
微孔板离心机新型转子专利有哪些?
在现有微孔板离心机技术中,转子部分往往决定了离心效果、液滴聚集与防漏能力。传统水平放置型转子需要针对不同型号的微孔板更换专用转子,导致设备结构复杂、占用空间大,且用户在更换转子过程中容易发生转子装配不当而导致离心偏心,影响实验准确性。为此,多家机构围绕转子结构进行优化设计,提出了若干实用新型或外观专利,试图通过简化转子更换、提高适配性以及防止样品溢出等方式改善离心体验与实验可靠性。以下分别介绍几项具有代表性的转子专利。
一、CN201676758U:垂直固定槽式转子设计
CN201676758U(杭州奥盛仪器有限公司,申请日2010年4月1日,授权日2010年12月22日)提出了一种将微孔板竖直设置在离心机内的转子结构,不再采用水平放置的转子,而是在转子上设置上下两个固定槽,使微孔板以直立方式夹持于上、下转盘之间,实现离心过程中液体沿试管壁薄膜向底部沉降。该设计可适配多种规格的微孔板,无需更换不同型号的水平转子,从而简化了整体构造,缩小设备体积,并降低更换转子成本。其具体技术要点包括:
转子上下固定槽——上转盘与下转盘的固定槽至少各开两个,对应匹配微孔板上下两端,确保微孔板在运行时保持稳定直立状态,减少离心不平衡现象;
壳体配合放置槽——将放置槽与上下固定槽位置对应,使用户仅需将微孔板从壳体上方插入固定槽即可完成装载,不需额外工具或导向件;
隔板降低空气阻力——壳体内设置隔板,位于上下转盘外围,可减少离心过程中转盘与壳体内空气接触面积,降低空气阻力,提高能效与转速稳定性;
统一驱动程序——由于不同型号微孔板均可与该竖直式转子兼容,因此在驱动控制程序上无须针对不同转子编写多套模式,可在同一程序下完成离心,简化了软件控制与维护工作。
此专利的实用价值在于通过简化转子更换流程,提升了设备兼容性与操作安全性,同时减少了用户学习成本与生产线上零部件库存品种。以上内容来源于专利说明及附图描述。
二、CN215140987U:法兰盘联轴器式转子定位结构
CN215140987U(北一生智科技苏州有限公司,申请日2020年12月30日,授权日2021年12月14日)针对自动化科研工作对离心机转子定位与自动取放的需求,设计了基于伺服电机、联轴器与法兰盘的转子模块,能够实现自动化机械臂取放微孔板并精确定位。该专利在转子设计方面的创新点主要体现在:
法兰盘与联轴器结合——在伺服电机转轴上安装联轴器,联轴器上方设置法兰盘,并在法兰盘上固定连接转动面板;微孔板置于转动面板两侧对称设置的置料盒内,可在离心后保持初始位置便于机械臂抓取;
置料盒对称分布——转动面板两侧对称设置二至四个置料盒,用户可一次性对多个微孔板进行离心,以提高工作效率;同时多置料盒结构使转子受力更加均衡,可降低运行时的不平衡风险;
减重孔设计——在转动面板上开设一系列对称减重孔,一方面降低转子惯量以提高加减速响应速度,另一方面保证在高速旋转时,转子质量分布均匀,避免渗漏与变形;
限位片与凹槽传感器——在伺服电机转轴上设置限位片,并在离心机架内对应安装凹槽传感器,转子在停止及下降转速至预定范围时,限位片与凹槽传感器配合实现转子定位,确保每次离心后转子回到相同初始位置,避免机械臂定位误差;
自动化电控协同——离心机外部设置微孔板进出通道与推拉式上盖,并在通道侧边安装传感器。上盖开合状态通过传感器反馈至控制系统,以便在上盖未完全关闭时禁止启动离心;在上盖打开瞬间,立即触发转子停止,并锁定转盘位置,为自动化取放提供可靠安全保证。该设计可与机器人对接,满足高通量筛选与自动化PCR检测对离心环节的要求。
通过上述技术措施,CN215140987U在转子兼容性、自动化对接与高效循环方面取得了显著改进,为实验室自动化流程提供了技术支持。对标自动化PCR一体化设备时,该转子结构在兼顾速度与精度的同时显著提升设备可扩展性。
三、Benchmark C2000系列:水平摆动式转子专利技术
Benchmark(美国,Model C2000,上市年份约2017年)在其产品说明中提到“独特的微孔板水平转子专利技术,有效防止样品溢出”(Benchmark产品页面更新于2017年2月27日)。这一专利技术核心在于:
摆动式悬挂转子设计——转子架呈一定角度(如75°)摆动,使得在离心启动阶段,微孔板能够先处于倾斜状态,随着转速逐渐提高,微孔板在离心力作用下恢复至垂直状态,使得液体因重力与离心力叠加原因更集中地沉积于孔底并形成薄膜;
无需密封胶带——由于转子架对微孔板的围合与转速动态变化,使得在倾斜到垂直的过程中,孔体内的液体仅受表面张力与离心力作用,不会因加速过程而溅出,避免了传统水平转子在高转速时对孔边液滴挟带的风险;
双板兼容与节约空间——C2000可同时容纳两个微孔板,且占地面积小于传统微孔板离心机的一半,提高通量的同时使设备更适合有限空间环境;
极短离心时间——在2550rpm/600×g的条件下,仅需不到7秒即可完成一次离心循环,并在开启保护盖时,转子在4秒内自动减速停机,确保实验安全。Benchmark提到“快速离下PCR板上的挂壁液滴,降低溢出风险”(Benchmark官网)。
以上技术要点来源于Benchmark产品参数介绍,虽未披露具体专利号,但其“水平摆动式转子设计”已成为行业内较为公认的创新方案,后续多款国产与进口同类产品也参照该思路进行改进研发。
四、Gilson CENTRY™ 101:外开式摆动转子专利设计
Gilson(吉尔森)推出的CENTRY™ 101微孔板离心机,其“专有的摆动式转子专利设计”在产品说明中被多次强调,可“防止微孔板内容物溢出,提高微孔板反应的可靠性”(Gilson产品页面,信息来自Gilson上海官方中文页面)。该专利设计要点包括:
75°角摆动式托架——转子托架以75°角放置,用户可无需密封胶带或盖子直接插入微孔板。离心过程中,随着转速增加,托架在离心力作用下迅速切换至垂直状态,使所有反应成分集中于孔底;
外开式转子方便清洁——与传统内藏式转子不同,CENTRY 101使用外开式结构,用户可在转子未运行时将转子整体取出,便于清洁与维护,避免样品交叉污染;
加速/减速保护机制——在高速旋转后,只需不到20秒即可完成离心,且在上盖打开时转子自动停止,并在4秒内平稳减速到停止状态,保证实验安全;
通用兼容多种板型——CENTRY 101可兼容绝大多数PCR平板与微孔板,包括带裙边与不带裙边的96孔或384孔板;
传感与保护设计——在微孔板通道侧边安装传感器,当上盖打开时立刻触发转子停止;并通过LED指示来提示96孔和384孔板的正确放置位置,减少用户操作失误。
Gilson 官方介绍指出,该专利转子设计能在高速运行时保持微孔板内部反应液充分聚集于孔底,有效避免高灵敏度PCR反应中的气泡与重悬液造成的测量误差。
五、Benchmark与Gilson专利对比与技术思考
将Benchmark C2000与Gilson CENTRY™ 101两种转子技术进行对比可以发现:
转子角度与运动方式差异——Benchmark多采用水平摆动并在高速下转入垂直状态,而Gilson的外开式转子则在初始放置时即呈固定倾角(如75°),更强调用户操作便利性与转子清洁维护;
兼容性与通量——Benchmark C2000可同时离心两个微孔板,而Gilson则侧重通用性与保护设计,二者在兼容不同孔板类型与防漏机制上各具特色;
安全保护设计——两者均在上盖开合与传感反馈、电机控制等方面做了细化设计,以确保开盖时转子能快速停机。Benchmark以快速减速和自动停机为亮点,Gilson则进一步强调外开式转子方便取放与可视检查的优势;
专利布局与技术延展——Benchmark和Gilson均通过不同的机构专利或工业设计专利将转子作为核心竞争力进行保护。国内厂商可基于这些思路在兼顾成本、操作简便与防漏效果的前提下进行改进,例如在转子支架材料上选用更轻质高强度的复合材料,或在托架结构上引入更多减重孔与流体动力学优化设计,进一步提升离心效率与样品安全性。
六、其他相关转子创新专利与未来趋势
除了上述几项核心专利外,业内还有一些针对转子识别、降噪与温控集成等方面的创新:
转子识别装置——在B04B5/04分类下,有针对转子识别与快速更换的相关实用新型专利,通常在转子底部或转轴上设置磁体单元与识别传感器,可在不拆卸转子主体的情况下,实现磁体单元调节与更换,提高维护效率;
温控与冷冻集成转子——在高速冷冻离心机(如CH260R系列)中,转子需兼顾低温环境下的材质强度与热膨胀问题,因此专门设计了带保护的柔性驱动装置与离心机轴承散热专利,以保持转子在−20°C至室温范围内运行稳定;
减振降噪转子——围绕实验室环境噪音控制,一些企业推出了基于油浸轴承或气悬浮轴承的转子设计,可在保证高速运转(如8000rpm以上)的同时,将噪音降至30dB以下,提升用户体验;
微量液滴分离专用转子——针对纳升级液体(如低于1μL)的离心需求,部分专利将转子表面设计成纳米级超疏水涂层,配合镂空式减重孔与高速涡流导流槽,使样品在超高转速下能快速聚集且难以形成气泡,适用于数字PCR与超灵敏酶标检测场景。
模块化可插拔式转子架——某些创新方案将转子架设计为可快速插拔的模块,用户可在几秒内完成从微孔板转子到常规离心管转子的切换,既节省时间,又减少机械手或人为操作误差。未来随着实验室设备一体化和开放式仪器平台的发展,这类可插拔式设计将具备更大的应用潜力。
七、专利技术的产业化与应用展望
从专利到产品的转化过程中,需要综合考虑以下因素:
市场需求与成本控制——实验室微孔板离心环节在医药研发、临床检验与基础研究中普遍存在,但对价格较为敏感。专利技术在转子材料选型、加工工艺与自动化程度上应兼顾经济可行性,以便让中小实验室也能承担;
产品标准化与兼容性——不同厂商的微孔板尺寸与壁厚略有差异,转子设计需预留一定兼容误差空间或提供可调节嵌件,以避免因板型不匹配导致离心失败或漏液;
安全与法规合规——转子在高速运转过程中存在较大离心力,一旦装载不平衡或机械故障易造成人员伤害。因此产品必须通过国家或地区安全认证(例如欧盟CE认证、美国UL认证等),并在转子装配与使用流程中设定多重锁定与传感机制;
售后服务与技术支持——专利技术往往涉及核心结构设计,用户在使用过程中会对转子磨损、动平衡校准等问题提出需求。企业需提供定期维护、转子动平衡检测与更换服务,确保离心机长期稳定运行;
开放性与二次开发——随着开放式实验室与自动化平台的普及,转子结构应朝模块化与标准化接口方向发展。通过提供SDK或API接口,让研发者可在现有转子基础上进行二次开发,例如结合光学检测组件,实现离心过程中实时监测液面情况。
基于以上考虑,转子专利若能同时满足安全、兼容、易维护与成本可控等要求,将更容易在产业链中推广应用,也能为企业带来可持续竞争优势。
八、总结与建议
目前,国内外微孔板离心机在转子结构上已取得多项创新性突破,典型案例包括:
杭州奥盛的竖直固定槽式转子(CN201676758U),通过简化转子更换与驱动程序,提高通用性与经济性;
北一生智的自动化联轴器法兰盘转子(CN215140987U),满足高通量自动化需求,实现转子精确定位与自动机械臂对接;
Benchmark C2000的水平摆动式转子专利,通过动态转子角度变化降低溅射与漏液风险;
Gilson CENTRY™ 101的外开式摆动转子设计,兼顾便利清洁与样品防漏、自动停机与快速减速等安全机制。
未来,转子设计有望向更高转速与更小样本量方向发展:一方面通过采用低惯量新型复合材料进一步提升加减速性能,另一方面在转子表面涂层与流体动力学优化方面投入更多研发,使纳升级或微纳滴离心操作成为可能。此外,自动化一体化趋势要求转子在兼顾通用性的基础上,与软件系统、机械臂、检测模块等开放平台深度协同,这对专利布局提出了更高要求。
综上所述,微孔板离心机新型转子专利囊括了从结构优化、材料创新到自动化对接等多个维度。针对不同应用场景(如手动使用、半自动高通量、全自动智能化)应选择或定制相应专利技术,以兼顾性能、成本与安全。企业在研发与选型过程中,既可参考上述典型专利,也可结合自身需求进行二次创新,例如在转子上增加实时温度监测、液滴分布监测等智能化功能,以提升实验室整体运行效率与数据准确性。未来随着技术不断迭代,转子专利将成为区分产品竞争力的关键因素,行业内应密切关注材料科学、流体力学与自动化控制等领域的新进展,为微孔板离心机创造更加高效可靠的创新解决方案。