魔方型離心管架的設(shè)計(jì)及研發(fā)

葛天祥 吳祎群 朱 武 宋廣忠

0 引言

在生物、化學(xué)、臨床和科研等一些領(lǐng)域的研究與實(shí)驗(yàn)中，離心管是一種不可或缺的實(shí)驗(yàn)器材，一般的離心管都是管狀的，不方便直接安放，因此實(shí)驗(yàn)室一般將離心管安放在離心管架上。市面上的離心管架有很多，但是種類卻不是很多，大致分為三種，第一種為單一規(guī)格，只有一面，只能存放一種規(guī)格的離心管；第二種是單面兩種規(guī)格，在同一平面上可以放置兩種不同規(guī)格的離心管，第三種是雙面的，可以在不同的面放置兩種不同規(guī)格的離心管。

市面上的離心管架有單面和雙面的離心管架，各個(gè)面放離心管規(guī)格已固定，不能自由移動(dòng)和匹配；如實(shí)驗(yàn)操作配置溶液時(shí)同時(shí)用到多個(gè)不同規(guī)格的離心管（如0.1 ml、0.2 ml、0.5 ml、1.5 ml、2 ml、5 ml）時(shí)需用多個(gè)離心管架，占用空間較大且由于各離心管架間有一定的距離，操作起來不方便。我們認(rèn)為現(xiàn)有市面上的離心管架存在設(shè)計(jì)單一、不方便拿取、加樣時(shí)易混淆等問題。

現(xiàn)在市場(chǎng)上離心管架同質(zhì)化嚴(yán)重，缺乏一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、層次分明、易觀察、易拿取，并且空間利用率高的離心管架。鑒于以上現(xiàn)狀，我們將魔方與離心管架結(jié)合起來[1]，設(shè)計(jì)了三種視覺美觀、層次分明、辨識(shí)度和空間利用率高、設(shè)計(jì)感和藝術(shù)感強(qiáng)的魔方型離心管架：（1）一種新型六面多功能離心管架（專利號(hào)ZL201720164844.9）；（2）一種高階魔方型離心管架（專利號(hào)ZL201721920981.7）；（3）一種多功能離心管架（專利號(hào)ZL201720574050.X）。

1 魔方型離心管架的設(shè)計(jì)

1.1 新型六面多功能離心管架[2]

本設(shè)計(jì)的管架本體為正六面體，包括轉(zhuǎn)芯、可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在該轉(zhuǎn)芯端部的中心塊、卡設(shè)在相鄰中心塊之間的棱塊以及卡設(shè)在相鄰棱塊之間的角塊（見圖1）。中心塊、棱塊與角塊的外端中部均開設(shè)有用于放置離心管的定位孔，每個(gè)平面（上下左右前后）設(shè)定一個(gè)規(guī)格的定位孔。六面就有六個(gè)規(guī)格，通過設(shè)置不同規(guī)格的定位孔，各個(gè)定位孔可以通過轉(zhuǎn)芯轉(zhuǎn)動(dòng)自由組合，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)需要離心管架的數(shù)量，同時(shí)避免占用更多的實(shí)驗(yàn)空間。在實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求的離心管規(guī)格和數(shù)量要求，通過轉(zhuǎn)芯自由轉(zhuǎn)動(dòng)離心管架，使需要的定位孔組合在同一個(gè)平面；此外，由于管架本體是正立方體結(jié)構(gòu)，如果實(shí)驗(yàn)需要的定位孔比較多，可以將多個(gè)管架本體并排組合在一起使用，既簡(jiǎn)單又方便。

定位孔的外端面上均設(shè)有顏色標(biāo)記區(qū)域和計(jì)量標(biāo)記區(qū)域；該顏色標(biāo)記區(qū)域與計(jì)量標(biāo)記區(qū)域位置相對(duì)布設(shè)；如在定位孔的外端面上標(biāo)注如下：黃色面0.1 ml；白色面0.2 ml；藍(lán)色面0.5 ml；紅色面1.5 ml；綠色面2 ml；橙色面5ml 等，每面有九個(gè)定位孔，六個(gè)面就有54 個(gè)定位孔，顏色標(biāo)記和計(jì)量標(biāo)記可以多樣化，適用于不同的離心管選擇；通過設(shè)置顏色標(biāo)記區(qū)域與計(jì)量標(biāo)記區(qū)域，能直觀清晰反映離心管的規(guī)格和顏色，給使用帶來便捷。

定位孔的頂部內(nèi)側(cè)設(shè)置有防滑墊，該防滑墊可拆式連接于定位孔內(nèi)；防滑墊為橡膠墊或PVC 板，且防滑墊的底部設(shè)有防滑紋；定位孔的底部設(shè)置有采樣墊，采樣墊固定套接于定位孔內(nèi)，采樣墊固定套接于定位孔內(nèi)；進(jìn)一步增加了離心管與定位孔的連接緩沖性，提高了離心管使用的安全性。該管架本體為硬質(zhì)塑料，減輕重量，方便攜帶。

1.2 高階魔方型離心管架[3]

本設(shè)計(jì)由至少兩個(gè)高階魔方管架本體組成（高階魔方為N階魔方，其中N＞3），每個(gè)管架本體之間通過定位裝置可拆式連接，包括若干旋轉(zhuǎn)模塊，旋轉(zhuǎn)模塊的外端中部均開設(shè)有用于放置離心管的定位孔（見圖2）。定位裝置包括殼體和與定位孔內(nèi)徑相適配的兩個(gè)導(dǎo)向柱；殼體包括頂板和兩側(cè)板，頂板和兩側(cè)板一體成形；兩側(cè)板分別位于頂板的兩側(cè)，頂板與兩側(cè)板形成未封閉的容納區(qū)；兩個(gè)導(dǎo)向柱位于容納區(qū)內(nèi)；兩側(cè)板用于卡接相鄰兩個(gè)管架本體的旋轉(zhuǎn)模塊，當(dāng)兩側(cè)板用于連接相鄰兩個(gè)管架本體時(shí)，兩側(cè)板上的兩個(gè)導(dǎo)向柱分別插入相鄰兩個(gè)管架本體上旋轉(zhuǎn)模塊的定位孔中；通過定位裝置可拆式連接若干管架本體，通過兩側(cè)板用于卡接相鄰管架本體的旋轉(zhuǎn)模塊，同時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)向柱定位于旋轉(zhuǎn)模塊的定位孔內(nèi)，保證了相鄰離心管架之間的牢固度和穩(wěn)定性，也保證了離心管的使用安全。

頂板的長度與管架本體的高度相一致，兩側(cè)板高度與導(dǎo)向柱高度相一致，兩側(cè)板與導(dǎo)向柱的高度為旋轉(zhuǎn)模塊高度的1/3，在方便定位裝置與離心管架連接的同時(shí)，也使得連接后的相鄰的離心管架固定性更好。旋轉(zhuǎn)模塊上設(shè)有的定位孔為不同的大小規(guī)格，可以放置不同規(guī)格的離心管，方便，實(shí)用。定位孔的頂部內(nèi)側(cè)設(shè)置有防滑墊，且防滑墊的底部設(shè)有防滑紋。

本管架本體設(shè)置呈高階魔方型，可以自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)管架本體上的，旋轉(zhuǎn)模塊，使需要的定位孔組合在同一個(gè)平面；此外，由于管架本體的形狀可以為四階、五階……十階，如果實(shí)驗(yàn)需要的定位孔比較多，可以將多個(gè)管架本體并排組合，通過定位裝置連接定位，提高離心管架的整體牢固度，也保證了離心管放置的平穩(wěn)度，也保證了離心管的使用安全。

1.3 多功能離心管架[4]

本設(shè)計(jì)的管架本體包括轉(zhuǎn)芯、可轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)置在該轉(zhuǎn)芯端部的中心塊、卡設(shè)在相鄰中心塊之間的棱塊以及卡設(shè)在相鄰棱塊之間的角塊（見圖3）。中心塊、棱塊與角塊的外端中部均開設(shè)有用于放置離心管的定位孔，定位孔為不同的大小規(guī)格；每個(gè)平面設(shè)定一個(gè)規(guī)格的定位孔。通過設(shè)置不同規(guī)格的定位孔，各個(gè)定位孔可以通過轉(zhuǎn)芯轉(zhuǎn)動(dòng)自由組合，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)需要離心管架的數(shù)量，同時(shí)避免占用更多的實(shí)驗(yàn)空間。

圖3 多功能離心管架

管架本體的形狀可以為三階、四階、五階……十階，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，管架本體的中心塊、棱塊和角塊的外側(cè)邊緣設(shè)有若干磁鐵體部件，該磁鐵體部件與定位孔的位置相對(duì)應(yīng)。通過磁鐵體部件可拆式連接若干管架本體，解決了離心管架組合拼裝的問題。同時(shí)，在管架本體的外側(cè)邊緣均磁鐵體部件，通過磁鐵連接管架本體，增大了管架本體與管架本體之間的吸附能力，保證了離心管架之間的牢固度和穩(wěn)定性?；蛘叻胖玫借F、鈷、鎳或鐵氧體的實(shí)驗(yàn)桌上，通過管架本體上的磁鐵體部件的吸附，保證了離心管的使用安全。

管架本體的中心塊、棱塊和角塊的外側(cè)設(shè)有主體缺口，該主體缺口與磁鐵體部件的位置相適配，磁鐵體部件分別布設(shè)于定位孔的四周的中心塊、棱塊與角塊上，磁鐵體部件包括磁鐵以及磁鐵套。磁鐵套接在磁鐵套內(nèi)，磁鐵套嵌裝在主體缺口內(nèi)，磁鐵為圓柱狀，磁鐵套由非金屬材料制成，或者由非磁性金屬材料制成。磁鐵體部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要將磁鐵套接在磁鐵套內(nèi)，隨后將安裝磁鐵的磁鐵套鑲嵌在主體缺口上即可，加工工序少，而角塊、棱塊和中心塊為一體式注塑成型，減少加工裝配環(huán)節(jié)，可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)能環(huán)保。

2 魔方型離心管架的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 新型六面多功能離心管架

通過設(shè)置不同規(guī)格的定位孔，各個(gè)定位孔可以自由組合，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)需要離心管架的數(shù)量，同時(shí)避免占用更多的實(shí)驗(yàn)空間；通過設(shè)置顏色標(biāo)記區(qū)域與計(jì)量標(biāo)記區(qū)域，能直觀清晰反映離心管的規(guī)格和顏色，給使用帶來便捷。

2.2 高階魔方型離心管架

采用N 階魔方，N＞3，可以根據(jù)實(shí)際需要，選擇適用的管架本體，可放數(shù)量較多的離心管。通過定位裝置可拆式連接若干管架本體，通過兩側(cè)板用于卡接相鄰管架本體旋轉(zhuǎn)模塊，同時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)向柱定位于旋轉(zhuǎn)模塊的定位孔內(nèi)，保證了離心管架之間的牢固度和穩(wěn)定性，也保證了離心管的使用安全。

2.3 多功能離心管架

通過磁鐵體部件可拆式連接若干管架本體，解決了離心管架組合拼裝的問題，同時(shí)，在管架本體的外側(cè)邊緣均磁鐵體部件，通過磁鐵連接管架本體，增大了管架本體與管架本體之間的吸附能力，保證了離心管架之間的牢固度和穩(wěn)定性，也保證了離心管的使用安全。該離心管架不僅可作為實(shí)驗(yàn)器材，也可作為實(shí)驗(yàn)室的智力玩具，增加實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的趣味性。多功能離心管架不僅實(shí)用美觀，而且設(shè)計(jì)感和藝術(shù)感強(qiáng)。

3 魔方型離心管架的研發(fā)及市場(chǎng)前景

市面上的離心管架只有雙面的或者單面的，最多只能放置兩種規(guī)格的離心管，存在一定弊端，而本設(shè)計(jì)克服了這個(gè)弊端，魔方型離心管架可以放置多個(gè)規(guī)格的離心管，而且還可以自由組合，能夠有效提高操作效率。同時(shí)，其設(shè)計(jì)材料盡可能使用橡膠及塑料等可循環(huán)材料作為基礎(chǔ)材料，在廢棄后可進(jìn)行回收重塑。此外，魔方型離心管架與市面上的離心管架相比，成本上具有一定優(yōu)勢(shì)?？蒲性核?、醫(yī)院和高校實(shí)驗(yàn)室等都需要離心管架，潛在需求客戶眾多，市場(chǎng)前景廣泛。

若本設(shè)計(jì)能與離心管架生產(chǎn)廠家和魔方生產(chǎn)公司合作生產(chǎn)研發(fā)，借鑒現(xiàn)有離心管架和魔方生產(chǎn)工藝，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，嚴(yán)抓產(chǎn)品質(zhì)量，為臨床、科研實(shí)驗(yàn)室和魔方愛好者提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。不僅如此，客戶還可以根據(jù)自身需求選擇不同的產(chǎn)品。低階魔方型離心管架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，適合標(biāo)本量較小的高校實(shí)驗(yàn)室；高階型魔方型離心管架可以承裝更多規(guī)格和數(shù)量的離心管，適合科研實(shí)用性更強(qiáng)的科研院所；多功能離心管架可自由組裝搭配，適合標(biāo)本量大的臨床實(shí)驗(yàn)室。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智能手機(jī)的普及，實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和耗材也逐漸走向智能化、自動(dòng)化。魔方型離心管架如果能投放市場(chǎng)，為了更好地宣傳和推廣魔方型離心管架產(chǎn)品，可以采取線上線下結(jié)合的商業(yè)宣傳和推廣模式。

4 結(jié)語

綜上所述，魔方型離心管架是一個(gè)新興的實(shí)驗(yàn)室耗材，具有使用安全高效，方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，能在市場(chǎng)中憑借其優(yōu)勢(shì)占有一席之地。但市場(chǎng)上離心管架及其供應(yīng)量眾多，雖然魔方型多功能離心管架自身具有一定創(chuàng)新性，但市場(chǎng)上仍有可能會(huì)出現(xiàn)更加充滿特色的產(chǎn)品，甚至是必然會(huì)出現(xiàn)的，從而會(huì)產(chǎn)生巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如果產(chǎn)品不能在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步升級(jí)而按照固有模式按部就班，則定然會(huì)造成競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)缺失，因此要進(jìn)行不斷創(chuàng)新完善，才能在市場(chǎng)中站穩(wěn)腳跟。