用於流體連接的針接口的製作方法
2023-05-24 17:49:36
專利名稱：用於流體連接的針接口的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於在兩個構件，特別是儀器與消耗品之間建立流體連接的陰接口模塊和兼容的陽接口模塊。此外，本發明還涉及包括這種接口模塊的消耗構件和儀器。
背景技術：
當必須處理流體樣品時，能夠在兩個不同構件之間建立流體連接
的接口模塊特別地被使用於實驗室環境中。US 5 339 701在這個方面公開了在採樣器單元與氣相色譜儀之間的針接口，其中，這些儀器中的一個儀器包括由隔膜覆蓋的孔，而另一個儀器包括錐形中空針。當在儀器之間建立流體連接時針刺穿隔膜。
發明內容
基於這個背景，本發明的目的在於提供一種替代的針接口，其特別地適於實驗室環境，其中很多樣品載體需要以最小的操縱努力耦接到儀器。
通過根據權利要求1所述的陰接口模塊，通過根據權利要求5所述的陽接口模塊，通過根據權利要求9所述的耦接系統，通過根據權利要求10所述的消耗構件和通過根據權利要求11所述的儀器來實現這個目的。在從屬權利要求中公開了優選實施例。
根據本發明的陰接口模塊用於接納針且包括帶有預製通道的彈性密封構件，針能夠通過該預製密封通道從密封構件的外側推到密封構件的內側。預製通道在原則上可具有任何截面，但圓形截面通常是優選的。預製通道的截面可精確地對應於要接納的針的截面；但優選地，通道的截面小於相關聯的針的截面(圓形截面的直徑可例如小於圓柱形針的直徑)。在這種情況下，如果針被推入，通道被拓寬，從而提供針在通道內的緊密密封。當不包含針時，預製通道的截面直徑甚至可為零，即，通道可筒單地為通過密封構件材料的切口或穿孔而無需移除這些材料。
所描述的陰接口具有以下優點由於針可遵循預製通道且不得通過材料切割其自己的路徑，減小了使針通過密封構件而推入所必須的力。這使得使用者的操縱較為容易並減輕了對於針的可靠性要求。此外，針可具有鈍的末端，這減小了傷害使用者的風險。
在陰接口模塊的優選實施例中，密封構件在其通道的徑向具有比在通道的軸向更高的柔度。因此，密封構件可比較容易地遵循針在預製通道中的橫向移動，同時其在軸向具有剛性。如果針通過通道推入，那麼密封構件在軸向將不會向壓力屈服而是保持其位置，從而有助於針的前進。
根據本發明的另一實施例，陰接口模塊的密封構件包括套筒，其中預製通道安置於(即，緊鄰)套筒的一端。所述套筒的內徑優選地大於針的外徑以允許針自由通過。套筒可視情況向密封構件的內側突出。如果在密封構件的內側存在超壓氣體或液體，其將包圍套筒並將它按壓在通道中的針上。因此套筒具有自行密封效果。
陰接口模塊還可視情況在密封構件的外側上包括漏鬥形引導元件。引導元件提供大直逕入口用於截獲針的末端並將其引導到預製通道的相對較小入口。因此，引導元件使連接過程容易並有助於避免針穿入的麻煩。
本發明還涉及包括中空針和軸套的陽接口模塊，其中-針的第一部段牢固地嵌入於軸套的笫一部段中；以及-針包括自由端，該自由端在軸向部分地被軸套的第二部段包圍且
在徑向是柔性的(所述軸向和徑向的定義相對於所述針的軸線確定)；
此外，在針與軸套的第二部段之間存在中間空間。
這種接口模塊的一個優點在於針牢固地安裝於軸套中且其自由端
(部分地)受到所述軸套保護。而且，如果針必須通過孔推入，例如通過上文所述類型的陰接口模塊中的預製通道，那麼針的徑向或橫向柔順性是有利的。如果針並不精確地與該孔對準並以自行對準的方式找到其路線，在這種情況下，那麼針可能會彎曲。此外，針的橫向柔度減小了傷害的風險。
在前述陽接口模塊的優選設計中，針的徑向移動由軸套的第二部段限制到針彈性變形的範圍。這表明部分地包圍針自由端的軸套的第二部段用作針徑向移動的擋止件。因此其防止了可能會造成塑性變形的針的過度彎曲。可利用針和軸套的適當尺寸來實現所需要的效果。
因此，例如，優選地，針的自由端的長度L大於針的直徑(外徑)至少二十倍，即L2 20.d。因此，針的相對較長的部分自軸套的第一部段自由地突出，從而提供較高的橫向柔度。但應當指出的是，橫向柔度可替代地或額外地通過使用柔性軸套和/或通過以柔性的方式承載軸套來實現。
針的自由端的末端優選地為鈍的，即，不具有任何尖銳邊緣或尖端。這種鈍的末端減小了傷害使用者的風險且使得在針的不使用狀態(例如廢棄)用帽進行針的特定保護。
根據本發明的另一發展，陽接口模塊包括管連接器，管連接器與針的內部流體連通且管可連接到該管連接器上(從定義可以看出)。管連接器可例如直接固定或集成到承載針的軸套上。
本發明還涉及包括上述類型模塊(即，陰接口模塊和陽接口模塊)
的耦接系統，，其中陰接口模塊具有包括預製通道的彈性密封構件且該陽接口模塊包括位於具有橫向柔性自由端的軸套中的中空針。此外，
在陰接口模塊中的預製通道的直徑(內徑)應小於針在陽接口模塊中的針的外徑，從而將針引入到預製通道內時保證了針的緊密密封且還提供針外部的自行清潔效果。應當指出的是，如果通道和/或針不具有圓形截面，它們的"直徑"將被適當地定義為(例如)在截面周邊上的兩個點之間的最大距離和/或具有與該截面相同面積的圓的直徑。
本發明還涉及包括樣品腔室和上文所提到類型的陰接口模塊的消耗構件，在樣品腔室中可設有樣品流體。消耗構件可(例如)在實驗室程序中用於研究生物流體(血液、唾液等)。由於其接口模塊的特定設計，這種消耗構件可在針的幫助下易於接觸。本發明還涉及用於在外部樣品腔室中處理樣品的儀器，所述儀器包括上文所述類型的陽接口模塊。儀器可有利地與前述消耗構件組合地使用，因為在陰接口模塊中的預製通道和陽接口模塊的中空針的橫向柔性允許這兩個構件之間的容易耦接。
參考下文所描述的實施例，本發明的這些和其它方面將顯然並被闡明。這些實施例將藉助於附圖以舉例說明的方式描述。
唯一的附圖1示出通過根據本發明的耦接系統的所截取的截面，該耦接系統包括帶有陰接口模塊的消耗構件和帶有陽接口模塊的儀器。
具體實施例方式
雖然根據本發明的耦接系統將在下文中關於在實驗室環境中的特定應用來描述，其在原則上也可用於多種其它應用，例如，用於其它
工業生產機器。在附圖中所示的耦接系統包括陰接口模塊IO和陽接口模塊20。陰接口模塊10集成到消耗構件11內，消耗構件ll僅在附圖中部分地繪製，因為其特定設計與本發明無關。同樣，陽接口模塊20集成到儀器內，在附圖中僅表示出了自該儀器的框架21。
消耗構件通常為用於執行一次測試的一次性產品，而儀器具備所有必要器械來執行該測試。在測試期間，設於消耗品中的流體通常必須被混合、加熱、冷卻和運輸。這些流體自消耗品的一個部分到另一個部分的運輸可通過(例如)加壓空氣來實現。為了向消耗品施加由儀器產生的壓力，消耗品和儀器必須配備空氣接口。而且，可利用該儀器測量壓力累積來驗證流體運輸。為了進行良好驗證，因此需要前述空氣接口是氣密的，在儀器與消耗構件之間的已知氣密接口中，使用針來刺穿封閉的膜或隔膜。這種方法的一個缺點在於針必須尖銳，因而需要被屏蔽以防止造成傷害的風險。另一缺點在於，對於橫向移動而言，膜或隔膜相對較有剛性，同時其必須經受住刺穿它所需的力。
在附圖中所示的耦接系統提供改進的氣密接口，其避免了前述問題。這個系統的陽接口模塊20包括中空針23，中空針23置於軸套22中使得針23的第一短部段(此處為針的下端)固定於軸套的第一部段22a中，而針23的較長的剩餘"自由端"在橫向自由移動。自由端部分地(優選地超過其軸向延伸部分L的50%)被軸套22的第二部段22b包圍。這個第二部段22b的內徑D大於針的外徑使得在針的周圍形成環形間隙。針23的端部自軸套22自由突出。
在軸套22中的針23的固定點距針23的自由末端儘可能地遠。在所示實例中針23的"自由端"的長度L大於針23的外徑超過30倍。這確保了針23在橫向是柔性的。此外，軸套22的第二部段22b的內徑經選擇使得在剛好導致針的不可逆塑性變形之前阻止針的橫向移動。在部段22b的上端，針不可向任一側移動超過距離(D/2-d/2)。
針23的外部優選地具有平滑表面，而針23的末端是鈍的，且其邊緣被去毛刺以確保針23順利進入到陰接口模塊內並減小傷害風險。
針23 (例如)被膠合或壓制到軸套22的第一部段22a上以在軸套22與針23之間進行氣密連接且將針23固定於軸套22內。而且，軸套22具備管接口 24，管接口 24使得能連接管(未圖示)用於與針23的內部交換流體。軸套的典型材料為不鏽鋼或塑料。
耦接系統的第二部分為在消耗品中的陰接口模塊10。這個模塊10包括密封構件12，密封構件12可(例如)由橡膠或類似彈性材料製成且可包括開放的預製通道12a，開放的預製通道12a繞針23配合以做出氣密接口。在密封構件12中的通道12a的直徑(在閒置時)小於針23的外徑d;其可(例如)具有在直徑d的0%與99%之間的值，最優選的在直徑d的50。/。與99%之間的值。因此，如果針23插入並形成氣密接口，那麼密封構件12將因此必然被拉伸。密封構件12的橫向柔性確保了其可遵循針23的側向移動而不放鬆其氣密能力。但在其通道的軸向，密封構件12配備某剛度以防止針23推抵密封構件12而非通過密封構件12推入。
密封構件12視情況包括套筒12b，套筒12b向上突出到消耗品內部且在其上端攜帶預製通道12a。這種套筒12b在向消耗品內部施加超壓時確保了額外的氣密性。
陰接口模塊io還包括位於密封構件12外側上(即，朝向儀器)的引導元件13。引導元件13的形狀(例如，類似漏鬥)使得針23可與密封構件12預先對準且其可充當限制針23相對於密封構件12橫向移動的擋止件。
針23和軸套22共同由儀器的框架21攜帶。
當在儀器與消耗品之間做出新接口時，針23通過密封構件12推入。密封構件12 —旦在針23周圍成氣密裝配即通過向前推髒物顆粒而充當接口的清潔器。
可以各種方式來修改所描述的耦接系統，例如
-可通過使軸套22具有柔性而使針23額外地或替代地在橫向具有柔性。
-作為使用軸套22做出空氣連接的替代，也可利用框架來做出空氣連接。然後可將針23直接插入到框架中，從而使用更少的部件。
-視要求而定，密封構件12的形狀可不同於圖示形狀。因而O形環可(例如)充當密封構件。
耦接系統可有利地用於需要做出氣密連接的所有儀器/產品，例如用於實驗室儀器或生產器械，其提供以下優點
-由於柔性針23和柔性密封構件12的原因，耦接系統可應對儀器與消耗品之間的移動，例如，由於熱膨脹所造成的移動。
-由於橫向柔性針23的原因，所耦接的構件向彼此施加相對較低的力。
-在通過密封構件12插入針23之後，在針23的軸向所在耦接的部件之間並不施加力。
畫接口是自行清潔的，因為每次做出新接口時，可能粘附到針23上的髒物顆粒被自動地推離針23。
-當施加超壓時密封構件12的形狀確保了額外的氣密性。
-由於針23通過密封構件12插入，針23的長度無需準確。
最後，應當指出的是，在本申請中，術語"包含/包括，，並不排除
9其它元件或步驟，"一"並不排除為多個，且單個處理器或其它單元 可履行若干機構的功能。本發明在於其每一個新穎的特徵特點和特徵 特點的每一個組合。此外，在權利要求中的附圖標記不應被理解為限 制其範疇。
權利要求
1. 一種用於接納針(23)的陰接口模塊(10)，其包括具有預製通道(12a)的彈性密封構件(12)，所述針(23)能夠通過所述預製通道(12a)從所述密封構件的外側被推到內側。
2. 根據權利要求1所述的接口模塊(10)，其特徵在於，所述密封模塊(12)在所述通道的徑向具有比在軸向更高的柔度。
3. 根據權利要求1所述的接口模塊(10)，其特徵在於，所述預製通道(12a)安置於套筒(12b)的端部。
4. 根據權利要求1所述的接口模塊(10)，其特徵在於，其在所述密封構件(12)的外側上包括漏鬥形引導元件(13)。
5. —種陽接口模塊(20)，其包括中空針(23)和軸套(22)，其中-所述針(23 )的第一部段牢固地嵌入於所述軸套的第一部段(22a )內；-所述針(23)包括自由端，所述自由端部分地以一定中間空間由所述軸套的第二部段(22b)包圍且在徑向為柔性的。
6. 根據權利要求5所述的接口模塊(20)，其特徵在於，所述針(23)的所述徑向移動由所述軸套(22)的所述第二部段(22b)限制到所述針彈性變形的範圍。
7. 根據權利要求5所述的接口模塊(20)，其特徵在於，所述針(23)的所述自由端的所述末端為鈍的。
8. 根據權利要求5所述的接口模塊(20)，其特徵在於，其包括管連接器(24)，所述管連接器(24)與所述針(23)的內部流體連通。
9. 一種耦接系統，其包括根據權利要求l所述的陰接口模塊(10)和根據權利要求5所述的陽接口模塊(20 )，其中所述陰接口模塊(10 )中的通道直徑小於所述陽接口模塊(20)中所述針(23)的外徑(d)。
10. —種消耗構件，其包括樣品腔室和根據權利要求1所述的陰接口模塊(10)，在所述樣品腔室中能夠提供樣品流體。
11. 一種用於在外部樣品腔室中處理樣品的儀器，其包括根據權利要求5所述的陽接口模塊。
全文摘要
本發明涉及一種耦接系統，該耦接系統可特別地適用於使帶有樣品腔室的消耗構件與實驗室儀器建立接口連接以處理樣品流體。該耦接系統包括集成到消耗構件內的陰接口模塊(10)，該消耗構件具有帶預製通道(12a)的彈性密封構件(12)。此外，其包括集成到儀器內的陽接口模塊(20)且包括固定於軸套(22)的第一部段(22a)中的中空針(23)，其中所述針(23)的柔性自由端部分地由軸套的第二部段(22b)包圍，該軸套的第二部段(22b)限制該針的橫向移動。在密封構件(12)中的通道直徑優選地小於該針(23)的直徑(d)，從而提供氣密連接和自行清潔效果。
文檔編號G01N30/18GK101548182SQ200780044455
公開日2009年9月30日 申請日期2007年11月23日 優先權日2006年12月1日
發明者A·W·D·M·范登比加爾特, A·阿爾德斯, J·C·M·弗斯利傑斯, P·H·M·蒂默曼斯, R·C·德吉爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司