CN105792938B - 液体物质分配器 - Google Patents

Abstract

公开的是一种用于分配流体的分配器(100、100'、100")，主要是液态物质，尤其是纳升或者微升体积的液体，该分配器(100、100'、100")包含：a)主要呈杆状的外壳(110)，其设计成使用户可以手持使用的形状；b)与含有待分配物质的储液器(200)有流体连接的储液器接头(130)；c)用于手动触发分配指令的控制元件(120)；d)具有开启和关闭状态的电动控制分配阀(150)，其中分配阀(150)具有与储液器接头(130)进行流体连接的入口以及出口，分配阀(150)的设计用途是，在开启状态下将要分配的液体从入口引导至出口；e)与分配阀(150)的出口有流体连接的或者构成分配阀(150)的一部分的阀尖(152)，其作用是，在分配阀(150)开启时从分配器(100、100'、100")中分配出液体。此外还公开了分配器的引导装置、分配***以及用分配器分配液态物质的方法。

Description

液体物质分配器

技术领域

本公开内容涉及液态物质分配器、这种分配器的引导装置、包含这种分配器的分配***以及液态物质分配方法。

背景技术

众多的医疗、药理学、细胞生物学、分子生物学或者基因分析法越来越需要配给范围在大约500pl(皮升)和2ml(毫升)之间的简单、低成本并且无需大的仪器支出即可使用的分配方式，大约1nl(纳升)和大约1μl(微升)之间的配给范围尤其重要，但目前为止在该配给范围内还没有精确的手动或者手动控制的电气(＝所谓的“电子”)吸液或者分配技术设备可用。手动或者所谓的“电子”吸液管或者分配器都是根据空气挤压原理工作，这要么是用手动泵，要么是通过微型电机驱动的泵来实现。使用这种技术，在目前的技术条件下，无法实现小于0.5μl(微升)的精确可重复的配给且无法在0.5μl往上的配给范围内实现小于0.1μl的精确可重复的溶解。

除了手动吸液管的正常功能、吸收(＝吸入)和送出或者配给(＝分配)液态物质之外，从储液器进行唯一手动的分配(尤其是纳升和微升的微小剂量范围内)也越来越重要且需求越来越大。

此外人们对操作简单的、精确且成本低的手动分配装置的需求越来越大，需要在实际实验操作的准备和执行过程中，作为工作流的组成部分，使用它们记录、列出相关的参数和数据和使这些数据具有可用性，用于进一步的科学分析，并且使用它们在集成软件的支持下，通过相对较为简单的手动操作完成高度复杂的分配任务(例如在研究多种物质的相互作用时)。

因为最近，尤其是在细胞和分子生物学以及药理学领域，研究、分析和工艺过程开发的复杂性明显提高，在这些领域都需要进行小量的手动分配工作。同样地，由于成本方面的原因，现在越来越多地使用带有96或者384个孔的96微孔板和384微孔板作为单独的分配目标。其结果是，纯手动操作的分配在物理或者人体工学可行性方面和必要的精确度方面越来越多地达到了极限。

发明内容

本发明的任务是，提供新型的分配器、分配***和分配方法来改善这种情况。这些任务都通过独立权利要求所述的装置和方法解决，而从属权利要求则确定了具有优势特性的典型结构形式。

当前公开内容所述的用于分配液态物质，尤其是纳升或者微升体积的液态物质的分配器，可能包含：

a)一个主要呈杆状的、设计成让用户可以手持使用的外壳；

b)一个与含有待分配物质的储液器有流体连接的储液器接头；

c)一个用于手动触发分配指令的控制元件；

d)一个具有开启和关闭状态的电动控制分配阀(150)，其中分配阀(150)有一个与储液器接头(130)进行流体连接的入口以及出口，分配阀(150)的设计用途是，在开启状态下将要分配的液体从入口引导至出口；

e)一个与分配阀(150)的出口有流体连接的或者构成分配阀(150)的一部分的阀尖(152)，其作用是，在分配阀(150)开启时从分配器(100,100',100")中分配出液体。

根据当前公开内容所述的分配器，在设计上首先是，在分配的时候让阀尖与分配目标(例如一个微孔)具有一定的距离，不浸入里面已有的液体中。分配时采用滴或者射流的形式进行。

在一个典型的结构形式中，分配阀为被动关闭的球阀，带有矿物材料制成的阀座和矿物材料制成的阀球。采用这样的设计，可以实现微升或者纳升范围的配给体积。在此，阀座可以用蓝宝石，阀球可以用红宝石制成。分配阀通过阀线圈以电磁的方式进行操作并且由要分配的液体直接流过，在没电的状态下，分配阀通过弹性元件(例如闭锁弹簧)被动关闭。闭锁弹簧作用在带有阀球的可移动衔铁上。每次操作的时候，阀线圈通电，带有阀球的可移动衔铁被固定衔铁的磁场吸引，分配阀打开并将处于压力下的液体从入口引导至出口。

关于合适的分配阀的详细说明见WO 2008/083509，当前的公开内容在阀结构方面引用了这份文件的内容。例如，瑞士Gwatt(Thun)地区Fritz Gyger股份公司的SMLD 300 G系列微型阀就是合适的分配阀。

在一种结构形式中，这种分配阀设计用于10纳升至200纳升范围内的最小分配量。但是也可以根据要求，将这种分配阀设计用于其它最小分配量。

在一个典型的结构形式中，在使用中与要分配的物质有接触的元件，尤其是分配阀，是可以无损取出并再次安装的。

在一个典型的结构形式中，分配器包含有多个分配阀和同样多个阀尖。这样的结构形式让人们可以同时往多个分配目标中分配液体，例如往微孔板或者微量滴定板的多个并排的微孔中分配。

根据本公开内容的分配器的其它典型的和有利的设计都源自结构示例，并且结构示例中公开的特征都是可以单独或者以组合的形式实现的。

此外，本公开内容还涉及一种分配器与储液器的组合，其包括符合本公开内容要求的分配器以及设计用于容纳要分配的物质的储液器，其中储液器包含用压缩空气对所容纳物质进行加压的接头。在这里，压缩空气为液体的输送提供必要的工作压力。

可以采取设计措施，让储液器中的液体或者物质直接与空气接触。但是，储液器体中也可以有密封性的且可以移动的活塞、塞子或者类似的物体，作隔离用。除了压缩空气之外，在基本相同的方法中也可以使用其它压缩气体。

本公开内容还涉及一种分配器引导装置，尤其是用于根据本公开内容所述分配器的引导装置。根据公开内容所述的引导装置可能包含：

a)一带有分配器支座的手动操作式运动装置；

b)一分配目标支架，用于根据运动装置，整体上固定且无缝隙地存放多个并排的分配目标，其中可以设计运动装置，让它将分配器尤其是分配器的阀尖固定在距离分配目标支架上方的一位置上；

c)一位置传感器***，用于以电子形式探测分配器，尤其是分配器阀尖在分配目标支架上方一个平面内的实际位置。

在这里，“手动操作”的含义是，动作不是通过致动器(例如电机)或者在其支持下引发的，而是用户提供运动所需的力手动引发的。

在引导装置一个典型的结构形式中，手动操作式运动装置包含具有X轴和Y轴的手动操作式笛卡尔X-Y运动装置，位置传感器***对X轴和Y轴各有一线性位置测量***。

在一个典型的结构形式中，分配目标支座为微孔板支架，或者是有(例如)96个或者384个微孔的微量滴定板，其中的微孔即分配目标。此外，也可以选择让分配目标支座同时也是试管支座。

在一个典型的结构形式中，引导装置上还有卡紧装置，当分配器，尤其是分配器的阀尖位于一个分配目标上方时，该装置将卡紧。

在此类引导装置的一个典型结构形式中，卡紧装置上有一导向销和一导向板，其中导向板上有数个凹形元件，这些元件在导向板上的几何排列形状与分配目标的几何排列形状一致，并且导向销设计成定位到凹形元件上方时要卡入到该元件中，并且在卡入状态时能以可松开的方式阻止运动装置运动或者使其运动变得困难。此外，凹形元件，例如凹槽或者盲孔可以通过沟槽连接在一起，这样可以更容易靠近分配目标，例如微孔。

根据本公开内容的引导装置的其它典型的和有利的设计都源自结构示例，并且结构示例中公开的特征都是可以单独或者以组合的形式实现的。

在引导装置的另一个典型结构形式中，引导装置还包括一个与手动操作式运动装置操作性耦合的电驱动装置，用于移动分配器支座。使用这种引导装置，既可以手动也可以通过电驱动装置移动分配器支座或者装到支座中的分配器。如下文将进一步阐述，此类结构形式能让要重复执行的分配过程实现灵活的部分自动化。

此外，本公开内容还涉及一种分配***，其中包括一符合本公开内容要求的分配器以及一根据本公开内容的引导装置。

根据本公开内容的分配器在使用时配合根据本公开内容的引导装置是有利的，但是并非是必须的。在这里同样可以使用其它分配器。此外，分配器和引导装置可以完全或者部分集成。申请人明确保留为根据本公开内容的引导装置单独申请保护的权利。

配有原则上手持操作的分配器和引导装置的此类分配***，就仪器支出而言，是简单的手持式分配器和自动分配器或者带有程序控制和致动器驱动的运动装置的分配器机器人之间的一个中间步骤。尤其是和相关的自动设备或者机器人相比，它的成本明显更低。即使是下文所示控制设备和/或控制计算机的编程支出也是相对较低的，因此根据本公开内容的***适合用于一次试验过程或者试验安排含有一至十个96微孔板的工作或者实验。在这个领域，使用全自动的分配设备通常在成本上都不合适(从成本方面以及相关的编程时间和装调时间来看都不合适)。

根据设计方案，在此实际上可以避免分配过程遗漏或者错误的危险，因此具有与完全自动化执行过程一样的操作安全性。同时，和全自动解决方案一样，这里也能实现自动记录功能。

此外，本公开内容还涉及一种分配***，其中至少包含根据本公开内容的分配器以及控制设备，其中控制设备的设计用途是，与至少一个分配器进行工作连接，尤其是有线连接。该控制设备至少包含一个阀门控制机构，该至少一个阀门控制机构的设计用途是，操作分配阀让其输出由控制设备确定的分配量。这个控制设备既可以独立工作，必要时也可以和带有相应软件的控制计算机连接。

选择分配阀的开启时间，在既有的储液器压力和液体粘度条件下，可以在一个宽极限范围内调整分配过程中的控制设备。

另外，也可以选择控制分配阀在一个多次连续的顺序中输出较大的量，其中在每次进行控制的时候可以让其输出，例如最小的分配量。在此，最好以足够高的频率进行控制，以实现几乎连续的总体积输出。对于合适的阀结构，控制频率最高可达4千赫(kHz)。

在一个典型的结构形式中，控制设备设置用于连接多个分配器，并且该控制设备含有用于识别已连接的分配器的识别装置。

在一个典型的结构示例中，该分配***还包含根据本公开内容的引导装置，在这里，分配***含有控制计算机。控制设备和控制计算机还包含对位置测量***传输的数据进行分析的***，其中控制设备和控制计算机的设计用途是，将分配器，尤其是阀尖的实际位置与一个或者多个目标位置进行比较，并且只有当实际位置就是目标位置时，才给阀线圈通电，操作分配阀。

目标位置尤其可以通过开启微孔板或者微量滴定板的一个或者多个微孔来确定。一般来说，目标位置并非几何意义上独立的点，而是包含阀尖可以在其中进行分配的区域。

但是，只有当所涉及的位置，例如某个微孔，真的要进行分配时，才会存在目标位置。

根据本公开内容的分配***的其它典型的和有利的设计都源自结构示例，并且结构示例中公开的特征都是可以单独或者以组合的形式实现的。

另一方面，本公开内容涉及一种通过分配器往至少一个目标位置分配液态物质，尤其是纳升或者微升体积的物质的方法。该方法可能包括：

a)分配器的手动定位；

b)分配指令的触发；

c)确定分配器，尤其是分配器阀尖的实际位置；

d)将实际位置与至少一个目标位置进行比较；

e)只有当阀尖的实际位置就是目标位置时，才对分配指令作出反应，触发分配动作。

在一个典型的结构形式中，该方法中包括显示功能，尤其是用图形显示至少一个目标位置和/或实际位置。

在另外一个典型的结构形式中，该方法包括，获取至少一个目标位置上要分配的体积，和操作分配器去分配这一体积的液体。

根据本公开内容的方法的其它典型的和有利的设计都源自结构示例，并且结构示例中公开的特征都是可以单独或者以组合的形式实现的。

此外，尤其可以使用根据公开内容的分配器和分配***来实现公开内容所述的方法。符合公开内容的分配器和分配***尤其可以用于实现根据本公开内容的方法。因此，分配器和分配***的所有已公开的结构形式同时也公开了相应的分配方法，并且反过来也是如此。

附图说明

图1为根据公开内容的分配器储液器组合的图解。

图2为根据公开内容的分配的图解。

图3为根据公开内容的分配***的功能图示。

图4、5为带有根据公开内容的分配器储液器组合的根据公开内容的引导***的图解。

图6a、6b为根据公开内容的引导***的导向板。

图7为根据公开内容的另外一种分配***的功能图示。

图8为根据公开内容的另一种分配器储液器组合的图解。

具体实施方式

图1所示为由分配器100与连接的储液器200一起构成的分配器储液器组合的图解，其中储液器储存有要通过分配器100进行分配的液体。

分配器100具有销钉式的或者杆状并且主要为圆筒形的分配器外壳110并且具有分配器头114。在这里，分配器外壳110进行了特别的设计，在使用的时候(必要时通过下文所述的塑料手柄进行使用)，分配器外壳110能够搁在使用者的手掌中并且由从食指到小指的手指包围，并且分配器100在轴向上通过分配器头114的凹形支撑在食指上。因此，使用时的姿势就和，例如电子式实验室吸液管或者药物注射用的所谓的“笔”的使用姿势一样。

分配器外壳110可选装套上的塑料手柄，例如PVC制成的手柄(未示出)，在清洁或者维护时可以很容易地将其移除。该塑料手柄不仅可以改善人体工学和触感，而且也能减少分配器100的发热，从而减少手部温度对实验可能产生的影响。此外，根据使用领域和框架条件，也可以将手柄设计为分配器100的固定部分。

塑料手柄或者分配器100本身也可以从人体工学角度进行设计，让使用者可以用手很好地对其进行握持并且可以较长时间地集中精力工作和放松工作。

分配器头114中集成了按钮形的操作元件120用于触发分配指令，在这里，如下文所述，要有效地执行分配过程还需要控制设备。按钮120的位置主要从人体工学的角度确定并且优先选择，在以设计的方式握持分配器100时，使用者可以舒适地操作按钮120的位置。但是也可以设计成可以用食指操作按钮120的结构。此外，分配器100本身也可以没有按钮120，在这种结构中，例如可以通过脚踏开关执行分配指令。

分配器100在其头部末端具有用于连接储液器200的储液器接头130。运行时，储液器200位于分配器头114上。一般来说储液器200的容积在2ml和20ml之间。例如，可以使用配有Luer-Lock和圆筒形储液器体202的单路注射器针筒作为储液器200。也可以选择使用配有Luer-Lock接头的玻璃注射器针筒或者其它合适的储液器。储液器200通过一个螺纹适配器，例如不锈钢材料的适配器，安装在分配器头114上。

储液器200的上端用储液器头204(例如金属塞)密封。压缩空气输入管(未示出)将通过可拧紧的塑料适配器(未示出)穿过储液器头204，这样通过压缩空气输入管输入的压缩空气就能给储液器体202中储存的液态物质加压。根据用途，也可以将储液器200与分配器100分开布置，并且在储液器200和分配器100之间设计一液体管道，例如薄软管形式的管道。

如下文所述，可模仿的还有，在分配器头214范围内给分配阀供电的电控线160出口。储液器头204也可以用作控制线160的支架。

图2是分配器100内部结构的纵断面图解。分配器100包含分配阀150。分配阀150为被动关闭的微型阀，按照上面的公开内容设计为球阀。分配阀150的入口通过接管156与储液器200进行流体连接。分配阀150在阀线圈154内采用同轴布置方式，并且在图2所示的结构中被线圈包围。

阀尖152与分配阀150的出口有流体连接。它是锥形的，并且形成一排出通道，例如长大约2-3mm、内径大约1.5-2mm的通道。排出通道的长度最好限制在一定的数值，让要分配的液体不会明显粘附在通道壁上。阀尖152的尖端要尽可能窄。采用锥形的并且例如尽可能尖的阀尖152，例如，在用手持式分配器100对准相对较小的普通微孔板或者微量滴定板的小孔时，更容易对准。

此外，也可以设计专门的定位辅助装置(未示出)。例如，这样的定位辅助装置可以为定位边，通过它可以将分配器外壳110或者阀尖152贴放到例如微孔或者试管的边缘。此外，定位辅助装置也可以投射出光学目标标记，例如光点或者十字符号，就像激光笔那样。

分配阀150在分配器外壳110内部同轴地安装在管状内部阀支架116内。内部阀支架116可以带有电缆槽，例如其形式可以是布置在其***上的纵槽。

为了操作分配阀150，这里设计了阀线圈154，它与按钮120串联连接在控制电缆160上。

在一个非强制性的、但是具有优势的设计方案中，储液器接头130与接管156拧紧在一起，接管156与分配阀150拧紧在一起。此外，阀尖152也可以拧入分配器外壳110中。在这样的结构中，分配器100是可拆的，因此所有与要分配的液体接触的零件，包括分配阀150都可以很好地、可靠地进行清洁，并且，例如可以使用高压灭菌器进行消毒。在这种结构形式中，可工作的分配器上没有单向零件。

如果分配器外壳110和拆掉阀芯之后仍然安装着的阀线圈154也可以清洗会是比较有利的，例如刷洗，并且最好也是可以消毒的。因此，阀线圈154是由气密浇铸制成的。

分配器100的各个构件如果采用可以消毒(例如通过高压灭菌器)的材料制成是有利的，例如用阳极氧化铝、不锈钢和/或者合适的耐受塑料制成。

尽管可以消毒(例如用高压灭菌器)原则上是有利的，但这点并非强制性要求，并且也可以考虑采用其它清洁方式，例如使用微型化的、用合适的清洁液或者消毒剂浸透的圆形刷。

图3为示范性分配***的功能图解。该分配***包含分配器100、储液器200以及控制设备300。分配器100可以是，例如根据图1、2所示和附属说明的分配器，但也可以是根据当前公开内容的其它分配器。

典型的控制设备300包括阀门控制机构310、压缩空气供应装置320、电源330以及控制和操作单元340。

阀门控制机构310运行时通过控制线160与分配器100相连，储液器200通过一压缩空气输入管208与压缩空气供应装置320相连。

在图3所示的结构中，可以将控制设备300设计为带有共同外壳的紧凑型桌面设备。但是，也可以将各组件作为单独的设备提供，尤其是阀门控制机构310和压缩空气供应装置320。

例如，电源330是连接到交流电网的电源设备，但是也可以采用或者额外采用可充电的或者不可充电的电池来构建电源。

阀门控制机构310包括给阀线圈154供电的激励级以及控制激励级的计时器或者定时器，用来确定要分配的体积。此外，阀门控制机构也可以包含脉冲传感器或者脉冲形成器，用于如上所述以一定的顺序多次触发分配阀。具体要输出的液体体积可以通过控制和操作单元以模拟或者数字的方式进行调整。

压缩空气供应装置320可以是常见结构的机械式压力控制器，例如可以通过现有的实验室压缩空气供应装置或者集成到控制设备300中的或者外部的空气泵或者压缩机给该控制器供应压缩空气。例如，压力控制器输出端的工作压力，可以独立于预压，也就是不受空气泵或者实验室供应装置在压力控制器入口提供的空气压力(一般最高5bar)的影响，在例如0.1bar至1bar的范围内调整。工作压力以例如0.01bar的精度通过模拟或者数字的形式显示出来并且记录。

工作压力的可调节性并非强制要求，但是它的好处体现在，在已有的结构中每次操作输出的液体体积(注射体积)，都由要分配的液体的粘度以及储液器200中起作用的空气压力共同决定。

在对分配器100和控制设备300进行电气连接时，控制线160可以装配一插拔连接器，比较有利。在一个进一步改进的方案中，控制设备300上可以使用多个分配器100，其中控制设备300可以通过控制设备300上的识别装置(未示出)自动识别连接的分配器。为此，可以通过插拔连接器同时传输分配器识别信息，例如通过与控制设备300中的微型开关相互作用的机械编码、电气编码或者RFID标签完成，该标签与作为识别装置集成到控制设备300中的读取设备相互作用。

通过识别分配器，例如可以根据要分配的液体的粘度自动调整阀线圈154的控制和/或者所提供的空气压力。

在另外一个可选的结构方案中，控制设备设计成可以同时连接多个分配器。

在基础的结构形式中，控制设备300仅用于控制功能和分配器100的供应。在其它结构形式中，控制设备300可以提供其它功能。因此，尤其是保存分配过程的功能，以及保存主要的文件和/或者试验分析参数，特别是具体的已分配液体的体积和/或者日期与时间以及工作压力的功能，可以被用于记录工作。如果控制设备300设计用于识别不同的分配器，则同样也可以对所用的记录器和/或者各已分配液体进行记录。例如，可以通过控制和操作单元340的显示器或者连接的打印机输出已保存的数值。

此外，也可以设计控制和操作单元用于连接控制计算机，例如外部的普通个人计算机(PC)，并且可以配有一个或者多个接口，例如普通的USB标准接口。也可以选择通过这样的外部计算机实现对阀门控制机构310和/或者压缩空气供应装置320的遥控，或者除了分配过程的记录功能之外再增加该功能。也可以让控制设备300提供其它接口，例如RS232和/或者以太网接口，或者除了一个或者多个USB接口之外，还提供其它接口。此外，也可以有其它附加功能或者辅助功能的辅助输入端和/或者辅助输出端，例如一个或者多个额外的压缩空气输出端、二进制的或者模拟的电气输出端、用于连接其它传感器的模拟电气输入端等。同样地，可以将控制计算机完全或者部分地集成到控制设备300中。

图4和图5为带有储液器200和引导装置400的分配器。但是并不强制要求要将手持式分配器100与引导装置400配合使用。同样可以使用具有其它造型的分配器，例如专门设计用于与引导装置400一起使用的分配器。在这样的配置中，分配器和引导装置400也可以是完全或者部分集成的。

引导装置400具有底板402，用作其它部件的安装平台。导向板承载着其余构件并保证整个结构的稳定。

底板402上安装有微孔板支架405和具有两个直线轴410(X轴)和415(Y轴)的X-Y引导机构。此外，底板402还包括用于容纳导向板450的凹槽445。

微孔板支架405的作用是容纳和在很大程度上无缝隙且固定地夹持普通的微孔板或者微量滴定板405'。微孔板支架405尤其可以设计用于容纳有95个和/或384个微孔的微孔板或者微量滴定板。微孔板支架405可以设计成能够容纳横排格式、垂直格式或者两种格式的405'微孔。因此微孔板支架405是典型的分配目标支架，其中405'微孔板或者微量滴定板的各个微孔就是分配目标。原则上分配目标的形状和大小都可以是可变的。

X轴410和Y轴415共同构成了主要无缝隙、手动操作的笛卡尔运动装置，该装置通过Y轴415上的分配器支座418容纳分配器100，例如通过夹持和/或者夹紧装置固定分配器，与机床中刀具和工件的固定装置一样。分配器支座418可以根据可选的分配器形状进行相应的设计。所示的运动装置实施方案是示范性的，也可以设计成其它样式。例如可以将X轴和Y轴的作用互换。本领域的技术人员从已知的一些设计中可得到运动装置的其它设计结构，例如带有笛卡尔运动装置的机器人或者其它定位***。

引导机构使使用者不用费力就可将分配器100保持在微孔板405'上方的一恒定高度位置，使分配器尖端不会伸入微孔或者微孔中所含的液体中。轴110、115只需很小的力就可以用手移动，因此可以精确地将分配器100手动或者机械地定位到分配目标上方，例如405'微孔板的微孔上方。可以这样确定轴110、115的位置和行程，使得移动轴110、115后，可以将分配器100定位到405'微孔板的每一个微孔上。

X轴410和Y轴415中集成了线性位置测量***(长度测量***)111、115，通过它们可以采集分配器100尤其是分配器阀尖152相对于405'微孔板的位置。因此，读取位置测量***的数据可以确定阀尖152是否在405'微孔板的微孔上方以及在哪个微孔上方。

例如，位置测量***111、116可以是基本采用已知设计方案的电容式、光学或者磁增量式或者绝对位置测量***。此外，至少在增量式位置测量***中，每个轴上要有用于探测至少一个参考位置(例如相关轴的末端挡块)的采用已知设计结构的装置。

范例中的引导机构设计成Y轴415从X轴410开始垂直于X轴410往两个方向延伸。例如，在Y轴415的中间位置，X轴410从中间将Y轴415分开。像前面已描述的那样，Y轴的一个末端安装了分配器支座418。在Y轴415的另一端，也就是X轴410的另一侧，导向销430从Y轴415垂直向下往底板方向突出。在已安装了分配器100的工作准备就绪状态下，导向销430的纵轴与分配器100是平行的。

在轴110、115移动时会被导向销430擦过的区域中，底板402中具有凹槽445，其设计用途为整体上无缝隙地容纳导向板450，且最好是与底板402的上边缘齐平。例如，导向板450在这里精确地嵌入凹槽445中，并且可以通过凹槽445的手指凹槽(未关联)取出和更换。也可以设计其它定位方式，例如定位销和定位孔。

导向板450的取向与405'微孔板的取向一致。在图4的例子中，405'微孔板和450导向板都是横排布置的。在一个同样可行的垂直格式的405'微孔板布置方式中，凹槽445也进行了相应的设计，用于容纳垂直格式的导向板450。

图5a、5b解释了导向板450的结构和功能。图5a是导向板450的单独俯视图。图5b为透视图，所示为嵌入底板402的凹槽445中的导向板450，以及导向销430面向导向板450的部分。

导向板450具有由凹陷或者盲孔452构成的网格作为凹形元件。405'微孔板的每个微孔都设计有凹陷或者盲孔452，其中微孔的中心距与凹陷或者盲孔452的中心距一致。在一个典型的结构形式中，导向板450是可转动的，其中一个面设计用于有95个孔的微孔板(如图5a、5b所示)，相对的那一面用于有384个孔的微孔板。如果要使用其它类型的微孔板，可以采用经过相应调整的导向板450。在所介绍的结构示例中，凹陷或者盲孔452通过与X轴或者Y轴方向一致的呈行和列状布置的导向槽454、455彼此相连。为了便于定向和引导，可以在行和列上做标记，例如刻上数字458和字母458'。

如图5b所示，导向销430朝向导向板450的一段设计成向上逐渐变尖的导向轴颈432。位于导向轴颈432一个末端上的导向球434在轴向上具有弹性，这是有利的。此外，也可以将导向轴颈432整体或者甚至是导向销430在轴向上设计成是有弹性的。

导向球434的直径合理，让导向球434在导向槽454、455中基本上可以无缝且顺利滑动，并且在通过弹性轴承移过凹陷或者盲孔352时基本能无间隙地卡入盲孔和从中脱开。为了保证卡入不费力和平滑，凹陷或者盲孔452最好设计有相应的倒角。

工作时，使用者将导向销430移到导向板450上方，导向球434将被带入凹槽454、455中。通过这一措施，使用者的动作被限制为X方向和Y方向上的直线运动，而两个方向上相邻通道的距离与405'微孔板上微孔的间距一样。移动凹陷或者盲孔452时引导球434将很容易卡入其中。基于导向板450和微孔板405'之间的一致性，就可以实现将分配器100准确地放置到微孔板405的各个孔上。分配器支架418和Y轴415上的导向销430的布置是经过合理确定或者调整的，所以导向板450上的卡入位置是与405'微孔板的相应位置精确相符的。

在一种可选的结构形式中，导向板450用凸起的元件取代凹形元件，例如突起，而导向销具有相对应的凹形元件。

底板402在导向板支座445旁的402'区域可以设计成扶手面，让使用者即使经过较长时间的使用也能实现精确、不疲劳的工作。

通过导向销430的位移操作和定位分配器100是有利的设计，并且由于存在机械关联，所以分配器100也一起被带动。因此，使用者无需抓取分配器100。

为了改善人体工学，可以设计额外的、适于抓握的手柄(未示出)，例如可以使该手柄完全或者部分包围住导向销430或者也可以将其布置在Y轴415上方。此外，在人体工学设计方面，也可以在该手柄上设计一按钮，取代分配器100的按钮120，用来触发分配过程。

除了示例所述通过导向销430和导向板450来实现之外，还可以通过其它方式使带有卡紧装置的引导装置能够可靠地且最好是以卡紧的方式定位分配器100。例如，这样可以直接以微孔的间距将X轴410和Y轴415的引导装置进行卡紧式设计。尤其是在配合使用如下文所述的计算机辅助位置测量***411、415进行分析时，也可以放弃引导机构的卡紧功能。

在一种简单的结构形式中，微孔板支架405也可以固定安装在底板402上。但也可以设置微孔板振动器，通过它(例如振动电机)来振动微孔板。在模块结构理念中，也可以将固定式微孔板支架和带有振动器的微孔板支架设计成可互换的。

振动器在化学实验室技术领域很常见，具有多种多样的设计结构和可实现的运动模式(振动模式)。若要集成到微孔板支架中，首先可考虑一种简单的、成本较低的设计结构，例如能在每分钟大约300次和3000次的振动范围之间调整频率进行振动的结构。在此，可以手动调节频率，或者如下文所述由软件来控制频率。振动功能可以简单地打开和关闭，例如通过脚踏开关进行，或者通过放入底板中的按钮407b、40c进行操作。另一按钮407a同样可以设计用于触发分配过程。

图7为根据当前功能内容的分配***的另一个结构示例。所示的分配***包括两个分配器100、100'和附属的储液器200、200'。下面将假定，分配器100是手持式的，例如图1、2所示的分配器，并且无需其它配件就可使用。作为示范，分配器100'同样以这样的分配器为基础，但是与储液器200'和引导装置400一起使用，从而形成像图4至图6那样的配置。如前面已提到的那样，也可以将分配器100'设计成专门用于与引导装置400一起使用的分配器或者与引导装置构成一体的单元。

和图3一样，图7中的设计也是通过主要的功能单元或者功能块实现的。在实际的技术实施方案中，各个功能块可以通过众多部件来实现；同样地，不同功能单元或者功能块也可以通过相同的结构元件或者组件实现。原则上，控制设备300'可以采用和控制设备300类似的方式制造，并且提供一些或者所有列出的与控制设备300有关的可选功能。

当然，这个分配***也只能包含一个分配器100'，或者可以包含两个以上的分配器，例如有三个或者四个分配器，要么平行地连接到控制设备300'上，要么可以选择采取自动区分或者识别分配器的措施，例如像涉及图3时所作的说明那样，通过插拔连接器来实现。

图7所示的典型分配***包括控制设备300'和已控制计算机600，例如如下所述，外部一台配有相应控制软件的适合实验室的个人计算机(PC)。但是原则上可将控制计算机600的功能完全或者部分集成到控制设备300'中。

由于图7所示的***能够实现相对复杂的功能，所以最好设置一舒适的显示器和相应的操作元件。例如，可以使用普通的纯平显示器，并且该显示器要能够在底板402上用球头关节固定在引导装置上或者上方。此外，也可以选择触摸屏作为显示器，同时这种显示器能提供必要的操作元件。

和图3所示的控制设备300一样，控制设备300'也可包括电源(为了清楚，这里没有画出电源)。从图7即可直接看出，控制设备300'是分配器100、100'、引导装置400和可能存在的微孔板振动器和控制计算机600之间的接口。

在图7所示的配置中，压缩空气供应装置320的作用是，给两个储液器200、200'施加一个共同的压力。但是，也可以给各个分配器设置独立的和(例如)可分开调节的压缩空气供应装置。例如，当用不同的分配器输出具有明显不同粘度的介质时，这么做就具有合理性。此外，不同的压缩空气输出端可能各有独立的截止阀和排气阀(都未示出)。

附属于分配器100'的阀门控制机构310'其结构基本上和附属于分配器100的阀门控制机构310一样。

此外，控制设备300'还包括用于X轴位置测量***311的分析***351，和用于Y轴位置测量***316的分析***352，在这里位置测量***311、316和附属的分析***351、352在操作方面是相连的，例如通过相应的线路相连。分析***351、352对位置测量***411、416发送的信号，例如二进制脉冲序列进行分析并提供相应的位置信号。也可以选择将分析***351、352完全或者部分集成到位置测量***411或416中。典型的情况是，分析***351、352通过根据位置测量***411、416进行过调整的模拟和/或者数字电路实现。

此外，控制设备300'还可选配振动器500控制电路360，例如可以通过该电路来开关振动器500和/或利用控制设备300'调整振动器的频率。

此外，控制设备300'还含有控制和操作单元340'，该单元与控制设备300'的其余功能单元相连。控制和操作单元尤其将控制阀门控制机构310、310'，以及也可以控制压缩空气供应装置320和振动器500的控制电路460。另外，控制和操作单元340'还将接收分析***351、352的位置信号并将其传送出去，例如传给控制计算机600。

下文将对控制和操作单元的功能和控制计算机600及相关软件进行说明。

工作时，位置测量***111、116探测到的坐标基本上将持续被采集并通过控制设备300'输送给外部计算机600。外部计算机600将传输过来的分配器100'的实际位置与坐标表中保存的微孔板405'各个孔的坐标作比较。在这里，各个微孔就是配给目标，而其开口或者其开口的中心就是目标位置。由于微孔板一般都是标准化的，并且微孔板405'的物理位置，也即各个微孔的物理位置从结构方面来说是固定的，因此一种微孔板类型的坐标分配关系是普遍适用的。

配给表中，例如手动输入创建的或者从文件中读取的配给表，保存着要通过分配器100'从储液器200'分配到微孔中的液体体积。根据用途，可能只需要让有关物质仅分配到一部分微孔中和/或者往同一个微孔板405'的不同微孔分配不同的体积。一般来说，在这种情况中，配给表可对例如96个微孔或者384个微孔中的每一个微孔提供一特殊的体积数据。如之前介绍的那样，在进行分配时，将通过控制分配器100'的阀线圈自动输出正确的体积。

如已介绍的那样，将由使用者手动操作设备靠近微孔，以及最好也由使用者手动触发分配指令。但是，只有当触发分配指令，例如通过操作按钮120来触发，实际位置就是目标位置时，也就是阀尖位于某个微孔上方，且根据配给表应该往该微孔分配液体时，才会操纵分配器100'中的阀线圈，真正从储液器200'分配出液体。

如果分配器100'的阀尖不在某个微孔上，实际位置就不等于任何目标位置。因此在发出分配指令之后，不会给阀线圈通电，也就不会有分配动作。

如果分配器100'的阀尖虽然已位于一微孔上方，也就是在一可能的目标位置上方，但是之前已将相关物质分配到该孔中时，则在这种情况下最好也不要有目标位置。

较好的方式是，控制计算机600在一显示器上，例如平面上至少提供微孔板405'的简要平面图，在上面，例如用圆圈来表示一微孔。例如，可以在这种图示中，通过突出微孔的颜色显示分配器当前所在微孔。使用类似的方式也可以显示哪些微孔还需要进行物质输出，也就是哪些微孔是有效的分配目标，和/或哪些微孔已进行过物质输出。

采用这样的结构，即使使用者临时中断工作，也能确保分配过程正确进行。同样地，正确地进行分配原则上不与某个要移靠的微孔顺序关联。

此外最好是，如之前所述，通过控制设备300'和/或控制计算机600对分配过程进行记录。

在很多应用中都需要依次分配不同的物质。这时，控制计算机600上的软件可以分别为各种物质各保存一配给表，然后使用者依次执行这些配给表。在这个过程中，可以在中间进行清洁或者冲洗时，通过更换储液器100'依次将各种物质装入分配器200'中。也可以选择为各种物质各提供一独立的分配器，依次装入分配器支座418中。为了冲洗时不用将分配器100'从分配器支座418上取出，可以在底板402上或者往底板402中放入冲洗盆(图中未显示)。

根据软件的设计，可以完全或者部分自动创建一个或者多个配给表。例如，这样就可以设置一些程序惯例，用于以下功能的配给表创建：往多个或者所有微孔分配相同的体积；级数，例如线性、二次或者对数级数，在这些级数中，微孔之间的分配体积根据相应的功能关系确定。

此外，也可以将控制计算机600和/或控制设备300'设计用于示教编程。在这里，将首先手动用分配器100或者100'执行一配给顺序，例如在没有事先创建配给表的情况下执行。这个顺序将被保存下来，并且可作为配给表用于接下来的研究或者实验。同样地，可以设计将以这种方式创建的配给表传输到其它分配***，例如自动分配器或者分配机器人。在通过示教编程这样创建配给表时，还可以在示教过程中不进行真正的配给，只是移往和保存要进行配给的位置。

此外，也可以给图4和5所示的引导装置400选配电驱动装置(未示出)，让线性轴410、415可以通过该装置，例如两个电机，实现机动化移动。然后，控制计算机600和/或者控制设备300'最好装配用于控制电驱动装置的接口。在这样的结构形式中，以之前所述方式通过示教编程创建的配给表可以紧接着重复自动执行，并且分配器100'在自动化执行过程中通过电驱动装置移动。

另外，也可以通过控制计算机600上的软件，在确定含有每个微孔的不同分配量的配给表格时提供随机功能。此外，软件也可以提供辅助功能。例如，其中可包含这些功能：用于依次分配不同物质的分配器100'的冲洗功能；用于标定某种要分配物质的输出量的标定功能。

通过位置测量***411、416确定分配器的位置，这项功能和控制单元300'及控制计算机600上经过相应调整的软件配合，能实现引导装置400的另一个可选方案。尤其是，这样基本上可以将导向销430和导向板450省略，从而让设备结构更紧凑，但是与微孔对应的卡紧位置就没有了。在此，分配器100'的实际位置可以通过微孔板的屏幕图形一起确定，例如通过圆圈或者类似的图形确定。只要分配器100'位于一目标位置上，相应的微孔就会如之前说明的那样出现标记或者突出显示。在这样的结构类型中，最好是围绕微孔的中心为各个目标位置定义一公差区，允许阀尖在这个区域内输出物质。在一个进一步改进的方案中，轴410、415可以分别配备一电气促动的电磁制动器，该制动器由外部计算机600和控制设备300'控制，在制动器松开时，轴410、415的运动连贯且顺畅，在制动器激活时，轴的运动要克服明显的阻力或者被阻止。在这里，制动器的控制方式为，在分配器100'定位时松开制动，当分配器100'的实际位置等于一目标位置时，制动器自动激活。制动器可以在执行完相应的分配动作之后自动松开，也可以手动松开。

选装的微孔板振动器500可以连续工作，也可以如之前所述由使用者手动开启。但是也可以由控制计算机600通过软件来控制振动器，并且例如可以使微孔板振动器500的开启与分配过程的执行自动同步。例如，当分配器100'的实际位置与目标位置一致时，微孔板振动器500就激活或者开启，并且在完成分配之后再次禁用或者关闭(例如通过时间来控制)。

图8为分配器另外一种结构形式的图解，这种分配器可以手持使用，也可以与引导机构一起使用。图8分配器100"的结构基本上与图1、2的分配器100一样。图8所示的分配器用多倍阀座150取代单独的阀芯150，这个阀座内部(在图8不可见)具有带有众多在分配器100中所示类型微型阀的阀组。根据阀门的数量，多倍阀座150a为每个阀门都设置了阀尖152a...152h，通过阀座完成配给。阀门统一由储液器200进行供给。

采用图8的布置方式，可以在一次操作中同时往多个微孔分配相同的物质。为了同时配给相同的体积，可以同时控制各个阀门。但是也可以各个阀门单独控制，从而同时配给不同的体积。

Claims (14)

1.分配器的引导装置(400)，引导装置(400)包含：

a)一带有分配器支座(418)的手动操作式运动装置,其中手动操作式运动装置包含具有一X轴(410)和一Y轴的手动操作式笛卡尔X-Y运动装置；

b)一分配目标支架，用于根据运动装置，固定且无缝隙地存放多个并排的分配目标；

其中运动装置的设计用途是，将分配器固定在分配目标支架上方的一位置上；

c)一位置传感器***(411、416)，用于以电子形式探测分配目标支架上方一平面内分配器(100、100'、100")的实际位置,且所述位置传感器***(411、416)对X轴(410)和Y轴各具有一线性位置测量***，

其中所述引导装置包括卡紧装置，当分配器位于一分配目标上方时，该装置将卡紧，其中卡紧装置上具有导向销(430)和导向板(450)，导向板(450)上具有数个凹形元件(452)，这些元件在导向板(450)上的几何排列形状与分配目标的几何排列形状一致，并且导向销(430)设计成定位到凹形元件(452)上方时要卡入到该元件中，并且在卡入状态时能以可松开的方式阻止运动装置运动或者使其运动变得困难。

2.根据权利要求1所述的引导装置(400)，其中的分配目标支架为具有微孔板支架或有多个微孔的微量滴定板，其中微孔即分配目标。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的引导装置(400)，引导装置(400)中包括与手动操作式运动装置操作性耦合的电驱动装置，用于移动分配器支座。

4.通过分配器(100、100'、100")向至少一目标位置分配液态物质的方法，该方法包含：

a)通过手动操作式运动装置手动定位分配器(100、100'、100"),其中手动操作式运动装置包含具有一X轴(410)和一Y轴(115)的手动操作式笛卡尔X-Y运动装置；

b)分配指令的触发；

c)通过位置传感器***(411、416)确定分配器(100、100'、100")的实际位置，其中位置传感器***(411、416)对X轴(410)和Y轴(416)各具有一线性位置测量***；

d)将实际位置与至少一目标位置进行比较；

e)只有当阀尖的实际位置就是目标位置时，才对分配指令作出反应，触发分配动作。

5.根据权利要求4所述的方法，包括显示功能，用于显示至少一目标位置和/或实际位置。

6.根据权利要求4或5所述的方法，包括获取至少一目标位置上要分配的体积，和操作分配器(100、100'、100")分配出这一体积的液体。

7.分配***，包含根据权利要求1至2中任一项所述的引导装置(400)以及用于分配液态物质的分配器(100、100'、100")，其中所述分配器包含：

a)一呈杆状、设计成使用户能够手持使用的外壳(110)；

b)一与含有待分配流体的储液器(200)有流体连接的储液器接头(130)；

c)一用于手动触发分配指令的控制元件(120)；

d)一具有开启和关闭状态的电动控制分配阀(150)，其中分配阀(150)具有与储液器接头(130)进行流体连接的入口以及出口，分配阀(150)的设计用途是在开启状态下将要分配的液体从入口引导至出口；

e)一与分配阀(150)的出口有流体连接的或者构成分配阀(150)的一部分的阀尖，其作用是在分配阀(150)开启时从分配器(100、100'、100")中分配出液体；其中，在使用中与要分配的物质有接触的元件是能够无损取出并再次安装的。

8.根据权利要求7所述的分配***，其中分配阀(150)为被动关闭的球阀，带有矿物材料制成的阀座和矿物材料制成的阀球。

9.根据权利要求7至8中任一项所述的分配***，其中分配阀(150)设计用于10纳升到200纳升范围内的最小分配量。

10.根据权利要求7至8中任一项所述的分配***，且分配器包含多个分配阀和相应数量的阀尖。

11.根据权利要求7或8所述的分配***，其中分配***包含控制计算机(600)，而控制设备和控制计算机(600)还包含对位置测量***(411、416)传输的数据进行分析的***(451、452)，其中控制设备和控制计算机(600)的设计用途是，将分配器的实际位置与一个或者多个目标位置进行比较，并且只有当实际位置就是目标位置时，才给阀线圈(154)通电，操作分配阀(150)。

12.分配***，包含至少一个分配器(100、100'、100")，以及控制设备，

所述分配器包含：

a)一呈杆状、设计成使用户能够手持使用的外壳(110)；

b)一与含有待分配流体的储液器(200)有流体连接的储液器接头(130)；

c)一用于手动触发分配指令的控制元件(120)；

d)一具有开启和关闭状态的电动控制分配阀(150)，其中分配阀(150)具有与储液器接头(130)进行流体连接的入口以及出口，分配阀(150)的设计用途是在开启状态下将要分配的液体从入口引导至出口；

e)一与分配阀(150)的出口有流体连接的或者构成分配阀(150)的一部分的阀尖，其作用是在分配阀(150)开启时从分配器(100、100'、100")中分配出液体；其中，在使用中与要分配的物质有接触的元件是能够无损取出并再次安装的；

所述控制设备的设计用途是，与至少一个分配器(100、100'、100")进行工作连接，并且控制设备包含至少一个阀门控制机构(320、320')，所述至少一个阀门控制机构(320、320')的设计用途是，操作分配阀(150)输出由控制设备确定的分配量；

其中所述分配器(100、100'、100")能够手动移动；

其中所述分配***还包括控制计算机(600)，而控制设备和控制计算机(600)还包含对位置测量***(411、416)传输的数据进行分析的***(451、452)，其中控制设备和控制计算机(600)的设计用途是，将分配器的实际位置与一个或者多个目标位置进行比较，并且只有当实际位置就是目标位置时，才给阀线圈(154)通电，操作分配阀(150)。

13.根据权利要求12所述的分配***，其中的控制设备设置用于连接多个分配器(100、100'、100")，并且该控制设备含有用于识别已连接的分配器(100、100'、100")的识别装置。

14.分配器与储液器的组合，包括权利要求12至13中任一项所述的分配器(100、100'、100")，以及设计用于容纳要分配的物质的储液器(200)，其中储液器(200)包含用压缩空气对所容纳物质进行加压的接头。