具有减少的交叉污染的流体计量设备的制作方法

具有减少的交叉污染的流体计量设备
1.相关申请的交叉引用本技术要求于2020年6月26日提交的题为“fluid metering device with reduced cross contamination”的美国临时专利申请第62/705,433号的权利，所述美国临时专利申请的公开内容出于所有目的以其全文通过引用方式被并入。
技术领域
2.本公开内容涉及一种流体计量设备。更特别地，本公开内容涉及一种具有减少的交叉污染的用于测量至少两种流体的流体计量设备。


背景技术：

3.在免疫测定测试中，需要流体计量设备来分离和测量至少两种流体（例如，洗涤溶液和水）。常规免疫测定分析仪（例如，atellica
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im分析仪）可以通过使用多个排量泵、用于每一排量泵的独立泵歧管以及额外的3层28阀歧管施配流体（例如，洗涤溶液和水）来实现流体分离和测量功能。然而，此3层歧管在传统上非常昂贵。
4.另一常规的流体计量设备针对每一流体使用独立的精密计量泵。然而，由于精密计量泵是昂贵部件，因此系统的总成本高。因此，期望提供一种可以显著降低成本的新流体计量设备。


技术实现要素：

5.本发明的实施例通过提供一种具有减少的交叉污染的用于测量至少两种流体的流体计量设备来解决和克服以上缺点和缺陷中的一者或多者。
6.实施例提供了一种流体计量设备，其包括：用于接收第一流体的第一流体供应端口；用于施配所述第一流体的第一流体施配端口；用于接收第二流体的第二流体供应端口；用于施配所述第二流体的第二流体施配端口；用于排放所述第一流体与所述第二流体的混合物的废物排放端口；包括多个阀的阀组件，其中所述阀组件用于将所述第一流体从所述第一流体供应端口引导到所述第一流体施配端口、将所述第二流体从所述第二流体供应端口引导到所述第二流体施配端口并且将所述混合物引导到所述废物排放端口，其中所述阀组件包括连接到所述第一流体供应端口和计量泵的第一阀、连接到所述第一流体施配端口的第二阀、连接到所述第二阀和所述废物排放端口的第三阀以及连接到所述第三阀、所述第二流体供应端口和所述第二流体施配端口的第四阀；用于测量每一流体的体积的计量泵；连接到所述计量泵的歧管，其中所述歧管包括多个流体通道，并且所述歧管用于在所述阀组件与每一端口之间进行连通；连接在所述第二阀与所述第三阀之间用于容纳所述混合物或所述第一流体的第一管，其中所述第一管被配置成防止所述第二流体到达所述第二阀；以及连接在所述第三阀与所述第四阀之间用于容纳所述第二流体的第二管。
7.实施例进一步提供一种流体计量设备，其中所述第一流体以升高的压力供应，其中所述第一阀是双通阀，并且所述第二阀、所述第三阀和所述第四阀全部是三通阀。
8.实施例进一步提供一种流体计量设备，其进一步包括连接到所述第一流体供应端口的增压泵。
9.实施例进一步提供一种流体计量设备，其进一步包括容纳所述第一阀和所述第二阀的管缠绕壳体，其中所述第一管和所述第二管分别围绕所述管缠绕壳体缠绕。
10.实施例进一步提供一种流体计量设备，其进一步包括用于覆盖所述第一管的第一圆形盖；以及用于覆盖所述第二管的第二圆形盖。
11.实施例进一步提供一种流体计量设备，其进一步包括在所述歧管的顶部上的连接板，其中所述连接板连接到所述歧管和所述管缠绕壳体，并且所述第一管和所述第二管通过所述连接板连接到所述歧管。
12.实施例进一步提供一种流体计量设备，其进一步包括管缠绕壳体，其中所述第一管和所述第二管缠绕在所述第一阀和所述第二阀周围，并且所述管缠绕壳体封闭所述第一管和所述第二管。
13.实施例进一步提供一种流体计量设备，其进一步包括连接到所述第二流体供应端口的第三管、连接到所述废物排放端口的第四管和连接到所述第一流体供应端口的第五管。
14.实施例进一步提供一种流体计量设备，其进一步包括在所述歧管的顶部上的连接板，其中所述第一管、所述第二管、所述第三管、所述第四管和所述第五管通过所述连接板连接到所述歧管。
15.实施例进一步提供一种流体计量设备，其中所述连接板包括与所述歧管中的所述多个流体通道连通的多个槽，并且所述第一管、所述第二管、所述第三管、所述第四管和所述第五管连接到所述多个槽。
16.实施例进一步提供一种流体计量设备，所述多个槽包括连接到所述第三管的第一槽、连接到所述第二管的一端的第二槽、连接到所述第五管的第三槽、连接到所述第一管的一端的第四槽；连接到所述第二管的另一端的第五槽、连接到所述第四管的第六槽和连接到所述第一管的另一端的第七槽。
17.实施例进一步提供一种流体计量设备，其中所述第二管的容量大于或等于所述第二流体的所需量。
18.实施例进一步提供一种流体计量设备，其中所述第一阀、所述第二阀、所述第三阀和所述第四阀全部是三通阀，并且所述第一流体和所述第二流体以大气压力供应。
19.实施例进一步提供一种流体计量设备，其进一步包括连接到所述第二流体供应端口的增压泵，使得所述第二流体以升高的压力供应，其中所述阀组件进一步包括连接到所述第四阀、所述第三阀和所述废物排放端口的第五阀，其中所述第五阀是三通阀。
20.实施例进一步提供一种流体计量设备，其进一步包括连接到所述第二流体供应端口的增压泵，使得所述第二流体以升高的压力供应，其中所述阀组件进一步包括连接到所述废物排放端口和所述第二管的第六阀，其中所述第六阀是双通阀。
21.实施例进一步提供一种流体计量设备，其中所述计量泵是正排量泵。
22.实施例进一步提供一种流体计量设备，其中所述第一流体是水，并且所述第二流体是选自包括氯化钾、磷酸钾、磷酸二钠、氯化钠、叠氮化钠、乙二胺四乙酸二钠和聚山梨醇酯20的群组的洗涤溶液。
23.实施例提供一种流体计量设备，其包括：用于接收第一流体的第一流体供应端口；用于施配所述第一流体的第一流体施配端口；用于接收第二流体的第二流体供应端口；用于施配所述第二流体的第二流体施配端口；用于排放所述第一流体与所述第二流体的混合物的废物排放端口；用于测量所述第一流体和所述第二流体中的每一者的体积的计量泵；用于将所述第一流体从所述第一流体供应端口引导到所述第一流体施配端口、将所述第二流体从所述第二流体供应端口引导到所述第二流体施配端口并且将所述混合物引导到所述废物排放端口的阀组件，其中所述阀组件包括连接到所述第一流体供应端口和计量泵的第一阀、连接到所述第一流体施配端口的第二阀、连接到所述第二阀和所述废物排放端口的第三阀以及连接到所述第三阀、所述第二流体供应端口和所述第二流体施配端口的第四阀；连接在所述第二阀与所述第三阀之间用于容纳所述混合物或所述第一流体的第一管，其中所述第一管被配置成防止所述第二流体到达所述第二阀；以及连接在所述第三阀与所述第四阀之间用于容纳所述第二流体的第二管，其中所述第二管被配置成容纳所需量的所述第二流体。
24.根据参考附图进行的说明性实施例的以下具体实施方式，本发明的额外特征和优点将变得显而易见。
附图说明
25.在结合附图阅读时，根据以下具体实施方式最好地理解本发明的前述和其他方面。出于图示本发明的目的，在附图中示出目前优选的实施例，然而，应理解，本发明并不限于所公开特定手段。附图中包括以下各图：图1图示绘示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备100的工作原理的框图；图2图示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备的结构；图3图示根据本文中描述的不同实施例的连接板的布局；图4图示根据本文中描述的不同实施例的管缠绕壳体的部件分解图；图5图示根据本文中描述的不同实施例的连接到连接板的管缠绕壳体的结构；图6图示图5的管缠绕壳体的结构，不带两个圆形盖；图7图示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备的另一结构；图8图示绘示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备的工作原理的另一框图；图9图示绘示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备的工作原理的另一框图；图10图示绘示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备的工作原理的另一框图；图11a和图11b绘示根据本文中描述的实施例的水的计量不准确度（inaccuracy）和不精确度（imprecision）；并且图11c和图11d绘示根据本文中描述的实施例的洗涤溶液的计量不准确度和不精确度。
具体实施方式
26.以下公开内容描述涉及一种流体计量设备的实施例，所述流体计量设备利用单精度（single-precision）计量泵、单个歧管以及阀组件来精确地测量两个不同流体、同时最小化所述流体之间的交叉污染。由于在本文中描述的流体计量设备中仅需要单精度计量泵和单个歧管，因此与常规多泵系统相比，成本显著降低。所述流体计量设备可以用于需要流体分离的任何情形，包括但不限于免疫测定洗涤分离。
27.在实施例中，具有流体通道的单个机加工歧管连接到精密计量泵和包括四个阀的阀组件以精确地施配水和洗涤溶液，同时最小化水与洗涤溶液之间的交叉污染。两个管按“环路”配置在外部连接到歧管以实现最小交叉污染。此外，由于使用外部管，因此不需要昂贵的分层歧管（例如，3层歧管），这进一步降低系统的总成本。
28.图1图示绘示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备100的工作原理的框图。如图1中所示，流体计量设备100包括四个阀（第一阀104、第二阀106、第三阀108和第四阀110）以及计量泵102。在一实施例中，第一阀104是双通阀，而第二阀106、第三阀108和第四阀110是三通阀。在另一实施例中，所有这四个阀都可以是三通阀。在一种情形中，当第一阀104打开、第二阀106连接到第三阀108并且第三阀108连接到废物排放端口124时，计量泵102可以从供水端口126抽吸水并将水施配到废物排放端口124，使得可以排放第一管120中的废物。在另一情形中，当第一阀104打开并且第二阀106连接到水施配端口131时，则计量泵102可以从供水端口126抽吸水并将水施配到水施配端口131。然后，水施配端口131可以在外部将水施配到另一设备（图1中未示出）。
29.在另一种情形中，当第一阀104关闭、第二阀106连接到第三阀108、第三阀108连接到第四阀110并且第四阀110连接到洗涤剂供应端口128时，则计量泵102可以将洗涤溶液从洗涤剂供应端口128抽吸到第二管122中。第二管122的长度可以根据洗涤溶液的所需量来选择，并且第二管122自身可以容纳所有所需量的洗涤溶液。第二管122的容量可以大于或等于洗涤溶液的所需量。在一实施例中，所抽吸的洗涤溶液比要施配的洗涤溶液的所需量多一点（例如，几毫升），因为一些洗涤溶液可能与水混合并且因此被污染，并且必须从废物排放端口124排放。在一实例中，第二管122充满洗涤溶液，并且多余的洗涤溶液进入第一管120中并与第一管120中的水混合。
30.在另一种情形中，当第一阀104关闭、第二阀106连接到第三阀108、第三阀108连接到第四阀110并且第四阀110连接到洗涤剂施配端口130时，则第二管122中的洗涤溶液可以通过洗涤剂施配端口130在外部施配到另一设备。由于第二管122可以容纳足够洗涤溶液以供施配，因此没有来自第一管120的液体将被施配出来。
31.在施配所需量的洗涤溶液之后，可以将第三阀108切换成连接到废物排放端口124。当第一阀104打开并且第二阀106连接到第三阀108时，计量泵102可以从供水端口126抽吸水并将水施配到废物排放端口124。因此，第一管120中的废物（洗涤溶液与水的混合物）可以从废物排放端口124排放。
32.在一实施例中，流体计量设备100进一步包括连接到供水端口126的增压泵132。增压泵132可以将水的压力增加至例如11 psi（磅力每平方英寸）。与处于大气压力下的水相比，经加压的水允许更多水体积冲洗通过流体计量设备100。在另一实施例中，可以通过另一方法增加水压力，例如，带有压缩空气的水箱或水位的增加。
33.图2图示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备100的结构。流体计量设备100是紧凑组件，而非多个断开连接的组件。如图2中所示，流体计量设备100包括计量泵102、包括四个阀（即，第一阀104、第二阀106、第三阀108、第四阀110，如图1中所示）的阀组件101以及包含流体通道的歧管202。流体计量设备100进一步包括多个管（即，用于连接第二阀106与第三阀108的第一管120和用于连接第三阀108与第四阀110的第二管122、用于洗涤溶液供应的第三管114、用于废物排放的第四管116、用于供水的第五管118）、用于实现容易连接的连接板204以及第一管120和第二管122缠绕在其周围的管缠绕壳体206。
34.继续参考图2，两个流体管（即，第一管120和第二管122）充当不同流体（例如，洗涤溶液和水）之间的缓冲器。这两个流体管可以由低成本管而非如在常规系统中的分层歧管内的昂贵流体通道制成。阀组件101使得废物（即，洗涤溶液与水的混合物）能够通过废物排放端口124（图1中所示）排放，或者这两个流体管将联接在一起。阀组件101可以将这两种流体中的每一者引导通过流体管中的一者或引导到施配端口中的一者。在一实施例中，计量泵102是精密计量泵，其是正排量泵。
35.在一实施例中，歧管202用于提供图1中所示的大部分连接。例如，参考图1和图2，歧管202可以用于在供水端口126与第一阀104之间、在第一阀104与计量泵102之间、在计量泵102与第二阀106之间、在第二阀106与第一管120之间、在第一管120与第三阀108之间、在第三阀108与废物排放端口124之间、在第三阀108与第二管122之间、在第二管122与第四阀110之间、在第四阀110与洗涤剂施配端口130之间并且在第四阀110与洗涤剂供应端口128之间进行连接。在此实施例中，歧管202仅具有用于流体（例如，水、洗涤溶液或废物）的笔直通道，并且允许直接机加工操作来制作、而非复杂的分层构造，这可以显著降低成本。
36.在一实施例中，连接板（也称为“拼合（组合，gang）”板）204提供在歧管202的顶部上并且连接到歧管202和管缠绕壳体206。图3图示根据本文中描述的不同实施例的连接板204的布局。参考图1和图3，连接板204包括分别与歧管202的流体通道连通的七个槽。第一槽302用于连接到第三管114以进行洗涤溶液供应；第二槽304用于连接到第二管122的一端用于连接第三阀108与第四阀110；第三槽306用于连接到第五管118用于供水；第四槽308用于连接到第一管120的一端用于连接第二阀106与第三阀108；第五槽310用于连接到第二管122的另一端；第六槽312用于连接到第四管116用于废物排放；第七槽314用于连接到第一管120的另一端。槽位置对应于歧管202中的流体通道的位置和功能。如果歧管202中的流体通道在位置和/或功能上不同地设计，则槽位置可能不同。多个管114、116、118、120、122可以通过连接板204连接到歧管202，连接板204可以将这多个管聚集在一起以实现容易连接和空间最小化。
37.图4图示根据本文中描述的不同实施例的管缠绕壳体206的部件分解图。如图4中所示，管缠绕壳体206包括壳体本体402、第一管120、用于覆盖第一管120的第一圆形盖404、第二管122以及用于覆盖第二管122的第二圆形盖406。壳体本体402容纳两个阀，例如，第一阀104和第二阀106。用于容纳洗涤溶液的第二管122比用于容纳水或废物的第一管120长得多（例如，四倍或五倍长）；因此，第二管122可以具有比第一管120的绕圈更多的绕圈。第一管120和第二管122可以分别缠绕在管缠绕壳体206周围。第一圆形盖404和第二圆形盖406可以分别容纳和覆盖第一管120和第二管122。
38.图5和图6图示根据本文中描述的不同实施例的连接到连接板204的管缠绕壳体
206的结构。图5绘示包括第一圆形盖404和第二圆形盖406的管缠绕壳体206，而图6绘示去除第一圆形盖404和第二圆形盖406的管缠绕壳体206。
39.图7图示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备700的另一结构。此实施例与如图2中所示的实施例之间的区别如何采用管缠绕壳体。如图7中所示，第一管120和第二管122直接缠绕在两个阀（例如，第一阀104和第二阀106）周围。管缠绕壳体702封闭第一管120和第二管122。
40.图8示出绘示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备800的工作原理的另一框图。与图1相比，此实例的独特特征得到最好的理解。在图1中，水从加压源（即，增压泵132）供应并且通过第一双通阀104进入流体计量设备100，而洗涤溶液（例如，氯化钾、磷酸钾、磷酸二钠、氯化钠、叠氮化钠、乙二胺四乙酸二钠、聚山梨醇酯20等等）以大气压力供应并且通过计量泵102吸入到流体计量设备100中。相比之下，在如图8中所示的实施例中，第一阀802是三通阀，并且来自供水端口126的水以大气压力提供。在此实施例中不提供增压泵，并且计量泵102可以通过第一阀802将水施配到第二阀106。
41.图9图示绘示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备900的工作原理的另一框图。在如图9中所示的实施例中，提供第二增压泵904并将其连接到洗涤剂供应端口128，并且来自洗涤剂供应端口128的洗涤溶液也可以以升高的压力（例如，12 psi）提供。另外，第五阀902（三通阀）提供在第三阀108与第二管122之间。在一情形中，第五阀902和第四阀110打开以允许处于升高的压力（高于大气压力的压力）的洗涤溶液从洗涤剂供应端口128流到废物排放端口124。当第二管122装满所需量的洗涤溶液时，第四阀110关闭以停止洗涤剂供应，并且第五阀902仍打开以允许压力消散到废物排放端口124。
42.图10示出绘示根据本文中描述的不同实施例的流体计量设备950的工作原理的另一框图。在如图10中所示的实施例中，提供第二增压泵904并将其连接到洗涤剂供应端口128，并且来自洗涤剂供应端口128的洗涤溶液也可以以升高的压力（例如，13 psi）提供。另外，第六阀906（双通阀）提供在管122与废物排放端口124之间。在一情形中，第六阀906打开以允许处于升高的压力的洗涤溶液从洗涤剂供应端口128流到废物排放端口124。当第二管122装满所需量的洗涤溶液时，第四阀110关闭以停止洗涤剂供应，并且第六阀906仍打开以允许压力消散到废物排放端口124，而第三阀108和计量泵102用于使压力消散到第一管120。
43.流体计量设备100是紧凑组件，而非多个断开连接的组件。因此，所有部件都被定位成彼此靠近，并且部件之间的距离减小。因此，部件之间的流体体积减小。反过来，流体的减少允许流体计量设备100被设计为具有远高于部件的频率的高谐振频率的刚性流体系统，因为流体通道的谐振频率与流体通道的长度成反比。因此，可以显著减少流体计量设备100的振荡，因此减少泵运动停止之后的稳定时间。
44.进一步，利用流体计量设备100的系统（例如，免疫测定分析仪）上的交叉污染显著较少，而计量准确度和精确度也得到提高。图11a
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11d示出利用流体计量设备100的免疫测定分析仪系统中的经提高的计量准确度和精确度。图11a和图11b绘示与技术规范要求相比，在800 ul/s的施配速度下水的计量不准确度和不精确度。图11c和图11d绘示与技术规范要求相比，在800 ul/s的施配速度下洗涤溶液的计量不准确度和不精确度。
45.关于说明性实施例的特定特征和元件，本说明书和权利要求书可以利用术语“一”、
“…
中的至少一者”和
“…
中的一者或多者”。应了解，这些术语和短语旨在陈述在特定说明性实施例中存在所述特定特征或元件中的至少一者，但是也可以存在多于一个所述特定特征或元件。即，这些术语/短语并不旨在将说明书或权利要求书限于存在单个特征/元件，或者要求存在多个这种特征/元件。与此相反，这些术语/短语仅需要至少单个特征/元件，其中多个这样的特征/元件的可能性在说明书和权利要求书的范围内。
46.另外，应该了解，以下描述针对说明性实施例的各种元件使用多个不同实例以进一步图示说明性实施例的实例性实施方案并帮助理解说明性实施例的机制。这些实例旨在是非限制性的，并且并不穷尽列举用于实现说明性实施例的机制的各种可能性。根据本说明书，本领域普通技术人员将了解，针对这些不同元件，存在许多其他替代的实施方案，除本文中提供的实例以外或替代本文中提供的实例，可以利用这些其他替代实施方案、而不背离本发明的精神和范围。
47.各图的系统和过程不是排他性的。可以根据本文中描述的实施例的原理导出其他系统、过程和选项以实现相同目的。应理解，本文中示出和描述的实施例和变型仅出于说明目的。本领域的技术人员可以在不背离所述实施例的范围的情况下实现对当前设计的修改。如本文中所述，可以使用硬件部件、软件部件和/或其组合来实现各种系统、子系统、代理、管理器和过程。本文中的权利要求元件不应根据35 u. s.c. 112 (f)的规定解释，除非所述元件使用短语“用于
…
的装置”明确叙述。
48.虽然已经参考示例性实施例描述本发明，但本发明并不限于此。本领域的技术人员应了解，可以对本发明的优选实施例作出许多改变和修改，并且可以在不背离本发明的真实精神的情况下作出这种改变和修改。因此，所附权利要求旨在解释为涵盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这种等效变化。