一种移液泵、移液系统及分析装置制造方法

一种移液泵、移液系统及分析装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种移液泵，包括泵头组件，泵头组件包括顶盖，侧壁，至少形成第一泵头部、第二泵头部；柱塞组件，柱塞组件至少包括第一柱塞和第二柱塞；密封组件，密封组件至少包括第一密封部和第二密封部，第一密封部设置在第一柱塞或第一泵头部上，第二密封部设置在第二柱塞或第二泵头部或上，第一密封部、柱塞组件和泵头组件围成第一腔体，第一密封部、第二密封部、柱塞组件和泵头组件围成第二腔体；第一腔体还包括设置在泵头组件上的与第一腔体贯通的至少一个第一通孔，第二腔体还包括设置在泵头组件上与第二腔体贯通的至少一个第二通孔；线性驱动装置，安装在泵头组件或者柱塞组件上，驱动泵头组件或者柱塞线性移动。
【专利说明】一种移液泵、移液系统及分析装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及定量移液领域，尤其是一种移液泵及其移液系统、分析装置。
【背景技术】
[0002]精密移液泵单元，包括注射器、定量泵等，是用于测量和分配液体的装置。近年来，随着技术和工艺的不断进步，自动分析仪器愈来愈多的使用到精确移液泵单元来实现精密移液、稀释、清洗和/或分配液体物质。随着分析仪器自动化程度、测试速度、处理容量的不断提高，精密移液泵单元的用量在迅速增大，同时对泵的速度、精度、寿命、成本、体积都提出了全新的要求。通常在全自动体外诊断分析设备中，为实现清洗、移样、稀释功能，往往需要使用到一到数个移液泵单元。
[0003]在现有技术的装置中，可见以下几种应用:
[0004](I)单通道叠加式每一组泵单体均含独立驱动和柱塞，应用于分析仪器精确移样、清洗、稀释操作，多通道应用只能简单的单通道重复叠加，如W02011150562A1，US7217105B2, US7939017B2, US20120103075A1, CN103032289A, US8337174B20 缺陷:成本极高、个体差异大，成本因素导致不适用于多路应用场景。
[0005](2)多通道并联式
[0006]多个柱塞并联，一个线性致动机构，应用于分析仪器多个通道同时移样、清洗、分注操作，有时候通道数多达48、96、384路或更多。调试装配要求高(如平行度)。特别的，生命科学领域快速移液器的需求带动了多通道移液泵的发展，如酶标洗板、基因测序等由24、48、96孔微孔板逐渐向384孔或更庞大的微孔板发展。如麦博MPH-96工作站，96组注射器，其中每8组由一个步进电机驱动，这个系统由于大量的注射器和电机存在导致非常昂贵，如US6146594，US6869571，CN1882827。缺陷:高成本，调试要求极高，体积庞大。
[0007](3)传统的玻璃腔体+塑料柱塞精密注射器
[0008]这需要用户配套设计驱动。这种设计存在致命的寿命短板，可靠性低，维护成本极闻。

【发明内容】

[0009]为克服现有技术的不足，本发明提出了一种移液泵、移液系统及其分析装置。
[0010]根据本发明的一方面，提供了一种移液泵，包括泵头组件，所述泵头组件包括顶盖，侧壁，至少形成第一泵头部和第二泵头部；柱塞组件，柱塞组件包括第一柱塞和第二柱塞；密封组件，密封组件至少包括第一密封部和第二密封部，第一密封部设置在第一柱塞或第一泵头上，第二密封部设置在第二柱塞或第二泵头上，所述第一密封部、柱塞组件和泵头组件围成第一腔体，所述第一密封部、第二密封部、柱塞组件和泵头组件围成第二腔体；第一腔体还包括设置泵头组件上的与第一腔体贯通的至少一个第一通孔，第二腔体还包括设置在泵头组件上与第二腔体贯通的至少一个第二通孔；线性驱动装置，安装在泵头组件或者柱塞组件上，驱动泵头组件或者柱塞线性移动。[0011]根据本发明的另一方面，提供了一种移液泵，包括泵头组件，至少包括第一泵头部、第二泵头部和第三泵头部；柱塞组件，柱塞组件至少包括第一柱塞、第二柱塞和第三柱塞；密封组件，所述密封组件至少包括第一密封部、第二密封部和第三密封部，第一密封部设置在第一柱塞或第一泵头部上，第二密封部设置在第二柱塞或第二泵头部上，和第三密封部设置在第三柱塞或第三泵头部上，第一密封部、第二密封部、柱塞组件和泵头组件围成第一腔体，第二密封部、第三密封部、柱塞组件和泵头组件围成第二腔体；第一腔体还包括设置泵头组件上的与第一腔体贯通的至少一个第一通孔，第二腔体还包括设置在泵头组件上与第二腔体贯通的至少一个第二通孔；线性驱动装置，安装在泵头组件或者柱塞组件上，驱动泵头组件或者柱塞线性移动。
[0012]根据本发明的再一方面，提供了一种移液系统，包括上述的移液泵，还包括移液器，三通阀，第一腔体通过第一管路和三通阀的常开端NO连接，第二腔体通过第二管路和三通阀的常闭端NC连接；或第一腔体通过第一管路三通阀的常闭端NC连接，第二腔体通过第二管路和三通阀的常开端NO连接，移液器通过第三管路和三通阀的公共端连接。
[0013]根据本发明的再一方面，提供了一种移液系统，包括上述的移液泵，还包括第一移液器和第二移液器，第一腔体通过第一管路和第一移液器连接，第二腔体通过第二管路和第二移液器连接。
[0014]根据本发明的再一方面，提供了一种移液系统，包括上述的移液泵，还包括移液器，第一腔体和第二腔体通过第一管路连接，第一腔体通过第二管路和移液器连接；或第一腔体通过第一管路和第一汇流块连接，第二腔体通过第二管路和第一汇流块连接，第一汇流块通过第三管路和移液器连接。
[0015]根据本发明的又一方面，提供了一种分析装置，包括上述的移液泵。
[0016]本发明的移液泵将柱塞组件分段设计成横截面积不同的柱塞，通过泵头组件和密封组件将横截面积不同的柱塞收容在不同的腔体内，每个腔体对应至少一个用来移液的通孔，仅通过一个线性驱动装置带动柱塞组件或者泵头组件运动，可以同时实现不同量或者不同液体的移液操作。该移液泵结构紧凑，装配简单，精度高，成本低，寿命长且免维护。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1为本发明的移液泵的示意图；
[0018]图2为本发明的泵头组件的示意图；
[0019]图3为本发明的通孔的三种结构的示意图；
[0020]图4为本发明的柱塞组件的一种实施方式；
[0021]图5为本发明的密封组件的示意图；
[0022]图6为本发明密封组件设置在柱塞组件上的示意图；
[0023]图7为本发明一种线性驱动装置的【具体实施方式】；
[0024]图8为本发明线性驱动装置和泵体连接的示意图；
[0025]图9为线性驱动装置和柱塞组件连接的示意图；
[0026]图10为线性驱动装置和柱塞组件连接的示意图；
[0027]图11为移液泵的第一种应用方式的示意图；
[0028]图12为移液泵的第二种应用方式的示意图；[0029]图13为移液泵的第三种应用方式的腔体串联示意图；
[0030]图14为移液泵的第三种应用方式的腔体并联示意图；
[0031]图15为移液泵的第四种应用方式的示意图；
[0032]图16为移液泵的第五种应用方式的示意图；
[0033]图17为移液泵的第六种应用方式的示意图；
[0034]图18为移液泵的第七种应用方式的示意图；
[0035]图19为移液泵的第八种应用方式的示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。为表述方便，定义如下:线性移动方向，即如图1中方向A和方向B所示的方向。
[0037]本发明提供一种移液泵，包括泵头组件，泵头组件包括顶盖，侧壁，至少形成第一泵头部、第二泵头部；柱塞组件，柱塞组件至少包括第一柱塞和第二柱塞；密封组件，密封组件至少包括第一密封部和第二密封部，第一密封部设置在第一柱塞或第一泵头部上，第二密封部设置在第二柱塞或第二泵头部上，第一密封部、柱塞组件和泵头组件围成第一腔体，第一密封部、第二密封部、柱塞组件和泵头组件围成第二腔体；第一腔体还包括设置在泵头组件上的与第一腔体贯通的至少一个第一通孔，第二腔体还包括设置在泵头组件上与第二腔体贯通的至少一个第二通孔；线性驱动装置，安装在泵头组件或者柱塞组件上，驱动泵头组件或者柱塞线性移动。
[0038]本发明通过将柱塞组件分段设计成不同的柱塞模块，通过泵头组件和密封组件将不同的柱塞模块收容在不同的腔体内，每个腔体设置至少一个用来移液的通孔，仅通过一个线性驱动装置带动柱塞组件或者泵头组件运动，在一个线性驱动装置的带动下，可以同时在不同的腔体内进行移液操作。该结构紧凑，装配简单，精度高，成本低，寿命长且免维护。
[0039]本发明的柱塞组件包括至少两个柱塞，即上述的第一柱塞和第二柱塞，还可以包括第三柱塞、第四柱塞等多个柱塞，下面以三个柱塞举例对本发明的移液泵作详细说明。
[0040]本发明的移液泵如图1所示，包括泵头组件100，柱塞组件200，密封组件，线性驱动组件(图中未标出)，泵头组件100包括顶盖101，侧壁103，形成第一泵头部110、第二泵头部120和第三泵头部130 ;柱塞组件200包括第一柱塞201、第二柱塞203和第三柱塞205，第一柱塞的横截面积为SI，所述第二柱塞的横截面积为S2，第三柱塞的横截面积为S3 ;密封组件包括第一密封部301、第二密封部303和第三密封部305，第一密封部301设置在第一泵头部110上，第一密封部301、柱塞组件200和泵头组件100围成第一腔体401。第二密封部303设置在第二泵头部120上，第一密封部301、第二密封部303、柱塞组件200和泵头组件100围成第二腔体403，第三密封部305设置在第三泵头部130上，第二密封部303、第三密封部305、柱塞组件200和泵头组件100围成第三腔体405 ;所述第一腔体401还包括设置在泵头组件上与第一腔体连通第一通孔401a和第一通孔401b，所述第二腔体还包括设置在泵头组件上与第二腔体连通第二通孔403a和第二通孔403b，所述第三腔体还包括设置在泵头组件上与第三腔体连通的第三通孔405a和第三通孔405b ;线性驱动装置安装在泵头组件100或者柱塞组件200上，驱动泵头组件100或者柱塞组件200线性移动。[0041]泵头组件100包括顶盖101和侧壁103，侧壁沿着顶盖边沿的方向围成一圈，形成一端开口，一端封闭的结构，顶盖在一个平面上，也可以不在一个平面上，且可以是任意形状，侧壁的形状也可以是任意的。顶盖和侧壁可以是一体成型，也可以是分体结构，再连接在一起。泵头组件用来和柱塞组件、密封组件配合形成分别独立的腔体。为方便加工和密封腔体，优选泵头组件是圆柱形，即顶盖为圆形平面，侧壁沿着顶盖的圆形边沿围成一圈，形成一端开口、一端封闭的圆柱结构。或者也可以单独设置一个独立于泵头组件和柱塞组件的顶盖。
[0042]栗头组件包括弟一栗头部，弟二栗头部，弟二栗头部。弟一栗头部和弟一柱塞是一种对应关系，具体定义为:当第一密封部设置在第一泵头部上，若将第一密封部在柱塞组件上投影，则投影在第一柱塞上；当第一密封部设置在第一柱塞上，若将第一密封部在泵头组件上投影，则投影在第一泵头部上。第二泵头部、第三泵头部的定义与此类同。其中第一泵头部110、第二泵头部120和第三泵头部130可以是一体成型结构，以方便加工和定位，也可以是分体结构，即是分别独立的零件。
[0043]如图2所示，第一泵头部110、第二泵头部120和第三泵头部130是分体结构。第一泵头部110安装在第二泵头部120上，通过特定的方式确保第一腔体401与第一柱塞201同轴。特定的方式包括外圆定位、销钉定定位等；第二泵头部120安装在第三泵头部130上，通过特定的方式确保第二腔体403与第二柱塞203同轴。特定的方式包括外圆定位、销钉定定位等；第三泵头部130安装在轴向驱动装置(图中未标出)上，通过特定的定义方式确保第三腔体405与第三柱塞205同轴，特定的方式包括外圆定位、销钉定定位等。采用分体式的泵头结构，降低了泵头组件的加工难度，同时，不同的泵头部，可以灵活多样的搭配成一个泵头组件，可以满足用户对泵头尺寸的不同要求。
[0044]第一泵头部110还可以分拆为两个零件，零件1103类似第二泵头120和第三泵头130两端开口，零件1101封闭零件1101其中的一个开口，这样零件1101和1103组合起来实现第一泵头部110的功能。
[0045]在上述实施方式中，密封组件包括第一密封部、第二密封部和第三密封部，相应的，将泵头组件分成三个分体结构，即第一泵头部、第二泵头部和第三泵头部，如图1所示，将第一密封部301设置在第一泵头部110的一端，类似的，将第二密封部303设置在第二泵头部120的一端，将第三密封部305设置在第三泵头部130的一端，方便安装相应的密封部。
[0046]第一泵头部可以是一体的，也可以由多个单独的泵头零件连接在一起组成，由多个不同尺寸或者相同尺寸的泵头零件，按照需要的尺寸大小组成相应的泵头部，第二泵头部和第三泵头部与此类同，由此，将第一泵头部、第二泵头部和第三泵头部组成一个泵头组件。
[0047]泵头材料的选择一般分为透明和不透明两类，透明材料适于观察内部状态，不透明材料则适用于其他有特殊要求的场合，如要求避光，高温、高压等。透明材料包括亚克力PMMA、聚碳酸酯PC等，不透明材料包括不锈钢、工程塑料聚甲醛Ρ0Μ、工程塑料聚醚醚铜PEEK 等。`
[0048]每个腔体还包括设置在泵头组件上的与该腔体贯通的通孔，作为液体进出的通道。以第一腔体401举例，第二腔体、第三腔体类同。如图2所示，第一腔体401包括设置在第一泵头部110上的与第一腔体401贯通的第一通孔401a和第一通孔401b，第一通孔401a可以用于吸液，也可以用来排液，也可以既用来吸液，也用来排液，第一通孔401b可以用来吸液，也可以用来排液，也可以既用来吸液，也用来排液。第一通孔401a和第一通孔402b的形状如图3所示。该通孔可以是内孔螺纹孔410，还可以是圆柱孔420，也可以是外孔螺纹孔430。在本实施方式中，第一腔体110中有两个第一通孔，当然也可以只有一个第一通孔，或者也可以设置任意数量的通孔，设置通孔的数量取决于用户对通孔连接方便性的要求。一般来说，通孔的数量为1-3个，更多的数量根据用户的需求而定。
[0049]在本实施方式中，如图1所示，柱塞组件200包括第一柱塞201、第二柱塞203和第三柱塞205，柱塞截面积也可以是任意形状。第一柱塞的横截面积为SI，所述第二柱塞的横截面积为S2，第三柱塞的横截面积为S3。
[0050]第一柱塞还可以包括至少两个横截面积不同的柱塞模块，此时对应的第一柱塞的横截面积Si定义为:若第一密封部设置在第一柱塞上，SI为第一密封部所对应的柱塞的横截面积；若第一密封部设置在泵头上，将密封部向柱塞投影，Si是投影所对应的柱塞的横截面积。
[0051]若第一柱塞的横截面积是一致的，第一柱塞的最大移动距离Llmax为第一柱塞的长度；若第一柱塞包括至少两个横截面积不同的柱塞模块，则第一柱塞的移动距离为第一密封部所对应的柱塞模块的长度，第二柱塞的最大移动距离L2max和第三柱塞的最大移动距离L3max类同。柱塞的最大移动距离Lmax取Llmax、L2max和L3max的最小值。
[0052]假设线性驱动装置驱动柱塞移动的行程为L，且L < Lmax,则:
[0053]第一柱塞的移液量为V1=S1*L ；
[0054]第二柱塞的移液量为V2= I S2-S11 *L ；
[0055]第三柱塞的移液量为V3= I S3-S2 | *L，
[0056]从上面可以看出，从第二个腔体开始，只要保证相邻柱塞截面积不相等，则腔体可以获得一定的移液量。例如，如果想要第二腔体获得一定的移液量，则需要保证SI古S2 ;如果想要保证第三腔体获得一定的移液量，则需保证S2 Φ S3 ;如果想要保证第一腔体、第二腔体和第三腔体都有移液量，则需要SI古S2且S2古S3。如果相邻的柱塞的截面积相等，其所对应的腔体不会产生移液量，而是相当于提供一个流动通道，这种实现方式也是可行的。例如，利用该腔体采用第三方的介质去清洗柱塞，达到保养柱塞的目的。通过控制截面积的大小，可以控制移液量大小，每个腔体的移液量可以是相同的，也可以是不同的，也可以某个腔体的移液量为零。
[0057]为了加工方便和保证腔体的密封效果更好，优选柱塞的截面形状为圆形，即柱塞为圆柱。如果第一柱塞截面圆形的直径为dl，第二柱塞截面圆形的直径为d2，第三柱塞截面圆形的直径为d3，活塞组件线性移动量L。根据截面积公式S= /4*d*d (S为截面积；d为截面积直径)，则:
[0058]第一柱塞的移液量为Vl=0.7854*dl2*L ；
[0059]第二柱塞的移液量为V2=0.7854* | d22_dl21 *L ；
[0060]第三柱塞的移液量为V3=0.7854* | d22_dl21 *L，
[0061]从上面可以看出，从第二个腔体开始，只要保证相邻柱塞截面直径不相等，则该腔体可以获得一定的移液量。例如，如果想要保证第二腔体获得一定的移液量，则需要保证dl Φ d2 ;如果想要保证第三腔体获得一定的移液量，则需要保证d2 Φ d3 ;如果想要保证第一腔体、第二腔体和第三腔体都获得一定的移液量，则需要dl古d2且d2古S3。如果相邻的柱塞的直径相等，其所对应的腔体将不会产生移液量，而是相当于提供一个流动通道，这种实现方式也是可行的。
[0062]例如，利用该腔体采用第三方的介质去清洗柱塞，达到保养柱塞的目的。通过控制截面直径的大小，可以控制移液量大小，每个腔体的移液量可以是相同的，也可以是不同的。
[0063]第一柱塞201、第二柱塞203、第三柱塞205的排列包括以下三种方式:
[0064](I)单调递增，即 SI < S2 < S3 ；
[0065](2)单调递减，即 SI > S2 > S3 ；
[0066](3)先增后减，即 SI < S2 > S3,
[0067]如图1所示，如果柱塞的截面积单调递增，柱塞沿着箭头A的方向运动，所有的腔体排液；柱塞沿着箭头B的方向运动，所有的腔体吸液。如果柱塞的截面积单调递减，则柱塞沿着箭头A的方向运动，第一腔体排液，第二腔体和第三腔体吸液；柱塞沿着箭头B的方向运动，第一腔体吸液，第二腔体和第三腔体排液。如果柱塞的截面积先增后减，柱塞沿着箭头A的方向运动，第一腔体排液，第二腔体排液，第三腔体吸液；柱塞沿着箭头B的方向运动,第一腔体吸液,第二腔体吸液，第三腔体排液。
[0068]由此总结如下:第二柱塞的面积减去第一柱塞的面积，若结果为正，当柱塞组件沿着B方向运动，第二腔体吸液，当柱塞组件沿着A方向运动，第二腔体排液，若结果为负，当柱塞组件沿着B方向运动，第二腔体排液，当柱塞组件沿着A方向运动，第二腔体吸液。第三腔体的吸液和排液判断与上述方式相同。特别的，第一腔体的截面积之差始终为正，当柱塞组件沿着B方向运动，第一腔体吸液，当柱塞组件沿着A方向运动，第一腔体排液。
[0069]对于柱塞组件单调递增，若柱塞的移动方向为由SI对应的腔体向S2对应的腔体移动，SI对应的柱塞可以移动到S2对应的腔体内；对于柱塞组件单调递减，若柱塞的移动方向为由S2对应的腔体向SI对应的腔体移动，SI对应的柱塞只能在自己对应的腔体内移动。
[0070]需要注意的是，对于柱塞组件单调递增，一般来说，当第二柱塞的截面积S2大于第一柱塞的截面积SI时,贝U第一柱塞可以从第一腔体向第二腔体的方向运动，即B所不的方向，但也有特殊情况，比如第一柱塞的截面为不规则的图形，该图形在某个方向突出，虽然第二柱塞的截面积S2大于第一柱塞的截面积SI,但第一柱塞却无法沿着B所不的方向运动，这就需要保证第二柱塞的截面图形的最小外接圆的直径大于第一柱塞的截面图形的最小外接圆的直径，第一柱塞才可以沿着B所示的方向运动，否则，第一柱塞不能沿着B所示的方向运动。类似的，对于柱塞组件单调递增，需要保证第三柱塞的截面图形的最小外接圆的直径大于第二柱塞的截面图形的最小外接圆的直径，第二柱塞才能沿着B所示的方向运动。其他柱塞的运动与此类同。
[0071]柱塞组件200可以是一体成型结构，以方便定位。如图4所示的移液泵，包括一体式的柱塞组件200和分体式的泵头组件，分体式的泵头组件包括第一泵头部110、第二泵头部120、第三泵头部130、第四泵头部130和第五泵头部150。
[0072]为降低柱塞的制造难度和制造成本，柱塞组件也可以是分体结构。分体结构即为通过多个零件组合的方式实现，多个柱塞分开加工，采用一定的方式装配成一个独立的柱塞组件，例如:焊接、螺钉连接、铆接等。采用分体式的柱塞组件结构，不但每个柱塞的加工方便，而且通过选配不同的尺寸的柱塞，可以灵活多样的装配成一个柱塞组件，可以满足用户对多种移液量的要求。如图5所示，为五阶柱塞，先增后减，分体结构的排列的示意图，包括第一柱塞201、二柱塞203、第三柱塞205、第四柱塞207和第五柱塞209。
[0073]第一柱塞可以是一体的，也可以由多个单独的柱塞零件连接在一起组成，由多个不同尺寸或者相同尺寸的柱塞零件，按照需要的尺寸大小组成相应的第一柱塞，第二柱塞和第三柱塞与此类同，由此，将第一柱塞、第二柱塞和第三柱塞组成一个柱塞组件。
[0074]柱塞材料一般选取耐磨性、化学兼容性、抗蠕变特性良好，表面硬度较高的材质，包括不锈钢、工程塑料聚甲醛Ρ0Μ、陶瓷等。
[0075]密封组件包括第一密封部301，第二密封部303和第三密封部305，以第一密封部举例说明，第二密封部和第三密封部类同。第一密封部可以设置在泵头组件上，也可以设置在柱塞组件上。在本实施方式中，如图6所示，第一密封部为设置在柱塞组件上第一密封圈3011，第一密封圈3011与第一柱塞的配合方式为过盈配合。其过盈量的设计依据材料、寿命、工况的不同而定，第一密封圈3011内孔的形状以实际过盈配合的要求为准则。例如，第一密封圈3011的内孔为锥形孔，锥形小端内径Dl略小于第一柱塞201的直径d，锥形大端内径D2略大于第一柱塞201的直径d。举例:对于直径d=30mm的第一柱塞，Dl=29.7mm,D2=30.3mm,则小端过盈量为0.3mm。第一密封圈3011外形设计为薄壁结构，因过盈配合,第一密封圈3011的侧壁产生弹性形变，始终给第一柱塞201提供线性抱紧力F1，从而实现活塞组件的密封。第一密封圈3011内孔与第一柱塞201的配合长度亦视工况而定，一般的设计为几个mm。第一密封圈3011选择小摩擦系数的材料，例如，聚四氟乙烯PTFE，超高分子量聚乙烯UHMWPE。
[0076]第一密封圈3011外壁可选择性的配置一个预紧圈3012，预紧圈3012额外提供一个线性的预紧力F2给第一密封圈3011，再经由第一密封圈3011传递给第一柱塞301。尤其经过长时间的运行，比如若干万次往复运行，第一密封圈存在一定磨损后，第一密封圈的壁厚略有减薄，过盈量会有所下降，这个额外的预紧力F2显得格外的珍贵和重要，预紧力F2有效地补偿了第一密封圈的磨损，使得密封能长期有效的正常运行。预紧圈3012的设计以提供有效线性预紧力为准，其实现方式包括橡胶O型圈、预压弹簧等。
[0077]进一步的，优选密封圈的材料表面硬度小于柱塞材料表面硬度，这种软硬材料的搭配通常更好地保证密封副的可靠性。
[0078]线性驱动装置，用来确保柱塞组件在泵头组件内实现线性往复运动，线性驱动装置的传动方式可以是，例如:滚珠丝杆丝母副传动、梯形丝杆丝母副传动、带轮传动、齿轮齿条传动、凸轮传动、曲柄连杆传动方式等。
[0079]如图7所示，为一种梯形丝杆丝母传动的线性驱动装置。该线性驱动装置500包括电机501，丝杆503，传动螺母505，光电开关507，调节板509。电机501的驱动轴与丝杆503的内孔紧配连接。丝杆503为精密加工的传动外螺纹，其牙型和螺距按照标准螺纹规格制作。传动螺母505设计为与丝杆503相适配的内螺纹，上述内螺纹和外螺纹组成一对螺纹传动副。
[0080]如图8所示传动螺母505的侧壁设计有一组对称的导向槽5051，与之对应得泵体1000侧壁设计一组对称的导向凸起1100，上述导向槽5051和导向凸起1100设计为精密的键配合。电机501、丝杆503、传动螺母505同轴。电机501驱动丝杆503转动，丝杆503通过螺纹副带动传动螺母505，由于上述精密导向键配合的存在，传动螺母失去旋转自由度，因而只能沿着直线运动。
[0081]泵体1000包括泵头组件100和柱塞组件200。如果传动螺母和泵头组件连接，驱动泵头组件作线性直线运动，则上述对应的泵体为泵头组件，如果传动螺母和柱塞组件连接，驱动柱塞组件作线性直线运动，则上述对应的泵体与柱塞组件连接。电机正反转，传动螺母则实现直线往复运动，进而带动柱塞组件往复直线运动。
[0082]泵体1000设有光电开关装配孔，用于安装探测行程的光电开关507，而传动螺母505上设计有光耦遮光挡片5053，当柱塞组件200运行到某一特定位置时，遮光挡片5053刚好遮住光电开关507的通光孔，光电开关507的输出信号发生一次阶跃，以指示当前已经运动到某个特定位置。通常，这个特定位置被定义为移液泵单元的行程初始位置。调节板509设置于压紧最后一级密封的底部。
[0083]如图9-10所示，为线性驱动装置和柱塞组件连接的示意图，传动螺母505与柱塞组件200之间通过紧配连接，传动螺母505和柱塞组件200与移液泵的轴同轴。
[0084]电机的丝杆可以跟柱塞组件、泵头组件同轴，也可以不同轴，而是平行的。
[0085]电机可以是步进电机，也可以是伺服电机等。由于电机旋转一圈可以精确的细分为200、400甚至更多等分，I等分为I微步，I微步对应到柱塞组件I的线性行程分辨率为几个um，对应的移液容积V为约为0.0luL到几uL，这取决于柱塞的直径d和行程的分辨率L，其计算公式为V=0.7854*d*d*L。由于上述移液容积V的分辨率可达到uL甚至nL级别，本发明的移液泵可以实现精密移液功能。
[0086]本发明的柱塞组件包括多个串联的柱塞模块，使得一个线性驱动装置即可同时带动至少两个柱塞运行，节省了其他线性致动机构所需的空间，也大大节约了其他线性驱动装置所需的成本，因此本发明的移液泵成本低、结构紧凑。
[0087]本发明的密封组件采用特殊材料和特殊的结构设计，因此本发明的移液泵寿命长，免维护。
[0088]本发明还提供一种移液泵，包括泵头组件，泵头组件至少包括第一泵头部、第二泵头部和第三泵头部；柱塞组件，柱塞组件至少包括第一柱塞、第二柱塞和第三柱塞；密封组件，密封组件至少包括第一密封部、第二密封部和第三密封部，第一密封部设置在第一柱塞或第一泵头部上，第二密封部设置在第二柱塞或第二泵头部上，第三密封部设置在第三柱塞或第二泵头部上，第一密封部、第二密封部、柱塞组件和泵头组件围成第一腔体，第二密封部、第三密封部、柱塞组件和泵头组件围成第二腔体；第一腔体还包括设置泵头组件上的与第一腔体贯通的至少一个第一通孔，第二腔体还包括设置在泵头组件上与第二腔体贯通的至少一个第二通孔；线性驱动装置，安装在泵头组件或者柱塞组件上，驱动泵头组件或者柱塞线性移动。
[0089]该泵头组件不包括顶盖，所述的顶盖可以是由第一密封部和第一柱塞的顶壁形成。
[0090]本发明的移液泵和移液器、液路开关等组件配合，又组成了移液系统，能实现多种不同的功能，适应多种不同的应用场景，包括:[0091](I)不同量程的移样
[0092]不同量程的移样适用于对移样量要求不同的场合，或者移样量差别悬殊的场合，例如一次为5uL，另一次为500uL。
[0093]本发明提供一种移样系统，包括上述的移液泵，还包括移液器，三通阀，第一腔体通过第一管路和三通阀的常开端NO或常闭端NC连接，第二腔体通过第二管路和三通阀的常闭端NC或常开端NO连接，移液器通过第三管路连接三通阀的公共端。
[0094]在一种具体的实施方式中，如图11所不，移液系统包括移液泵，移液泵包括第一柱塞201和第二柱塞203，第一柱塞201和第二柱塞203均为圆柱，第一柱塞的直径为dll，第二柱塞的直径为dl2，且dll幸dl2，还包括三通电磁阀SV1，移液泵的第一腔体401设有一个第一通孔(图中未标出)，第一腔体401通过第一管路710和三通电磁阀SVl的常闭端NC连接，移液泵610第二腔体403设有一个第二通孔(图中未标出)，第二腔体通过第二管路720和三通电磁阀SVl的常开端NO连接，还包括移液器PB，移液器PB通过第三管路和三通电磁阀SVl的公共端连接，还包括液体容器800，移液器PB将从第一腔体或者第二腔体吸取到的液体排在液体容器800中，柱塞的行程为L，则:
[0095]第一腔体的排液量为Vl=0.7854*dll2*L
[0096]第二腔体的排液量为V2=0.7854*|d212_dll2|*L
[0097]当三通阀的电源接通的时候，移液器PB和第一腔体联通，实现小量程慢速移液；当三通阀的电源断开的时候，移液器PB和第二腔体联通，实现大量程快速移液。
[0098]二通阀可以是二通电磁阀，也可以是其他的二通阀。
[0099](2)多支路的移样
[0100]本发明提供一种移液系统，包括上述的移液泵，还包括第一移液器和第二移液器，第一腔体通过第一管路和第一移液器连接，第二腔体通过第二管路和第二移液器连接。
[0101]本发明的每个腔体都和一个移液器连接，每个移液器各自独立，将液体运送到移液系统所需要的位置。
[0102]在一种具体的实施方式中，如图12所示，移液系统包括移液泵610，移液泵610包括第一腔体401、第二腔体403和第三腔体405，第一腔体401设有第一通孔(图中未标出)，第一腔体通过第一管路710和第一移液器PBl连接，第二腔体403设有第二通孔(图中未标出)，第二腔体通过第二管路720和第二移液器PB2连接，第三腔体405设有第三通孔(图中未标出)，第三腔体通过第三管路730和第三移液器PB3连接。
[0103]本发明至少包括第一腔体和第二腔体，还可以包括第三腔体等，移液器也可以相应的增加第三移液器。
[0104](3)腔体的串并联
[0105]本发明提供一种移液系统，包括上述的移液泵，还包括移液器，
[0106]第一腔体和第二腔体串联:第一腔体和第二腔体通过第一管路连接，第一腔体通过第二管路和移液器连接；或
[0107]第一腔体和第二腔体并联:第一腔体通过第一管路和第一汇流块连接，第二腔体通过第二管路和第一汇流块连接，第一汇流块通过第三管路和移液器连接。
[0108]进一步的，可以在第一管路上设置第一电磁阀，控制第一管路的关闭；在二管路上设置第二电磁阀，控制第二管路的关闭。通过第一汇流块，可以选择性的汇流，得到多种排量:V1, V2, (V1+V2)。
[0109]进一步的，还可以设置第二汇流块，第一腔体通过第四管路和第二汇流块连接，第二腔体通过第五管路和第二汇流块连接，第二汇流块通过第六管路和液体容器连接。液体容器内的液体可以是清洗液，需要清洗哪个腔体，通过电磁阀控制哪个腔体和液体容器连接，当然，清洗容器内的液体也可以是用于反应的试剂。
[0110]进一步的，第一电磁阀还和第四管路连接，控制第四管路的关闭，第二电磁阀还和第五管路连接，控制第五管路的关闭。
[0111]在一种具体的实施方式中，如图13所示，移液系统包括移液泵610，移液泵包括第一腔体401、第二腔体403和第三腔体405，第一腔体401通过第一管路710和第二腔体403连接，第二腔体403通过第三管路730和第三腔体405连接，第一腔体401通过第二管路720和移液器PB连接。
[0112]当柱塞沿着箭头所示的方向运动，由于第二腔体和第三腔体通过第三管路联通，则第二腔体内的液体增压，又由于第一腔体和第二腔体通过第一管路联通，则第一腔体内的液体增压，又由于第一腔体和移液器通过第二管路联通，使得到达移液器的液体的压力被提闻。
[0113]只要至少两个腔体连接，且串联的腔体和移液器联通，就可以保证液体被增压。
[0114]在另一种具体的方式中，如图14所示，移液系统包括移液泵610，移液泵包括第一腔体401、第二腔体403和第三腔体405，第一腔体、第二腔体和第三腔体并联:第一腔体401通过第一管路710和第一汇流块31连接，第二腔体通过第二管路720和第一汇流块31连接，第三腔体通过第七管路770和第一汇流块31连接，第一汇流块31通过第三管路730和移液器PB连接。
[0115]第一腔体401通过第四管路740和第二汇流块32连接，第二腔体403通过第五管路750和第二汇流块32连接，第三腔体405通过第八管路780和第二汇流块连接，第二汇流块32通过第六管路760和液体容器CA连接。
[0116]设置三通电磁阀SV1，一端和第一管路710连接，一端和第四管路740连接，公共端和第一腔体401连接；设置三通电磁阀SV2，一端和第二管路720连接，一端和第五管路连接，公共端和第二腔体连接；设置三通电磁阀SV3，一端和第七管路连接，一端和第八管路连接，公共端和第三腔体连接。
[0117]通过设置电磁阀，可以得到多种排量的组合:V1，V2，V3，(V1+V2), (V1+V3), (V2+V3)，(V1+V2+V3)，假如三通电磁阀的常开端NO和第二汇流块连接，三通电磁阀的常闭端NC和第一汇流块连接，则三通电磁阀通电，排量叠加，三通电磁阀断电，排量为零。
[0118]通过设置电磁阀，还可以控制液体容器内的液体进入不同的腔体，假如液体容器内的液体是清洗液，则可以选择性的对腔体进行清洗。
[0119]可以想到的是，如果移液泵的腔体更多，可以得到更多的组合方式。
[0120](4)移样和清洗移液器
[0121]分析仪器的移液器PB完成一次移样过程后，一般都需要做一次清洗，以避免不同样本之间的携带污染。
[0122]如图15,第一腔体401 —般为小量程,用于移样；第二腔体403 —般为大量程,用于清洗。第一腔体401通过第一管路710和三通电磁阀SVl的常闭端NC连接，第二腔体403通过第二管路720和三通电磁阀SVl的公共端连接，清洗容器CA通过第三管路730和三通电磁阀的常开端NO连接，第一腔体401通过第四管路740和移液器PB连接。
[0123]需要精确移样时:电磁阀SVl不通电，柱塞组向下移动，第一腔体401吸样，第二腔体与清洗液容器CA连通；电磁阀SVl不通电，柱塞组件向上移动，第一腔体401排样，第二腔体403与清洗液容器CA连通。
[0124]系统需要清洗移液器PB时:电磁阀SVl不通电，柱塞组向下移动，第二腔体吸入清洗液，第一腔体始终与移液器PB联通；电磁阀SVl通电，柱塞组向上移动，第二腔体的清洗液经由SVl的NC端，流经第一腔体，再流入移液器PB，实现对移液器的清洗功能。清洗液，比如去离子水等。
[0125](5)移液泵自清洁
[0126]在应付和处理高腐蚀性、易结晶流体的场合，为了防止流体残留或结晶加速泵的密封副的失效，需要对柱塞、密封组件等接触液体的零部件经常做一些维护性清洗。这种维护性清洗一般是按照既定的规则自动化运行的。
[0127]在一种具体的实施方式中，如图16所示，二通电磁阀SVl通过第一管路710和第一腔体401连接，移液器PB通过第二管路720和第一腔体401连接，三通电磁阀SV2的常通端NO通过第三管路740连接清洗液容器CA，常闭端NC通过第四管路730连接废液池W，公共端COM通过第五管路750连接第二腔体。
[0128]第一腔体一般为小量程，用于移样；第二腔体一般为大量程，用于清洗。
[0129]系统需要精确移样时，SVl不通电，SV2不通电,柱塞组向下移动,第一腔体吸样，第二腔体始终与清洗液容器CA联通；柱塞组向上移动，第一腔体排样；实现精密移样功倉泛;
[0130]系统需要移液泵单元自清洁时，移液器PB移动到废液池W，SVl不通电，SV2不通电，柱塞组向下移动，第二腔体吸入清洗液；然后SV2通电，清洗液通过第二腔体，经由SV2的常闭端NC，进入废液池W，实现对柱塞组件、密封组件等关键件的清洗。这种预防性清洗，大大降低了因腐蚀、结晶引发密封副失效的概率，提高了系统可靠性。
[0131]对于腐蚀、结晶更频繁的场合，本发明提供了一种清洗频率更高的方案，两个止回阀CVl和CV2取代了电磁阀SV2，分别接在第二腔体的入口和出口，每一次移样过程伴随着一次清洗，无需人为干预地实现对密封副的连续清洗。
[0132]在一种具体的实施方式中，如图17所示，二通电磁阀SVl通过第一管路710和第一腔体401连接，移液器PB通过第二管路720和第一腔体401连接，第二腔体通过第三管路730和止回阀CVl连接，清洗液容器CA通过第四管路740和止回阀CVl连接，第二腔体通过第五管路750和止回阀CV2连接，废液池W通过第六管路760和止回阀CV2连接。
[0133](6)多组分定量混合
[0134]多组分定量混合常见于多种组分按照一定比例混合的场合。
[0135]在一种具体的实施方式中，如18所不,第一腔体401通过第一管路710和第一移液器PB3连接，从液体容器CA3中吸取一定量的第一种液体，排放到液体容器CA4中，同样的，第二腔体403通过第二管路720和第二移液器PB2连接，从液体容器CA2中吸取一定量的第二种液体，排放到液体CA4中，第三腔体405通过第三管路720和第三移液器PBl连接，从液体容器CAl中吸取一定量的第三种液体，排放到液体CA4中。由此可以实现多组分按比例定量混合。不同比例的实现可参照上面提到的公式，设计好柱塞的截面积，以实现准确的配比。
[0136](7)稀释
[0137]稀释操作是分析仪器中最常见的操作之一，在一种具体的实施方式中，如图19所示，三通电磁阀SVl的公共端COM通过第一管路710和第一腔体401连接，SVl常闭端NC通过第二管路720和三通汇流块Y连接，SVl常通端NO通过第三管路730和第一容器连接；三通电磁阀SV2的公共端COM通过第四管路740和第二腔体403连接，SV2常闭端NC通过第五管路750和三通汇流块Y连接，SV2常通端NO通过第六管路760和第二容器连接，三通会流阀Y通过第七管路770和移液器PB连接，第一容器容纳稀释剂R，第二容器容纳浓缩液S。
[0138]电磁阀SVl和SV2不通电，柱塞向下运动，第一腔体401和第二腔体403分别吸入R和S ;
[0139]电磁阀SVl和SV2通电，柱塞向上运动，第一腔体401和第二腔体403分别排出R和S，经三通汇流块Y汇流后接移液器PB，最终移液至第三容器，第三容器得到稀释液T。
[0140]不同的稀释比例的实现可参照移液泵提到的公式，设计好柱塞的截面，以实现准确的配比。
[0141]本发明还提供一种分析装置，包括上述的移液泵，分析装置可以是生化分析仪，还可以是血液细胞分析仪，或者其他的自动样本检测装置。
[0142]以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
【权利要求】
1.一种移液泵，其特征在于:包括泵头组件，所述泵头组件包括顶盖，侧壁，至少形成第一泵头部、第二泵头部；柱塞组件，所述柱塞组件至少包括第一柱塞和第二柱塞；密封组件，所述密封组件至少包括第一密封部和第二密封部，所述第一密封部设置在第一柱塞或第一泵头部上，第二密封部设置在第二柱塞或第二泵头部或上，所述第一密封部、柱塞组件和泵头组件围成第一腔体，所述第一密封部、第二密封部、柱塞组件和泵头组件围成第二腔体；所述第一腔体还包括设置在泵头组件上的与第一腔体贯通的至少一个第一通孔，所述第二腔体还包括设置在泵头组件上与第二腔体贯通的至少一个第二通孔；线性驱动装置，安装在泵头组件或者柱塞组件上，驱动泵头组件或者柱塞线性移动。
2.如权利要求1所不的移液泵，其特征在于:所述第一密封部所对应的第一柱塞的横截面积为SI，所述第二密封部所对应的第二柱塞的横截面积为S2，且SI Φ S2。
3.如权利要求1所述的移液泵，其特征在于:所述第一腔体包括两个第一通孔，所述第二腔体包括两个第一通孔。
4.如权利要求1所述的移液泵，其特征在于:所述泵头组件是透明结构。
5.如权利要求1所述的移液泵，其特征在于:所述柱塞还包括第三柱塞，所述第三柱塞的横截面积为S3，且SI > S2 > S3或SI < S2 < S3或SI < S2 > S3，所述密封组件还包括第三密封部，所述第二密封部、第三密封部、柱塞组件和泵头组件围成第三腔体。
6.如权利要求1所述的移液泵，其特征在于:所述第一柱塞和第二柱塞是连接在一起的分体结构。
7.如权利要求1所述的移液泵，其特征在于:所述泵头组件包括第一泵头部，第二泵头部，所述第一泵头部和第二泵头部是连接在一起的分体结构。
8.如权利要求1所述移液泵，其特征在于:所述第一密封部为设置在柱塞上的第一密封圈和/或第二密封部为设置`在柱塞上的第二密封圈。
9.如权利要求8所述的移液泵，其特征在于:所述密封组件还包括第一预紧圈和/或第二预紧圈，第一预紧圈和第一密封圈配合，第二预紧圈和第二密封圈配合。
10.如权利要求1所述的移液泵，其特征在于:所述线性驱动装置的最大行程Lmax小于等于线性方向上最短的柱塞的长度。
11.一种移液泵，其特征在于:包括泵头组件，所述泵头组件至少包括第一泵头部、第二泵头部和第三泵头部；柱塞组件，所述柱塞组件至少包括第一柱塞、第二柱塞和第三柱塞；密封组件，所述密封组件至少包括第一密封部、第二密封部和第三密封部，所述第一密封部设置在第一柱塞或第一泵头部上，所述第二密封部设置在第二柱塞或第二泵头部上，所述第三密封部设置在第三柱塞或第三泵头部上，所述第一密封部、第二密封部、柱塞组件和泵头组件围成第一腔体，所述第二密封部、第三密封部、柱塞组件和泵头组件围成第二腔体；所述第一腔体还包括设置在泵头组件上的与第一腔体贯通的至少一个第一通孔，所述第二腔体还包括设置在泵头组件上与第二腔体贯通的至少一个第二通孔；线性驱动装置，安装在泵头组件或者柱塞组件上，驱动泵头组件或者柱塞线性移动。
12.—种移液系统，其特征在于:包括如权利要求1-10中任一项所述的移液泵，还包括移液器，三通阀，所述第一腔体通过第一管路和三通阀的常开端NO连接，第二腔体通过第二管路和三通阀的常闭端NC连接；或第一腔体通过第一管路三通阀的常闭端NC连接，第二腔体通过第二管路和三通阀的常开端NO连接，所述移液器通过第三管路连接三通阀的公共端。
13.一种移液系统，其特征在于:包括如权利要求1-10中任一项所述的移液泵，还包括第一移液器和第二移液器，所述第一腔体通过第一管路和第一移液器连接，所述第二腔体通过第二管路和第二移液器连接。
14.一种移液系统，其特征在于:包括如权利要求1-10中任一项所述的移液泵，还包括移液器，第一腔体和第二腔体通过第一管路连接，第一腔体通过第二管路和移液器连接；或第一腔体通过第一管路和第一汇流块连接，第二腔体通过第二管路和第一汇流块连接，第一汇流块通过第三管路和移液器连接。
15.—种分析装置,包括如权利要求1-10中任一项所述的移液泵。
【文档编号】F04B17/03GK103557136SQ201310497273
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】钟志刚, 陈艺芳 申请人:深圳市恒永达科技有限公司