魔方型离心管架的设计及研发

葛天祥 吴祎群 朱 武 宋广忠

0 引言

在生物、化学、临床和科研等一些领域的研究与实验中，离心管是一种不可或缺的实验器材，一般的离心管都是管状的，不方便直接安放，因此实验室一般将离心管安放在离心管架上。市面上的离心管架有很多，但是种类却不是很多，大致分为三种，第一种为单一规格，只有一面，只能存放一种规格的离心管；第二种是单面两种规格，在同一平面上可以放置两种不同规格的离心管，第三种是双面的，可以在不同的面放置两种不同规格的离心管。

市面上的离心管架有单面和双面的离心管架，各个面放离心管规格已固定，不能自由移动和匹配；如实验操作配置溶液时同时用到多个不同规格的离心管（如0.1 ml、0.2 ml、0.5 ml、1.5 ml、2 ml、5 ml）时需用多个离心管架，占用空间较大且由于各离心管架间有一定的距离，操作起来不方便。我们认为现有市面上的离心管架存在设计单一、不方便拿取、加样时易混淆等问题。

现在市场上离心管架同质化严重，缺乏一种结构简单、使用方便、层次分明、易观察、易拿取，并且空间利用率高的离心管架。鉴于以上现状，我们将魔方与离心管架结合起来[1]，设计了三种视觉美观、层次分明、辨识度和空间利用率高、设计感和艺术感强的魔方型离心管架：（1）一种新型六面多功能离心管架（专利号ZL201720164844.9）；（2）一种高阶魔方型离心管架（专利号ZL201721920981.7）；（3）一种多功能离心管架（专利号ZL201720574050.X）。

1 魔方型离心管架的设计

1.1 新型六面多功能离心管架[2]

本设计的管架本体为正六面体，包括转芯、可转动的设置在该转芯端部的中心块、卡设在相邻中心块之间的棱块以及卡设在相邻棱块之间的角块（见图1）。中心块、棱块与角块的外端中部均开设有用于放置离心管的定位孔，每个平面（上下左右前后）设定一个规格的定位孔。六面就有六个规格，通过设置不同规格的定位孔，各个定位孔可以通过转芯转动自由组合，节省了实验时需要离心管架的数量，同时避免占用更多的实验空间。在实验时可根据实验需求的离心管规格和数量要求，通过转芯自由转动离心管架，使需要的定位孔组合在同一个平面；此外，由于管架本体是正立方体结构，如果实验需要的定位孔比较多，可以将多个管架本体并排组合在一起使用，既简单又方便。

定位孔的外端面上均设有颜色标记区域和计量标记区域；该颜色标记区域与计量标记区域位置相对布设；如在定位孔的外端面上标注如下：黄色面0.1 ml；白色面0.2 ml；蓝色面0.5 ml；红色面1.5 ml；绿色面2 ml；橙色面5ml 等，每面有九个定位孔，六个面就有54 个定位孔，颜色标记和计量标记可以多样化，适用于不同的离心管选择；通过设置颜色标记区域与计量标记区域，能直观清晰反映离心管的规格和颜色，给使用带来便捷。

定位孔的顶部内侧设置有防滑垫，该防滑垫可拆式连接于定位孔内；防滑垫为橡胶垫或PVC 板，且防滑垫的底部设有防滑纹；定位孔的底部设置有采样垫，采样垫固定套接于定位孔内，采样垫固定套接于定位孔内；进一步增加了离心管与定位孔的连接缓冲性，提高了离心管使用的安全性。该管架本体为硬质塑料，减轻重量，方便携带。

1.2 高阶魔方型离心管架[3]

本设计由至少两个高阶魔方管架本体组成（高阶魔方为N阶魔方，其中N＞3），每个管架本体之间通过定位装置可拆式连接，包括若干旋转模块，旋转模块的外端中部均开设有用于放置离心管的定位孔（见图2）。定位装置包括壳体和与定位孔内径相适配的两个导向柱；壳体包括顶板和两侧板，顶板和两侧板一体成形；两侧板分别位于顶板的两侧，顶板与两侧板形成未封闭的容纳区；两个导向柱位于容纳区内；两侧板用于卡接相邻两个管架本体的旋转模块，当两侧板用于连接相邻两个管架本体时，两侧板上的两个导向柱分别插入相邻两个管架本体上旋转模块的定位孔中；通过定位装置可拆式连接若干管架本体，通过两侧板用于卡接相邻管架本体的旋转模块，同时，两个导向柱定位于旋转模块的定位孔内，保证了相邻离心管架之间的牢固度和稳定性，也保证了离心管的使用安全。

顶板的长度与管架本体的高度相一致，两侧板高度与导向柱高度相一致，两侧板与导向柱的高度为旋转模块高度的1/3，在方便定位装置与离心管架连接的同时，也使得连接后的相邻的离心管架固定性更好。旋转模块上设有的定位孔为不同的大小规格，可以放置不同规格的离心管，方便，实用。定位孔的顶部内侧设置有防滑垫，且防滑垫的底部设有防滑纹。

本管架本体设置呈高阶魔方型，可以自动转动管架本体上的，旋转模块，使需要的定位孔组合在同一个平面；此外，由于管架本体的形状可以为四阶、五阶……十阶，如果实验需要的定位孔比较多，可以将多个管架本体并排组合，通过定位装置连接定位，提高离心管架的整体牢固度，也保证了离心管放置的平稳度，也保证了离心管的使用安全。

1.3 多功能离心管架[4]

本设计的管架本体包括转芯、可转动的设置在该转芯端部的中心块、卡设在相邻中心块之间的棱块以及卡设在相邻棱块之间的角块（见图3）。中心块、棱块与角块的外端中部均开设有用于放置离心管的定位孔，定位孔为不同的大小规格；每个平面设定一个规格的定位孔。通过设置不同规格的定位孔，各个定位孔可以通过转芯转动自由组合，节省了实验时需要离心管架的数量，同时避免占用更多的实验空间。

图3 多功能离心管架

管架本体的形状可以为三阶、四阶、五阶……十阶，可以根据实际情况进行选择，管架本体的中心块、棱块和角块的外侧边缘设有若干磁铁体部件，该磁铁体部件与定位孔的位置相对应。通过磁铁体部件可拆式连接若干管架本体，解决了离心管架组合拼装的问题。同时，在管架本体的外侧边缘均磁铁体部件，通过磁铁连接管架本体，增大了管架本体与管架本体之间的吸附能力，保证了离心管架之间的牢固度和稳定性。或者放置到铁、钴、镍或铁氧体的实验桌上，通过管架本体上的磁铁体部件的吸附，保证了离心管的使用安全。

管架本体的中心块、棱块和角块的外侧设有主体缺口，该主体缺口与磁铁体部件的位置相适配，磁铁体部件分别布设于定位孔的四周的中心块、棱块与角块上，磁铁体部件包括磁铁以及磁铁套。磁铁套接在磁铁套内，磁铁套嵌装在主体缺口内，磁铁为圆柱状，磁铁套由非金属材料制成，或者由非磁性金属材料制成。磁铁体部件结构简单，只需要将磁铁套接在磁铁套内，随后将安装磁铁的磁铁套镶嵌在主体缺口上即可，加工工序少，而角块、棱块和中心块为一体式注塑成型，减少加工装配环节，可以提高生产效率，节能环保。

2 魔方型离心管架的设计创新点

2.1 新型六面多功能离心管架

通过设置不同规格的定位孔，各个定位孔可以自由组合，节省了实验时需要离心管架的数量，同时避免占用更多的实验空间；通过设置颜色标记区域与计量标记区域，能直观清晰反映离心管的规格和颜色，给使用带来便捷。

2.2 高阶魔方型离心管架

采用N 阶魔方，N＞3，可以根据实际需要，选择适用的管架本体，可放数量较多的离心管。通过定位装置可拆式连接若干管架本体，通过两侧板用于卡接相邻管架本体旋转模块，同时，两个导向柱定位于旋转模块的定位孔内，保证了离心管架之间的牢固度和稳定性，也保证了离心管的使用安全。

2.3 多功能离心管架

通过磁铁体部件可拆式连接若干管架本体，解决了离心管架组合拼装的问题，同时，在管架本体的外侧边缘均磁铁体部件，通过磁铁连接管架本体，增大了管架本体与管架本体之间的吸附能力，保证了离心管架之间的牢固度和稳定性，也保证了离心管的使用安全。该离心管架不仅可作为实验器材，也可作为实验室的智力玩具，增加实验操作时的趣味性。多功能离心管架不仅实用美观，而且设计感和艺术感强。

3 魔方型离心管架的研发及市场前景

市面上的离心管架只有双面的或者单面的，最多只能放置两种规格的离心管，存在一定弊端，而本设计克服了这个弊端，魔方型离心管架可以放置多个规格的离心管，而且还可以自由组合，能够有效提高操作效率。同时，其设计材料尽可能使用橡胶及塑料等可循环材料作为基础材料，在废弃后可进行回收重塑。此外，魔方型离心管架与市面上的离心管架相比，成本上具有一定优势。科研院所、医院和高校实验室等都需要离心管架，潜在需求客户众多，市场前景广泛。

若本设计能与离心管架生产厂家和魔方生产公司合作生产研发，借鉴现有离心管架和魔方生产工艺，优化生产工艺，严抓产品质量，为临床、科研实验室和魔方爱好者提供优质产品。不仅如此，客户还可以根据自身需求选择不同的产品。低阶魔方型离心管架结构简单，操作容易，适合标本量较小的高校实验室；高阶型魔方型离心管架可以承装更多规格和数量的离心管，适合科研实用性更强的科研院所；多功能离心管架可自由组装搭配，适合标本量大的临床实验室。

随着移动互联网和智能手机的普及，实验仪器设备和耗材也逐渐走向智能化、自动化。魔方型离心管架如果能投放市场，为了更好地宣传和推广魔方型离心管架产品，可以采取线上线下结合的商业宣传和推广模式。

4 结语

综上所述，魔方型离心管架是一个新兴的实验室耗材，具有使用安全高效，方便快捷的优点，能在市场中凭借其优势占有一席之地。但市场上离心管架及其供应量众多，虽然魔方型多功能离心管架自身具有一定创新性，但市场上仍有可能会出现更加充满特色的产品，甚至是必然会出现的，从而会产生巨大的竞争优势。如果产品不能在原有基础上进一步升级而按照固有模式按部就班，则定然会造成竞争优势缺失，因此要进行不断创新完善，才能在市场中站稳脚跟。