。

可以任何组合使用离心处理单元的上述实施例的特征，除非它们相互抵触。

用于引导物质在样品处理盒内移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以及至少一个操纵器，所述操纵器适于能够将样品处理盒布置在至少一个容纳部中或者将样品处理盒从至少一个容纳部移除。操纵器防止人为操作错误。另外，在清洁环境中，操纵器允许在操作盒的期间在没有污染风险的情况下操作盒。

在实施例中，操纵器适于能够沿任何水平或垂直方向移动样品处理盒。垂直和至少一个水平移动的组合允许将盒放置在离心处理单元中以及从离心处理单元移除。通过将盒从一个容纳部传递到与其相对的容纳部，相对于转子将盒的方向改变。相同的方向变化可通过盒的旋转来实现。

在实施例中，操纵器适于能够执行样品处理盒绕与转子轴线平行的轴线的角旋转。在对应的盒的离心期间，盒的方向的变化引起离心力的力矢量的方向的变化。例如，角旋转是绕大于0度、特别是90度或180度的角度的旋转。盒绕180度的旋转允许使由施加的离心力产生的力矢量反转。

在实施例中，操纵器适于能够夹持阻挡元件的柄，并且实现相对于转子轴线阻挡元件与转子之间的相对角旋转。或者，阻挡元件与转子之间的相对旋转可由使用者进行。在操纵器执行旋转的情况下，可设置自动系统，该自动系统可防止使用者错误。

在实施例中，离心处理系统还包括至少一个附加工位，其中至少一个附加工位可选自装载/卸载工位、密封工位、辐照工位(电磁、放射性)、加热工位(接触、对流)、检测/量化工位和识别工位或者用于处理样品处理盒的内容或操作样品处理盒的的任何其他公知的工位的组合。这些附加工位的结合提供大量选项，并且允许系统的多用途使用。这些工位可以相互毗连地布置在单个基座上。另外，这些工位可被配置在可及壳体内。壳体可被移除或者可被部分地或完全地开启。

装载和卸载可在同一地点或者可被分配在各种地点(即，装载工位和卸载工位)。这些工位可为单独盒或者为若干盒的载体提供空间。装载工位还可包括吸移工位，其中物质、试剂、样品或重组缓冲液可被添加、混合或者传递到盒中的相应隔室。

在密封工位，盒被密封，以防止物质离开或进入盒。

在辐照工位，中间或最终产品可被暴露于任何种类的辐照。例如，辐照可以是电磁的(例如光或热)或者放射性的。

在加热工位，中间或最终产品可例如通过接触或者通过对流来暴露于任何种类的热力。例如，热力可在例如在4至98℃的范围内的恒温培养箱中保持为恒定。在梯度培养箱或热循环器中，任何加热或冷却梯度可相互结合或者与温度平台结合。

在检测/量化工位，可以用任何种类的光学或电子检测/量化来检测或量化中间或最终产品。

在识别工位，可以用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。

可以任何组合使用离心处理系统的上述实施例的特征，除非它们相互抵触。

引导物质在样品处理盒内移动的方法包括下列步骤：

－设置根据上述实施例之一的离心处理单元；

－将样品处理盒插入至少一个容纳部；

－将阻挡元件定位在释放位置，由此当转子被旋转时允许至少一个容纳部的自由枢转运动，并且由此沿相对于所插入的样品处理盒的第一方向产生第一力矢量；

－使至少一个转子绕相应的转子轴线旋转；

－停止旋转，并且由此允许样品处理盒返回到其初始位置；

－将阻挡元件定位在阻挡位置，由此当转子被旋转时阻止至少一个容纳部的自由枢转运动，并且由此沿相对于所插入的样品处理盒的第二方向产生第二力矢量。

在实施例中，该方法还包括下列步骤：

－将样品处理盒从至少一个容纳部移除；

－使样品处理盒绕与转子轴线平行的轴线旋转；

－将样品处理盒插入至少一个容纳部；

由此当至少一个转子被旋转并且阻挡元件处于阻挡位置时能够产生沿相对于样品处理盒的第三方向的第三力矢量。

在实施例中，该方法还包括下列步骤：

－在将样品处理盒插入容纳部之前或之后，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选自装载/卸载工位、密封工位、辐照工位(电磁、放射性)、加热工位(接触、对流)、检测/量化工位、卸载工位、识别工位的组合。

在实施例中，通过在至少一个转子被旋转之前为容纳部设置抵靠部来部分地限制样品处理盒的自由枢转运动。

可以在一开始或者就在转子的旋转之前设置抵靠部。还可从一开始设置这种角度受限制的容纳部(亦即作为工厂设定)，或者在最迟就在转子由手或操纵器旋转之前，将抵靠部放置在相应的容纳部中。还有可能在这两个时间点之间在容纳部分配抵靠部。

可以任何组合使用引导物质在样品处理盒内移动的方法的上述实施例的特征，除非它们相互抵触。

附图说明

下面参照附图更详细地描述本发明的实施例。

附图仅用于说明，而不应要被理解为限制。附图中

图1示出根据本发明的离心处理单元的侧视图；

图2示出图1的离心处理单元的俯视图；

图3示出旋转期间的图1的离心处理单元的等距视图；

图4示出旋转期间在枢转容纳部中接收的样品处理盒；

图5示出具有被阻挡的盒的图1的离心处理单元的等距视图；

图6示出旋转期间具有被阻挡的盒的样品处理盒；

图7示出在旋转期间具有被释放的盒的根据本发明的离心处理单元的另一个实施例的等距视图；

图8示出具有被部分地阻挡的盒的图7的离心处理单元；

图9示出全部盒被阻挡的图7的离心处理单元；

图10示出在枢转容纳部具有受限角偏差的离心处理单元的部分侧视图；

图11示出图10的枢转容纳部的细节；

图12示出在图10的枢转容纳部中接收的样品处理盒；以及

图13示出具有图1的离心处理单元的离心处理系统。

具体实施方式

图1和图2示出根据本发明的离心处理单元1的侧视图和俯视图。

用于引导物质样品处理盒2内移动的离心处理单元1包括：用于接收样品处理盒2的转子3；至少一个转子驱动器(未示出)，所述转子驱动器用于使至少一个转子3绕相应的转子轴线300旋转，以产生离心力f；控制装置(未示出)，所述控制装置用于使至少一个转子3加速和减速。转子3包括两个臂，所述臂在转子轴线300的相对侧上从中心转子轴线300横向延伸。离心处理单元1还包括用于接收样品处理盒2的枢转容纳部31。枢转容纳部31被布置在转子3上，并且适于允许所接收的样品处理盒2绕相应的枢转轴线310的自由枢转运动。枢转轴线310与转子轴线300正交并且与离心力的相应力矢量f正交。每个枢转容纳部31被配置在两个转子臂的自由端中的一个。每个枢转容纳部31包括用于接收样品处理盒2的框架311。每个容纳部的框架适于在第一方向接收样品处理盒2并且在第二方向接收样品处理盒2，其中第二方向对应于样品处理盒2绕与转子轴线300平行的中心轴线200的180度的角旋转。每个框架的上缘包括相应的凸缘312。每个凸缘向外延伸。阻挡元件34被布置在转子3的轴的顶部。阻挡元件34包括圆形盘340，该圆形盘340横向延伸超过枢转容纳部31的横向位置。枢转容纳部31与阻挡元件34之间的垂直距离被设计成使得被插入枢转容纳部31的样品处理盒2没有伸出到阻挡元件34的盘340的下表面上方。固定元件(未示出)阻止转子与阻挡元件34之间的不想要的相对旋转。所述固定元件产生保持力，该保持力须被克服以使阻挡元件34相对于转子3旋转。所述固定元件被设置成使得保持力大于惯性力，所述惯性力由阻挡元件34的最大正或负加速度引起。被固定到盘340的顶部的柄342促进转子3与阻挡元件34之间的相对旋转。可手动地或者使用操纵器或类似物致动柄342。两个凹口341被配置在盘340的两个相对侧面上。每个凹口从盘340的外沿向中心延伸。每个凹口341的宽度和深度被设计成使得当将所述凹口配置在枢转容纳部31之上时，枢转容纳部31和被插入到枢转容纳部31的样品处理盒2的各自的自由枢转运动不会受阻。每个凹口341的宽度至少大于待插入样品处理盒2的宽度，以及每个凹口341的深度至少大于待插入样品处理盒2的最内边沿的突出部分。盘340的中心对应于转子3的转子轴线300的位置。阻挡元件34的重量分布被设计成使得重心对应于盘340的中心。

图3示出旋转期间的图1的离心处理单元的等距视图。由于固定元件34的位置以及相应的方向，凹口341被配置在枢转容纳部31上方，并且插入的样品处理盒2的枢转不会受阻。当被转动时，由于离心力，框架311连同接收在其中的枢转容纳部31的盒2一起进行绕枢转轴线310的枢转运动。在所示情况下，旋转状态中的所述盒相对于静止位置的角偏转为大约90度。

图4示出旋转期间在枢转容纳部中接收的样品处理盒2。为了更好的可见性，仅示出盒2。在转子3的旋转期间，离心力f朝第一方向作用于盒，产生第一力矢量f1，第一力矢量f1作用于将在样品处理盒2内被移动的基片并且朝所述第一方向引导这些基片。相对于所述盒在其静止位置的方向，所述第一力矢量指向下方。因此，已经插入盒的顶部的物质被向下移动。在枢转容纳部31中，即使当所述盒绕中心轴线200被旋转时，合力矢量始终指向下方。

图5示出具有被阻挡的盒2的图1的离心处理单元1的等距视图。由于在所插入的盒2的位置与容纳部31的位置之间出现角偏移，所以盒2的枢转运动被阻挡元件34的盘340所阻止。在所示情况下，在旋转期间，盒2的顶沿抵靠盘340的下表面。

图6示出旋转期间具有被阻挡的盒的样品处理盒2。为了更好的可见性，仅示出盒2。在转子3的旋转期间，离心力f朝第二方向作用于盒，产生第二力矢量f2，第二力矢量f2作用于将在样品处理盒2内被移动的基片并且朝所述第二方向引导引导这些基片。相对于所述盒在其静止位置的方向，第二力矢量f2指向一侧。因此，所述盒内的物质被移动到那一侧。当固定容纳部32中的盒绕中心轴线200被旋转时，离心力f在转子3的旋转期间朝与第二方向基本上相反的第三方向作用于盒，产生第三力矢量f3，第三力矢量f3作用于盒中的物质并且将它们朝第三方向移动。相对于所述盒在其静止位置的方向，第三力矢量f3基本上指向与第二力矢量f2相反的方向。因此，所述盒内的基片被移向该方向。

图7示出在旋转期间具有被释放的盒2的根据本发明的离心处理单元1的另一个实施例的等距视图，图8示出具有被部分地阻挡的盒2的同一离心处理单元1，以及图9示出全部盒2被阻挡的同一离心处理单元1。转子3包括两个臂，所述臂相对于转子轴300被布置在相对侧。两个枢转容纳部31被布置在两个臂的每个上。两个枢转容纳部31被布置成彼此形成一定角度。一个臂上的每个容纳部在另一臂上具有相对的容纳部，使得转子3的重心对应于转子轴线300。盘340中的凹口341被设计成使得当所述凹口被配置在两个臂上的两个容纳部31上方时，两个盒2以及相应的两个框架311可在转子3的旋转期间自由地枢转。利用这个配置，还可将盒2插入相应的容纳部31或者从相应的容纳部31移除盒2。凭借阻挡元件34相对于转子3绕与凹口341的张角的一半对应的角度的相对旋转，可在转子3的旋转期间阻止每个转子臂上的一个盒2的枢转运动。当阻挡元件34被旋转凹口341的全张角的角度时，在转子3的旋转期间全部盒2的枢转运动被阻止。

图10示出在枢转容纳部31具有受限角偏差a的离心处理单元1的部分侧视图，以及图11示出图6的枢转容纳部31的细节。在转子臂上，靠近枢转轴线310，布置了抵靠部313。抵靠部313从所述转子臂向上延伸，并且抵靠部313的末端区域包括抵靠部表面314。抵靠部表面314被设计成用于接触抵靠元件315，抵靠元件315被布置在枢转容纳部31的框架311上。当转子3不旋转时，抵靠元件315在静态情况下从枢转轴线310径向地向上延伸。在静态情况下，在抵靠部313与抵靠元件315之间有自由空间。当转子3旋转时，框架311绕枢转轴线310枢转以及抵靠元件315进行枢转运动，并且因此所述自由空间减小，直到抵靠元件315接触抵靠部313。在静态情况下的所述自由空间越大，框架311相对于所述转子的可能的角偏差越大。抵靠部313的高度越小，在静态情况下的自由空间越大。利用抵靠部313和抵靠元件315的这个组合，可实现大于0度并且小于90度的角偏差。

图12示出在图7的枢转容纳部中接收的样品处理盒，其具有大约45度的合成角向力矢量fa中。位于不同转子臂的不同抵靠部313允许不同的合力矢量作用于被插入相应的框架的盒2。通过随后将盒2放置在转子3的不同位置(即，离心处理单元1的不同框架)中，可对所述盒2对应地施加不同的合力矢量。这增加了液体在盒内可采用的可能路径。

图13示出具有离心处理单元1的离心处理系统。离心处理单元1被安装在基座上。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被安装在同一基座上。具有操纵器和全部工位的基座被壳体包围。可通过铰链盖进入所述壳体内部。这对于维护是有利的。在正常操作期间，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以及从离心处理单元1移除样品处理盒2。操纵器4能够执行沿水平轴线x、y的水平移动以及沿垂直轴线z的垂直移动。另外，操纵器4能够使盒绕垂直轴线z旋转。

附图标记列表

1离心处理单元

10离心处理系统

2样品处理盒

200中心轴线

3转子

300转子轴线

31容纳部

310枢转轴线

311框架

312凸缘

313抵靠部

314抵靠表面

315抵靠元件

34阻挡元件

340盘

341凹口

342柄

4操纵器

5装载工位

50吸移单元

6密封工位

7辐照工位

8加热工位

9检测/量化工位

90识别工位

f离心力

f1力矢量

f2力矢量

f3力矢量

a角度

fa力矢量