用于自动地保持流体中的吸移管吸头深度的吸移管吸头和方法与流程

本公开的主题总体上涉及液体处理方法，并且更具体地，涉及用于在流体转移操作期间自动地保持流体中的吸移管吸头深度的吸移管吸头和方法。

背景技术：

1、自动液体处理仪器包括用于在指定容器之间传送特定量的液体的机器人。这种仪器可用于多种应用，包括细胞生物学、基因组学、法医学和药物研究。这些仪器通过提高操作的速度和效率，以及提高传送体积的精度和准确度，来帮助人们进行在广泛的体积范围内传送液体的重复任务。

2、在液体处理应用中通常使用各种实验室器皿容器。含有96、384或1536个样品槽阵列的板是相当常见的。根据样品槽的尺寸和数量，这种板可保持几十纳升至几毫升之间的液体。更大的容器也很常见，范围从保持一到两毫升液体的小瓶，直到保持数十毫升的大管或保持数百毫升的瓶子。可以容易地理解，每个独特的实验室器皿容器将具有在容器中的液体体积与容器中的液面的高度之间的独特关系。

3、传送体积的精度和准确度可能受许多因素影响。这些因素的范围可以从液体本身的性质(例如其粘度或表面张力等)到系统组件的性质(例如吸移管吸头的疏水性等)，或者甚至环境条件(例如环境温度和压力等)。

4、在自动液体处理中，仪器的控制变量可对所吸移的体积具有显著影响。这样的控制变量包括泵致动的速度、泵致动的结束与吸移管吸头从液体移除之间的延迟、和/或吸移管吸头从液体移除的速度。对吸移性能具有强烈影响的一个显著的控制变量是吸移管吸头在整个操作中浸没在液面以下的深度。如果吸移管吸头在液体中太浅，抽吸的真空可能导致在吸移管吸头的开口处的液体的气穴现象，导致空气而不是液体被抽吸，并且因此导致抽吸体积的误差。如果吸移管吸头在液体中太深，则吸移管吸头的较大表面区域与液体接触，并且当吸移管吸头从液体中缩回时，较大体积的液体可能附着到吸移管吸头。另外，更深的浸没导致在吸移管吸头的开口处的流体静压增加，这可能导致所得到的所吸移的体积的变化。因此，即使在液体从容器中抽吸或被分配到容器中的情形下液面正在改变时，最好将吸移管吸头保持在最佳深度。此外，重要的是确保在整个吸移操作中吸移管吸头在液体中的深度从一个操作到下一个操作是一致的。

5、在自动液体处理领域中用于检测液位的方法是本领域常见的和成熟的。然而，没有一个能够使用实时传感器反馈来跟踪液位，以在吸移操作期间保持吸移管吸头的深度。在现有技术中，液位跟踪通过基于容器的所需体积和几何形状预测预期液位变化来实现。容器的几何形状是指横截面积，因为它与容器中的高度有关。根据该信息，可以计算与特定体积变化相关联的高度变化。该方法要求在吸移操作之前对容器的几何形状进行表征并编程到仪器协议中。这种要求可以限制与特定仪器一起使用的实验室器皿的类型，并且增加了以下过程的复杂性：为特定吸移操作对仪器进行编程。此外，这些类型的计算假设吸移操作将在每次吸移动作期间抽吸或分配均匀、相等体积的液体，这可能不是准确的假设。如果校准稍微偏离，则在吸移操作的过程中，该误差可能是复合的，并且实际液位可能与基于计算的预期液位相对应。因此，需要新的方法来在吸移操作期间跟踪液位而不增加过程的复杂性。

6、传统的液位跟踪方法的一个例子是在1986年5月6日发布的标题为“液体处理装置和方法”的美国专利4,586,546中。’546专利描述了一种用于检测容器中的液位的装置和方法，并预测液体的高度和在添加或去除一定体积之后容器中的吸移管吸头的期望高度。

7、有几种其它的自动检测容器中的液位的常用方法。这些方法中最简单的方法是基于压力测量。当吸移管吸头进入液面时，检测吸移管吸头内部的压力变化。该方法不需要任何专门的吸移管吸头设计或特征，并且在大多数情况下，仅当吸移管吸头是空的时才是可行的。基于压力的液位检测可以使用任何常规的吸移管吸头来执行。基于压力的液位检测方法的一个例子是在1988年9月27日发布的标题为“用于检测由用于抽吸和分配液体的容器产生的液体渗透的装置和方法”的美国专利4,794,085中。’085专利描述了一种具有用于测量装置内的压力的压力传感器的吸移装置。吸移管吸头以增量的方式朝向液体向下移动。在每个阶段，致动注射泵以在装置内产生压差。如果吸移管吸头已经进入液体，吸移管吸头的开口将被阻塞，并且压力传感器可以检测压差。另一个例子是在2012年10月16日发布的标题为“具有集成的液位和/或气泡检测的吸移设备”的美国专利8,287,806中。’806专利描述了一种用于使用压力测量来检测液位的装置。该吸移装置指定了在泵和吸移管吸头之间使用系统液体而不是空气。

8、可以改进吸移管吸头的设计和组成，以允许更先进的液面感测方法。这种增强通常涉及在吸移管吸头中设置电极，因此电信号可用于检测液位。最常见的改进是用导电塑料制造吸移管吸头，并测量在导电吸移管吸头和保持液体或样品的容器下方的地平面之间的电容。基于电容的液位检测的一个例子是在1988年4月12日发布的标题为“液位传感器”的美国专利4,736,638中。’638专利描述了一种用于感测流体传送机构中的液位的装置，该装置包括支撑样品液体的容器的导电构件和导电吸移探针。在探针和支撑地平面之间测量电容信号，并且当探针接触流体时检测电容变化。

9、通过在吸移管吸头内设置多个电极以能够进行更先进的信号检测，吸移管吸头设计可以进一步得到改进。可以测量一个或两个电极与底部地平面之间的电容，可以测量两个电极之间的电容，或者可以测量两个电极之间的电阻抗。具有多于一个电极的吸移管吸头的基于电信号的液面检测的一个例子是在1991年9月3日发布的标题为“用于抽吸固定量的液体的装置”的美国专利5,045,286中。’286专利描述了一种吸移管吸头，该吸移管吸头具有两个导电构件，这两个导电构件设置在喷嘴中，使得一个电极从喷嘴附件延伸到喷嘴的下端，并且另一个电极从喷嘴附件延伸到喷嘴的下端上方的某个距离或高度，使得该距离或高度对应于要通过喷嘴抽吸的固定量的液体。’286专利还公开了制造这种吸移管吸头的各种方法。另一个例子是在2005年2月8日发布的标题为“流体分配验证系统”的美国专利6,851,453中。’453专利描述了一种用于分配流体的探针，该探针具有两个电极，两个电极的端部在纵向上彼此间隔开。测量在两个电极之间的信号，以便检测液体和流体传送验证的表面。另一个例子是在1996年8月27日发布的标题为“流体感测吸移管”的美国专利5,550,059中。’059专利描述了一种用于流体分配的探针，该探针具有两个同心布置的彼此绝缘的导电管。测量两电极之间的信号以检测液面。

技术实现思路

1、本文公开了一种用于吸移应用的装置、系统和方法。在一个方面，描述了一种用于在流体转移操作期间自动地保持导电流体中的吸移管吸头深度的吸移装置。吸移装置包括吸移管吸头，所述吸移管吸头具有带开口的固定端、带开口的流体转移端、外表面和内表面，其中所述外表面包括电绝缘材料；在所述吸移管吸头的外表面上的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极通过所述电绝缘材料间隔开；框架，所述框架支撑致动器，所述致动器可操作性地连接到所述吸移管吸头，其中所述吸移管吸头相对于所述框架垂直定向，并且其中所述致动器适于调节所述吸移管吸头相对于所述框架的位置；控制器，所述控制器与所述第一电极和所述第二电极电连接，其中所述第一电极和所述第二电极适于向所述控制器发送与导电流体相关的信号，所述导电流体与所述吸移器吸头的外表面接触；并且其中控制器适于响应于所述信号命令所述致动器移动所述吸移管吸头的位置。

2、在一些实施例中，本文所述的第一电极和第二电极中的每一个从所述固定端至所述流体转移端延伸所述吸移管吸头的整个纵向长度。在其它实施例中，本文所述的第一电极和第二电极中的每一个终止于靠近所述固定端附近的点处，其中所述点是所述第一电极和所述第二电极电连接至所述控制器的位置。在一些情况下，本文所述的第一电极和第二电极中的每一个终止于靠近所述流体转移端的点处，其中所述点是导电流体能够到达的位置。

3、在一些情况下，来自本文所述的第一电极和第二电极的信号是与导电流体相关的电阻的测量值。在一些情况下，本文所述的第一电极和第二电极可由铜制成，或者在其它情况下，由导电聚丙烯制成。

4、在一些实施例中，吸移装置还包括第一电点和第二电点以及第一电线和第二电线，所述第一电线和所述第二电线分别将所述第一电极和所述第二电极连接到控制器。

5、在另一方面，本文所述了一种用于在流体转移操作期间自动地保持导电流体中的吸移管吸头深度的方法。一种示例性方法包括以下步骤：提供吸移装置，所述吸移装置包括：吸移管吸头，所述吸移管吸头具有带开口的固定端、带开口的流体转移端、外表面和内表面，其中所述外表面包括电绝缘材料；在所述吸移管吸头的外表面上的第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极通过所述电绝缘材料间隔开；框架，所述框架支撑致动器，所述致动器可操作性地连接到所述吸移管吸头，其中所述吸移管吸头相对于所述框架垂直定向，并且其中所述致动器适于移动相对于所述框架的所述吸移管吸头的高度；以及控制器，所述控制器与所述第一电极和所述第二电极电连接；设置相对于所述框架在高度上固定的容器，所述容器保持具有第一液位的导电流体；将所述吸移管吸头定位在所述容器中，使得所述第一电极和所述第二电极的至少一部分浸没在所述导电流体中，其中所述定位步骤在所述第一电极和所述第二电极、所述致动器、所述控制器和所述导电流体之间形成控制回路；通过所述第一电极和所述第二电极测量与所述导电流体相关的电阻变化；通过所述第一电极和所述第二电极向所述控制器发送与所述变化相关的信号，其中控制器被配置成响应于所述信号命令所述致动器垂直地移动所述吸移管吸头。

6、在一些情况下，本文所述的方法还可包括以下步骤：通过所述吸移管吸头抽吸一定量的导电流体，其中，在所述抽吸步骤之后，所述导电流体具有第二液位；通过所述控制器命令所述致动器移动相对于所述第二液位的所述吸移管吸头，使得所述第一电极和所述第二电极保持浸没在所述导电流体中。在一些情况下，本文所述的方法还可包括以下步骤：通过所述吸移管吸头分配一定量的导电流体，其中，在所述分配步骤之后，所述导电流体具有第二液位；通过所述控制器命令所述致动器移动相对于所述第二液位的所述吸移管吸头，使得所述第一电极和所述第二电极保持浸没在所述导电流体中。

7、在一些实施例中，本文所述的方法可进一步包括以下步骤：通过控制回路将所述吸移管吸头相对于所述导电流体的液面保持在恒定的第二液位。

8、在又一方面，本文描述了一种吸移管吸头，所述吸移管吸头包括主体，所述主体由电绝缘材料制成，所述主体包括：外表面和内表面；第一电极，所述第一电极设置在所述外表面上；以及第二电极，所述第二电极设置在所述外表面上，所述第二电极通过所述电绝缘材料与所述第一电极间隔开。

9、在一些情况下，本文所述的主体还包括设备固定端；以及流体转移端，所述流体转移端被定位成与所述设备固定端相对，所述流体转移端包括流体传送开口。

10、在一些实施例中，本文所述的吸移管吸头还可包括第三电极和第四电极，所述第三电极和所述第四电极设置在内表面上。

11、在一些情况下，本文所述的每个或所有电极可沿所述主体的整个纵向长度从所述流体转移端延伸到所述设备固定端部。在其它情况下，每个或所有电极从所述流体转移端到所述设备固定端部延伸的距离小于所述主体的整个纵向长度。

12、在一些情况下，本文所述的每个电极可由铜或导电聚丙烯制成。

13、在一些实施例中，本文所述的每个电极可包括电接触凸片，所述电接触凸片定位在电极的设备固定端。在一些情况下，所述电接触接片可延伸到所述设备固定端的一端，或者所述电接触接片可延伸超过所述吸移管吸头的设备固定端。