用于将毛细管连接到流体组件的流体导管的快锁连接器的制造方法

用于将毛细管连接到流体组件的流体导管的快锁连接器的制造方法
【专利摘要】一种用于提供毛细管(202)与流体组件(230)的流体导管(204)之间的流体连接的配件(200)，其中配件(200)包括：被配置为接收毛细管(202)的毛细管接收部；被配置为可操作以施加用于将毛细管(202)固定在配件(200)内的固定力的力施加器(206)；被配置为限制可由力施加器(206)施加至毛细管(202)的固定力的力限制机构(208)；被配置为将固定力分解为推进力分量和夹紧力分量的力分解器(210，234)，推进力分量用于将在毛细管接收部中接收的毛细管(202)向流体组件(230)推进，夹紧力分量用于将在毛细管接收部中接收的毛细管(202)夹紧在配件(200)内；以及被具体布置在力施加器(206)和力分解器(210，234)之间并且被配置为针对毛细管(202)偏置力分解器(210，234)的偏置机构(212)。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流体组件的流体耦接，具体涉及其在高效液相色谱法中的应用。 用于将毛细管连接到流体组件的流体导管的快锁连接器

【背景技术】
[0002] 在液相色谱法中，流体样品（流动相）可以被泵送通过导管和柱，该柱包括能够分 离流体分析物的不同组分的材料（固定相）。这种材料（被称作珠粒（bead)，可包括硅胶） 可以被填充到可以通过导管而被连接至其它元件（如，采样单元、流动单元（flow cell)、 包括样品和/或缓冲剂的容器）的柱管内。
[0003] 流动相的流动路径通常包括多个耦接在一起的单独组件，这些单独组件接着还可 以包括多个个体子组件。由于被应用到大多数HPLC应用的高压，流动路径中以及沿流动路 径的组件要求压力密封。此外，在要求生物兼容的情况下，需要确保沿可以与流动相和样品 流体接触的路径的组件（包括导管）的所有表面包括一般被认为生物兼容的材料，也即，不 释放可以污染样品和/或柱封装材料的、和/或本身对分析造成不利影响的离子（例如，来 自金属部分）。从而，需要适当的密封来确保这样的生物相容性。密封还应当提供用于小的 死体积和低残留（carryover)。
[0004] 所谓的配件（fitting)是能够在毛细管和另一流体导管（比如另一毛细管或者衬 底中的通道等等）之间提供密封连接的流体组件。
[0005] US 3, 973, 792公开了在用于连接玻璃色谱分离柱到色谱装置终端配件的连接设 备中，柱的各端由金属套筒包围。由合成塑料材料制成的、至少在高达350°的温度下即使 受到压力仍具有基本稳定形状的套筒，被插在所述端和所述金属套筒之间。塑料套筒具有 至少一个锥形端面，一方面与分离柱的端保持密封啮合，另一方面通过相对于金属套筒轴 向可移动的以在所述塑料套筒上施加轴向力的套筒形推力件与金属套筒保持接合。径向密 封力通过合成塑料套筒的锥形端面经由对接互补的锥面被施加在其上。金属套筒提供了用 于气密地并且可拆卸地连接柱的端到装置的终端配件的连接方法。
[0006] W0 92/15426公开了用于连接管状体（特别是色谱毛细管）到检测设备或注入设 备接口的装置和方法。W0 92/15426提供用于固定管状体的装置，其包括具有套接管的固定 器。管状体到设备配件的连接由插入装配辅助。插入装配适于包含固定器并且迫使套接管 与设备进入座接关系。
[0007] 然而，关于流体测量设备的流体组件的密封性能和机械稳定性的要求随着操作压 力值的升高而升高。同时，要求用户快速和容易地处理这种配件。

【具体实施方式】
[0008] 本发明的目标是为流体设备提供易于操作的、高效密封的流体组件。该目标通过 独立权利要求解决。其它实施例由从属权利要求示出。
[0009] 根据本发明的示例实施例，提供了用于在毛细管和流体组件的流体管（比如衬底 中其它的毛细管、流体通道等）间提供流体连接的配件，其中配件包括被配置为接收毛细 管的毛细管接收装置、被配置为可操作以施加固定力固定配件中的毛细管的力施加器、被 配置为限制可由力施加器施加到毛细管的固定力的力限制机构、被配置为将固定力分裂成 推进力分量以将毛细管接收装置接收的毛细管推进到流体组件和夹持力分量以夹持配件 中的毛细管接收装置接收的毛细管的力分解器以及被配置为使力分解器偏向毛细管的偏 置机构。
[0010] 根据另一示例实施例，提供了用于进行流体采样的流体设备，其中流体设备包括 具有流体管的流体组件、毛细管和具有上述特征的用于在毛细管和流体管间提供流体连接 的以通过流体设备进行流体采样的配件。
[0011] 根据又另一示例实施例，由配件提供了流体耦接毛细管和流体组件的流体管的 方法，其中该方法包括接收配件的毛细管接收装置中的毛细管，操作配件的力施加器以施 加固定力固定配件中的毛细管，由配件的力限制机构限制力施加器可施加于毛细管的固定 力，通过配件的力分解器将固定力分离成推进力分量以将毛细管接收装置接收的毛细管推 进到流体组件和夹持力分量以夹持配件中的毛细管接收装置接收的毛细管，通过配件的偏 置机构使力分解器偏向毛细管，偏置机构被特定地安排在力施加器和力分解器之间。
[0012] 在实施例中，提供的流体配件被配置为通过应用可由用户操作以固定配件的毛细 管的抗失败机制同时向毛细管施加可再生和预定义的固定力耦接毛细管和另一个流体管。 这个固定力可以呈现的足够大以便牢固地固定配件上的毛细管，同时力限制机构防止可能 磨损或甚至损坏配件或毛细管的过大的固定力。此外，偏置机构比如弹簧或弹簧组件可以 偏置力分解器使其向毛细管施加一定的压力。在一种情境中，由于温度或老化效应，由力施 加器施加到毛细管的力变的很小，偏置机构确保在每种配置中提供足够的偏置力以密封地 连接配件中的毛细管。
[0013] 在下文中，进一步说明配件的实施例。然而，这些实施例也适用于流体设备和方 法。
[0014] 在实施例中，力施加器具有可由用户操作的杠杆和刚性地链接到杠杆的偏心轴， 使得杠杆的绕轴旋转朝偏置机构推动偏心轴从而施加固定力。通过提供杠杆机构用户容易 手动操作力施加器，因为只将毛细管固定到配件上时使用用户肌肉的力量以杠杆为轴旋转 就足够了。
[0015] 当杠杆形成杆的一端时力施加器可以具有杆状结构。杆的相对端可以由偏心轴 (也即绕其可以旋转的轴）形成。偏心轴可以被安装在配件的外壳。因此，通过驱动杠杆触 发的偏心轴的旋转将自动导致施加到毛细管的力的连续增加，因为偏心轴厚的一端在偏置 机构的方向可逐渐增强的被压制。因此，偏置机构将发送相应的仅仅通过朝向力分解器旋 转杠杆被施加的固定力。
[0016] 本领域的技术人员应当理解，对于适于施加固定力的用户操作组件杠杆机构是唯 一的一种可能性。作为基于力施加器的杠杆的替代，可以使用螺丝与卡齿连接起来。其它 实施例可以通过差动螺纹实现力施加器。并且液压或气动力施加器是可能的。还可以通过 螺母结合扳手实现力施加器。
[0017] 在实施例中，力施加器被配置为可由用户手动操作，特别是被配置为在没有工具 时用户可操作。这种实施例的优点是不需要工具或自动驱动机构（比如马达）操作、特别 是气动毛细管固定。与之相反的是，用少量的肌肉的力量只能够可靠地将毛细管固定到配 件上。
[0018] 在实施例中，力限制机构具有形成力施加的一部分的第一接合构件和形成装配外 壳的第二接合构件。第一接合构件和第二接合构件可以被配置为超过启动力施加器的预定 义程度时邻接与彼此，以抑制力施加器的连续操作，从而抑制或阻止超过固定力。当没有力 施加到毛细管，也即当力施加器在非活动（或不施加力）状态，第一接合构件不与第二接合 构件接触。然而，通过启动力施加器，例如通过旋转基于杠杆的力施加器的杠杆，在杠杆操 作期间的某一个时间点第一接合构件将会接触第二接合构件。这将具有杠杆的进一步旋转 将不会导致固定力的进一步增加的效果。因此，通过简单的机械接合构件机构，能够定义作 用于毛细管的最大的固定力。这种力不可能被超过，因为通过第一接合构件和第二接合构 件的抵接这可以被阻止。
[0019] 在实施例中，力分离器包括至少部分地在四周围绕毛细管的至少一部分的筒夹。 力分离器还可以包括被偏置机构偏置在筒夹的第一套接管，其中筒夹和第一套接管在相互 邻接的表面成形以将固定力分离成推进力分量和夹紧力分量。因此，关于毛细管接收装置 的延伸方向筒夹和第一套接管可以具有倾斜的表面，因此，鉴于这种简单的几何成形，所传 输的里将被分成两个矢量分量。一个分量将径向压缩毛细管并由此将其固定在配件中，而 另一个分量将向前推动或偏置毛细管从而使毛细管的端面将抵接或将被推向流体管或流 体组件的配合密封面，由此提供流体紧密密封。
[0020] 在实施例中，上述第一套接管是具有锥形通孔的环形盘。中央通孔可以接受毛细 管并且可以具有向毛细管自由端连续增加的内部通孔直径。因此，力的分离可以通过第一 套接管结合筒夹被有效地进行。
[0021] 在实施例中，筒夹是具有至少一个锥形端部的管。切开具有一个或多个平行延伸 至毛细管接收装置中心轴线的圆形槽的管可提供能被高效压缩的结构，比如向筒夹施加周 向压缩力时以另一种方式卷曲或可塑地变形。管状筒夹的外表面可以有另一个直径，其至 少在筒夹的延伸的一部分从筒夹的相对将被连接的流体组件的端到筒夹的面对将被连接 的流体组件的另一端连续增加。因此，力的分离可以通过第一套接管结合筒夹被有效地进 行。
[0022] 在实施例中，偏置机构是弹簧组装件，特别是有多个的平板垫圈的组件（其它类 型的弹簧也是可能的，比如螺旋弹簧或叶片式弹簧）。比如，8个平板垫圈可以被组合，其中 相邻的平板垫圈对平行对齐，它们之间具有连续接触面。一对凹弹簧垫圈可以跟随一对凸 弹簧垫圈，等等，从而得到具有交替（或相反）曲率的弹簧垫圈对系列。这种平板垫圈排列 具有提供基本上沿向前方向（也即，沿毛细管接收装置的延伸方向）的净力的优势。所用 平板垫圈的数量以及与其连接的弹簧常数可以根据具体应用进行选择。
[0023] 在实施例中，配件还包括被安排在力施加器的可旋转的偏心轴和偏置机构之间 的、具有连接偏心轴的弯曲连接表面和连接偏置机构的平面连接表面的连接件，特别是连 接圆片。这种连接件可以是具有前表面具有垂直于毛细管延伸的表面的环状构件，而其背 面可以是弯曲的（特别以凹的方式）。因此，当用户驱动导致偏心轴旋转时，偏心轴在连接 体的弯曲表面卷起时具有低摩擦系数从而有效地、低损失地将驱动力传输到弹簧组件。
[0024] 在实施例中，装配还包括具有第一外壳工件和第二外壳工件的两件式装配外壳 (或具有多于两个独立件的装配外壳），其中当力施加器被操作位不施加固定力时第一外 壳工件是相对于第二外壳工件可旋转的，并且其中当力施加器被操作为施加固定力时第一 外壳工件相对于第二外壳工件被固定。具有这样的二部式外壳，用户首先固定将被连接到 在旋转外壳工件上的毛细管的流体组件是可能的，比如通过旋转其中一个外壳工件执行流 体组件和其中一个外壳工件间的螺纹连接。由于两外壳工件相对于彼此相互活动地适应， 紧固过程不会被其他外壳工件干扰。用户通过操作力施加器驱动一经启动固定力，第二外 壳工件可以相对于第一外壳工件被固定，从而实现了稳定和可再现的配置。
[0025] 在实施例中，力施加器被可旋转地安装在第一外壳工件上。更具体地，力施加器的 旋转轴可定向为垂直于第一外壳工件相对第二外壳工件的旋转方向。
[0026] 在实施例中，第二外壳工件具有被配置为被连接到流体组件配合连接部分的连接 部分。在这种配置中，第二外壳工件可以（比如）形成连接系统的公配件，流体组件形成所 述连接系统中的母配件。换句话说，第二外壳工件的前端可以是凸起部，而流体组件的后端 可以是凹部。然而，在另一实施例中，这个功能可以被颠倒。因此，第二外壳工件可以替代 地形成连接系统的母配件，流体组件形成所述连接系统中的公配件（male part)。
[0027] 在实施例中，装配还包括在装配前端且被配置为提供到流体组件的密封连接的锥 形的第二套圈。这样的第二套圈基本上可以是具有内部通孔以提供从毛细管朝向将被连接 的流体管的流体连通的圆锥形。因此，第二套圈可以朝向装配前端呈圆锥形地逐渐减小， 以便其尖端可插入到要连接的流体组件的凹槽中。这样的第二铜权可以由塑料材料例如 PEEK (聚醚醚酮）支承，其在施加压力时会变形，从而即使在高压条件下（比如在具有1000 帕或更大压力值的现代液相色谱法应用的情况下）也能提供高性能密封表面。
[0028] 在替代实施例中，装配还包括夹紧地接收流体平面结构以作为具有在其中集成 了流体导管并且流体地耦合至毛细管的流体组件的流体平面结构接收间隙（reception gap)。在这样的实施例中，在装配的两个相对的端部之间可以形成插入间隙。这种间隙被 配置为在其中插入流体平面结构（还可被表示为流体芯片（fluidic chip))用于提供流体 平面结构中毛细管和内流体管之间的流体联通。熟练的技术人员知道的事实是，比如用于 液相色谱应用，多个层可以相互层压，其中各层已被预先处理以在平面或芯片状安排中形 成内流体管。在本实施例中，流体平面结构的这种流体管和毛细管之间的流体连接可以通 过启动力施加器或力增强器时施加于装配和流体平面结构之间的夹紧或按压力实现。
[0029] 在实施例中，流体平面结构接收间隙被配置为在沿插入间隙的方向插入流体平面 结构时接收流体平面结构，该插入方向可以垂直于毛细管接收的延长线。因此，（比如）流 体平面结构沿基本垂直的插入方向被插入是可能的，而毛细管接收的延长线可以是基本水 平的。这可以确保平面薄片中具有流体管的毛细管的精确和可靠的高压连接。
[0030] 在下位中，流体设备的更多的实施例将被解释。然而，这些实施例也适用于装配和 方法。
[0031] 根据示例实施例流体设备可以特别适于用作流体连接件以连接流体仪器（比如 液相色谱系统或诸如此类）的部件。例如，液相色谱系统的柱、级分、检测器或诸如此类可 以作为这种流体设备的流体组件被连接。
[0032] 在实施例中，至少被毛细管接收装置接收的毛细管部分至少部分被套筒周向覆 盖。这样的管状套筒可以局部加厚毛细管并且可以由被压到毛细管上的金属结构制成，t匕 如通过卷曲，使得所述金属结构覆盖毛细管的整个周长。
[0033] 在实施例中，流体组件是包括多个被图案化的层叠片以形成用于处理集成在层序 中的流体样品的流体管的流体平面结构。因此，装配可提供常规毛细管系统和具有集成了 色谱柱的平面流体薄片之间的连接。
[0034] 在实施例中，流体组件是被配置为处理流体样品的处理元件。因此，这种处理元件 可以处理流体，比如对流体进行分离、纯化、应用回火步骤等等。
[0035] 特别地，处理元件可以是色谱分离柱，其由于各种流体组分对固定相分离柱的不 同的亲和力可以分离流体样品的不同组分。例如，通过应用梯度运转，被捕获的组分可以单 独从分离柱中被释放，从而将它们分离。
[0036] 流体设备可以包括填充有分离材料的处理元件。也可以表示为固定相的这种分离 材料可以是允许与样品有可调节程度的交互以便能够分离这种样品的不同组分的任何材 料。分离材料可以是液相色谱柱的填充材料或包装材料，包括由聚苯乙烯、沸石、聚乙烯醇、 聚四氟乙烯、玻璃，聚合物粉末、二氧化硅、硅胶、或具有化学修饰（涂、封顶等）表面的任何 上述材料组成的族中的至少一种。然而，可以使用的任何包装材料具有允许分析物穿过该 材料后被分离成不同组分的材料特性，比如由于包装材料和分析物的组分之间的不同类型 的交互或亲和力。
[0037] 处理元件的至少一部分可以填充有流体分离材料，其中流体分离材料可以包括尺 寸在本质上lpm到本质上50pm范围内的小珠。因此，这些小珠可以是被填充在微流体设备 分离部分内的小颗粒。小珠可以有尺寸在本质上0.01pm到本质上0.2pm范围的气孔。流 体样品可以通过气孔，其中流体样品和气孔之间可以发生交互。
[0038] 流体设备可以被配置为用于分离样品组分的流体分离系统。当包括流体样品的流 动相通过流体设备时，例如具有高压力，柱的填充和流体样品之间的交互可以允许分离样 品的不同组分，如在液相色谱设备中执行的那样。
[0039] 然而，流体设备还可以被配置为用于提纯流体样品的流体纯化系统。通过在空间 上分离流体样品的不同组分，多组分样品可以被纯化，例如蛋白质溶液。当蛋白质溶液在生 物化学实验室被准备好时，它仍包括各个组分。如果，例如，只对这个多组分液体中的单一 的蛋白质感兴趣，样品可以被强制通过色谱柱。由于不同蛋白质组分和色谱柱填充（例如 用凝胶电泳设备或液相色谱设备）的不同交互，不同样品可以被区分开俩，并且一个样品 材料或带可以被选择性地分离成纯化的样品。
[0040] 流体设备可以被配置为分析至少一种液相组分的至少一个物理、化学和/或生物 参数。术语"物理参数"可特别表示流体尺寸或温度。术语"化学参数"可特别表示分析物 组分的浓度、亲和参数等等。术语"生物参数"可以特别表示生物化学溶液中蛋白质、基因 等等的浓度，组分的生物活性等等。
[0041] 流体设备可以在不同技术环境下（比如传感器设备，测试设备，用于化学、生物和 /或药物分析的设备，毛细管电泳设备，液相色谱设备，气相色谱设备，电子测量设备，或质 谱设备）被实施。特别地，流体设备可以是通过其可以对分析物的不同组分进行分离、检测 和分析的高效液相色谱装置（HPLC)。
[0042] 流体设备可以被配置为在高压下（特别地至少600帕，更特别地至少1200帕（例 如高达2000帕））引导流动相通过该系统。
[0043] 流体设备可以被配置为微流体设备。术语"微流体设备"可特别地表示本文描述 的、允许传送流体通过尺寸小于500pm，特别地小于200pm，更特别地小于100pm或小于50pm 或更小（比如小于15pm或12pm)的微通道的流体设备。分析系统还可以被配置为纳流体 设备。术语"纳流体设备"可以特别地表示本文描述的、允许以小于lOOnl/分钟，特别地小 于10nl/分钟的流速传送流体通过纳米通道的流体设备。

【专利附图】

【附图说明】
[0044] 本发明的实施例的很多附带的优点和其它目标将通过参考下面结合附图对实施 例的更详细地描述而更容易地被领会并且变得更好理解。基本上或功能上等同或类似的特 征将由相同的附图标记来指代。
[0045] 图1示出了根据本发明实施例的流体分离设备，该流体分离设备具体用于高效液 相色谱法（HPLC)。
[0046] 图2示出了根据本发明的示例性实施例，用于在分离柱的流体导管和毛细管之间 提供流体连接的配件。
[0047] 图3示出了在图2的配件中实现的弹簧组（spring packet)。
[0048] 图4示出了沿图2的水平方法的力传递的几何图。
[0049] 图5示出了根据本发明的示例性实施例的配件的分解图。
[0050] 图6示出了在装配的剖面视图中的图5的配件。
[0051] 图7示出了根据本发明的示例性实施例，用于在平面芯片器件的流体导管和毛细 管之间提供流体连接的配件。
[0052] 附图中的图示是示意性的。
[0053] 现在更详细地参考附图，图1示出了流体分离系统10的总体示意图。泵20 (通常 经由脱气器27(其进行脱气，因而减少了流动相中溶解的气体的数量））从溶剂供应器25 接收流动相。泵20-作为流动相驱动装置-驱动流动相通过包含固定相的分离设备30 (诸 如色谱柱）。采样单元40可被设置在泵20和分离设备30之间，以将样品流体引入或添加到 流动相中（常常被称作样品引入）。分离设备30的固定相被配置用于分离样品流体中的化 合物。检测器50被设置用于检测样品流体中的经分离的化合物。分级单元（fractionating unit)60可被设置用于输出样品流体的经分离的化合物。
[0054] 尽管流动相可以只包括一种溶剂，它还可由多种溶剂混合而成。这样的混合可能 是低压混合并且被设置在泵20的上游，从而使得泵20已经接收并泵送作为流动相的经混 合的溶剂。可替换地，泵20可包括多个个体泵单元，该多个泵单元中的每一个接收并泵送 不同的溶剂或混合物，从而使得（被分离设备30接收到的）流动相的混合发生于高压和泵 20的下游（或者作为其中的一部分）处。流动相的合成物（混合物）可随时间保持恒定 (被称作等度模式（isocratic mode))或者随时间变化（被称作梯度模式）。
[0055] 数据处理单元70可以是传统的PC或工作站，其可以被耦接（如虚线箭头所示） 到流体分离系统10中的一个或多个设备上，以便接收信息和/或控制操作。例如，数据处 理单元70可以控制泵20的操作（例如设置控制参数）并且从其接收关于实际工作状态的 信息（诸如泵20的出口处的输出压力、流率等）。数据处理单元70还可以控制溶剂供应器 25的操作（例如，诸如真空度之类的设置控制参数）并且可从其接受关于实际工作状态的 信息（诸如随时间供应的溶剂组成、流率、真空度等等）。数据处理单元70还可以控制采样 单元40的操作（例如，控制控制样品注入或将样品注入与泵20的操作状态同步）。分离设 备30也可以由数据处理单元70控制（例如，选择具体的流路或柱，设定操作温度等），并且 回过头来将信息（例如工作状态）发送到数据处理单元70。因此，检测器50可以由数据处 理单元70控制（例如，相对于谱或波长设置，设定时间常数、开始/停止数据捕获），并且将 信息（例如关于所检测到的样品化合物）发送到数据处理单元70。数据处理单元70还可 以控制分级单元60的操作（例如结合从检测器50接收的数据）并且提供返回数据。
[0056] 从图1的示例中，能够看出流动相的流路通畅包括多个单独组件，例如泵20、分离 设备30、采样单元40、和检测器50,它们被耦接到一起并且还可包括个体的子组件。还有， 用于传导流体的流体导管（例如，毛细管）被提供，如图1中的实线连接所指示的那样。部 件、组件和流体导管的耦接（特别是在使用可交换或模块化部件时）常常是通过使用配件 来设定的。
[0057] 为了在流体分离系统10内传输流体，通常将管道（tubing)(例如，管状毛细管） 用作传导流体的导管。配件常被用于将多个管道相互耦接或者用于将流体导管（例如，管 道）耦接至任何设备。例如，管道可被用于将各流体导管以流体密封的方式连接至色谱柱 30的入口和出口。图1中的流路（实线）中的任何组件可通过（例如，使用配件）流体导 管来连接。虽然柱30之后的流路常常处于低压（例如，50帕或更低），从泵20到柱30的 入口的流路处于高压下（当前高至1200帕），因此对流体密封连接提出了较高的要求。
[0058] 由于大多数HPLC中应用的高压，流路中以及沿流路的组件需要压力密封。另外， 假使需要生物兼容，还要确保沿流路的组件（包括导管）的所有表面包括一般被认为生物 兼容的材料（这些表面可能与流动相和样品流体有接触），也即，不释放可以污染样品和/ 或柱封装材料的、和/或本身对分析造成不利影响的离子（例如，来自金属部分）。从而，需 要适当的密封来确保这样的生物相容性。
[0059] 图2示出了根据本发明的示例性实施例，用于在流体组件230的流体导管204 (仅 在图2中部分地且示意性地示出）和毛细管202之间提供流体连接的配件200。
[0060] 配件200能够被用于多种目的，但具体用于在一方面的毛细管202 (具有内部的流 体传导腔）与另一方面形成流体组件230的流体导管204的毛细管等等之间提供高压密封 连接。流体组件230能够是色谱分离柱，如图1中的标号30所示的一个色谱柱。
[0061] 下面，将详细描述配件200的构造。配件200包括由不同外壳部分组成的外壳，例 如那些由图2中的标号222和224表不的外壳部分。外壳具有作为其内部槽（recess)的 毛细管接收部室（reception volume),该毛细管接收室被成型并刻度为中心基本圆柱形的 槽并且被配置为接收和容纳毛细管202。毛细管202具有图2中示出的在配件200外部的 部分，该部分可免于任何其他覆盖层。然而，毛细管202被容纳在配件200内的另一部分能 够被可选的金属套筒232围绕。沿其分段被套筒232覆盖的毛细管202能够通过沿图2的 水平方向从左手侧到右手侧的滑动被用户插入毛细管接收部。
[0062] 在所示实施例中还用作力增强器的力施加器206被提供和配置用于可操作以施 加固定力来固定在配件200的毛细管接收部室内接收的毛细管202。因而，通过由用户操作 力施加器206,毛细管202可被夹紧在毛细管接收部中，从而使得在夹紧状态下它不能从配 件200中移除。
[0063] 除外，力限制机构208被提供和配置用于限制可由力施加器206施加到毛细管202 的固定力的固定力幅度。换而言之，如下文详细描述的那样，力限制机构208确保施加到毛 细管202的固定力将不会超出预定的最大固定力。因此，毛细管202可避免受到由于对其 施加的过高的力度而导致的任何损坏。
[0064] 另外，力分解器210、234是被配置用于将固定力分解为两种成分的机构。第一成 分是推进力分量，该推进力分量具有将在毛细管接收部中接收的毛细管202朝着第一成分 的方向（即，朝着图2的右手侧的方向）向前推进的倾向。被力分解器210、234分离的所 施加的固定力的第二成分将在毛细管接收部中接收的毛细管202夹紧在配件200内的夹紧 力分量。该夹紧力指向沿周向向内的方向，即被施加至毛细管202的整个圆周。
[0065] 另外，提供了偏置机构212。如可从图2中看出，偏置机构212是八个平板垫圈240 的组装件（即，四个凹形平板垫圈和四个凸形平板垫圈），它们以成对交替的方式进行布置 从而形成图2中所示的弹簧组。偏置机构212被布置在力施加器206和力分解器210、234 之间（但可以位于其他地方）。它可被配置为相对毛细管对力分解器210、234进行偏置。 换而言之，可从偏置机构中国施加偏置力，其促进毛细管202的前向运动，S卩，朝向连接至 它的流体导管204的方向。这确保了毛细管202和流体导管204之间的结合部位处的适当 密封。另外，在减少或失去将毛细管202按压至流体导管204的前向按压力的情形中（例 如由于老化效应或者温度诱导效应的原因），偏置机构可递送附加的力，该附加的力维护了 流体组件230和毛细管202之间的密封耦接。另外，这额外地促进了配件200内毛细管202 的夹紧，从而使得偏置机构还能够阻止配件200内毛细管202的不希望的滑动。
[0066] 从图2中可看出，力施加器206具有可由用户手动操作的杠杆214。为此，杠杆214 在结构上被成型未可由人的手来握住。力施加器206另外具有偏心轴216,该偏心轴216具 有垂直于图2的纸平面布置的轴心线。偏心轴216被刚性地耦合至杠杆214(由金属材料 等等随其整体形成），从而使得杠杆214的转动将偏心轴216推向偏置机构212来从而施加 固定力。由于力施加器206在配件200的壳体或外科处的偏心安装，杠杆214在图2中的 箭头270所示的方向的旋转也使得偏心轴216在箭头272所指示的方向的旋转。由于偏心 组装，由偏心轴216前向地（S卩，朝向毛细管202的右手侧）施加的力随着转动角的增大而 不断增加。由于杠杆214可由用户手动操作而不需要使用特定的工具，配件200的操作十 分便于用户。
[0067] 如上所述，枢转杠杆214持续地增加从力施加器206施加到毛细管200上的固定 力，该固定力是通过如下面详细描述的各种中间组件来传送的。然而，配件200具有阻止所 施加的力超出最大值的机构，该最大值被调整为使得力度的施加不会破坏毛细管202。为 此，力限制机构具有为力施加器206的表面部分的第一接合构件（abutment member)218, 该第一接合构件218随着力施加器206的持续旋转而接近对应的外壳222的第二接合构件 220 (外壳222的表面）。因而，第二接合构件220形成配件外壳222的一部分。更精确地， 第二接合构件220是对应的外壳部分222的表面部分，其突出或伸出从而在钢杆214被旋 转直到它与外壳部分222接触时被选择性地与第一接合构件218接触。此接合抑制了力施 加器206的进一步继续操作，从而抑制固定力的过量。当接合构件218、220彼此相互接合 时，杠杆240沿箭头270的进一步持续操作被呈现为是不可能的，从而中止了固定力的进一 步增加。
[0068] 上述力分解机构210、234在配件200的所示实施例中具体通过两个组件（套爪 (collet) 234和第一箍（ferrule) 210)的协作来实现的。套爪234四周地围绕整个毛细管 202。第一箍210相对套爪234由通过偏置机构212发出的偏置力进行偏置。套爪234和 第一箍210被成型为具有对应的接合表面238。这些接合表面238相对于毛细管202的延 伸方向（该延伸方向是图2的水平方向）是倾斜的以用于将固定力分解为纵向的推进力分 量以及周向向内的夹紧力分量。第一箍210被配置为具有锥状通孔的环状圆片（disk)。第 一箍210的通孔具有在与偏置元件210的接合部位处的内径，该内径小于第一箍210在面 向流体组件230的结合部位的内径。鉴于所描述的几何结构，由力施加器206施加的力被 分为两个矢量成分，一个压缩毛细管202而另一个朝向图2的右手侧的方向按压或推送毛 细管202。
[0069] 从图2中可以看出，套爪234可被配置为具有锥状端部（在图2的左手侧的一端） 的纵向开口管（longitudinally slitted tube)。换而言之，套爪234接触第一箍210的端 部也是倾斜的，以确保适当的力传输。为了匹配第一箍210的锥状，套爪234的端部从图2 的左手侧到图2的右手侧增加它的直径。套爪234的倾斜角和第一箍210的倾斜角可以是 相同的或者可以有轻微的差异（例如，可以有Γ到10°的范围内的角度差异），其中倾斜 角中的轻微的差异可以提升套爪234和第一箍210之间的力传输。
[0070] 稱接工件（coupling piece) 242被布置为一方面的力施加器206的可转动偏心轴 216与另一方面的偏置机构212之间的分离构件。耦接工件242具有与偏心轴216接触并 协作的凹的曲面耦接表面244,耦接工件242具有与偏置机构212相接触并协作的平面耦接 表面246。耦接工件242还被实施为环状构件，即具有内通孔的基本圆柱形构件。一旦枢转 杠杆214,离心轴216的外部圆柱形表面在耦接工件242的凹的曲面表面244上进行滚动。
[0071] 图2另外示出了上述外壳被构造为多工件外壳，该多工件外壳具有第一外壳工件 222和第二外壳工件224。第一外壳工件222在没有力施加器206所施加的固定力的情况 下可相对第二外壳工件224进行旋转。换而言之，在图2中所示的操作模式中（其中，力 施加器206没有朝向毛细管202施加固定力），第一外壳工件222能够相对于第二外壳工 件224进行旋转，例如通过握住外壳工件222、224中的一者并对一个224或222进行向下 转动。此外，当力施加器206被操作以施加固定力时，第一外壳工件222相对第二外壳工件 224是固定的。因此，力施加器206的转动不仅对毛细管202施加了固定力，而且还确保外 壳工件222、224相对彼此的选择性固定或移动。
[0072] 可以提供配件200的连接元件296 (安装在外壳工件222、224中）以及外螺纹 (thread) 226。后者可被配置为可连接至流体组件230的协作的内螺纹228。因此，流体组 件230可通过拧被连接至配件200,即，通过相对于流体组件230旋转第二外壳工件224,其 中当力施加器206未在其固定状态而是在其放松状态中时，能够使得第一外壳工件222不 跟随该旋转。因此，两个外壳工件222、224相对彼此可旋转对于所述拧的连接是有利的。
[0073] 在该拧操作之后，枢转杠杆214的旋转不仅以在配件200的孔接收部内被密封的 方式固定了毛细管200,并且同时还抑制了外壳部分222、224之间的不希望的旋转。
[0074] 箭头形状的锥状第二箍248被提供作为配件200的另一部分。它被布置在配件 200的前端并且被配置用于提供到流体组件230的密封耦接。锥状的第二箍248在所示实 施例中被成型为材料（例如，PEEK或者任何其他适当的塑料材料）的类似空心圆锥的构件， 该构件在施加压力下发生形变从而对配件200和流体组件230之间的密封由显著的贡献。
[0075] 对于配件200的操作，协作的螺纹266、228之间的拧式连接可以被形成。用户可 引导毛细管202通过配件200的毛细管接收部直到它通过流体导管204接合到它要流体连 接的地方。接下来，可以枢转杠杆214从而以前向以及周向的方向将固定力施加运用到毛 细管202上。同时，该转动抑制了外壳部分222、224之间的旋转。
[0076] 毛细管202可由弹性材料（例如，塑料或者诸如钢铁之类的金属材料）制成。例 如，毛细管202的外径可以是1. 6mm。套筒232 (还能够被表示为穴孔（socket))可被滑至 毛细管202并且可以被焊接至毛细管202,例如通过激光焊接。偏置机构212是独立于温 度效应或老化效应来提供密封力的主动构件（active member)。偏置机构212的平板垫圈 240可由比毛细管的钢铁更硬的钢铁制成。外壳部分224可以是当杠杆214处于图2的断 开状态时可自由旋转的刻槽套筒（knurl sleeve)。当杠杆闭合时（未示出），刻槽套筒被 固定于外壳部分222。第一箍210压缩套爪234从而使得毛细管202能够在适当的地方被 四周地夹紧。力施加器206和耦接工件242可由相同材料制成，例如钢铁。根据所示的力 施加机构，30N的肌力将足以获得800N的夹持力或固定力。阻止过高的力量被施加到毛细 管202的过载保护是由力限制机构208以及弹簧组212提供的。
[0077] 力传输是以这样的方向进行的：从杠杆214到压力圆片或耦接工件242,从耦接工 件242到弹簧组212,以及从弹簧组212到后箍（back ferrule) 210。由于后箍210和开口 套爪（slitted c〇llet)210,后箍210向内按压套爪234。同时，后箍210前向地按压套爪 234,即朝向前套爪248的方向。
[0078] 根据本发明的示例性实施例的配件200的若干有利的特性被归纳如下：配件200 能够抵抗高达2000帕的压强，其对应于25um毛细管处的400N的密封力。由弹簧240造成 的压强和温度波动的补偿被执行。力放大器功能由偏心杠杆机构来完成。因而，只要25N 左右的人力是足够的。可通过拆开来定位杠杆214。配件200具有过载保护，可在无工具下 操作并且易于使用。它具有可置换的耐磨工件。配件200由于它完全的直线运动而具有较 长的寿命。因而，不存在压力和扭曲。配件200可完全与标准的柱形连接兼容。它具有可 释放的连接。
[0079] 在杠杆214上施加的腕力产生了 800N的夹紧力（对应于3600帕的压强）。这对 应于系数32的放大。夹紧力被施加到弹簧组装件或偏置机构212,其用作过载保护和补偿 器。接下来，此弹簧组推动后箍210,该后箍210压缩套爪234。通过被压缩的套爪234,毛 细管202被保持到柱形端口并且另外前向地按压到柱形端口。密封是用基于PEEK的箍248 完成的。
[0080] 图3详细地示出了形成偏置组装件212的平板垫圈240的布置。从图3可以看出， 此实施例中使用的八个弹簧垫圈被群组为四组相邻近的弹簧对，其中凹弹簧垫圈和凸弹簧 垫圈交替地沿图3中所示的弹簧组延伸。
[0081] 图4示出了到后箍210以及从后箍210到套抓234 (接下来到毛细管202)的力传 输。取决于在实施配件200时的设计参数楔角β，所施加的实际载荷力Fa具有正常成分F n 和张力分量Fr。
[0082] 图5示出了根据本发明的示例性实施例的配件的分解图。所示的配件适合于与毛 细管连接系统使用。弹簧组212用作压强和温度平衡元件，以及还用于过载保护。作为高 压密封和毛细管固定器，穴孔500、夹紧锥248和锥形工件502被预见到。标号500和502 形成套爪234。后箍210也对高压密封和毛细管固定器的功能作出了贡献。
[0083] 空心螺杆（hollow screw)或连接元件296用作经由对应螺纹226到分离柱的连 接器。偏心轮杠杆206通过轴506的方式被固定于偏心外壳部分222。偏心外壳部分222 还用作连接元件296的连接螺母。与压力圆片在一起，加持力被传送到弹簧组212并且然 后到连接元件296中容纳的后箍210。对齐可以在断开状态下被执行，其是通过在将偏心外 壳部分222维持空间固定的同时转动刻槽套筒或外壳部分224进行的。
[0084] 图6示出了已组装状态中图5的配件。
[0085] 图7示出了根据本发明的另一示例性实施例的配件900。图7中示出的许多组件 与图2中示出的组件相似或相同。然而，下面将详细描述图2和图7之间的区别。
[0086] 图7的实施例和图2的实施例之间的主要区别是：在图7的实施例中，毛细管202 并未连接至传统的色谱分离柱230,而是与之相比连接到在流体平面结构904中形成的流 体通道204,该流体平面结构904是由多个（塑料或金属的）薄板930制成的，该多个薄板 被层叠到一起并被处理从而具有内部沟槽。通过结合，这些沟槽形成了流体通道204。为了 安装流体平面结构904,配件900具有流体平面结构接收间隙902,其被配置为夹紧地接收 流体平面结构904,以作为具有在其中集成了流体导管204并且流体地耦合至毛细管202的 流体组件。流体平面结构接收间隙902被配置为：在流体平面结构904沿插入方向906纵 向位移时接收流体平面结构904,该插入方向垂直于毛细管202和毛细管接收部的延伸方 向。
[0087] 计数工件外壳部分908也被提供，当流体平面结构904被插入到流体平面结 构接收间隙902中时，该计数工件外壳部分908从右手侧按压流体平面结构904。活塞 (plunger) 910朝向外壳工件224的相对表面的方向对片904进行按压。活塞经由安装在活 塞910和计数工件外壳908之间的弹簧912被偏置在左手侧。
[0088] 在操作中吗，流体平面结构904被插入到流体平面结构接收间隙902中。然后它 将通过弹簧912的偏置力以及通过活塞910的形式被按压向流体平面结构接收间隙902的 左手侧，即，将密封地接合在外壳工件224的表面上。一旦在已经将毛细管202插入到毛细 管接收部之后枢转杠杆214,毛细管202被固定在配件900内并将同时被密封地结合到在多 层层叠的微流体平面结构904中集成的流体通道204的一端。
[〇〇89] 应当注意的是，术语"包括"不排除其它元件或特征，并且"一个"或"一"不排除多 个。还可以将结合不同实施例描述的元件组合在一起。还应当注意的是，权利要求中的标 号不应当被解释为限制权利要求的范围。
【权利要求】
1. 一种用于提供毛细管（202)与流体组件（230)的流体导管（204)之间的流体连接的 配件（200)，所述配件（200)包括： 毛细管接收部，该毛细管接收部被配置为接收所述毛细管（202); 力施加器（206)，该力施加器（206)被配置为可操作以施加用于将所述毛细管（202)固 定在所述配件（200)内的固定力； 力限制机构（208)，该力限制机构被配置为限制可由所述力施加器（206)施加至所述 毛细管（202)的所述固定力； 力分解器（210,234)，所述力分解器（210,234)被配置为将所述固定力分解为推进 力分量和夹紧力分量，所述推进力分量用于将在所述毛细管接收部中接收的所述毛细管 (202)向所述流体组件（230)推进，所述夹紧力分量用于将在所述毛细管接收部中接收的 所述毛细管（202)夹紧在所述配件（200)内；以及 偏置机构（212)，所述偏置机构（212)被具体布置在所述力施加器（206)和所述力分解 器（210, 234)之间并且被配置为将所述力分解器（210, 234)偏置抵靠所述毛细管（202)。
2. 如权利要求1所述的配件（200)，其中所述力施加器（206)具有能由用户操作的杠 杆（214)以及偏心轴（216)，该偏心轴（216)被刚性耦接至所述杠杆（214)以便枢转所述杠 杆（214)来朝向所述偏置机构（212)推动所述偏心轴（216)从而施加所述固定力。
3. 如权利要求1或2所述的配件（200)，其中所述力施加器（206)被配置为可由用户 手动操作，具体被配置为可由用户无需工具地操作。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的配件（200)，其中所述力限制机构（208)具有形 成所述力施加器（206)的一部分的第一接合构件（218)并且具有形成配件外壳（222)的一 部分的第二接合构件（220)，其中所述第一接合构件（218)和所述第二接合构件（220)被配 置为使得彼此接合以抑制所述力施加器（206)的继续操作，从而抑制所述固定力的过量。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的配件（200)，其中所述力分解器（210, 234)包括 至少部分地圆周围绕所述毛细管（232)的至少一部分的套爪（234)并且包括通过所述偏置 机构（212)偏置抵靠所述套爪（234)的第一箍（210)，其中所述套爪（234)和所述第一箍 (210)成型在相互的接合表面（238)，所述接合表面（238)特定地相对于毛细管（202)的延 伸方向是倾斜的，以用于将所述固定力分解为所述推进力分量和所述夹紧力分量。
6. 如权利要求5所述的配件（200)，其中所述第一箍（210)是具有锥状通孔的环状圆 片。
7. 如权利要求5或6所述的配件（200)，其中所述套爪（234)是具有锥状端部的管，具 体是具有锥状端部的开口管，更具体是具有锥状端部的纵向开口管。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的配件（200)，其中所述偏置机构（212)是弹簧组 装件，具体是多个平板垫圈的组装件，并且更具体是一个或多个凹平面垫圈（240)和一个 或多个凸平面垫圈（240)的组装件。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的配件（200)，还包括耦接工件（242)，该耦接工件 (242)被布置在所述力施加器（206)的可枢转偏心轴（216)和所述偏置机构（212)之间并 且具有耦接到所述偏心轴（216)的曲面耦接表面（244)以及耦接至所述偏置机构（212)的 平面耦接表面（246)。
10. 如权利要求1至9中任一项所述的配件（200)，还包括具有第一外壳工件（222)和 第二外壳工件（224)的配件外壳（222, 224)，具体是两件式配件外壳（222, 224)，其中所述 第一外壳工件（222)在不存在由所述力施加器（206)施加的固定力的情况下相对于所述第 二外壳工件（224)是可旋转的，并且其中当所述力施加器（206)被操作来施加所述固定力 时，所述第一外壳工件（222)相对于所述第二外壳工件（224)是固定的。
11. 如权利要求10所述的配件（200)，其中所述力施加器（206)被可枢转地安装在所 述第一外壳工件（222)上。
12. 如权利要求10或11所述的配件（200)，其中所述第二外壳工件（224)具有被配置 为连接至所述流体组件（230)的协作连接部（228)的连接部（226)，所述连接部（226)具体 是外螺纹件（226)，所述协作连接部（228)具体是内螺纹件（228)。
13. 如权利要求1至12中任一项所述的配件（200)，还包括锥状第二箍（248)，该锥状 第二箍（248)在所述配件（200)的前端并且被配置为提供到所述流体组件（230)的密封耦 接。
14. 如权利要求1至12中任一项所述的配件（200)，还包括流体平面结构接收间隙 (902)，该流体平面结构接收间隙（902)被配置为夹紧地接收流体平面结构（904)作为具有 其中集成的所述流体导管（204)的所述流体组件（230)。
15. 如权利要求14所述的配件（200)，其中所述流体平面结构接收间隙（902)被配 置为以垂直于所述毛细管接收部的延伸方向（906)的插入方向接收所述流体平面结构 (904)。
16. -种传导流体样品的流体设备（10)，所述流体设备（10)包括： 具有流体导管（204)的流体组件（30, 230); 毛细管（202);以及 根据权利要求1至15中任一项所述的配件（200)，所述配件（200)用于提供当在所述 配件（200)中被接收到时的所述毛细管（202)与当被连接至所述配件（200)时的所述流体 组件（30,230)的流体导管（204)之间的流体连接，所述流体导管（204)用于将所述流体样 品传导通过所述流体设备（10)。
17. 如权利要求16所述的流体设备（10)，其中在毛细管接收部中被接收的所述毛细管 (202)的至少一部分被套筒（232)圆周地覆盖。
18. 如权利要求16或17所述的流体设备（10)，其中所述流体组件（230)是流体平面 结构（904)，具体包括被图案化使得形成用于传导所述流体样品的所述流体导管（204)的 多个层叠板。
19. 如权利要求16至18中任一项所述的流体设备（10)，其中所述流体组件（230)包 括被配置为处理所述流体样品的处理元件（30)。
20. 如权利要求19所述的流体设备（10)，其中所述处理元件（30)被配置为将所述流 体样品保留为流动相的一部分并且允许所述流动相的其他成分通过所述处理元件（30)。
21. 如权利要求19或20所述的流体设备（10)，其中所述处理元件（30)是分离柱。
22. 如权利要求19至21中任一项所述的流体设备（10)，其中所述处理元件（30)包括 用于分离所述流体样品的成分的色谱柱。
23. 如权利要求16至22中任一项所述的流体设备（10)，被配置为用高压将所述流体 样品通过所述流体导管（204)和所述毛细管（202)。
24. 如权利要求16至23中任一项所述的流体设备（10)，被配置为用至少100帕的压 强将所述流体样品传导通过所述流体导管（204)和所述毛细管（202)，所述压强具体为至 少500帕，更具体为至少1000帕。
25. 如权利要求16至24中任一项所述的流体设备（10)，被配置为用于分离所述流体 样品中的化合物的流体分离系统。
26. 如权利要求16至25中任一项所述的流体设备（10)，被配置为色谱设备，具体是液 相色谱设备或者气相色谱设备，更具体是高效液相色谱装置HPLC。
27. 如权利要求16至25中任一项所述的流体设备（10)，被配置为包括以下各项的群 组中的至少一项：传感器设备、用于化学、生物和/或药剂分析的设备、和凝胶电泳设备。
28. 如权利要求16至27中任一项所述的流体设备（10)，被配置为微流体设备或纳流 体设备。
29. -种用于通过配件（200)将毛细管（202)与流体组件（230)的流体导管（204)流 体地耦接的方法，所述方法包括： 在所述配件（200)的毛细管接收部中接收所述毛细管（202); 操作所述配件（200)的力施加器（206)以施加用于将所述毛细管（202)固定在所述配 件（200)内的固定力； 通过所述配件（200)的力限制机构（208)来限制可由所述力施加器（206)施加至所述 毛细管（202)的所述固定力； 通过所述配件（200)的力分解器（210, 234)将所述固定力分解为推进力分量和夹紧力 分量，所述推进力分量用于将在所述毛细管接收部中接收的所述毛细管（202)向所述流体 组件（230)推进，所述夹紧力分量用于将在所述毛细管接收部中接收的所述毛细管（202) 夹紧在所述配件（200)内；以及 通过所述配件（200)的偏置机构（212)偏置所述毛细管（202)抵靠所述力分解器 (210, 234)，所述偏置机构（212)被具体布置在所述力施加器（206)和所述力分解器（210， 234)之间。
【文档编号】F16L19/00GK104105963SQ201280068908
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2012年2月1日 优先权日:2012年2月1日
【发明者】达利约·泽考, 乔斯-安杰·莫拉-弗拉特 申请人:安捷伦科技有限公司