КОЛПАЧОК ПРОБИРКИ 187
TEST TUBE CAP 187

Предпосылки создания изобретения
Это изобретение относится к колпачку для использования с емкостью для жидкости (текучей среды). Прежде всего это изобретение относится к колпачку пробирки, который закрывает емкость в виде пробирки разных объемов и форм. Колпачок позволяет вводить в пробирку пипетку или пробоотборную трубку, избегая связанных с обычным колпачком пробирки проблем, рассматриваемых ниже.
Общей проблемой для обычных колпачков пробирки является склонность пипетки или пробоотборной трубки к созданию противодавления при заполнении или состояния вакуума при отсосе жидкости из пробирки. Противодавление и состояния вакуума могут порождать ошибки в точном переносе жидкости в пробирку или из пробирки. Например, состояние вакуума, созданное в пробирке во время отбора жидкости пипеткой, может привести к тому, что количество отобранной из емкости жидкости, будет меньше желаемого количества. Таким образом, проблемы переноса точного количества жидкости из пробирки в пипетку и наоборот могут иметь место, когда пипетка входит в контакт с колпачком пробирки и начинает добавлять или извлекать содержащуюся в пробирке жидкость.
Еще одной проблемой обычных колпачков пробирки является отсутствие симметрии и фланцевые участки, которые выступают за пределы пробирки. Механические руки роботов-манипуляторов рассчитаны на захват пробирок конкретного диаметра или ширины. Когда на пробирках применяются обычные колпачки, они часто имеют фланцы или другие края, которые выходят за внешний периметр пробирки и могут привести к тому, что рука робота-манипулятора не сможет должным образом захватить пробирку. Эти обычные колпачки для пробирок могут привести к тому, что операция по переносу или отбору жидкости пипеткой окажется полностью неудачной.
Еще одной проблемой обычного колпачка является то, что он может быть поврежден во время отбора жидкости пипеткой, потому что колпачок часто имеет пологий уклон, ведущий к участку колпачка в виде центрального клапана. Пологий уклон может привести к тому, что пипетка столкнется с областью колпачка пробирки, которая является непроницаемой, вместо того, чтобы достигнуть участка центрального клапана.
Еще одна проблема может возникать, когда пипетка проникает сквозь участок центрального клапана. Участок центрального клапана может оторваться и упасть в содержащуюся в пробирке жидкость, создавая проблемы с отбором жидкости и/или ее загрязнением.
Таким образом, необходим колпачок пробирки, который хорошо работает с механическими руками роботов-манипуляторов, сохраняет свою работоспособность во время операций по отбору жидкости пипеткой, не дает своему участку центрального клапана упасть в содержащуюся в пробирке жидкость и может облегчить перенос жидкости без создания противодавления или состояний вакуума, которые мешают надлежащему отбору жидкости пипеткой.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение описывает колпачок пробирки, который рассчитан на закрывание пробирки с жидкостью.
Одним аспектом настоящего изобретения является разработка входящего в зацепление с пробиркой колпачка пробирки, который хорошо работает с механическими руками роботов-манипуляторов и устройствами для отбора жидкости пипеткой.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является создание соответствующим образом скошенной внешней конической стенки для колпачка, которая облегчает введение пипетки в пробирку при сохранении ее работоспособности во время введения пипетки.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является устранение проблем противодавления и вакуума, которые возникают при заполнении и отборе жидкости из пробирки.
Еще одним аспектом настоящего изобретения является разработка протыкаемого колпачка, который удерживает свой участок центрального клапана от падения в содержащуюся в пробирке жидкость.
Вкратце, колпачок пробирки может быть изготовлен из эластомерного материала для герметизации пробирки. Предпочтительно, эластомерным материалом может быть полипропилен, полистирол, полиамид, полиэтилен, Alathon М5040 или любые другие подходящие полимеры. Колпачок пробирки может быть цилиндрическим по форме и симметричным относительно осевой линии, совпадающей с осью цилиндра. Верхняя поверхность колпачка может иметь кольцевой фланец, который простирается до внешнего края колпачка. Фланец может закрывать пробирку, но не может простираться настолько, чтобы мешать механическим рукам роботов-манипуляторов.
Колпачок пробирки может быть рассчитан на то, чтобы позволять доступ пипетки к содержащейся в пробирке жидкости после проникновения пипетки сквозь колпачок. Скошенный усеченный конус может быть рассчитан на легкое направление пипетки в пробирку без разрушения колпачка. Уклон проходит от верхней поверхности фланца в направлении верхней поверхности участка центрального клапана под углом от 40° до 60° к верхней поверхности фланца.
Участок центрального клапана может быть ограничен желобом, который предназначен для отрыва от усеченного конуса. Желоб может быть кольцевым, эллиптическим или полигональным в своем периметре. Поперечное сечение желоба может быть U-образным, V-образным или любой другой формы, которая облегчает отрыв от усеченного конуса. Желоб действует в виде шарнира на гибком участке, потому что толщина эластомерного материала под желобом на гибком участке больше, чем толщина эластомерного материала под остальным участком периметра желоба. Таким образом, желоб над гибким участком позволяет участку центрального клапана выгибаться, но не смещаться и не падать в содержащуюся в пробирке жидкость, когда пипетка проникает сквозь центральный участок клапана и отрывает остальной участок желоба от усеченного конуса. Соотношение между диаметрами проникающей пипетки и участком центрального клапана может быть рассчитано так, чтобы противодавление и состояния вакуума во время переноса содержащейся в пробирке жидкости могли быть предотвращены.
Трубчатый уплотнитель, который окружает усеченный конус, может быть рассчитан на легкую вставку в пробирку и вхождение в контактное зацепление с внутренними стенками пробирки своей внешней поверхностью. Трубчатый уплотнитель может иметь цилиндрическую форму, имеющую поверхность внешнего диаметра, включая конический участок, кольцевой участок и цилиндрический участок. Конический участок позволяет легко вставлять колпачок в пробирку, кольцевой участок позволяет колпачку входить в контактное зацепление с поверхностями внутренней стенки пробирки, а цилиндрический участок обеспечивает возможность плотной посадки между концом пробирки и колпачком. Кроме того, кольцевой участок колпачка содержит вставной сегмент, плоский сегмент и выходной сегмент, что, как преимущество, позволяет колпачку входить в контактное зацепление с пробиркой. Также может быть предусмотрено несколько кольцевых участков вдоль увеличенной внешней поверхности трубчатого уплотнителя.
Краткое описание чертежей
Сопроводительные чертежи, которые прилагаются и являются частью этого описания, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и вместе с вышеизложенным общим описанием и изложенным ниже детальным описанием служат для пояснения различных признаков изобретения:
Фиг.1: перспективный вид сверху примерного колпачка пробирки, изготовленного в соответствии с принципами изобретения,
Фиг.1А: перспективный вид снизу колпачка пробирки,
Фиг.2: вид сверху колпачка пробирки,
Фиг.2А: вид снизу колпачка пробирки,
Фиг.3: вид в поперечном разрезе изображенного на фиг.1 колпачка,
Фиг.4: вид в поперечном разрезе примерного колпачка и введенной пипетки,
Фиг.5: перспективный вид сверху пробирки с плоским дном емкостью 2 мл,
Фиг.5А: перспективный вид сверху пробирки с закругленным дном емкостью 2 мл,
Фиг.5Б: перспективный вид сверху пробирки емкостью в 1 драхму,
Фиг.5В: перспективный вид сверху пробирки емкостью в 2 драхмы,
Фиг.5Г: перспективный вид сверху пробирки с плоским дном размером 12 мм×100 мм,
Фиг.5Д: перспективный вид сверху пробирки с закругленным дном размером 12 мм×100 мм и соединенного с ним примерного колпачка,
Фиг.6: вертикальный вид сбоку другого варианта осуществления колпачка пробирки,
Фиг.7: вертикальный вид сбоку системы переноса жидкости.
Вышеприведенные фигуры представлены лишь в иллюстративных целях и не предполагают ограничения объема изобретения этой заявки, которое описывается более полно на чертежах и в формуле изобретения, изложенной ниже.
Детальное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Изобретатель пришел к выводу, что обычные колпачки для пробирок имеют проблемы, к которым относятся вакуумный затвор и противодавление во время переноса содержащейся в пробирке жидкости и ее загрязнение кусочками колпачка. Настоящее изобретение объединяет в себе признаки, которые могут улучшить рабочие характеристики и полезность колпачка пробирки в целях преодоления недостатков существующих в настоящее время конструкций и обеспечения общих усовершенствований в уровне техники.
В зависимости от размеров выбранной пробирки и пипетки колпачок пробирки может быть разных размеров. В данном случае размеры приведены в качестве примера и следует понимать, что возможны изменения. Фигуры 1-5Д иллюстрируют один вариант осуществления колпачка 50 пробирки. На фиг.1 показан вид колпачка 50 пробирки в перспективе сверху. Колпачок содержит кольцевую верхнюю поверхность 11, которая сходится с наклонной поверхностью 21 внешней конической стенки и сужается для схождения с желобом 41, который описывает верхнюю поверхность 42 в ее центре. Вид этих признаков сверху см. также на фиг.2. На фиг.1А перспективный вид снизу показывает внешнюю поверхность 31, которая простирается перпендикулярно от нижней поверхности 13 фланца. Фиг.2А представляет собой вид снизу показанных на фиг.1А признаков. Комплексный вид взаимосвязи вышеуказанных признаков можно видеть на фиг.3, которая представляет собой вид в поперечном разрезе фиг.2. Фиг.3 демонстрирует признаки колпачка 50 пробирки, включая признаки фланца 10, усеченного конуса 20, трубчатого уплотнителя 30 и участка 40 центрального клапана.
Как показано на фиг.3, фланец 10 является кольцевым и расположен на краю колпачка 50 пробирки. Нижняя поверхность 13 фланца может простираться от цилиндрического участка 32 внешней поверхности трубчатого уплотнителя 30. Фланец 10 может простираться за толщину стенки пробирки и действовать как крышка. Симметрия и протяженность фланца 10 за стенку пробирки уменьшает возможность неправильного зацепления механическими руками роботов-манипуляторов. Механические руки роботов-манипуляторов рассчитаны на захват пробирок конкретного диаметра или ширины. Колпачки пробирки, которые не имеют фланцев или других краев, которые простираются за пределы внешнего периметра пробирки, улучшают способность руки робота-манипулятора захватывать пробирку.
Фланец 10 соединен с усеченным конусом 20 и трубчатым уплотнителем 30. Трубчатый уплотнитель 30 может быть цилиндрическим по форме и может простираться от нижней поверхности 13 фланца 10 и внутреннего конического основания 22 в направлении нижней поверхности 36 трубчатого уплотнителя, как показано, например, на фиг.3. В то время как внутренняя поверхность 35 трубчатого уплотнителя может быть цилиндрической и перпендикулярной верхней поверхности 11 фланца, внешняя поверхность 31 трубчатого уплотнителя изменяет уклон в различных точках вдоль своей длины. Конический участок 34 внешней поверхности трубчатого уплотнителя может начинаться, например, на нижней поверхности 36 и для легкости вставки в пробирку может иметь уклон в направлении от осевой линии колпачка. Конический участок 34 позволяет мягко вставлять колпачок пробирки в пробирку.
Внешняя поверхность 31 может изменить уклон снова, когда она встречается с кольцевым участком 33 внешней поверхности трубчатого уплотнителя. На фиг.3 кольцевой участок 33 шире, чем внешний диаметр конического участка 34 на нижней поверхности 36. Уклон вставного скошенного сегмента 33а кольцевого участка 33 может увеличиваться над коническим участком 34, а затем уменьшаться в до тех пор, пока кольцевой участок 33 не войдет в плоский сегмент 33b, где уклон по существу параллелен цилиндрическому участку 32 внешней поверхности трубчатого уплотнителя. Затем кольцевой участок 33 входит в выходной скошенный сегмент 33с, где уклон выходного скошенного сегмента уменьшается, и он заканчивается на цилиндрическом участке 32 внешней поверхности трубчатого уплотнителя, например, как показано на фиг.3.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предусмотрено несколько кольцевых участков 33 вдоль увеличенной внешней поверхности 31 трубчатого уплотнителя 30, например, как показано на фиг.6. Увеличенная длина внешней поверхности 31 трубчатого уплотнителя 30 может быть необходимой для того, чтобы разместить вдоль своей длины дополнительные кольцевые участки. Несколько кольцевых участков 33 могут обеспечивать дополнительное контактное зацепление между колпачком 50 пробирки и пробиркой.
Цилиндрический участок 32 внешней поверхности 31 трубчатого уплотнителя 30 проходит параллельно внутренней поверхности 35 трубчатого уплотнителя и может иметь такой же диаметр, как и начальный внешний диаметр конического участка 34, например, как показано на фиг.3. Цилиндрический участок 32 может быть перпендикулярным нижней поверхности 13 фланца 10 и заканчивается там. Цилиндрический участок 32 обеспечивает установку по плотной посадке между горлышком пробирки и колпачком 50 пробирки.
От верхней поверхности 11 фланца 10 и трубчатого уплотнителя 30 вниз к участку 40 центрального клапана колпачка 50 пробирки простирается усеченный конус 20. Уклон поверхности 21 внешней конической стенки усеченного конуса 20 может направлять пипетку или пробоотборную трубку к участка 40 центрального клапана. Уклон поверхности 21 внешней конической стенки может простираться от верхней поверхности 11 фланца 10 к верхней поверхности 42 участка центрального клапана под углом около 40°-60° к верхней поверхности 11 фланца 10. Поверхность 23 внутренней конической стенки проходит по существу параллельно поверхности 21 внешней конической стенки и может начинаться на внутреннем коническом основании 22 и заканчиваться на внутреннем коническом плато 24, например, как показано на фиг.3 и фиг.1А.
Участок 40 центрального клапана может содержать желоб 41 и гибкий участок 45. Гибкий участок 45 может быть продолжением поверхности 23 внутренней конической стенки в сторону нижней поверхности 43 участка 40 центрального клапана, например, как показано на фиг.3. Нижняя поверхность 43 может быть различной формы в зависимости от формы периметра желоба и расположенного выше него внутреннего конического плато 24. Например, гибкий участок 45 может иметь форму замкового камня, показанную на фиг.1А и 2А. Может быть предусмотрена скошенная поверхность 44 участка 40 центрального клапана. Скошенная поверхность 44 может проходить с уклоном вверх от нижней поверхности 43 под углом до тех пор, пока она не достигнет внутреннего конического плато 24 над ней.
Верхняя поверхность 42 участка центрального клапана, расположенная ниже верхней поверхности 11 фланца, может быть окружена желобом 41, например, как показано на фигурах 1, 2 и 3. В своем периметре желоб 41 может быть, например, кольцевым, эллиптическим или полигональным. Поперечное сечение желоба 41 может быть U-образным, V-образным или другой формы, которая облегчает отрыв от усеченного конуса. Размеры поперечного сечения желоба 41 могут быть выражены в долях миллиметров, а внутреннее коническое плато 24 может быть расположено в долях миллиметров ниже желоба 41. Разница в глубине между желобом 41 и внутренним коническим плато 24 под ним служит для уменьшения толщины участка 40 центрального клапана вдоль периметра желоба 41, например, как показано на фиг.3, так что пипетка может легко вытолкнуть участок 40 центрального клапана из усеченного конуса 20.
Однако над гибким участком 45 желоб 41, вместо элемента отрыва, действует в виде шарнира. Материал колпачка под желобом 41 на гибком участке 45 толще по сравнению с толщиной материала под остальным участком периметра желоба, позволяя гибкому участку 45, по сравнению с остальным участком желоба 41, противостоять отрыву. Желоб 41 над гибким участком 45 может действовать как шарнир, так что оказываемое пипеткой усилие отрывает участок 40 центрального клапана от усеченного конуса, например, вдоль остального участка периметра желоба. Таким образом, оторванный участок 40 центрального клапана прогибается вниз от шарнироподобного желоба 41 над гибким участком 45 в результате оказываемого пипеткой усилия, но участок 40 центрального клапана не отделяется и не падает внутрь пробирки. На фиг.4 показан гибкий участок 45 в поперечном разрезе колпачка 50 пробирки с введенной пипеткой Р. Диаметр участка 40 центрального клапана может быть, например, на 50% больше, чем диаметр используемой с такими пробирками введенной пипетки Р. Следовательно, пробирки не испытывают значительных проблем, связанных с противодавлением или состояниями вакуума во время отбора жидкости пипеткой.
На фиг.5-5Д показаны некоторые из ассортимента пробирок, на которые может быть надет колпачок. Пробирки различны по объему и форме, но на чертеже показаны пробирки, имеющие одинаковый размер отверстия. На фиг.5Д также показан надетый на пробирку колпачок 50 пробирки. Предусмотрено, что множество надетых на пробирки колпачков могут быть объектом манипулирования механических рук роботов-манипуляторов и/или принимать приводимые в действие роботом пипетки, которые проникают сквозь части центральных клапанов.
Комбинация колпачка 50 пробирки с пробиркой, например, как показанная на фиг.5Д, представляет собой герметичный резервуарный модуль 60, который может быть частично или полностью заполнен жидкостью или полностью вакуумирован для создания вакуума. Резервуарный модуль 60 сохраняет свое начальное давление до тех пор, пока в него не будет введена пипетка во время операции по отбору жидкости, как описано выше.
Также предполагается система 70 переноса жидкости, включающая в себя резервуарный модуль 60 (т.е. колпачок 50 пробирки и пробирку) и пипетку Р согласно настоящему изобретению, например, как показано на фиг.7. Система 70 переноса жидкости может применяться для переноса жидкости из пробирки в пипетку Р или наоборот с точностью и без создания проблем противодавления и вакуума, которые могут возникать во время заполнения или удаления жидкости. Система 70 переноса жидкости может также содержать руку 71 робота-манипулятора для перемещения резервуарного модуля 60 в надлежащее положение для введения пипетки Р.
Колпачок 50 пробирки может быть изготовлен из эластомерного материала, включая полипропилен, полистирол, полиамид, полиэтилен, Alathon М5040 или другие подходящие полимеры. Alathon М5040 является полиэтиленом высокой плотности, предпочитаемым из-за своей эластичности и стойкости к загрязнению. Колпачок из материала Alathon М5040 может быть изготовлен литьем под давлением для изготовления колпачка 50 пробирки монолитной деталью, которую можно изготавливать в состояниях массового производства.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения общая длина колпачка 50 пробирки от верхней поверхности 11 фланца 10 до нижней поверхности 36 трубчатого уплотнителя 30 составляет около 7,00 мм. Внешний край фланцевого участка 10 составляет около 11,65 мм, в то время как скошенная поверхность 21 внешней конической стенки усеченного конуса 20 имеет внешний диаметр около 7,85 мм и внутренний диаметр около 4,00 мм. Уклон поверхности 21 внешней конической стенки составляет около 48,4° от верхней поверхности 11 фланца 10 до желоба 41, расположенного на верхней поверхности 42 участка 40 центрального клапана.
Верхняя поверхность 42 участка 40 центрального клапана находится примерно на 2,90 мм ниже верхней поверхности 11 фланца, в то время как нижняя поверхность 43 участка 40 центрального клапана расположена на 3,30 мм ниже верхней поверхности 11 фланца. Кольцевой желоб 41, расположенный на верхней поверхности 42, является U-образным в поперечном сечении, имея глубину 0,10 мм и ширину 0,15 мм. Внутреннее коническое плато 24 расположено на глубине около 3,00 мм ниже верхней поверхности 11 фланца, немного ниже поверхности дна желоба 41, так что большая часть периметра желоба 41 имеет под ним уменьшенную толщину. Участок 40 центрального клапана имеет уменьшенную толщину вдоль примерно 94% периметра желоба 41.
Участок 40 центрального клапана соединен с усеченным конусом 20 и опосредованно с фланцем 10 и участком 30 трубчатого уплотнителя. Внутренняя поверхность 35 трубчатого уплотнителя 30 имеет внутренний диаметр около 7,85 мм, а внешний диаметр конического участка 34 поверхности 31 внешней стенки трубчатого уплотнителя 30 составляет около 9,90 мм на нижней поверхности 36. Таким образом, толщина трубчатого уплотнителя 30 составляет около 2,05 мм на нижней поверхности 36.
Поверхность 31 внешней стенки трубчатого уплотнителя 30 имеет отчетливые области, начинающиеся на коническом участке 34 и простирающиеся до кольцевого участка 33 и цилиндрическом участке 32. Кольцевой участок 33 имеет длину около 2,00 мм и расположен примерно в 2,80 мм от нижней поверхности 36 и может простираться примерно на 0,30 мм дальше, чем внешний диаметр конического участка 34 на нижней поверхности 36. Другой конец кольцевого участка 33 заканчивается на цилиндрическом участке 32, который имеет длину 1,50 мм и простирается до нижней поверхности 13 фланца 10.
Хотя настоящее изобретение раскрыто со ссылкой на определенные предпочтительные варианты, возможны многочисленные модификации и изменения к описным вариантам, не выходя за рамки настоящего изобретения, охарактеризованного в прилагаемой формуле изобретения. Соответственно, предполагается, что настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, но оно имеет полный объем, определенный формулировками последующей формулы изобретения и их эквивалентов.