清洁地转移流体的流体转移装置和过程技术领域
本发明涉及用于清洁地转移流体(即，液体或气体)的流体转移装置，特别是在生
物制药、医院、食品和饮料工业中的样品制备领域中，但还用于诊断、保健和研究用途。本发
明还涉及利用此种转移装置来清洁地转移流体的过程。
背景技术
用于清洁地转移处于血液的形式的液体的典型的现有技术装置在US 3,366,103
B中公开。该文献公开了一种收集血液的组件，其包括：圆柱形的抽空空气的容器，其具有低
于外界的压力，在一端处设有可重新密封的可穿透的止挡件；和保持件，其具有基本上细长
的圆柱形构造，该保持件包括内部开孔，该内部开孔是成比例的且构造成有助于容器和止
挡件进入其中，且该内部开孔保持双端针，该双端针固连于保持件的受限的前端，其中它的
内穿透端配置在圆柱形保持件的开孔的内侧，且其外穿透端能够自由地刺穿待被收集血液
的病人的皮肤。抽空空气的容器一旦由双端针的内穿透端刺穿，将由于其低于外界的内部
压力而实现将血液穿过针转移到容器中。该装置设计为用于从活体收集血液的特定目的，
且不可通用地用做实验室环境等中的样品分离中的流体转移装置。
发明内容
本发明的目标是提供一种清洁地转移流体的流体转移装置和过程，其可更通用地
与实验室环境等中的样品处理结合地使用。
根据本发明，提供了如在权利要求1中限定的流体转移装置。在从属权利要求中限
定了流体转移装置的优选实施例。本发明还提供如在权利要求19中限定的清洁地转移流体
的过程。
本发明因此提供一种流体转移装置，其包括：第一贮存器，其具有预定的低于外界
的压力和容积以及被预先密封的开口；第二贮存器，其包括预定容积的流体且具有被预先
密封的开口；以及室，其具有内部空间和去往该空间的入口和来自该空间的出口，该入口适
于连接于第二贮存器的开口，该出口适于连接于第一贮存器的开口。包含在第二贮存器中
的流体的容积优选地预定为使得其比室的内部空间的容积大。
本发明的流体转移装置允许借助于第一贮存器中的低于外界的压力清洁地清除
室中的空间，且排出该室中的任何残余流体，该贮存器还从室吸收被清除的流体和任何空
气气泡。同时地，或在微小的临时延迟下，由于第一贮存器中的低于外界的压力，在同一过
程中第二贮存器中的流体被转移至室的内部空间中且填充其，第一贮存器通过室的内部空
间与第二贮存器的容积连通，而不需要任何外部硬件或手动动作来用于实现流体的转移。
一旦通过将第一和第二贮存器连接于室而被启动，则本发明的流体转移装置自主地操作，
以实现清除室和按照预限定的量将准备的流体转移至室的步骤。
因为本装置中元件的数量少且结构简单，故元件可由塑料或其他可丢弃的材料以
低成本制成。而且，第一和第二贮存器可容易地替换，以在可重复的高精确性下实现流体到
室的内部空间中和到该空间外的多次转移过程。流体始终不泄漏到外侧，且室的内部空间
或环境不会被污染。因此，可在封闭的系统中执行任何流体从室的排水和作为代替的流体
到室中的转移。这包括一旦具有预定的低于外界的压力的第一贮存器连接于出口，则从室
的内部空间有效且完全地移除任何空气气泡。转移过程的任何废弃物被自动地收集在第一
贮存器中，且可废弃而没有溢出或泄漏出装置或污染任何使用者的风险。
而且，第一贮存器和第二贮存器的容积的限定、第二贮存器中的流体的容积及其
与室的内部空间的容积的关系的限定确保与使用者操控无关的可重现的容积转移。
尽管第一贮存器足够刚性，以与降低的内部压力无关地耐受外界压力，但第二贮
存器优选地当内部容积中的压力在流体转移期间处于低于外界的压力时是在外界压力下
可变形的。备选地，第二贮存器是刚性的且包含活塞，该活塞适于在流体转移期间当内部容
积中的压力处于低于外界的压力时，在外界压力下移动。
在另一备选的实施例中，第二贮存器是刚性的(被加压或处于外界压力)，且当连
接于低于外界的压力时被利用液体以允许空气膨胀和液体转移的比率部分地填充。
第一和第二贮存器可为顺序地使用或可连接于彼此的两个分开的部件。
在优选实施例中，第一和第二贮存器连接于彼此，使得贮存器的相应的开口定向
为可同时连接于室的入口和出口。该特征更进一步有助于流体转移装置的操作，在于首先
两个贮存器到室的连接可通过将连结的贮存器连接于相应开口的单次操作来实现。
在第一和第二贮存器连接的结构的优选实施例中，这些贮存器布置成使得，在与
室的入口和出口连接后，第一贮存器的开口在第二贮存器的开口打开之前不久打开。第一
和第二贮存器的被预先密封的开口的该时间顺序的打开限定在从第二贮存器补充流体之
前首先从室的内部空间提取任何流体的不同顺序。该解决方案可通过简单的结构改装而实
现，在该改装中，入口和出口和相应贮存器的被预先密封的开口之间的连接点在插入方向
上移位，使得在连接过程期间以时间顺序的方式建立流体连接。
优选地，第一和第二贮存器通过适配器而可释放地连接于彼此。本实施例是特别
有利的，在于第一和第二贮存器可由在工业中使用的标准器皿或小瓶制成且预先组合在适
配器中，以便在压力水平和贮存器的和待转移的流体的容积方面特别适于转移过程。适配
器的使用允许具有用于该适配器的标准化接口或插座的可能性，同时能够在适配器内侧使
用不同的贮存器。适配器的使用还减少废弃物量，因为适配器可重新使用。而且，处于适配
器形式的可释放连接允许在流体转移之后从室同时且简单地分离贮存器。
第一和第二贮存器的被预先密封的开口优选地设计为使得可以在与室的入口和
出口连接后被强行打开，优选地在于被预先密封的开口的密封件由室的入口和出口的针状
延伸部刺穿。还优选地，第一和第二贮存器的开口的密封件具有自我重新密封特性。这些方
面更进一步地有助于贮存器和流体转移装置的操作，在于流体连接的建立可通过简单的操
作和在仅一个方向上的插入过程来容易地实现，而不需要任何另外的或外部的工具或装
置。自我重新密封特性避免流体的溢出，使得当从与室的连接中移除贮存器时转移完成。
室的内部空间优选地包括一个或更多个波形通道或曲径或多个通道，其布置成用
于同时的流动且连接于入口集管和出口集管，该入口集管和出口集管分别与室的入口和出
口连通。该结构提高效率，且避免通道中的任何液体混合，因为流动方向被从入口到出口清
楚地限定。而且，有助于流体在室中的有效和均等的分布。
优选地，内部空间的多个通道具有基本上相等的长度，或者设计为用于基本上相
等的通过容积。本方面还促进高效的流体转移的实现，和避免非计划的液体混合。它显著地
减少了用于实现从第二贮存器到第一贮存器的流体转移的时间，从而能够有效地利用第一
贮存器中的低于外界的压力水平。通道或多个通道优选地布置为以便基本上覆盖室的至少
一个内部表面。
优选地，室是完全刚性的，但其还可为部分刚性的，且可具有由柔性材料形成的至
少一个壁或表面。该柔性材料可为塑料或橡胶等。在优选实施例中，该柔性材料为多孔膜，
优选地由多孔材料支撑，多孔材料如排水烧结物(drainage frit)、烧结材料、无纺纤维堆
叠材料、单丝纺织网状物材料等。关于本实施例，另一优选结构为，流体转移装置包括第二
室，该第二室与第一室整体结合或可密封地连接于第一室，使得其内部空间利用作为可渗
透的界面而置于其间的多孔膜与第一室的内部空间分开。支撑网状物可设定在膜和通道之
间。第二室优选地具有去往其内部空间的至少一个另外的入口和/或出口。利用该结构，两
个室可邻近于彼此地提供，使得可从一个室穿过多孔膜到第二室过滤期望的流体。本装置
可例如用在样品制备过程中，该样品制备过程包括以下步骤：穿过相邻的室之间的膜过滤
液体样品；过滤冲洗流体，以便冲洗膜上方和下方的所有内部空间；通过膜上方的空间中的
空气加压来移除膜上方的所有液体；连接第一和第二贮存器，以在膜下方的空间中形成低
于外界的压力，以便清除膜下方的排水道(drain)到第一贮存器中且将液体介质从第二贮
存器转移至该排水道中；和使第一和第二贮存器断开连接且可选地利用塞子封闭入口/出
口。
在优选实施例中，室的入口和/或出口可由灭菌过滤器屏障密封。一旦从相应的连
接中移除第一和第二贮存器，则该方面确保室的内部空间的灭菌。
在备选实施例中，室的入口和/或出口的针状延伸部是可移除的。在此种实施例
中，室的入口和/或出口各自由优选地具有自我重新密封特性的可刺穿的开口密封，例如由
隔膜(septum)密封。然后通过分开的针来实现室的入口和出口与第一和第二贮存器之间的
连接，针刺穿入口和出口开口以及第一和第二贮存器的开口。优选地，针由连接部件连接，
从而形成单个件(“针保护器”)，从而允许两个针的容易的同时操作。这些方面还有助于操
作装置，在于在流体的转移和贮存器的移除之后，也可通过简单地使针连接部件断开连接
来从室容易地移除针。然后可用塞子封闭入口和出口，或者优选地，如果开口具有自我重新
密封特性，则入口和出口自动地重新密封，而无需任何其他必要的操控。室的入口和出口开
口的自我重新密封特性避免流体的溢出且保证灭菌。本实施例还因为以下而是有利的：针
的移除允许在随后的操控步骤中更安全地操作室，从而避免任何使用者的受伤。
室可优选地具有去往内部空间的另一入口，该入口适于连接于外部流体源。该另
一入口可用于在第一和第二贮存器连接以将预定的流体从第二贮存器转移到室的内部空
间之前在任何过程中利用流体来装载室的内部空间。
一种使用本发明的流体转移装置清洁地转移流体的过程包括：将第一贮存器连接
于室的出口且打开被预先密封的开口，以借助于第一贮存器中的低于外界的压力将包含在
室的内部空间中的任何流体的一部分提取到第一贮存器中；和将第二贮存器连接于室的入
口且打开被预先密封的开口，以借助于第一贮存器中的低于外界的压力将包含在第二贮存
器中的流体的一部分提取到室的内部空间中。然后，从室断开第一和第二贮存器，从而将转
移的流体留在室的内部空间中，且将从内部空间取出的最初的流体和空气留在第一贮存器
中。如上所述，第一和第二贮存器对室的出口和入口的连接可以以时间顺序的方式实现。
附图说明
将使用附图作为参考，基于多个实施例来描述本发明。在附图中：
图1示出了本发明的流体转移装置的示意图和使用该装置来实现流体转移的典型阶
段；
图2示出流体转移装置的实施例，其中第一和第二贮存器由适配器连接；
图3示出当使用包括适配器的图2的实施例时，与图1的那些步骤对应的典型步骤；
图4公开了一种结构的示意图，其中室的内部空间包括波形通道；
图5A至C示出在室的内部空间中布置多个通道的三个示例性变型；
图6示出流体转移装置的变型，其中室具有额外的入口；
图7示出流体转移装置的变型，其中室在膜的上游和下游具有内部空间；
图8示出了流体转移装置的另一改型，其与图6的流体转移装置类似，且适用于与适配
器结合地用在厌氧气体和液体的流体转移的典型步骤中；
图9示出与本发明的流体转移装置一起使用的适配器的特定实施例；
图10公开了图9的适配器的截面透视图；以及
图11示出了本发明的流体转移装置的示意图和使用该装置来实现流体转移的典型阶
段，其中针状延伸部是从室可移除的。
具体实施方式
如在图1中示意地示出的本发明的流体转移装置具有第一贮存器1，该第一存储器
1保持预定的低于外界的压力(sub-ambient pressure)或真空和容积，且由被预先密封的
开口1a封闭。第二贮存器2包含预定容积的流体M，流体M用作待被转移的介质且也由被预先
密封的开口2a密封。第一贮存器足够刚性以与降低的内部压力无关地耐受外界压力，且其
优选为玻璃或刚性塑料小瓶。第二贮存器优选地当内部容积中的压力在流体转移期间处于
降低的低于外界的压力时，能够在外界压力下变形。备选地，且如图中所示，第二贮存器是
刚性的，且包含活塞，该活塞封闭开放端且适于当内部容积中的压力在流体转移期间处于
低于外接的压力时，在外界压力下朝被预先密封的开口2a移动。而且，应提供具有过滤器的
排口，以允许从贮存器提取流体。
而且，该第二贮存器可为刚性的(被稍微加压或不被加压)，具有比率液体容积/空
气容积，从而允许空气膨胀，以确保部分或完全的液体转移。
该装置的室3具有内部空间6和去往空间6的入口4，入口4适于连接于第二贮存器2
的开口2a。它还具有来自空间6的出口5，出口5适于连接于第一贮存器1的开口1a。
在连接第一和第二贮存器之前，室3的内部空间6包含液体L且可能包含空气气泡。
通过在第一步骤中连接第一贮存器1，第一贮存器中的低于外界的压力实现液体L和任何空
气泡的穿过出口5到第一贮存器1中的转移。通过连接第二贮存器2(优选地在连接第一贮存
器之后具有某时间延迟)，第一贮存器1中的剩余的低于外界的压力实现包含在第二贮存器
中的流体M到室的内部空间中的转移，直到内部空间被完全填充。流体M中的一些可被排放
到第一贮存器中，且第二贮存器中包含的流体的容积在任何情况下都预定为使得其比室的
内部空间的容积大，以便确保在没有任何气泡的情况下完全地填充内部空间，和确保从内
部空间完全地清除最初在该空间中的液体。一旦流体转移完成，则可从室的入口和出口断
开两个贮存器。然后可用塞子封闭入口和出口。
图11示意地示出本发明的流体转移装置的优选实施例。原理工作流程与图1中所
示的一样。在该实施例中，室3的入口4和出口5各自由可刺穿的开口4a和5a密封，优选地由
具有自我重新密封特性的材料密封，例如由隔膜密封。
在连接第一和第二贮存器之前，用针刺穿入口4和出口5的可刺穿的开口4a和5a，
针优选地由形成单个件(“针保护器”)的连接部件22连接。在如上所述地执行步骤1到3之
后，优选地在单次操控中，从室的入口和出口断开贮存器和针保护器两者。然后可用塞子封
闭入口和出口，或者优选地，如果自我重新密封的材料用于开口，则自动地重新密封，而无
需任何其他必要的操控。
图2中示出的室3优选地用接收器7形成，该接收器7适于接收以预先限定的方式连
接第一和第二贮存器的特定适配器8。入口和出口4、5的对室内部空间的优选为针状的延伸
部由接收器的壁包围，以便避免任何使用者的受伤。接收器7朝入口和出口引导适配器8。被
牢固地保持在保持件中的第一和第二贮存器的被预先密封的开口定向为使得单个插入过
程实现如上所述的第一和第二贮存器的时间延迟连接。为此，插入方向上的贮存器的被预
先密封的开口的位置不同，或者密封件1b、2b的厚度不同，或者入口和出口4、5的长度可不
同，或者这些手段可共同地应用，使得在插入过程期间形成延迟连接。另外，废弃液体从室3
的内部空间6到第一贮存器中的转移，和室的内部空间的用来自第二贮存器的介质的填充
与上面结合图1所描述的一样。图3示出使用包括适配器的图2的装置的流体转移的过程的
对应典型步骤。
适配器9的优选备选实施例在图9和10中示出。适配器包括壳体，该壳体具有用于
可移除地保持具有预定容积或大小的小瓶的内部特征。可使用标准6 ml vacuette，但取决
于期望目的和真空能力，也可使用不同的标准容器。壳体包含透明窗13，从而允许使用者查
看适配器中的贮存器的内部容积，且观察和检查流体转移的过程，在于第二贮存器的移动
活塞用作流体转移过程的指示。
壳体可由两个或更多个壳制成，这两个或更多个壳可开放或封闭，且可保持由活
动铰链等附接，以便将元件保持在一起且提供限定的打开和关闭过程。壳体的外侧可设有
特征16，特征16限定预定保持位置且引导在插入接收器中期间由使用者的手指施加的手动
力。可选地，可提供另一橡胶密封件15以封闭适配器的开口(在该处，适配器中的单独贮存
器的被预先密封的开口否则是可接近的)，以便在操作和运输期间保护它们。橡胶密封件15
可在使用之前移除，或者如果不需要则可省略。
适配器的壳体21的内部空间可设计为以便保持不同容积和/或不同类型的贮存
器，使得相应的贮存器的被预先密封的开口的位置与容积和类型无关，总是处于限定的相
同位置处。可提供各种肋条或突出14等，以在限定的位置将小瓶或容器保持就位。
为了使气泡移除的效率最大化，装置室3的内部空间6可设有如在图4中示意地示
出的一个或更多个波形通道10。波形通道将入口连接于出口，且确保一旦形成连接则包含
在内部空间中的所有流体被朝第一贮存器排出，且确保整个内部空间由来自第二贮存器的
流体填充，而不会有任何空气气泡残留或被引入内部空间中。通道可备选地以曲径(maze)
的形式布置，或者多个平行的通道可设有分别连接于主入口通道或集管和主出口通道或集
管的相对相等的长度，以便更有效地清除和填充室的内部空间。图5A至C示出提供从装置的
入口到出口的同时流动的多个通道的各种布置。图5C例如示出具有在入口处的中央供给点
的径向通道，和朝向出口5的外围处的圆形收集通道。一个通道或多个通道优选地布置为以
便基本上覆盖室的至少一个完整的内部表面。
在图6中示出的优选实施例中，室3的内部空间由位于多孔支撑结构13上的膜14再
分，从而将内部空间分成空间的与另一入口11连通的上游部分和空间的与上述入口和出口
连通的下游部分，以用于通过第一和第二贮存器来清除和填充内部空间。分开的入口11(且
可选地未示出的另一出口)可用于穿过室的内部空间中的膜14过滤液体样品。它还可用于
在随后的过程中过滤冲洗流体，以便冲洗干净膜上方和下方的腔。在图6中示出的状态中，
然后可例如通过上面的腔中的通过入口11的空气加压来移除膜14上方的所有液体。在另一
步骤中，转移装置的第一和第二贮存器可连接于入口4和出口5，以清除通道10中的内部空
间和膜14下方的多孔结构13，且如上所述地通过第一贮存器中的低于外界的压力将液体介
质从第二贮存器转移至内部空间10和13。最后，从入口和出口4、5断开第一和第二贮存器，
且利用塞子封闭入口和出口。在流体转移之前通过塞子来封闭分开的入口11(以及提供的
任何分开的出口)。
图7示出图6的流体转移装置的变型，其中室在膜的上游和下游具有内部空间，以
及密封室的入口和/或出口的灭菌过滤器屏障20。室在图6和7中示为一体的部件。然而，它
可由两个室形成，这两个室组合在一起或者能够连接于彼此，其中各室具有一个开放的侧
面。室中的一个的开放侧面由如薄膜或多孔膜的柔性材料封闭。另一室可在开放侧面处与
第一室组合，使得内部空间与第一室的内部空间分开，其中利用作为可渗透的界面置于其
间的多孔膜。该另一室或第二室可具有去往内部空间的至少一个另外的入口和/或出口。使
两个此种室组合可产生图6和7中所示的装置，且允许在如上所述地执行流体转移之前或之
后接近膜。
图8示出流体转移装置的优选实施例和其在清洁的转移过程中的使用。本实施例
的流体转移装置在原理上类似于图2和3中所示的装置，但具有额外的入口和出口，该额外
的入口和出口能够连接于外部管路且在使用后能够由塞子封闭。此外，适于可移除地接收
适配器8的接收器7由外围壁18包围，外围壁18设计为使得室可堆叠或倒置地倾斜，其中适
配器8连接第一和第二贮存器(例如，具有低于外界的压力的贮存器和具有计划被转移到该
室的内部空间中的流体的贮存器)。室的内部空间由盖19封闭，盖19可以是可移除的。盖19
具有透明窗，以允许内部空间的可视检查。室还具有另一入口11和出口，从而允许流体(且
在该示例中，厌氧气体)转移到内部空间中(见图8A)。一旦厌氧气体转移，则断开与分开的
入口的连接且封闭。也由塞子封闭该出口。然后，如图8C中示出的，使室倒置地翻转，使得用
于第一和第二贮存器的适配器8的接收器7能够从上方接近。插入该适配器，以建立贮存器
和室的内部空间之间的连接，以将流体从内部空间清除到第一贮存器中，且将流体M从第二
贮存器转移到内部空间中。在移除适配器之后，也塞住去往内部空间的用于贮存器的入口
和出口。然后根据需要进一步处理室3。
尽管在上面已结合气体和液体描述了流体转移装置的应用，但该流体转移装置还
可与各种粘性液体结合地使用。从第二贮存器转移到室的内部空间中的介质的类型可取决
于需要来选择。
流体转移装置的所有元件可以是可丢弃的，且设计为用于单次使用。备选地，室
和/或适配器可设计为用于频繁的使用且被清洁或灭菌。