魔方型離心管架的設計及研發(fā)

葛天祥 吳祎群 朱 武 宋廣忠

0 引言

在生物、化學、臨床和科研等一些領域的研究與實驗中，離心管是一種不可或缺的實驗器材，一般的離心管都是管狀的，不方便直接安放，因此實驗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，各個面放離心管規(guī)格已固定，不能自由移動和匹配；如實驗操作配置溶液時同時用到多個不同規(guī)格的離心管（如0.1 ml、0.2 ml、0.5 ml、1.5 ml、2 ml、5 ml）時需用多個離心管架，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。我們認為現(xiàn)有市面上的離心管架存在設計單一、不方便拿取、加樣時易混淆等問題。

現(xiàn)在市場上離心管架同質化嚴重，缺乏一種結構簡單、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合起來[1]，設計了三種視覺美觀、層次分明、辨識度和空間利用率高、設計感和藝術感強的魔方型離心管架：（1）一種新型六面多功能離心管架（專利號ZL201720164844.9）；（2）一種高階魔方型離心管架（專利號ZL201721920981.7）；（3）一種多功能離心管架（專利號ZL201720574050.X）。

1 魔方型離心管架的設計

1.1 新型六面多功能離心管架[2]

本設計的管架本體為正六面體，包括轉芯、可轉動的設置在該轉芯端部的中心塊、卡設在相鄰中心塊之間的棱塊以及卡設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有用于放置離心管的定位孔，每個平面（上下左右前后）設定一個規(guī)格的定位孔。六面就有六個規(guī)格，通過設置不同規(guī)格的定位孔，各個定位孔可以通過轉芯轉動自由組合，節(jié)省了實驗時需要離心管架的數(shù)量，同時避免占用更多的實驗空間。在實驗時可根據(jù)實驗需求的離心管規(guī)格和數(shù)量要求，通過轉芯自由轉動離心管架，使需要的定位孔組合在同一個平面；此外，由于管架本體是正立方體結構，如果實驗需要的定位孔比較多，可以將多個管架本體并排組合在一起使用，既簡單又方便。

定位孔的外端面上均設有顏色標記區(qū)域和計量標記區(qū)域；該顏色標記區(qū)域與計量標記區(qū)域位置相對布設；如在定位孔的外端面上標注如下：黃色面0.1 ml；白色面0.2 ml；藍色面0.5 ml；紅色面1.5 ml；綠色面2 ml；橙色面5ml 等，每面有九個定位孔，六個面就有54 個定位孔，顏色標記和計量標記可以多樣化，適用于不同的離心管選擇；通過設置顏色標記區(qū)域與計量標記區(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。

定位孔的頂部內側設置有防滑墊，該防滑墊可拆式連接于定位孔內；防滑墊為橡膠墊或PVC 板，且防滑墊的底部設有防滑紋；定位孔的底部設置有采樣墊，采樣墊固定套接于定位孔內，采樣墊固定套接于定位孔內；進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。該管架本體為硬質塑料，減輕重量，方便攜帶。

1.2 高階魔方型離心管架[3]

本設計由至少兩個高階魔方管架本體組成（高階魔方為N階魔方，其中N＞3），每個管架本體之間通過定位裝置可拆式連接，包括若干旋轉模塊，旋轉模塊的外端中部均開設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徑相適配的兩個導向柱；殼體包括頂板和兩側板，頂板和兩側板一體成形；兩側板分別位于頂板的兩側，頂板與兩側板形成未封閉的容納區(qū)；兩個導向柱位于容納區(qū)內；兩側板用于卡接相鄰兩個管架本體的旋轉模塊，當兩側板用于連接相鄰兩個管架本體時，兩側板上的兩個導向柱分別插入相鄰兩個管架本體上旋轉模塊的定位孔中；通過定位裝置可拆式連接若干管架本體，通過兩側板用于卡接相鄰管架本體的旋轉模塊，同時，兩個導向柱定位于旋轉模塊的定位孔內，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，兩側板高度與導向柱高度相一致，兩側板與導向柱的高度為旋轉模塊高度的1/3，在方便定位裝置與離心管架連接的同時，也使得連接后的相鄰的離心管架固定性更好。旋轉模塊上設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，實用。定位孔的頂部內側設置有防滑墊，且防滑墊的底部設有防滑紋。

本管架本體設置呈高階魔方型，可以自動轉動管架本體上的，旋轉模塊，使需要的定位孔組合在同一個平面；此外，由于管架本體的形狀可以為四階、五階……十階，如果實驗需要的定位孔比較多，可以將多個管架本體并排組合，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]

本設計的管架本體包括轉芯、可轉動的設置在該轉芯端部的中心塊、卡設在相鄰中心塊之間的棱塊以及卡設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；每個平面設定一個規(guī)格的定位孔。通過設置不同規(guī)格的定位孔，各個定位孔可以通過轉芯轉動自由組合，節(jié)省了實驗時需要離心管架的數(shù)量，同時避免占用更多的實驗空間。

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)實際情況進行選擇，管架本體的中心塊、棱塊和角塊的外側邊緣設有若干磁鐵體部件，該磁鐵體部件與定位孔的位置相對應。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，在管架本體的外側邊緣均磁鐵體部件，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。或者放置到鐵、鈷、鎳或鐵氧體的實驗桌上，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、棱塊和角塊的外側設有主體缺口，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，磁鐵套嵌裝在主體缺口內，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。磁鐵體部件結構簡單，只需要將磁鐵套接在磁鐵套內，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計創(chuàng)新點

2.1 新型六面多功能離心管架

通過設置不同規(guī)格的定位孔，各個定位孔可以自由組合，節(jié)省了實驗時需要離心管架的數(shù)量，同時避免占用更多的實驗空間；通過設置顏色標記區(qū)域與計量標記區(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，通過兩側板用于卡接相鄰管架本體旋轉模塊，同時，兩個導向柱定位于旋轉模塊的定位孔內，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，在管架本體的外側邊緣均磁鐵體部件，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驗器材，也可作為實驗室的智力玩具，增加實驗操作時的趣味性。多功能離心管架不僅實用美觀，而且設計感和藝術感強。

3 魔方型離心管架的研發(fā)及市場前景

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，而本設計克服了這個弊端，魔方型離心管架可以放置多個規(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，其設計材料盡可能使用橡膠及塑料等可循環(huán)材料作為基礎材料，在廢棄后可進行回收重塑。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。科研院所、醫(yī)院和高校實驗室等都需要離心管架，潛在需求客戶眾多，市場前景廣泛。

若本設計能與離心管架生產(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，嚴抓產(chǎn)品質量，為臨床、科研實驗室和魔方愛好者提供優(yōu)質產(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構簡單，操作容易，適合標本量較小的高校實驗室；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，適合科研實用性更強的科研院所；多功能離心管架可自由組裝搭配，適合標本量大的臨床實驗室。

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和智能手機的普及，實驗儀器設備和耗材也逐漸走向智能化、自動化。魔方型離心管架如果能投放市場，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合的商業(yè)宣傳和推廣模式。

4 結語

綜上所述，魔方型離心管架是一個新興的實驗室耗材，具有使用安全高效，方便快捷的優(yōu)點，能在市場中憑借其優(yōu)勢占有一席之地。但市場上離心管架及其供應量眾多，雖然魔方型多功能離心管架自身具有一定創(chuàng)新性，但市場上仍有可能會出現(xiàn)更加充滿特色的產(chǎn)品，甚至是必然會出現(xiàn)的，從而會產(chǎn)生巨大的競爭優(yōu)勢。如果產(chǎn)品不能在原有基礎上進一步升級而按照固有模式按部就班，則定然會造成競爭優(yōu)勢缺失，因此要進行不斷創(chuàng)新完善，才能在市場中站穩(wěn)腳跟。