專利名稱：在液體取樣移液管中精確量取液體的系統和方法
技術領域：
本發明通常涉及一種用于吸取和分配可調體積的液體的移液管。更具體地說，本發明涉及一種量取精確體積的液體的液體取樣移液管。
背景技術：
在藥物、基因和蛋白質研究、生物研究、藥物開發實驗室以及其它生物技術應用領域中，利用移液管在各種實驗室操作規程中來操縱實驗室樣品。利用移液管將一定體積的液體吸入移液管內。所述體積的液體然后可分配成一個或多個分配體積。活塞驅動機構通過使活塞組件移動，來控制液體以特定的體積進行吸取和分配。移液管可以人工方式來操作，其中使用者利用壓敏旋鈕人工控制液體吸取或分配的速度及體積。或者是，移液管可以電動方式來操作，其中電機控制液體的吸取和/或分配。在任一種方式中，移液管都可具有諸如顯示所需吸取體積的電子元件。使用者利用安裝到移液管上的顯示器可選擇多種參數，包括速度、體積、吸取數、分配數等。活塞桿的運動由活塞驅動組件施加的推力來控制。在電動移液管中，活塞桿的運動一般由位于移液管外殼內的小處理器來控制。
無論是在電動還是非電動移液管中，基于各種現象都會出現由移液管實際調節的液體量誤差。一個觀察現象發生在要求小體積取樣的時候。實際取樣體積大于所需體積。對于小的取樣體積，誤差是由于毛細管現象造成的。反之，對于大的所需液體體積，實際取樣體積小于所需體積。對于大的取樣體積，誤差是由于壓縮液體的液柱重量造成的。此外，誤差的出現是基于移液管相比于校準溫度的當前操作溫度。例如，移液管的加熱發生在由使用者實施的延長操縱之后。移液管的加熱導致調節所吸取或分配的液體量的元件發生膨脹，由此產生所需吸取體積的誤差。在冷移液管中，元件收縮。其它誤差的出現，是基于與校準時的大氣狀況不同的移液管當前的大氣狀況。例如，操作移液管時的大氣溫度、壓力和/或濕度可以不同于移液管校準時的大氣參數。因此，需要的是一種移液管的當前物理狀況和/或當前所需體積的校正方法，借此能夠在液體操縱移液管中精確調節所需的液體體積。進一步需要的是，一種提高移液管的精度同時降低移液管的銷售價格并使制造簡化的方法。
發明概述本發明的一個示范實施例涉及一種通過校正移液管的當前物理狀況來調節液體操縱移液管中的所需液體體積的方法。這種方法包括(但不限于)在移液管上選擇所需的體積，移液管包括活塞驅動機構，活塞驅動機構被構造成能夠接觸活塞組件，從而使活塞組件的活塞桿在尖端保持器內移動，借此調節尖端保持器內的液體量，所需體積代表將要調節的液體量；利用體積表征計算校正體積，其中體積表征是作為所需體積的函數的在尖端保持器內調節的液體量差，體積表征利用校準過程來確定；以及向使用者顯示移液管的校正體積，借此調節尖端保持器中的所需液體體積。
本發明的另一個示范實施例涉及一種通過校正移液管的當前物理狀況來調節液體操縱移液管中的所需液體體積的裝置。這種裝置包括(但不限于)主體、尖端保持器、活塞組件、活塞驅動機構、體積選擇器、顯示器和處理器。尖端保持器安裝到主體上。活塞組件安裝到尖端保持器上，并包括(但不限于)裝配在尖端保持器內的活塞桿。活塞驅動機構包括(但不限于)具有接觸活塞組件的表面的控制桿。活塞驅動機構被構造成能夠在尖端保持器內移動活塞組件的活塞桿，借此調節尖端保持器中的液體。體積選擇器安裝到主體上，并且被構造成能夠允許使用者選擇所需的體積。所需體積代表將要調節的液體量。顯示器安裝到主體上。處理器耦合到顯示器和體積選擇器上，并且被構造成能夠利用體積表征計算校正體積。體積表征是作為所需體積的函數的在尖端保持器內調節的液體量差。體積表征利用校準過程來確定。顯示器向使用者顯示移液管的校正體積，借此調節尖端保持器中的所需液體體積。
在閱讀下面的附圖、詳細描述和所附的權利要求書之后，本發明的其它主要特征和優點對于本領域的技術人員來說，將變得顯而易見。
附圖簡述隨后將參照附圖來描述優選實施例，其中相同的附圖標記表示相同的部件。
圖1是按照本發明一個示范實施例的電子移液管的截面圖。
圖2是圖1的電子移液管的活塞驅動機構、活塞組件、尖端保持器和外部尖端頂推頂推機構的截面圖。
圖3是按照本發明一個示范實施例的非電動移液管的截面圖。
圖4是按照本發明第一示范實施例聯接到校準儀上的圖3的非電動移液管的截面圖。
圖5是圖4的移液管的示范校準操作的流程圖。
圖6是表示移液管中的實際體積與校正體積之間的調節誤差的圖表。
圖7是表示按照本發明一個示范實施例的體積表征的第一示范表。
圖8是表示按照本發明一個示范實施例的體積表征的第二示范表。
圖9是表示在不同操作條件下的移液管中的實際體積與校正體積之間調節誤差的圖表。
圖10是按照本發明一個示范實施例的移液管的示范操作的流程圖。
圖11是按照第二示范實施例的圖3的非電動移液管的活塞驅動機構的截面圖。
圖12是按照第三示范實施例的圖3的非電動移液管的活塞驅動機構的截面圖。
圖13是按照第四示范實施例的圖3的非電動移液管的尖端保持器和周圍殼體的截面圖。
圖14是按照圖13的第四示范實施例的傳感器的截面圖。
圖15是按照第五示范實施例的圖3的非電動移液管的活塞驅動機構和活塞組件的截面圖。
圖16是按照第五示范實施例的圖5的非電動移液管的活塞組件的側視圖。
優選實施例的詳細描述正如此公開文本中所用的，術語“安裝”包括接合、聯合、連接、結合、插入、懸掛、保持、貼附、附著、緊固、束服、粘貼、固定、螺釘、旋擰、鉚接、焊接、焊縫以及其它類似術語。術語“調節”包括移液管中的液體的吸取和/或分配。參照圖1和2的示范實施例，電子移液管30能夠接受指令自動將一系列液體體積吸取和分配到一個或多個尖端保持器36內。電子移液管30包括許多元件和子系統，這些元件和子系統一起提供吸取和分配精確體積的液體的多種操作方式。電子移液管30的元件和子系統包括(但不限于)殼體32、活塞驅動機構34、活塞組件35、尖端保持器36、內部動力子系統38、外部尖端頂推機構40、內部尖端頂推機構42、控制電子卡44、顯示器170和體積選擇器172。其中一些元件和子系統是本領域技術人員公知的，因此在此處無需詳細描述。殼體32通常是中空的，并用作移液管30的其它元件的定位參比。大部分移液管元件直接或間接安裝到殼體32上。殼體32為使用者提供把手，以便把持移液管30，并由此成為在操作移液管時直接接觸使用者手的移液管部分之一。
內部動力子系統38可包括電池120、連接器122和電池殼124。電池殼124容納電池120并裝配到殼體32內。電池可向諸如活塞驅動機構34和/或控制電子卡44提供動力。連接器122向控制電子卡44提供電連接。控制電子卡44包括(但不限于)處理器、存儲器、時鐘和其它相關電子器件(未示出)。
活塞驅動機構34通過沿尖端保持器36內的縱軸A-A移動活塞組件35內的活塞桿94，而通過尖端保持器36吸取和分配特定體積的液體。活塞的運動產生空氣位移，從而將液體吸入或分配到尖端保持器36內或者從尖端保持器36中吸取或分配。活塞驅動機構34可以諸如通過體積選擇器202的轉動(如圖3所示)由使用者人工控制，或者利用電機70自動控制。參照圖2的示范實施例，活塞驅動機構34可包括(但不限于)電機70、控制桿72、控制桿尖端74、控制桿支架76、外殼78和尖端保持器固定鈕80。活塞驅動機構34可拆卸地安裝在移液管30的殼體32之內，從而控制桿72沿縱軸A-A延伸。
電機70在安裝到控制電子卡44上的處理器的控制下移動控制桿72。電機70可利用本領域技術人員公知的各種機電裝置來執行。電機70使控制桿72在縱軸A-A的上下精確移動，從而將液體吸入或分配到尖端保持器36中或從尖端保持器36中吸取或分配。電機70與控制電子卡44的處理器接口，電機70從控制電子卡44接收用于控制控制桿72位移的電信號。控制電子卡44可包括與電機70通訊的一個或多個連接器或接口。控制桿尖端74安裝到與電機70對置的控制桿72的一端。例如，控制桿尖端74可旋擰到控制桿72之上或之內。控制桿支架76保持控制桿72沿縱軸A-A的位移。外殼78安裝到控制桿支架76上，并包圍延伸到控制桿支架76之外并形成插座的一部分控制桿72和控制桿尖端74。
參照圖2的示范實施例，活塞組件35包括(但不限于)活塞頭92、活塞桿94、活塞殼96、活塞復位彈簧98和彈簧導桿100。活塞頭92可以是用金屬或塑料材料形成的圓盤。活塞頭92具有第一面91。活塞桿94安裝到活塞頭92上，并在與活塞頭92的第一面91對置的大致垂直的方向上延伸。活塞桿94具有通常為圓柱形的形狀。
活塞殼96安裝到活塞頭92上，在與活塞頭92的第一面91對置的大致垂直的方向上延伸，并包圍活塞桿94。活塞殼96具有通常為圓柱形的形狀，并且可以包括一個或多個錐形截面。活塞復位彈簧98安裝到活塞殼96上，并沿縱軸A-A在與活塞頭92的第一面91對置的大致垂直的方向上延伸。在一個示范實施例中，活塞復位彈簧98在活塞殼96上方滑動，并借助于活塞復位彈簧98與毗鄰活塞頭92的活塞殼96截面之間的摩擦力保持就位。活塞組件35滑入活塞驅動機構的外殼78內(如圖2所示)。
如圖2的示范實施例所示，尖端保持器36包括(但不限于)上管110、下管112和O形環114。下管112安裝到上管110上。例如，下管112可包括旋擰到上管110的互補螺紋表面內的螺紋端。上管110和下管112可包括一個或多個錐形截面。O形環114位于上管110與下管112之間的下切口中。O形環114在活塞桿94與下管112之間提供水密連接。管固定螺母84在尖端保持器36上方滑動，尖端保持器36壓在活塞組件35上，借此相對于殼體32和活塞驅動機構34來固定尖端保持器36。
控制桿尖端74接觸活塞驅動機構34的外殼78內的活塞組件35的第一面91。當分配液體時，活塞驅動機構34通過控制桿尖端74沿縱軸A-A的位移，而將活塞組件35在控制桿尖端74接觸第一面91的那一點從活塞驅動機構34推開。活塞復位彈簧98壓靠在由管固定螺母84保持就位的彈簧導桿100上。當吸取液體時，活塞驅動機構34將控制桿尖端74移向活塞驅動機構34。由于活塞復位彈簧98的壓縮力作用，導致第一面91不管此位移，仍然與控制桿尖端74接觸。
外部尖端頂推機構40和內部尖端頂推機構42將尖端130從移液管30的吸取和分配端頂推，從而避免樣品可能發生的污染。內部尖端頂推機構42包括(但不限于)頂推鈕140、固定圓柱體142、鈕圓柱體144、圓柱主體146、桿148、頂推彈簧150和安裝支柱152。固定圓柱體142安裝到殼體32上。安裝支柱152安裝到殼體32和/或固定圓柱體142上。固定圓柱體142和安裝支柱152仍舊固定到殼體32上。頂推鈕140安裝到鈕圓柱體144上。頂推鈕140可圍繞縱軸A-A旋轉，借此利用使用者的左手或右手進行舒適的操作。鈕圓柱體144可滑動地安裝到固定圓柱體142上，以允許鈕圓柱體144移動，同時頂推鈕140壓下，以頂推尖端130。圓柱主體146安裝到鈕圓柱體144上。桿148安裝到與鈕圓柱體144對置的圓柱主體146的一端上。頂推彈簧150在第一端156安裝到圓柱主體146上，在第二端158安裝到安裝支柱152上。頂推鈕140的壓下將桿148向尖端130驅動。頂推彈簧150導致桿148在相反方向上返回，借此在頂推鈕140釋放時將頂推鈕140移回到原始位置。
參照圖2，外部尖端頂推機構40包括(但不限于)頂推刀片156和頂推刀片調節鈕158。頂推刀片156具有遵循尖端保持器36的外部形狀的彎曲形狀。頂推刀片156具有第一端160和第二端162。第二端162包括在尖端保持器36上方滑動的封閉式圓柱體。結果，頂推鈕140的壓下導致頂推刀片156沿尖端保持器36移動，因此利用第二端162從尖端保持器36頂推尖端130。安裝到第一端160附近的頂推刀片156上的頂推調節鈕158的旋轉，導致頂推刀片156的第二端162將尖端保持器36上移或下移。沿尖端保持器36調節頂推刀片156的位置，使得外部尖端頂推機構40頂推各種類型的尖端。
移液管30可包括與計算設備通訊的通訊接口。計算設備可以是任何形式的計算機，這些形式包括桌面型、膝上型、個人數據助理型等。計算設備在物理上遠離移液管30。通訊接口可位于與尖端130對置的殼體32的頂部，以便使用者容易觸及，而無需中斷移液管30的操作。移液管30與計算設備之間的通訊可利用多種傳輸技術，這些技術包括(但不限于)碼分多址聯接(CDMA)、移動通訊的全球系統(GSM)、通用移動電訊系統(UMTS)、時分多址聯接(TDMA)、傳輸控制協議/互聯網協議(TCP/IP)、短信服務(SMS)、多媒介通信服務(MMS)、電子郵件、瞬時通信服務(IMS)、藍牙、IEEE 802.11等。移液管30與計算設備可利用多種媒介來通訊，這些媒介包括(但不限于)無線電、紅外、激光、電纜連接等。由此，通訊接口可利用有線連接和/或無線連接。
有線連接可包括與移液管30的通訊接口相連的第一端和與計算設備的通訊接口相連的第二端。在一個示范實施例中，移液管30的通訊接口滿足電氣和電子工程師學會(IEEE)的1394小型標準。在一個示范實施例中，計算設備的通訊接口可以是為接收通用串聯總線連接器而設計的RS 232型。在又一個實施例中，移液管30的通訊接口和/或計算設備的通訊接口可以是以太網接口。
無線通訊接口可連接從短到長的多個距離的設備。移液管30和計算設備可支持廣播和接收無線信號的處理。無線信號可以諸如采用IEEE 802.11TM標準，利用802.11a、802.11b、802.11f或802.11g版本。此外，無線信號可以諸如采用藍牙標準，其中IEEE 802.15.1是最新版本。IEEE 802.11TM說明書規定無線局域網(WLANs)的無線標準，該網絡在無線客戶與基地站或存取點之間以及在其它無線客戶之間提供“上空(over-the-air)”接口。IEEE 802.15工作組提供低復雜性和低功率消耗無線個人區域網(PANs)例如由藍牙說明書支持的那些。
參照圖3，在一個示范實施例中表示出非電動移液管200的截面圖。非電動移液管200的元件和子系統包括(但不限于)體積選擇器202、殼體204、活塞驅動機構206、活塞組件208、尖端保持器210、電池212、尖端頂推機構214、顯示器216、控制電子卡218和一種尖端的指示器256。其中一些元件和子系統是本領域技術人員公知的，因此在此處無需非常詳細地描述。體積選擇器202包括旋鈕220和調節螺栓222。旋轉旋鈕220導致調節螺栓222沿縱向A-A上下移動，借此改變所需的吸取或分配體積。
殼體204是用單片材料制成的。在一個示范實施例中，該材料是塑料。殼體204通常是中空的并用作移液管200的其它元件的定位參比。例如，調節螺栓222的位置是可以相對于殼體204進行調節的，并控制所需液體體積的設定，以便進行調節。由此，其中許多移液管元件直接或間接安裝到殼體204上。殼體204包括(但不限于)窗口，通過此窗口能夠觀察顯示器216。窗口是用玻璃或透明塑料制成的。殼體204為使用者提供一個用于把持移液管200的把手，并因此是在操縱移液管時與使用者的手發生接觸的移液管部分之一。
活塞驅動機構206通過沿縱軸A-A移動活塞組件208內的活塞桿224，而導致通過尖端保持器210吸取和分配所需體積的液體。活塞桿的運動產生空氣位移，從而將液體吸入或分配到尖端保持器210或從尖端保持器210吸取或分配。活塞驅動機構206可包括(但不限于)控制桿226、控制桿尖端228、控制桿支架230、外殼232和尖端保持器固定鈕234。活塞驅動機構206可拆卸地安裝在移液管200的殼體204內，從而控制桿226沿縱軸A-A延伸。在一個示范實施例中，尖端保持器固定鈕254安裝到固定移液管200的內部的尖端保持器固定鈕234上。
旋鈕220的旋轉導致控制桿226的平移。控制桿尖端228安裝到與旋鈕220對置的控制桿226的一端上。例如，控制桿尖端228可旋擰到控制桿226之上或之內。控制桿支架230維持控制桿226沿縱軸A-A的位移。外殼232安裝到控制桿支架230上，并包圍在控制桿支架230之外延伸從而形成插座的部分控制桿226和控制桿尖端228。
活塞組件208包括(但不限于)活塞頭236、活塞桿224、活塞殼240、活塞復位彈簧242和彈簧導桿244。活塞頭236可以是用金屬或塑料材料制成的圓盤。活塞頭236具有第一面246。活塞桿224安裝到活塞頭236上，并在與活塞頭236的第一面246相反的大致垂直的方向上延伸。活塞桿224具有通常為圓柱形的形狀。
活塞殼240安裝到活塞頭236上，在與活塞頭236的第一面246相反的大致垂直的方向上延伸，并包圍活塞桿224。活塞殼240具有通常為圓柱形的形狀，可包括一個或多個錐形截面。活塞復位彈簧242安裝到活塞殼240上，并沿縱軸A-A在與活塞頭236的第一面246相反的大致垂直的方向上延伸。在一個示范實施例中，活塞復位彈簧242在活塞殼240上方滑動，并借助于活塞復位彈簧242與毗鄰活塞頭236的活塞殼240的一個截面之間的摩擦力保持就位。當裝配時，活塞組件208滑入活塞驅動機構206的外殼232內(如圖3所示)。
如圖2的示范實施例所示，尖端保持器210包括(但不限于)上管248、下管250和O形環252。下管250安裝到上管248上。例如，下管250可包括旋擰到上管248的互補螺紋表面內的螺紋端。上管248和下管250可包括一個或多個錐形截面。O形環252位于上管248與下管250之間的下切口中。O形環252在活塞桿224與下管250之間提供水密連接。管固定螺母254在壓靠到活塞組件208上的尖端保持器210的上方滑動，借此相對于殼體204和活塞驅動機構206固定尖端保持器210。
控制桿尖端228接觸活塞驅動機構206的外殼232內的活塞組件208的第一面246。當分配液體時，活塞驅動機構206通過控制桿尖端228沿縱軸A-A的位移，而在控制桿尖端228接觸第一面246的那一點將活塞組件208從活塞驅動機構206推開。活塞復位彈簧242壓靠在由管固定螺母254保持就位的彈簧導桿244上。當吸取液體時，活塞驅動機構206將控制桿尖端228向活塞驅動機構206移動。不管此位移，第一面246由于活塞復位彈簧242的壓力力，仍然與控制桿尖端228保持接觸。
尖端頂推機構214將尖端130從移液管30的吸取和分配端頂推，從而以與上面參照圖2和3所述類似的方式避免樣品可能發生的污染。顯示器216向移液管的使用者顯示信息。例如，使用者通過旋轉旋鈕220而選擇的所需體積可顯示在顯示器216上。控制電子卡218包括(但不限于)處理器、存儲器、時鐘以及控制顯示器216和調節移液管200的其它相關電子器件(未示出)。電池向諸如顯示器216和控制電子卡218提供能量。
參照圖4，移液管200在校準過程中通過連線262連接到天平260上。連線262通過終端264連接到移液管200上，從而使天平260與移液管存儲器之間直接進行數據通訊。例如，終端264可以是RS232型連接器。在又一個實施例中，移液管30可以類似的方式來使用。
參照圖5，該圖是利用圖4的移液管200的校準過程的示范操作流程圖。在操作278，利用天平260確定移液管200的空載重量。在操作280，使用者選擇校正體積，以便在移液管200上進行調節。在操作282，使用者利用移液管200吸取所需的體積。在操作284，利用天平260測量包含所吸液體的移液管200的吸取重量。在操作286，基于移液管200的吸取重量與移液管200的空載重量之差以及本領域技術人員公知的被吸液體的物理特性，計算實際吸取體積。在操作288，將所計算的實際體積傳送給移液管200，在此處其存儲在含有校正體積的存儲器中。例如，校正體積和所測定的實際吸取體積可在本領域技術人員公知的數據庫或表格中進行存儲。在操作290，進行試驗確定，是否應該吸取額外的校正體積。如果確定是肯定的，則重復操作280-288，以便吸取額外的校正體積。在又一個實施例中，針對每個額外的校正體積計算空載重量。在操作292，如果使用額外的校正體積，則確定以被調節的液體量差作為校正體積函數的體積表征。
參照圖6，該圖表示出理想的響應曲線294和測量響應曲線296。理想的響應曲線294表示精確吸取校正體積的理想移液管。測量響應曲線296表示移液管的實際響應。曲線294與曲線296之差表示調節誤差。例如，在參照圖5描述的校準過程中，選擇三個校正體積A、B和C。基于校正體積A，在校準過程中測定實際體積Aa。調節誤差298是校正體積A與實際體積Aa之差或者是Aa-A。同樣，調節誤差300是校正體積B與實際體積Ba之差或者是Ba-B。再者，調節誤差302是校正體積C與實際體積Ca之差或者是Ca-C。
校正體積例如A和相應的實際吸取體積Aa限定出校正數據點。在校準過程中使用的校正數據點越多，計算出的測量響應曲線296的近似值就越精確。正如模擬領域的技術人員所公知的，可采用多種方法，利用包括校正體積和調節誤差或實際吸取體積的校正體積數據，來近似測量響應曲線296。可利用這些方法中的任一種來確定體積表征，以便確定測量響應曲線296的體積而不是校正體積。
例如，利用多種曲線擬合算式提供與一組數據點的最佳擬合。曲線擬合算式的輸出是一個方程式。例如，可利用nth級多項式，用A、B和C處的校正數據點來近似測量響應曲線296。由此，利用一個或多個數據點，來確定體積表征。例如，體積表征可以是用曲線擬合算式定義的方程式。如果一個方程式不適合模擬測量響應曲線296，就定義額外的方程式來限定出兩個校正體積之間的所需吸取體積的響應值。例如，基于測量響應曲線296，線性方程式適合大于B的體積。然而，對于小于B的體積，多項式可更好地近似測量響應曲線296。在這種情形下，體積表征包括兩個方程式。
或者，體積表征可以是包含多個校正數據點的表格。實際吸取體積的確定，通過利用預定方程式在校正數據點之間內插或從校正數據點外推來實現。或者，用于內插和/或從校正數據點外推的方程式可包括在表格中。正如本領域技術人員公知的，數據可捕獲在表格中。表格可以是任何形式的，包括(但不限于)以文件或數據庫形式定義的表格。參照圖7，為了舉例說明，該圖示出了表格304，此表格表示出作為校正體積A、B和C的函數的調節誤差。實際吸取體積和調節誤差中的任一個或二者都能夠存儲在表格295中。
或者是，在圖8所示的表格306中，包括與方程式一起使用的方程式指數(indicator)和相關內容。例如，方程式指數為1時表示，僅用“常數1”描述每個校正體積之間的測量響應曲線296的線性方程式。方程式指數為3時表示，用“常數1”、“常數2”和“常數3”描述每個校正體積之間的測量響應曲線296的二級多項方程式。由此，方程式2.7+0.5A+0.01A2定義出小于A的所需體積的校正體積。方程式4.6-1.6A定義出大于A且小于B的所需體積的校正體積。方程式2.9+8.9A定義出大于B的所需體積的校正體積。
在一個示范實施例中，至少用兩個校正體積來定義體積表征。優選的是，兩個校正體積之一是移液管的最小操作體積，另一個是移液管的最大操作體積。利用移液管的最大體積進行的校正最大限度地考慮到機械瑕疵(尤其是螺栓位移路徑和活塞直徑)和尖端保持器內液體重量。利用移液管的最小體積進行的校正最大限度地考慮到機械瑕疵和毛細管現象。通過利用額外的校正體積可提高精度。恰恰相關的是，多種內插方法，正如本領域技術人員所公知的，在移液管操作過程中可用來確定與一個或多個校正體積不相等的所需體積的校正體積。
一個或多個方程式和/或表格基于移液管的附加物理狀況，可用來定義體積表征。例如，基于移液管的類型可定義第一方程式和/或表格。針對特定移液管可定義第二方程式和/或表格，因為實際測定體積根據制造公差可不同，此公差在制造過程中允許移液管與移液管之間的元件發生改變。
作為附加實例，當移液管在不同大氣溫度的環境中操作時，測量響應曲線296可發生變化。參照圖9，該圖表示出三個測量響應曲線實例。例如，測量響應曲線308是在10℃的大氣溫度下限定出的。測量響應曲線310是在20℃的大氣溫度下限定出的。測量響應曲線312是在25℃的大氣溫度下限定出的。結果，不同的方程式或方程式組或表格可用來定義每個測量響應曲線308、310和312。由此，體積表征利用參數和所需體積來確定校正體積。正如本領域技術人員所公知的，可利用多種方法在多個曲線之間進行內插。由此，代表移液管的當前物理狀況的參數可用來進一步定義移液管的體積表征，借此校正所吸取的體積的其它偏差源。
參數包括(但不限于)用于移液管的尖端種類、移液管的大氣溫度、部分移液管的溫度、移液管的大氣壓、移液管腔內的壓力、移液管的大氣濕度以及將要調節的液體粘度。移液管使用者可利用尖端種類的指示器256來選擇位于尖端保持器210上的尖端種類。具有不同尺寸和形狀的尖端可產生不同的測量響應曲線。由此，安裝到尖端保持器上的尖端種類可改變體積表征。此外，安裝在移液管上的一個或多個傳感器(如圖11-16所示)可用來提供與體積表征一起使用的參數，以便基于移液管的大氣溫度、部分移液管的溫度、移液管的大氣壓、移液管腔內的壓力和移液管的大氣濕度計算校正體積。傳感器或指示器還可指示待調節的液體類型。在這種情形下，體積表征包括主要基于液體粘度對所選液體的校正。
通常，利用傳感器測定的參數確定的體積表征是調節誤差“C”，該誤差是由處理器執行并接受大氣壓、大氣溫度和大氣濕度這些測定參數的預定數學方程式。在一個示范實施例中，將“C”計算為C＝a*B+m，其中“B”是所需體積，“a”和“m”是預定校正值。“m”的值可以為零。參數“a”可以由以下公式定義a＝(1-Datm/e)/(Di-Datm)Di和Datm分別是被調節液體和空氣的密度值，“e”是常數。
密度Di用具有由大氣溫度傳感器測定的溫度的預定數學方程式計算。在此實例中，Di＝g/f(Ti)，其中“g”是常數，“Ti”是所測定的溫度，“f(Ti)”是預定多項式函數。例如Di＝1000/(999.87-0.06426Ti+0.0085045Ti2-0.0000679Ti3)在此公式中，Ti是攝氏度，Di是千克/米3。
以類似的方式，Datm用具有由傳感器測定的可變大氣壓、大氣溫度和大氣濕度的預定數學公式計算。在此實例中，Datm＝45Patm/(12908(Ti+273.15))+(Ti-0.02H)1000Patm是壓力(帕斯卡)，H是濕度百分數。例如，H是40％的濕度(0.4)。
參照圖10，該圖表示出基于在校準過程中確定的體積表征來校正移液管在使用過程中的液體調節的示范操作。在操作320，使用者利用移液管選擇將要調節的所需體積。在操作322，確定代表移液管的當前物理狀況的參數。利用儲存在移液管存儲器中的體積表征，在操作324用處理器計算校正體積。體積表征確定作為所需體積和/或參數的函數的被調節液體量差，由此校正體積表示作為所需體積和/或參數的函數的被調節液體量差。在操作326，所需體積可顯示給使用者。
在操作328，將校正體積顯示給使用者。根據諸如公式在界定所需體積的兩個較準數據點之間的內插，校正體積可以是實際吸取體積或所需體積的調節誤差。在操作330，使用者基于所顯示的校正體積可選擇新的所需體積。例如，如果移液管不是電動的，則顯示器可顯示校正體積和所需體積。使用者相應地選擇新的所需體積，直到校正體積在使用者要求的精度之內與所需體積匹配為止。
在又一個實施例中，校正體積顯示為所需體積，從而基于所需體積和參數校正移液管的過程對使用者是透明的。由此，例如，利用電動移液管20，處理器可自動校正控制桿的位置，以包括調節誤差。顯示器顯示也是校正體積的所需體積，因為處理器調整控制桿的位置，從而調節所需體積，盡管其包括移液管20的物理狀況和所需體積的效應。由此，在以顯示器的自動校正為特征的操作方式中，所需體積的顯示自動合并校正。顯示器隨移液管的物理調節而改變，使用者無需進行任何調整。
高/低指數在操作332顯示給移液管的使用者。高/低指數顯示，調節誤差是正的還是負的。高/低指數可以是減號，如果在實際體積高于較準體積時有用量不足的危險的話，高/低指數也可以是加號，如果在實際體積低于較準體積時有過量的危險的話。總之，在移液管的顯示器上可向使用者提供三個信息所需體積、校正體積和高/低指數。校正體積可以是調節誤差或實際體積。利用此信息，使用者能夠調整所需體積，直到高/低指數顯示出表示所需體積與校正體積之間在精度誤差之內相等的正號或負號為止。在又一個實施例中，高/低指數不顯示在移液管上。
在另一個實施例中，是否采用校正被調節體積的過程，是由使用者可選擇的任選項目。由此，使用者可選擇命令處理器不包括任何校正值，因為使用者利用移液管來調節液體。在又一個實施例中，移液管的處理器可以進行編程，以便僅在校正值大于諸如精度值時進行校正。選擇預定的精度值，以便區分包括顯著校正的情況和不包括顯著校正的情況。這樣的實施例，使使用者對移液管的操作進行最大控制。
圖5所示的校準過程和圖10所示的使用過程，由于以下現象而校正移液管的被調節液體量所需體積較低而導致的毛細管現象、所需體積較大而造成的液柱重量、移液管元件的不良制造、尖端的種類以及移液管的物理條件，包括部分移液管的溫度、移液管的大氣壓、移液管腔內的壓力、移液管的大氣濕度和被調節液體的粘度。例如，當使用者操縱移液管的時間較長時，移液管由于和使用者的手接觸而被加熱，從而移液管的操作由于一些元件的熱膨脹而發生變化。根據所概括的過程，移液管的精度能夠得以維持，因為移液管加熱，并且事實上在很多移液管操作條件下都維持移液管的精度。移液管可自動進行調整。或者是，所顯示的校正體積可向使用者指示出變化，并且使用者可人工調整移液管。由于移液管是在制造之后進行校正的，因此對移液管制造中的所需精度要求不高。結果，移液管能夠以更低的成本更容易地制造出來。也減少了機械系統的多種膨脹，這些膨脹經常導致直接影響所取的量的取樣位移體積漂移。考慮到多個物理條件，可包括連續校正。
參照圖11-16，所示出的示范傳感器構造提供了用作體積表征的輸入值的參數。參照圖8，該圖示出了移液管200的第二示范實施例。移液管還包括毗鄰活塞驅動機構206的外殼232的安裝的溫度傳感器340。溫度傳感器340的定位是為了測定部分移液管200的溫度。在該示范實施例中，溫度傳感器340靠近控制桿226、控制桿支持體230和控制桿電子卡218。控制電子卡218可能產生導致活塞驅動機構206的一些元件膨脹的熱量。溫度傳感器340安裝在熱膨脹最大的部分附近，由此，使機械元件的溫度包括在待公知的取樣序列中。溫度傳感器340經由電連接線342與控制電子卡218相連，以便處理器調整傳感器測定的溫度。
調整是利用由傳感器測定的溫度作為參數按照圖11所示的過程來進行。在校準過程中，移液管一般針對大約20℃的吸取/分配液體進行操作。如果使用者調節不在20℃的液體，則被調節的體積就不對應于移液管顯示器上的顯示值。去除的體積由于多種原因不同于所需的體積。造成此誤差的主要原因是，移液管內部的“死”體積的溫熱，移液管由于膨脹而導致使用者對液體的調節比預期調節/調整得少。已知，對于20℃的移液管給出了移液管校準說明，特別是設定額定取樣體積的那些說明，處理器確定，此額定值的校正根據溫度傳感器340測定的溫度和基于該溫度的體積表征是否是必要的。
參照圖12，該圖表示出移液管200的第三示范實施例。移液管還包括毗鄰活塞驅動機構206安裝的大氣壓傳感器350。在此實例中，傳感器安裝在電池212上方。大氣壓傳感器350測定大氣壓，并將該信息傳送給處理器，以便如前面所涉及的那樣校正被調節的體積。移液管還可包括安裝在尖端附近的尖端保持器外部的大氣溫度傳感器352。在此部位，大氣溫度傳感器352測定被調節液體附近的溫度，即使傳感器僅接觸液體上方的空氣，該溫度也非常近似于液體的溫度。大氣溫度傳感器352刺穿尖端保持器的表面，進入內管356，以測定接近被調節液體的大氣溫度。大氣溫度傳感器352經由電連接線354與控制電子卡218相連，以便處理器針對傳感器測定的溫度進行調整。在另一個實施例中，濕度傳感器安裝在移液管上與大氣壓傳感器350類似的部位。
參照圖13，該圖表示出移液管的第四示范實施例。移液管還包括安裝在尖端保持器210的下管上的大氣溫度傳感器360。大氣溫度傳感器360在尖端保持器的下管形成允許其被接收在設置在尖端保持器下末端的圓柱殼內的一個環。大氣溫度傳感器360具有圓環一樣的內壁，由此形成設置在一個圓內的曲線，此圓的中心位于與移液管縱軸A-A對置的壁上(如圖14所示)。所形成的狹窄空氣通道使橫貫大氣溫度傳感器360的空氣速度增大，并允許通過頂推去除液體。大氣溫度傳感器360經由電連接線362與控制電子卡218相連，以便處理器針對傳感器測定的溫度進行調整。
參照圖15，該圖表示出移液管的第五示范實施例。移液管還包括安裝在移液管之內的活動部分上的大氣溫度傳感器370。大氣溫度傳感器370直接固定在活塞桿224的一端。在此部位，大氣溫度傳感器370不接觸被調節的液體。大氣溫度傳感器370經由電連接線372與控制電子卡218相連，以便處理器針對傳感器測定的溫度進行調整。參照圖16，電連接線372與垂直于移液管縱軸A-A、一個層壓在另一個上的兩個金屬帶374，376相連，并且在活塞頭部。金屬帶374，376分別與安裝在移液管殼體的兩個刀片378，380接觸。這種設置使得處理器與大氣溫度傳感器370之間實現永久性的電接觸，而無論活塞桿是否旋轉。
本發明的示范實施例，有效地指導移液管利用各種粘性液體和尖端，在各種環境操作條件下精確吸取或分配液體體積，而不管移液管制造中的機械瑕疵。示范操作可利用非電動或電動移液管來實施。應該理解，本發明不局限于本文用作圖示說明的具體實施例，而是含蓋所有這些修改、組合及交換，這些都落在后面所附的權利要求書的范圍內。所述的功能可以分布在數目不同的部件中，并且本文所述的功能分布沒有脫離本發明的精髓。此外，在不脫離本發明的精髓的前提下，模塊的執行順序可以改變。由此，優選實施例的描述是為了圖示說明的目的，而不具有限定作用。
權利要求
1.一種通過校正移液管的當前物理狀況來調節液體操縱移液管中的所需液體體積的方法，所述方法包括在移液管上選擇所需的體積，所述移液管包括活塞驅動機構，所述活塞驅動機構被構造成能夠接觸活塞組件，從而使所述活塞組件的活塞桿在尖端保持器內移動，借此調節所述尖端保持器內的液體量，所需體積代表將要調節的液體量；利用體積表征計算校正體積，其中所述體積表征是作為所需體積的函數的在所述尖端保持器內調節的液體量差，所述體積表征利用校準過程來確定；以及向移液管的使用者顯示所述校正體積，借此調節所述尖端保持器中的所需液體體積。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括確定參數，所述參數表示移液管的當前物理狀況；其中所述體積表征還是作為所述參數函數的在所述尖端保持器內調節的液體量差。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述參數是尖端的種類。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述參數用安裝在移液管上的傳感器來測定。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于，所述參數選自由以下參數構成的組移液管的大氣溫度、部分移液管的溫度、移液管的大氣壓、移液管腔內的壓力、移液管的大氣濕度和液體粘度。
6.如權利要求2所述的方法，其特征在于，還包括將所需體積顯示給移液管的使用者。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正體積是實際體積，所述實際體積表示基于所需體積的在所述尖端保持器內調節的液體量。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述校正體積是調節誤差，所述調節誤差代表所需體積與實際體積之差，所述實際體積代表基于所需體積的在所述尖端保持器內調節的液體量。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括使用者在移液管上選擇新的體積，其中所述新體積包括調節誤差。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括將高/低指數顯示給使用者，所述高/低指數顯示調節誤差是正的還是負的。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述體積表征是表格，所述表格包括多個數據點，其中每個數據點包括校準體積數據點，其中所述校準體積數據點表示將要調節的液體體積，所述校準體積數據點是作為移液管的部分校準過程而選擇的；以及校正體積，其中所述校正體積表示在校準體積數據點處的所述尖端保持器內調節的液體量。
12.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述體積表征是一個表格，所述表格包括多個數據點，其中每個數據點包括校準體積數據點，其中所述校準體積數據點表示將要調節的液體體積，所述校準體積數據點是作為移液管的部分校準過程而選擇的；以及校正體積，其中所述校正體積表示所述校準體積數據點與實際體積之差，其中所述實際體積表示在所述較準體積數據點處的所述尖端保持器內調節的液體量。
13.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述體積表征是方程式。
14.一種通過校正移液管的當前物理狀況來調節液體操縱移液管中的所需液體體積的裝置，所述裝置包括殼體；尖端保持器，所述尖端保持器安裝到所述殼體上；活塞組件，所述活塞組件安裝到所述尖端保持器上，并包括裝配在所述尖端保持器內的活塞桿；活塞驅動機構，所述活塞驅動機構包括具有接觸所述活塞組件的表面的控制桿，所述活塞驅動機構被構造成能夠在所述尖端保持器內移動所述活塞組件的所述活塞桿，借此調節所述尖端保持器中的液體；體積選擇器，所述體積選擇器安裝到所述殼體上，并且被構造成能夠允許使用者選擇所需的體積，所需體積代表將要調節的液體量；顯示器，所述顯示器安裝到所述殼體上；處理器，所述處理器耦合到所述顯示器和所述體積選擇器上，并且被構造成能夠利用體積表征計算校正體積，其中所述體積表征是作為所需體積的函數的在所述尖端保持器內調節的液體量差，所述體積表征利用校準過程來確定；其中所述顯示器向移液管的使用者顯示所述校正體積，借此調節所述尖端保持器中的所需液體體積。
15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，還包括物理狀況指示器，所述物理狀況指示器安裝在一部分裝置上，并且被構造成能夠顯示裝置的當前物理狀況；其中所述處理器與所述物理狀況指示器耦合，并且所述體積表征還是作為所顯示的當前物理狀況的函數的在所述尖端保持器內調節的液體量差。
16.如權利要求15所述的裝置，其特征在于，還包括尖端，所述尖端安裝在所述殼體上；其中所述物理狀況指示器是尖端種類指示器。
17.如權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述物理狀況指示器是傳感器。
18.如權利要求17所述的裝置，其特征在于，所述當前物理狀況選自由以下參數構成的組移液管的大氣溫度、部分移液管的溫度、移液管的大氣壓、移液管腔內的壓力、移液管的大氣濕度和液體粘度。
19.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述顯示器還被構造成能夠將所需體積顯示給移液管的使用者。
20.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述校正體積是實際體積，所述實際體積表示基于所需體積的在所述尖端保持器內調節的液體量。
21.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述校正體積是調節誤差，所述調節誤差代表所需體積與實際體積之差，所述實際體積代表基于所需體積的在所述尖端保持器內調節的液體量。
22.如權利要求21所述的裝置，其特征在于，所述體積選擇器還被構造成允許使用者選擇新的體積，其中所述新體積包括調節誤差。
23.如權利要求21所述的裝置，其特征在于，所述顯示器還被構造成能夠將高/低指數顯示給移液管的使用者，所述高/低指數顯示調節誤差是正的還是負的。
24.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述體積表征是表格，所述表格包括多個數據點，其中每個數據點包括校準體積數據點，其中所述校準體積數據點表示將要調節的液體體積，所述校準體積數據點是作為移液管的部分校準過程而選擇的；以及校正體積，其中所述校正體積表示在校準體積數據點處的所述尖端保持器內調節的液體量。
25.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述體積表征是一個表格，所述表格包括多個數據點，其中每個數據點包括校準體積數據點，其中所述校準體積數據點表示將要調節的液體體積，所述校準體積數據點是作為移液管的部分校準過程而選擇的；以及校正體積，其中所述校正體積表示所述校準體積數據點與實際體積之差，其中所述實際體積表示在所述校準體積數據點處的所述尖端保持器內調節的液體量。
26.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述體積表征是方程式。
全文摘要
本發明提供了一種基于所需體積和/或移液管的當前物理狀況通過液體操作移液管校正待吸取/分配的液體的所需體積的裝置和方法。移液管包括活塞驅動機構，所述活塞驅動機構被構造成能夠接觸活塞組件并在尖端保持器內移動活塞組件的活塞桿，借此調節尖端保持器中的液體量。所述方法包括在移液管上選擇所需的體積，所需體積代表將要調節的液體量；利用體積表征計算校正體積，其中所述體積表征是作為所需體積的函數的在尖端保持器內調節的液體量差；以及向移液管的使用者顯示校正體積，借此調節尖端保持器中的所需液體體積。體積表征是利用校準過程來確定的。
文檔編號G01N35/10GK1956786SQ200480035132
公開日2007年5月2日 申請日期2004年11月24日 優先權日2003年11月27日
發明者F·維奧, Y·邁 申請人:吉爾松有限合伙公司