Лабораторная центрифуга

Область техники
Полезная модель относится к области лабораторного оборудования, а именно к центрифуге, которая может быть использована для широкого круга задач в научно-исследовательских лабораториях.
Уровень техники
Из уровня техники известна центрифуга (патент Латвии №12536; МПК: B01L 11/00, B01L 9/00; опубл. 20.01.2001), на валу двигателя которой зафиксированы пластина ротора с гнездами для пробирок и насадка-эксцентрик. Это позволяет одновременно центрифугировать содержимое установленных в пластине пробирок и вортексировать (перемешивать) содержимое дополнительной пробирки за счет ее прижатия к насадке-эксцентрику.
Пластины ротора являются плоскими, при этом края пластины выполнены под определенным углом к центральной части, т.е. края изогнуты вверх. Указанные пластины являются съемными и имеют отверстие в центре для установки на валу двигателя. Пластина ротора может быть круглой или прямоугольной формы. Например, круглые пластины, предназначенные для центрифуги-вортекс «Микроспин» FV-2400, могут быть выполнены в нескольких вариантах: с 12 гнездами для пробирок объемом 1,5/2 мл либо с 16 гнездами для пробирок двух типов: с 8 гнездами для пробирок объемом 1,5/2 мл и 8 гнездами для 0,5 мл пробирок, либо с 24 гнездами: 12 гнезд для 0,5 мл пробирок и 12 гнезд для пробирок объемом 0,2 мл, либо одновременно включать в себя 6 гнезд для пробирок объемом 1,5/2 мл, 6 гнезд для 0,5 мл пробирок и 6 гнезд для 0,2 мл пробирок, в сумме 18 гнезд. Также для центрифуги-вортекс «Микроспин» FV-2400 существуют пластины прямоугольной формы для стрипов (8-ми связанных между собой ПЦР-пробирок) в двух вариантах: с вместимостью 2 стрипов и 8 стрипов.
В случае необходимости работы с пробирками разного объема и формы, приходится заменять одну пластину ротора на другую. Это создает неудобства в условиях активного использования центрифуги и требует много времени.
В уровне техники были найдены только технические решения, относящиеся к отдельным элементам центрифуги, например, переходники для пробирок. Указанные переходники позволяют использовать пластину, изначально предназначенную для пробирок одного объема, и для пробирок другого объема, представляют собой цилиндрические вставки в гнезда пластин ротора. В частности, пластина, предназначенная для работы с пробирками объемом 0,5 мл, при использовании упомянутых переходников может вмещать пробирки объемом 0,2 мл. Недостатком данного решения является то, что вместо затрат времени на смену пластин, необходимо затрачивать время на установку переходников в пластины, при этом проблема количества образцов, с которыми можно работать одновременно, остается неразрешенной.
Из уровня техники также известен универсальный ротор (заявка US 20060198759 A1; МПК: B01L 9/00; опубл. 07.09.2006). В одном из вариантов он включает в себя пластину для пробирок и специальный держатель. Пластина для пробирок фиксируется на указанном держателе. Держатели выполнены с возможностью установки друг на друга. Для этого на верхнем торце держателя выполнен стержень, а на нижнем - углубление. Причем стержень и углубление имеют обратную форму, таким образом, стрежень одного держателя надежно входит в углубление другого держателя. После фиксации пластины на одном держателе, сверху может быть установлен другой держатель с зафиксированной на нем пластиной, и так далее.
Задачей настоящей полезной модели является устранение недостатков вышеуказанной центрифуги благодаря усовершенствованию ее конструкции.
Раскрытие сущности полезной модели
Данная полезная модель решает некоторые из вышеуказанных проблем в уровне техники, предоставляя технические решения, которые решают полностью или частично одну из вышеуказанных проблем, предоставляя соответствующий технический результат.
Возможность одновременной работы с пробирками разного размера, а также с пробирками в стрипах, без необходимости постоянно менять одну пластину ротора на другую, значительно повышает удобство работы с центрифугой и экономит время.
Техническим результатом также может являться увеличение количества образцов и типов пробирок, которые могут быть одновременно подвергнуты центрифугированию.
Указанные улучшения уровня техники достигаются тем, что заявленная центрифуга включает в себя расположенный на валу двигателя многоярусный ротор, то есть ротор, в котором при помощи заглушки и одного или более адаптеров установлены по меньшей мере две съемные пластины с гнездами для пробирок.
Заявленная центрифуга может быть использована в научно-исследовательских лабораториях для широкого круга задач, в частности, для центрифугирования биологических объектов.
Новизна и преимущество заявленной полезной модели перед аналогами заключается в том, что в зависимости от конкретных условий и задач центрифуга обеспечивает возможность одновременной работы с несколькими одинаковыми или разными пластинами ротора. Это значительно повышает эффективность работы и функциональность центрифуги.
В одном из примеров исполнения настоящей полезной модели лабораторная центрифуга включает в себя следующие элементы. Корпус центрифуги может иметь любую форму, и предназначен, в частности, для размещения в нем двигателя. Традиционным материалом корпуса является металл, однако это не ограничивает возможность использования для этих целей других подходящих материалов, таких как стеклопластик, полимеры и т.п. Также лабораторная центрифуга включает орган управления. Под органом управления центрифугой в контексте настоящего описания подразумевается любой элемент, такой как кнопка, тумблер, регулятор и т.п., при помощи которого осуществляется включение/выключение и/или управление режимами работы центрифуги. Питание центрифуги может осуществляться напрямую через сетевую кабельную вилку либо через блок питания, который может быть внешним или внутренним. Внутри корпуса располагается двигатель. В качестве двигателя в заявленной центрифуге может быть использован любой электродвигатель подходящей мощности и габаритов. Вал двигателя выведен за пределы корпусной части двигателя центрифуги, адаптирован для многоярусного ротора и передает крутящий момент от двигателя на многоярусный ротор. Ротор центрифуги представляет собой совокупность элементов, находящихся за пределами корпуса центрифуги, и устанавливается на вал двигателя, за счет чего приводится в движение для совершения вращения. Многоярусный ротор включает в себя установленные на валу двигателя адаптер (адаптеры), заглушку и минимум две съемные пластины с гнездами для пробирок. Под пластиной ротора в контексте настоящего описания подразумевается специальная пластина, круглой, прямоугольной или более сложной формы, с отверстием по центру, края которой могут быть выполнены как в одной плоскости с центральной частью, так и под определенным углом к ней, т.е. края могут быть изогнуты вверх. Пластины за счет отверстия по центру фиксируются на валу двигателя и на адаптерах, перпендикулярно валу двигателя и адаптерам одна над другой. Для фиксации пластин используется минимум один адаптер, который устанавливается между упомянутыми пластинами, а также заглушка, фиксирующая верхнюю пластину. Пластина имеет отверстия (гнезда) для размещения в ней пробирок с образцами (объектами исследования). Форма отверстия зависит от угла, на который должна быть отклонена пробирка.
Если профиль пластины выполнен плоским, то гнезда в предпочтительном варианте осуществления могут иметь вытянутую форму, включая, но не ограничиваясь, овальную и прямоугольную, что обеспечивает более горизонтальное положение пробирки во время центрифугирования, т.е. отклонение пробирки на определенный угол относительно начального положения.
В том случае, когда пластина выполнена с загнутыми вверх краями, гнезда для пробирок могут иметь любую форму, например, круглую, квадратную и т.д.
Использование плоской пластины позволяет уменьшить расстояние между пластинами роторами, а также высоту адаптеров, поскольку в этом случае установка и извлечение пробирок из гнезд производится сверху или извне, а не со стороны центральной оси. Все это обеспечивает достаточное удобство работы с образцами даже при относительно небольшом расстоянии между пластинами ротора.
В состав комплекта центрифуги может входить сразу несколько пластин ротора, отличающихся по форме, а также по количеству и по форме и размеру гнезд под пробирки.
Адаптер представляет собой элемент из твердого материала и предназначен для установки и фиксации пластин ротора на центрифуге. При этом высота адаптера может варьироваться, и подбирается в зависимости от типа используемых пластин ротора и размеров пробирок с образцами. Минимальная высота адаптера должна быть не меньше высоты используемой пробирки. Указанный адаптер может иметь разную форму, например, форму многоугольной призмы или цилиндрическую форму. Адаптер может быть изготовлен из таких материалов как металл, сплав металлов, например, дюралюминий, стеклопластик, полимер и т.п. В состав комплекта центрифуги может входить сразу несколько адаптеров, в зависимости от потребностей исследователей.
Заглушка может быть выполнена из полимерного материала, например, фторопласта, силикона или резины.
В одном варианте осуществления заглушка может только фиксировать верхнюю пластину ротора.
В другом варианте осуществления заглушка может представлять собой насадку-эксцентрик, позволяя не только фиксировать верхнюю пластину ротора, но и вортексировать (перемешивать) содержимое пробирки, за счет наличия на верхнем торце углубления, смещенного относительно центральной оси.
Вал двигателя адаптирован под многоярусный ротор. Адаптирован означает, что вал двигателя приспособлен для фиксации на нем указанного ротора. Фиксация может осуществляться посредством резьбы или цангового захвата.
В одном варианте осуществления фиксация может осуществляться посредством резьбы. Резьба может быть левой или правой. Также резьба может совпадать с направлением вращения вала двигателя или быть противоположной направлению вращения вала двигателя.
.
В другом варианте осуществления для фиксации может использоваться цанговый захват. Цанговый захват - это приспособление для фиксации деталей цилиндрической, призматической и других форм. Цанга представляет собой пружинящую разрезную втулку с усеченным конусом и отверстием необходимого диаметра. Корпус цанги имеет специальные пропилы, которые обеспечивают движение фиксирующих лепестков при установке или снятии ротора. Сжимающее усилие может обеспечивать вращение гайки. Основным преимуществом данного типа фиксации является высокая скорость установки или съёма инструмента
В одном из примеров реализации элементы ротора - заглушка и адаптеры - могут фиксироваться между собой и валом двигателя посредством резьбового соединения. Адаптер и заглушка устанавливаются неподвижно относительно вала двигателя. На вал двигателя устанавливаются по меньшей мере две пластины ротора при помощи одного или более адаптеров. Заглушка фиксирует верхнюю пластину ротора. Для этих целей на нижнем торце заглушки и нижнем торце адаптера может быть выполнено цилиндрическое углубление с резьбой, а на валу двигателя и на верхнем торце адаптера может быть выполнен выступающий стрежень с наружной резьбой.
В другом варианте осуществления полезной модели на нижнем торце заглушки и нижнем торце адаптера может быть выполнен выступающий стержень с наружной резьбой, а на валу двигателя и на верхнем торце адаптера может быть выполнено углубление с резьбой.
Еще в одном примере реализации центрифуга содержит три пластины ротора.
В другом варианте осуществления по меньшей мере одна пластина ротора выполнена из материала, включающего: металл, полимерный материал, полиэтилен высокого давления, полипропилен, углепластик и другие материалы или их комбинации.
В другом варианте осуществления по меньшей мере одна из пластин ротора представляет собой плоскую пластину, если отверстия для пробирок в ней имеют овальную форму.
В другом варианте осуществления по меньшей мере одна пластина ротора выполнена с возможностью фиксации стрипов.
В другом варианте осуществления адаптеры имеют цилиндрическую форму.
В другом варианте осуществления адаптеры выполнены из дюралюминия.
В другом варианте осуществления как минимум один адаптер и заглушка установлены неподвижно относительно вала двигателя посредством резьбового соединения.
В другом варианте осуществления вал двигателя адаптирован под многоярусный ротор посредством резьбы.
В другом варианте осуществления заглушка представляет собой насадку-эксцентрик.
В другом варианте осуществления насадка-эксцентрик выполнена из материала, включающего резину или силикон.
В другом варианте осуществления, когда многоярусный ротор содержит три пластины, одна из пластин плоская с гнездами вытянутой формы, вторая предназначена для стрипов, третья пластина имеет загнутые края и гнезда круглой формы.
Краткое описание чертежей
Заявленная полезная модель проиллюстрирована на фиг. 1-10.
На фиг. 1 приведено схематичное изображение среза заявленной центрифуги с двумя пластинами ротора в собранном виде согласно одному из вариантов осуществления.
На фиг. 2 приведено схематичное изображение ротора заявленной центрифуги в варианте осуществления с двумя пластинами и насадкой-эксцентриком в разобранном виде, на котором показан один вариант резьбового соединения вала двигателя, адаптеров и заглушки.
На фиг. 3 показана насадка-эксцентрик, вид сбоку.
На фиг. 4 показана насадка-эксцентрик, вид сверху.
На фиг. 5 приведено схематичное изображение ротора заявленной центрифуги в варианте осуществления с двумя пластинами в разобранном виде, на котором показан еще один вариант резьбового соединения вала двигателя, адаптеров и заглушки.
На фиг. 6 показана пластина ротора с круглыми гнездами для пробирок, вид сверху.
На фиг. 7 показана пластина ротора с круглыми гнездами для пробирок, вид сбоку.
На фиг. 8 показана плоская пластина ротора с овальными гнездами для пробирок, вид сверху.
На фиг. 9 показана плоская пластина ротора с овальными гнездами для пробирок, вид сбоку.
На фиг. 10 показана пластина ротора для стрипов, вид сверху.
Осуществление полезной модели
В последующем описании и на чертежах одинаковые детали и компоненты описаны одинаковыми ссылочными обозначениями для избегания повторения. Приведенное описание является одним из примеров осуществления заявленной полезной модели, но не ограничивается им.
На фиг. 1 схематично показана центрифуга 1 с двумя пластинами 5 ротора 2 в собранном виде в разрезе. Для простоты понимания внутри корпуса 3 центрифуги 1 показан только двигатель 4, формирующий крутящий момент, передающийся через вал двигателя 6 на пластины 5 ротора 2 с установленными в гнездах 15 пластин пробирками 9 с образцами (образцы не показаны). Пластины 5 ротора 2 неподвижно зафиксированы на валу двигателя 6 либо при помощи адаптера 7, либо при помощи заглушки 8. Заглушка 8 неподвижно фиксируется на верхнем торце адаптера 7.
На фиг. 2 показана схема, которая может помочь понять, как устанавливать пластины 5 ротора 2 центрифуги-вортекса в соответствии с настоящим решением. Нижняя пластина 5 ротора 2, показанная для простоты понимания в срезе, устанавливается на валу двигателя 6 и фиксируется путем вкручивания через центральное отверстие 10 платины выступающего стержня 11 с наружной резьбой адаптера 7 в цилиндрическое углубление 12 с резьбой вала двигателя 6. Стрелкой 13 показано направление закручивания элементов ротора 2. Следующая пластина 5 устанавливается на верхний торец адаптера 7, выполненный в виде цилиндрического углубления 12 с резьбой, и фиксируется путем вкручивания в него выступающего стержня 11 с наружной резьбой насадки-эксцентрика 16 (один из видов заглушки 8) в направлении, показанном стрелкой 13. После окончания сборки ротора 2 происходит установка пробирок 9 в гнезда 15 пластин. Направление вращения вала двигателя 6 может осуществляться по часовой стрелке, адаптер 7 имеет правую резьбу, то есть вкручивается по часовой стрелке. В таком случае направление резьбы стержня 11 насадки-эксцентрика 16 может быть противоположно направлению вращения вала двигателя 6 для предотвращения раскручивания в результате вортексирования пробирки (пробирка не указана на фигурах) с образцом (образец не указан на фигурах).
На фиг. 3 показан один из видов заглушки 8. Заглушка 8 представляет собой насадку-эксцентрик 16 с выступающим стержнем 11 с наружной резьбой, в верхней части которой сделано специальное углубление 14.
На фиг. 4 показан вид сверху насадки-эксцентрика 16, представляющей собой один из видов заглушки 8. В верхней части насадки-эксцентрика 16 сделано специальное углубление 14, смещенное относительно центра насадки-эксцентрика 16.
На фиг. 5 показана схема, которая может помочь понять, как устанавливать пластины 5 ротора 2 заявленной центрифуги в соответствии с настоящим решением. Нижняя пластина 5 ротора 2, показанная для простоты понимания в срезе, устанавливается на выступающем стержне 11 с наружной резьбой на валу двигателя 6 за счет центрального отверстия 10 пластины 5 и фиксируется путем накручивания цилиндрического углубления 12 с резьбой адаптера 7 на выступающий стержень 11 с наружной резьбой вала двигателя 6. Стрелкой 13 показано направление закручивания элементов ротора 2. Следующая пластина 5 устанавливается на верхний торец адаптера 7, выполненный в виде выступающего стержня 11 с наружной резьбой, и фиксируется путем накручивания на него заглушки 8 в направлении, показанном стрелкой 13. После окончания сборки ротора 2 происходит установка пробирок 9 в гнезда 15 пластин.
На фиг. 6 приведен вид сверху круглой пластины 5 с двенадцатью круглыми гнездами 15 для пробирок. Края 17 пластины 5 загнуты вверх относительно центральной части 18. В центре пластины имеется отверстие 10, оно необходимо для надежной фиксации пластины 5.
На фиг. 7 приведен вид сбоку круглой пластины 5, изображенной на фиг. 6. Края 17 пластины 5 загнуты вверх относительно центральной части 18. В центре пластины имеется отверстие 10, оно необходимо для надежной фиксации пластины 5. Для наглядности показаны пробирки 9, установленные в гнезда 15 пластины 5.
На фиг. 8 приведен вид сверху круглой пластины 5 с двенадцатью гнездами 15 овальной формы. Пластина 5 является плоской, то есть края 17 пластины находятся в одной плоскости с центральной частью 18. В центре пластины 5 имеется отверстие 10, оно необходимо для надежной фиксации пластины 5.
На фиг. 9 приведен вид сбоку круглой пластины 5, изображенной на фиг. 8, с гнездами 15 овальной формы для пробирок 9. Пластина 5 является плоской, то есть края 17 пластины находятся в одной плоскости с центральной частью 18. В центре пластины 5 имеется отверстие 10, оно необходимо для надежной фиксации пластины 5.
На фиг. 10 приведен вид сверху пластины 5 для стрипов (стрипы не указаны на фигуре). Края 17 пластины 5 загнуты относительно центральной части 18 и имеют по восемь расположенных в одну линию гнезд 15 для стрипов (стрипы не указаны на фигуре). В центре пластины 5 имеется отверстие 10, оно необходимо для надежной фиксации пластины 5.
Процесс центрифугирования осуществляется следующим образом. Производится сборка заявленной лабораторной центрифуги 1. При этом вид и количество пластин 5 подбирается индивидуально под задачи исследователей и объем обрабатываемых образцов. Установка пластин 5 производится согласно вышеприведенному описанию (см. фиг. 1-10). После фиксирования пластин 5 на валу двигателя 6 центрифуги 1 непосредственно и при помощи адаптеров 7, в гнезда 15 пластин 5 помещаются пробирки 9 с образцами (не показаны на фигурах). Затем образцы подвергаются центрифугированию в течение необходимого количества времени. После центрифугирования пробирки 9 с образцами извлекают из гнезд 15 пластин 5 и подвергают дальнейшим манипуляциям. Например, в качестве одной из пластин 5 можно использовать пластину для пробирок 9 объемом 1,5/2 мл, в качестве другой - пластину для пробирок 9 объемом 0,5 и 0,2 мл, и в качестве третьей пластины 5 - пластину для стрипов (стрипы не показаны). Для сборки центрифуги 1 в таком варианте необходимо использовать два адаптера 7. Для фиксации верхней пластины 5 можно использовать насадку-эксцентрик 16, что позволит вортексировать содержимое дополнительной пробирки (не показана на фигурах) во время центрифугирования остальных пробирок 9.