CN103370610B - 用于等分冷冻样本的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于获取装在容器中冷冻样本的等分试样的方法，其包括将取芯装置移至样本中，且随后取回所述装置以获得冷冻样本芯。取芯的位置被选在径向位置处，在所述位置上，所述冷冻样本芯中至少一种相关物质的浓度代表所述物质在所述样本中的总浓度，尽管在所述冷冻样本可能存在任何浓度梯度。另一种方法包括从所选的径向位置从相同的样本中取出两个不同的冷冻样本芯，从而所述组合的样本芯中一个或多个相关物质的浓度代表所述至少一个物质在所述样本中的总浓度，尽管可能存在任何径向浓度梯度。对机器人系统进行编程或硬接线以实现所述方法。

Description

用于等分冷冻样本的装置和方法

技术领域

本发明大体上涉及用于等分冷冻样本的系统和方法，且更具体地说，涉及用于从单一冷冻生物样本有效地取出多个冷冻样本芯以提供多个可进行单独分析而无需对样本进行解冻的等分试样的系统和方法，且在使样本的降解最小化的同时，保护样本的完整性并延长其使用寿命。

背景技术

生物样本包括任何动物（包括人类）、植物、原生动物、真菌、细菌、病毒或其他生物来源的样本。例如，生物样本包括，但不限于生物体和/或从生物体分离的或分泌的生物流体，如血浆、血清、尿、全血、脐带血、其他基于血液的衍生物、脑脊液、粘液（从呼吸道、宫颈获取的）、腹水、唾液、羊水、精液、眼泪、汗水、任何植物源性液体（包括汁液）；细胞（例如，动物、植物、原生动物、真菌或细菌细胞，包括软层细胞；细胞裂解物、匀浆或悬浮液；微粒体；细胞器（例如，线粒体）；核酸（例如，RNA、DNA），包括染色体DNA、线粒体DNA和质粒（例如，种子质粒）；悬浮液或溶液中的小分子化合物（例如，DMSO中的小分子化合物）；以及其他流体基生物样本。生物样本还可包括植物、植物部分（例如，种子）和组织（例如，肌肉、脂肪、皮肤等）。

生物样本库通常冷冻保存这些宝贵的样本（例如，使用液氮或液氮以上的气相在冰箱中于-80摄氏度进行保存）以尽可能接近其在体内状态的方式保存冷冻样本的生物化学成分和完整性，以便对样本进行准确和可再生性分析。

有时可能需要对已冷冻的样本进行一个或多个测试。例如，研究员可能想要对一组具有特定特性的样本进行测试。特定样本可能包含足以支持进行多个不同测试的材料。为了节约资源，通常从较大的冷冻保存的样本取出称之为等分试样的较小样本以用于一个或多个测试，从而可在一个或多个不同的未来测试中使用冷冻保存的样本的剩余部分。

生物样本库已采用几个不同方式以解决这个问题。一种选择是大体积冷冻样本，在需要等分试样时将样本解冻，且随后重新冷冻所有的剩余部分以冷冻保存的状态保存直至未来需要等分试样时。该选择可有效地使用冰箱空间；但是这种有效性却会导致样本质量的成本。重复冷冻/解冻循环可降解关键生物分子（例如，RNA）并损坏生物标记，且任一情况都会危及任何使用从受损样本获取的数据而进行的研究结果。

另一种选择是大体积冷冻样本，在需要等分试样时将样本解冻，对样本的剩余部分进行细分以制得用于未来测试的额外等分试样，且随后重新冷冻这些较小体积的等分试样以单独地冷冻保存每个等分试样直到未来需要使用等分试样以进行测试。该方法将冷冻/解冻循环的数量限制为暴露样本的情况，但这会增加与劳动相关的支出、导致较大体积的冰箱空间以及需要维持冷冻保存的等分试样的较大容器库存。此外，甚至有限数量的冷冻/解冻循环也会降解或损坏等分试样。另一种方法是在冷冻前将大体积样本分成较小体积的等分试样。这种方法会将冷冻/解冻循环限制为只有一个循环，但是这种方法也具有与劳动成本、较大冰箱空间和容器库存相关的缺点。

美国核准前公开号20090019877公开了一种用于从单一冷冻生物样本提取冷冻样本芯而无需解冻样本的系统，其内容以引用方式并入本文。该系统使用钻机，其包括用于从原始样本取出冷冻样本芯而无需解冻样本的中空钻头取芯针。经钻机获取的冷冻样本芯可用作等分试样以进行测试。在移除冷冻芯后，可将样本的剩余部分返回至冰箱中直到需要从样本获取另一个等分试样以用于未来的测试。本发明对’877公开的系统进行了各种改进，下面则将详细地进行说明。

发明内容

本发明的一个方面是一种用于获取装在容器中冷冻样本的等分试样的方法，其中该样本包括两个或多个物质。该方法包括将样本取芯装置移至冷冻样本中一个位置处，且随后从样本取回样本取芯装置以获取以从该位置取得的冷冻样本芯为形式的等分试样。将该位置选在径向位置处，在该位置上，冷冻样本芯中至少一种相关物质的浓度代表该至少一种相关物质在样本中的总浓度，尽管在冷冻样本可能存在任何浓度梯度。

本发明的另一方面是一种用于获取装在容器中冷冻样本的等分试样的方法，其中该样本包括两个或多个物质。该方法包括将样本取芯装置移至冷冻样本中的第一位置处，且随后从样本取回样本取芯装置以获取以从第一位置取得的冷冻样本芯为形式的第一等分试样。将样本取芯装置或另一个样本取芯装置移至冷冻样本中与第一位置在样本内具有不同径向位置的第二位置处，且随后从样本取回样本取芯装置以获取以从第二位置取得的冷冻样本芯为形式的第二等分试样。将第一和第二等分试样相结合以形成集合等分试样。选择第一和第二位置从而集合等分试样中的至少一种相关物质的浓度代表该相关物质在样本中的总浓度，尽管在冷冻样本可能存在任何浓度梯度。

本发明的另一方面是一种用于从冷冻样本获取冷冻等分试样的系统。该系统具有平台，其用于支撑多个包含冷冻样本的容器。样本取芯装置包括取芯钻头，其适于通过将其移至冷冻样本中并随后将其从冷冻样本取回而从冷冻样本取出冷冻样本芯。机器人系统适于在样本取芯装置和平台之间产生相对运动并操作样本取芯装置以从冷冻样本取出冷冻样本芯。该系统具有处理器，其适于控制机器人系统。处理器可进行编程以从用户接受输入并响应于输入按多个不同模式中的一种模式进行操作。模式在下列一个或多个参数上互不相同：

（a）机器人系统将取芯钻头轴向移至冷冻样本中以获取冷冻样本芯的速度；

（b）机器人系统将取芯钻头轴向移至冷冻样本中以获取冷冻样本芯的力度；

（c）机器人系统旋转取芯钻头以获取冷冻样本芯的速度；

（d）施加至取芯钻头以获取冷冻样本芯的扭矩；

（e）在将取芯钻头轴向移至冷冻样本中时施加至取芯钻头以获取冷冻样本芯的冲击力的量；

（f）从各样本取出冷冻样本芯的位置；

（g）样本取芯装置被移至冷冻样本中的深度；以及

（h）样本取芯装置所使用的用于取出冷冻样本芯的钻头大小或形状。

本发明的另一方面为一种高精度自动化定位系统。该系统具有支架以及由支架所支撑的平台。平台适于支撑多个样本。温度控制块由支架所支撑，且当平台上具有热和冷样本时，可将其操作至至少一个热或冷样本处。由支架所支撑的机器人适于从平台捡起样本、相对于平台移动样本并随后在相对于平台的不同位置放下样本。支架支撑温度控制块从而温度控制块与平台之间具有间隙，以允许相对于温度控制块移动平台而不接触温度控制块。通过多个适于将支架与温度控制块的热胀冷缩隔离开的挠性安装物将支架连接至温度控制块。

本发明的另一方面是一种用于从多个冷冻样本取出冷冻等分试样的系统。该系统包括支架以及由支架所支撑的壳体。平台由支架所支撑且适于在壳体中支撑冷冻样本。温度控制系统适于将平台上和壳体中的样本温度保持在大约0摄氏度至大约-180摄氏度的范围中。机器人具有臂，其适于从平台捡起样本、相对于平台移动样本并随后在相对于平台的不同位置放下样本。机器人臂被安装在壳体外的支架上。样本取芯装置被安装在机器人臂上。可操作取芯装置以从冷冻样本取出冷冻样本芯。

本发明的另一方面为一种用于从多个样本容器获取冷冻样本的等分试样并将等分试样移至多个等分试样接收容器中的系统。该系统具有平台，其用于支撑样本容器和等分试样接收容器。平台包括至少一个转盘。样本取芯装置适于通过将其移至冷冻样本中并随后将其从冷冻样本取回而从冷冻样本取出冷冻样本芯。样本取芯装置被安装在臂上的平台上，该臂可关于基本垂直的轴旋转并可相对于平台垂直地上下移动。第一伺服电机适于驱动转盘的旋转。第二伺服电机适于旋转臂。第三伺服电机适于相对于平台上下移动臂。该系统被构造从而第一、第二和第三伺服电机仅向可由该系统实现的下列一个或多个功能提供位置控制：

（a）将容器从平台移至样本取芯工位；

（b）将另一容器从平台移至与样本取芯工位相间隔的等分试样接收工位；

（c）激活并释放一个或多个夹紧机构以在样本取芯和等分试样接收工位的固定位置处保持并释放容器；

（d）从容器移除螺纹帽；

（e）穿过冷冻样本的表面扫描源自样本检验装置的束以定位已取出样本芯的样本中的任何位置；

（f）将样本取芯装置移至样本容器中以获取冷冻样本芯；

（g）将冷冻样本芯移至位于等分试样接收工位的等分试样接收容器中；

（h）将螺纹帽旋回至容器上；

（i）将容器从样本取芯和等分试样接收工位移回至平台；以及

（j）将样本取芯装置移至清洁工位以进行清洁。

本发明的另一方面是一种用于获取冷冻样本的等分试样的系统。该系统具有平台，其用于支撑多个包含冷冻样本的容器。包括取芯钻头的样本取芯装置适于通过将其移至冷冻样本中并随后将其从冷冻样本取回而从冷冻样本取出冷冻样本芯。机器人系统适于在样本取芯装置和平台之间产生相对运动并操作样本取芯装置以从冷冻样本取出冷冻样本芯。样本检验系统适于在冷冻样本中检测一个或多个已取出冷冻样本芯的位置。样本检验系统包括飞行时间距离传感器，其适于检测传感器和样本表面之间的距离。

本发明的另一方面是一种用于获取冷冻样本的等分试样的系统。该系统具有平台，其用于支撑多个包含冷冻样本的容器。具有取芯钻头的样本取芯装置适于通过将其移至冷冻样本中并随后将其从冷冻样本取回而从冷冻样本取出冷冻样本芯。机器人系统适于在样本取芯装置和平台之间产生相对运动并操作样本取芯装置以从冷冻样本取出冷冻样本芯。样本检验系统适于在冷冻样本中检测一个或多个已取出冷冻样本芯的位置。样本检验系统具有成像系统，其适于对样本可能进行取芯的表面进行成像；以及处理器，可对处理器进行编程以分析仅与各样本的该可能进行取芯的表面部分相对应的图像并确定是否已对该部分进行取芯。

本发明的另一方面是一种用于获取冷冻样本的等分试样的系统。该系统具有平台，其用于支撑多个包含冷冻样本的容器。具有取芯钻头的样本取芯装置适于通过将其移至冷冻样本中并随后将其从冷冻样本取回而从冷冻样本取出冷冻样本芯。机器人系统适于在样本取芯装置和平台之间产生相对运动并操作样本取芯装置以从冷冻样本取出冷冻样本芯。样本检验系统适于在冷冻样本中检测一个或多个已取出冷冻样本芯的位置。样本检验系统包括传感器，可操作该传感器以识别是否已在特定位置对样本可能进行取芯的表面进行取芯，而无论可能进行取芯的表面是否具有使其能以弥漫方式反射光的物理特性。

本发明的另一方面是一种用于从多个冷冻样本取出多个等分试样的系统。该系统具有样本取芯装置，其用于从冷冻样本取出冷冻样本芯。样本取芯装置包括可移动臂以及被安装在臂上的中空取芯钻头。清洁系统包括清洁工位，其具有外壳，该外壳具有腔室、适于至少接收室中取芯钻头下端的开口以及允许使清洁液流至腔室中并与取芯钻头外部相接触的流体入口。清洁系统包括被连接至臂上入口的清洁液供应线。臂上的入口与取芯钻头空心处相流体连接以使用清洁液接触取芯钻头空心处。

本发明的另一方面是一种用于从多个冷冻样本取出多个等分试样的系统。该系统包括样本取芯装置，其用于从冷冻样本取出冷冻样本芯。样本取芯装置具有可移动臂以及被安装在臂上的中空取芯钻头。清洁系统包括清洁工位，其具有外壳，该外壳具有腔室以及适于至少接收腔室中取芯钻头下端的开口。清洁系统具有清洁液供应和干燥气供应。清洁系统适于将清洁液注入腔室中以清洁取芯钻头，并将干燥气注入腔室中以通过腔室中的蒸发而将剩余的清洁液从取芯钻头移除。在某些实施方案中，将柱塞安装在位于取芯钻头上的臂上。可从第一位置，即柱塞比取芯钻头高的位置将柱塞移至第二位置，即柱塞比取芯钻头矮的位置。柱塞延伸至处于第二位置的取芯钻头的空心中以将冷冻样本芯顶出取芯钻头。定位臂上入口从而被供应至臂的清洁液可与柱塞的外部相接触。取芯钻头能够通过被安装于臂上的可旋转主轴总成所持有。主轴总成包括空心，其与取芯钻头的空心相流体连通。清洁系统可具有在臂上的管，其可从管不接触柱塞总成的第一位置移动至管对主轴总成形成密封的第二位置。臂上的入口位于管上。柱塞可延伸通过管，且入口可位于管上，从而被供应至臂的清洁液可与柱塞的外部相接触。该系统可包括干燥气的供应。清洁系统可适于在清洁液接触到取芯钻头后使干燥气与取芯钻头相接触。例如，清洁系统可适于通过臂上的入口注入干燥气。清洁系统适于将干燥气注入腔室中以接收取芯钻头的下端。

其他目的和特征一部分是显而易见的，而一部分将在下文中指出。

附图说明

图1为本发明等分系统的一个实施方案的透视图；

图2为移除外壳的系统的透视图；

图3为图2所示系统的分解透视图；

图4为与图2类似的放大透视图，但其中移除了机器人臂且拆掉了盖子的部分以显示用于支撑样本容器的平台；

图5为图4所示系统的正面图，其中拆掉了盖子的一部分；

图6为图4和5所示系统的俯视图，其中拆掉了盖子的不同部分；

图7为在包括图6所示线7-7的平面上的系统截面图；

图8为按图7所示取截面的系统的透视图，其中移除了盖子；

图9为在包括图6所示线9-9的平面上取截面的系统透视图；

图10、10A、11和11A为在包括图6所示线10-10的平面上系统一部分的放大截面图，其说明用于保持容器的夹紧系统的操作；

图12为在包括图6所示线12-12平面上的放大截面图，其表明系统支架的一部分；

图13为系统机器人臂的透视图；

图14为在包括图13所示线14-14的平面上的机器人臂的截面图；

图15为机器人臂一部分的分解透视图；

图16A和16B说明了在机器人臂中的柱塞将冷冻样本芯从取芯钻头顶出的顺序；

图17A-17F说明了适于清洁柱塞和取芯钻头的清洁系统的一个实施方案的操作；

图18A和18B为正在通过样本检验装置进行检验的已取出多个冷冻样本芯的冷冻样本的示意图；

图18C为传感器输出的图示，该输出适于在之前已取出等分试样的冷冻样本中识别位置；

图18D为说明使用以飞行时间为基础的距离传感器以检验样本的示意图；

图19为取芯钻头顶端的放大透视图；

图20为用于持有系统上容器的活动托盘的透视图；以及

图21和22为用于选择性地在系统平台上夹紧和释放容器的肘节机构的透视图。

在所有附图中，相应的参照符号表示相应的部件。

具体实施方式

现在将参照附图进行说明，首先参照图1和图2，大体上被指定为101的自动化冷冻样本等分系统的一个实施方案包括机器人103，其适于自动地从多个不同的冷冻样本中取出多个冷冻等分试样（例如，以冷冻样本芯为形式）。合适的样本为冷冻生物样本。

生物样本包括任何动物（包括人类）、植物、原生动物、真菌、细菌、病毒或其他生物来源的样本。例如，生物样本包括，但不限于生物体和/或从生物体分离的或分泌的生物流体，如血浆、血清、尿、全血、脐带血、其他基于血液的衍生物、脑脊液、粘液（从呼吸道、宫颈获取的）、腹水、唾液、羊水、精液、眼泪、汗水、任何植物源性液体（包括汁液）、细胞（例如，动物、植物、原生动物、真菌或细菌细胞，包括软层细胞；细胞裂解物、匀浆或悬浮液；微粒体；细胞器（例如，线粒体）；核酸（例如，RNA、DNA），包括染色体DNA、线粒体DNA和质粒（例如，种子质粒）；悬浮液或溶液中的小分子化合物（例如，DMSO中的小分子化合物）；以及其他流体基生物样本。生物样本还可包括植物、植物部分（例如，种子）和组织（例如，肌肉、脂肪、器官、皮肤等）。

机器人103包括或被连接至处理器（未示出），如计算机，其用于控制机器人的操作。机器人103被定位壳体105上，壳体105保护机器人并也可保护操作员免受任何尖锐的物体、气溶胶或可能与机器人的操作相关的喷雾的损坏。在使用可能包含病原体（例如，血源性病原体）的冷冻生物样本的情况下，壳体105也可避免将操作员暴露于潜在的病原体中。在使用等分系统以从冷冻生物样本或其他潜在有害物质取出等分试样时，限制将样本材料释放至环境的能力则很重要。

在本发明的范围之内可以使用各种不同的壳体。例如，图1所示的壳体105包括围成下腔室109的底座107，其中机器人103的底座包含于下腔室109中。如图所示，壳体105的底座107由立架111，例如具有轮子（未示出）的小车所支撑，从而机器人103能够以舒适的工作高度被支撑在地面上以便于机器人和其他人工手动装卸样本。小车111也可很容易地将机器人从一个位置移至另一个位置。壳体105的底座107也可被定位于桌子或工作台上。还应理解的是，在本发明的广泛范围中，不需要将机器人103的底座支撑在任何特定的高度。

壳体105还包括在壳体底座107顶部的活动盖115。有时，可根据需要移除盖子115以进入机器人103内部进行保养或修理。壳体105还包括位于盖子115前方的门117，可开启该门以从系统装卸冷冻样本小瓶和冷冻等分试样小瓶和/或对系统101进行有限的保养或修理而无需移除盖子。盖子115还有助于将冷冻样本与包含机器人103的房间内的热变量隔离开来。可以设想，在某些情况下系统可省略壳体105，如环境允许在没有任何壳体的情况下进行操作或将把系统置于单独的烟或生物遮罩或其他可充分解决将材料从样本释放至环境相关问题的装置中。

参照图2和图3，机器人103包括高精度自动化定位系统121，其适于分别在暂时存储位置123和样本取芯工位125或等分试样接收工位127之间移动多个含有样本和接收等分试样的容器C（例如，小瓶）。高精度自动化定位系统121可便于从样本容器内的精确位置获取以冷冻样本芯为形式的等分试样。例如，适宜地，定位系统121能够保持实际的定位，即与目标定位相距几千分之一英寸（例如，约4千分之一英寸）的范围中，同时可在适于使冷冻生物样本的不良热致变化最小化的冷环境中进行操作。这可便于从所选的以优化等分试样质量的位置（例如，如下文更详细地描述）取出冷冻样本芯和/或使从单一样本容器取出的等分试样的数量最大化。虽然保持精确定位的能力是有益的，但是在本发明的广泛范围中却不是必要的。

虽然在本发明的广泛范围中可使用x、y、z的笛卡尔坐标定位系统，但是图示实施方案中的定位系统121却是θ、θ'、z的定位系统。适宜地，定位系统121包括一个或多个用于支撑容器的可移动平台131和机器人臂129（其详细内容将在下文进行说明），其适于从平台捡起样本、相对于平台移动样本并随后在相对于平台的不同位置放下样本。如图3-6所示，例如，定位系统121包括两个可旋转安装的平台131（例如，转盘），其支撑容器c；以及伺服控制的驱动系统161，其适于控制转盘的移动。适宜地，转盘131支撑多个贮藏器133，在贮藏器133中可接收容器C以相对于各转盘在固定的位置上持有容器。适宜地，样本取芯工位125为位于一个转盘131中心的贮藏器133，且适宜地，等分试样接收工位127为位于另一个转盘中心的贮藏器。

在所示的实施方案中，转盘131适于支撑多个活动托盘135，每一个活动托盘均能够支撑多个容器C。例如，转盘131的上表面可包括用于接收托盘135并在转盘上位置持有托盘的凹陷137。在图示实施方案中的每个贮藏器133均由一个托盘135所支撑的直立外围（例如，圆柱形）侧壁所限定。例如，可将开放式圆柱形套筒139插入托盘135上表面的孔141中以形成贮藏器133。可将类似的套管139插入位于转盘131中心的孔143中以形成在样本取芯和等分试样接收工位125和127上的贮藏器133。适宜地，套筒139由固体热传导性材料，如金属等所制成并具有相对较高的热质量，从而可通过套管对套管内的冷冻样本或冷冻等分试样进行热保护。

图20所示的为托盘135'的另一个实施方案。该托盘135'为一件式托盘或托盘插入物，其中在固体一件式本体137'中形成有相对较深的贮藏器133'，从而本体可沿样本侧向上延伸以在一个贮藏器接收样本时向样本提供热保护。

活动托盘135和135'便于从转盘131装卸容器，因为可在单个步骤中将在其上的整个托盘和容器一起进行装卸。虽然在图示实施方案中的贮藏器133和133'为圆形，但应理解的是，在本发明的范围中贮藏器也可具有其他形状，包括多边形（例如，正方形、六边形等）。还应理解的是，在本发明的广泛范围中还有各种其他的办法可使平台适于支撑多个容器而无需使用任何托盘或贮藏器。

适宜地，用于转盘131的驱动系统161包括单一精确运动控制装置163（例如，伺服电机），其适于控制转盘131的移动。本文所使用的术语“精确运动控制装置”指机械驱动系统，其适于跟踪驱动输出，如位置或速度，并可确保达到所需的驱动输出。精确运动控制装置包括伺服电机和伺服机构，即具有控制系统的电机或驱动机构，该控制系统使用反馈以提供电机/机构和/或一个或多个经装置驱动结构的精确控制（例如，位置控制）。例如，伺服电机和伺服机构可包括控制系统，其使用源自一个或多个位置指示传感器（未示出）的反馈以实现对输出的精确控制。术语精确运动控制还包括步进电机，其具有电机控制系统，该电机控制系统可通过对转子已旋转步数的计数而跟踪电机的输出。

该系统101的一个特征为其使用相对较少的精确运动控制装置以执行大量不同的任务，正如下文将描述的那样。由于精确运动控制装置的建造或购买比较昂贵且需要进行显著的保养以保持精确运动控制装置处于良好的工作秩序中，因此在系统101中限制精确运动控制装置数量的能力即可提供优势。该系统101该特征的一个方面是使用精确运动控制装置（例如，单一的伺服机构136）以控制两个转盘的移动。下文则将说明其他方面。

参照图6-8，转盘驱动电机163被安装在支架181上的转盘131下方。大体上，支架181还可支撑转盘131使其彼此处于并排关系中。例如，适宜地，支架181支撑多个滚筒197，其被定位以接合位于每个转盘131上的沿径向向外延伸的唇缘199，以支撑转盘使其相对于支架旋转。在每个滚筒197中的凹口（例如，V形凹口）中接收唇缘199，从而滚筒在固定的高度持有转盘的唇缘。如图3所示，每个转盘131具有三个滚筒197。

适宜地，用于每个转盘的一个或多个滚筒197可沿径向移动并偏向一方（例如，通过弹簧）以沿径向向内移向转盘的中心，以确保滚筒与转盘唇缘199的接合。如图7所示，例如，被安装在支架181的最左和最右侧的滚筒197被安装在滚筒支撑臂202上，其在图示实施方案中具有大体上为直立的定向。支撑臂202可相对支架移动并偏向一方以沿径向向内移动滚筒。在图示实施方案中，通过托架204将支撑臂202固定至支架181上，该托架204允许臂关于枢轴206进行枢转运动。定位弹簧208或其他偏置构件以偏置支撑臂202使其可沿滚筒移至转盘中心的方向，如图7中箭头所示方向进行枢转。例如，适宜地，弹簧208被安装在枢轴206之下并在支撑臂202的一侧与螺栓210或其他被固定至支架181的适当支护结构的头部之间进行压缩。适宜地，可调整螺栓210以增加或减少被施加至弹簧208的预负载。因为用于每个转盘197的滚筒之一可沿径向移动，所以滚筒197能够适应转盘131的热膨胀和/或收缩，而与预负载弹簧208的偏离则可确保滚筒与转盘保持紧密地接合。

再参照图6-8，电机163可操作性地被连接至轮子165处（例如，如图8所示通过驱动轴167进行），从而可操作电机以旋转轮子。轮子165与转盘131相邻（例如，大体上位于转盘之间）并可操作性地被连接至每个转盘131，从而经电机163而实现的轮子的旋转可驱动两个转盘旋转。例如，适宜地，对轮子165进行定位以同时接合转盘131的相对边缘，从而同时旋转转盘。

特别地，在图示实施方案中的轮子165支撑多个可旋转木钉169，且转盘131具有齿171，该齿171与木钉相啮合以通过木钉转动转盘。这会导致转盘131以完全一致的方式旋转（即，在同一时间、同一方向和同一速度），但应理解的是，在本发明的广泛范围中，并不要求转盘以完全一致的方式旋转。适宜地，木钉169的横截面形状基本上为圆柱形，且齿171之间的空间具有合适的形状以便基本上与木钉相符，如图所示。木钉169可包括滚子轴承、滚珠轴承或其他轴承（未示出）或由其所制造，该轴承允许木钉/轴承在与任一转盘131接合时相对于轮子165（例如，在按图示定向时，位于垂直轴上）进行旋转。轮子165和木钉169会在电机163和转盘131之间产生低摩擦、低背隙和正驱动连接，这便于通过定位系统121对转盘和其上的容器C进行非常精确的定位。

该系统101包括温度控制系统151（参照图3），其可操作以将冷冻样本和等分试样维持在所需温度上（例如，适宜地，位于大约0摄氏度至大约-180摄氏度的范围中的制冷温度，更适宜地，位于大约-40摄氏度至大约-180摄氏度的范围中，更适宜地，位于大约-40摄氏度至大约-80摄氏度的范围中），同时使其位于转盘131上以限制样本的降低并保护样本和等分试样的完整性。通常需要操作温度控制系统151以便使温度低于约-40摄氏度。适宜地，可对温度控制系统151进行编程以从操作员接受输入，以设置或调整所需温度。

如图所示，温度控制系统151包括位于转盘131下方的温度控制块153以及部分围绕温度控制块且在其上带有转盘131和容器的壳体155。壳体155包括一对活动盖159。每个转盘131均由一个盖子159所覆盖。在本发明的范围中，可以使用各种不同的温度控制块以控制冷冻样本的温度。例如，温度控制块153可包括用于容纳冷却液，如液氮或乙醇的贮存器或通路（未示出）。通过将样本保持在非常冷的温度，温度控制系统151有助于在等分过程中限制（且理想状况为防止）冷冻样本的融化。温度控制系统151也可在冷冻样本上限制结霜。由于霜中的水可稀释样本材料并进而改变在样本上进行的任何定量分析的结果，因此不希望在样本上发生结霜。虽然图示实施方案中的温度控制系统151仅提供冷却功能，但在本发明的范围中，可以设想的是温度控制系统也可能会加热冷冻样本。例如，在某些情况下，可能需要温热冷冻样本使其略高于其低温储存温度，以使冷冻样本在等分的过程中不易破裂或受到其他的物理损坏。

将温度控制块153与转盘131机械性的分离开以便通过定位系统121对样本容器进行高度精确的定位。支架181支撑转盘131从而其以略高于温度控制块153的方式与其间隔开来。相应地，在温度控制块153的顶部和转盘131的底部之间具有小间隙157，如图11和12所示。适宜地，间隙157的长度至多为约0.25英寸。大体上，当间隙157比较小时，温度控制块153和转盘131之间的热传递比较好。适宜地，间隙157位于约0.0001英寸至约0.25英寸的范围中，且更适宜地，其位于约0.001英寸至约0.006英寸的范围中。在图示实施方案中，间隙157具有相等的长度，但在本发明的广泛范围中，并不要求间隙157的长度相等。因为间隙157将转盘131与温度控制块153相分离，所以在转盘和温度控制块之间没有物理接触。因此，当转盘移动时，转盘131不会在温度控制块153上滑动，与其摩擦或以其他方式与其相接触。因为在转盘移动时在转盘131和温度控制块153之间没有因摩擦产生热量，因此这有助于将冷冻样本保持在所需的温度上。

虽然支架181支撑着温度控制块153，但是支架仍与温度控制块热胀冷缩的潜在影响机械隔离。这可进一步地将转盘131（通常还包括定位系统121）和与温度控制块153的操作相关的任何热致张力隔离开。参照图3，例如，通过经挠性安装物185被连至支架181的多个支撑物183（例如，矩形条）支撑温度控制块153。如图12所示，每个挠性安装物185包括一个或多个部分187，其大体上适于在大体上垂直于虚线191的轴189上弯曲，该虚线191在挠性安装物至支撑物183的连接193和温度控制块的中心195之间延伸（见图6）。特别地，除了在柔性部分187外，挠性安装物185均相对较硬，且柔性部分可耐除沿弯轴189以外的弯曲。如图12所示，挠性安装物的柔性部分187包括相对较薄的壁195或其他被构造成关于弯轴189具有相对较小的弯矩且在其他方向具有较对较高弯矩的结构。当挠性安装物185包括多个柔性部分187时，如图所示，那么，适宜地，弯轴189则基本上为彼此平行。由于当挠性安装物共同地将温度控制块153牢固地支撑在转盘131下方时，温度控制块153可由于热变而膨胀或收缩以减少热应变，所以每个挠性安装物185均可在柔性部分187按图12中箭头所示的方向很容易地进行弯曲。

如果需要的话，温度控制系统151也可包括一个或多个冷却器或其他冷却单元（未示出），其位于环绕样本的壳体155外部以将壳体以外的温度保持在相对较凉的状态以使壳体155内外的温度差最小化。例如，可使用一个或多个冷却器以冷却围绕机器人103的较大壳体105中的空气或其他气体。在某些情况下，可能需要将内壳155外以及外壳105内的温度保持在显著高于内壳内温度的温度上。因此，可将温度控制系统设计成将内壳155外和外壳105内的温度保持在特定温度以上（例如，在冷冻温度以上或大约在室温中）。例如，可能需要这种情况以避免在壳体155内所保持的低温上操作系统的任何精确运动控制装置或其他组件的需要。

如图13和14所示，机器人臂129被安装在支架181上（例如，内壳155外的一个位置）以关于箭头θ所示的垂直轴201进行枢转运动。适宜地，由精确运动控制装置驱动机器人臂129在该轴201上的旋转。如图所示，例如，被安装在支架181上的伺服控制旋转台203适于驱动臂129在轴201上的旋转。适宜地，在垂直Z方向上的机器人臂129的运动由精确运动控制装置所驱动。例如，适宜地，机器人臂的运动由被安装在支撑物211上的伺服控制线性台207所驱动，且支撑物211由旋转台203所驱动。旋转台203和线性台207为定位系统121的一部分。相应地，在图示实施方案中，定位系统121至多具有三个精确运动控制装置（例如，精确地为三个精确运动控制装置）。

适宜地，机器人臂129包括样本取芯装置，其适于通过将其移至冷冻样本中并随后将其从冷冻样本取回而从冷冻样本取出冷冻样本芯。例如，在图示实施方案中的机器人臂129包括向下延伸的空心取芯钻头215（图19）和可操作用于旋转取芯钻头的电机221（图14和15）。例如，适宜地，电机221被连至可旋转主轴总成317，其通过皮带持有取芯钻头215（图15）。尽管在图示实施方案中的机器人臂129适于旋转取芯钻头215，但应理解的是在本发明的广泛范围中，还有其他方法用于操作钻机总成以获取冷冻样本芯，包括美国核准前公开号20090019877所公开的方法。

适宜地，图示实施方案中的电机221为精确运动控制装置（例如，伺服电机），其适于驱动取芯钻头215的旋转。适宜地，伺服控制电机221可对取芯钻头旋转时的速度和转矩提供非常精确的控制。控制速度和转矩的能力便于根据各种不同的模式操作取芯钻头215，可选择各种不同的模式以说明各种类型的冷冻样本的物理特征，下文也将有更详细的描述。虽然附图所示实施方案中的取芯钻头215由精确运动控制装置221所驱动，但并不认为该装置是定位系统121的一部分，因为它仅旋转取芯钻头且未涉及容器C或机器人臂129的运动。在图示实施方案中，整个系统101包括至多为4个（例如，精确地为4个）精确运动控制装置。

机器人臂129在臂的相对侧上具有一对夹持机构251。每个夹持机构具有夹持臂253，其可枢转地被安装在机器人臂129上并可在缩回位置（图13实线所示）和伸出位置（图13虚线所示）之间移动（例如，通过气动致动器253而实现）。臂253在其自由端具有一个或多个活动手指257。手指257可选择性地在手指之间相对较近的持有位置和手指之间相距较远的释放位置之间进行移动（例如，通过另一气动致动器259而实现）。当臂253处于伸出位置时，可移动手指257使其选择性地夹持或释放含有冷冻样本或冷冻等分试样的容器C。例如，夹持机构251可适于在容器的顶部夹持帽子261。

适宜地，帽子261为螺纹帽，可通过在容器顶部拧紧帽子而将其固定至容器C。因此，当把帽子261固定至容器C时，夹持机构251可通过夹持帽子而捡起整个容器。该系统101还适于在帽子261位于样本取芯工位125或等分试样接收工位127时从容器C移除帽子261，而无需捡起容器。例如，如图10、10A、11、11A、21和22所示，系统101包括一对夹紧机构271，每一个均适于在相对于各转盘131的固定位置上选择性的持有在样本取芯和等分试样接收工位125和127之一上的容器C并释放容器以允许相对于转盘移动该容器。

每个夹紧机构271均包括杆273，其从位于各转盘131边缘的肘节机构275（例如，机械拨动开关）沿径向向内延伸至样本取芯或等分试样接收工位125和127。当肘节机构275处于第一位置时（图10、10A和22），杆273延伸至贮藏器133中并在相对于转盘131的适当位置上夹紧容器C。当肘节机构275处于第二位置时（图11、11A和21），由于杆273不处于第一位置且杆不在适当的位置上夹紧容器C，因此杆273不会一直延伸至转盘131的中心处。当夹紧系统271未在适当的位置夹紧容器C时，可相对于转盘很容易地旋转容器和/或从转盘131捡起容器（例如，通过机器人臂129而实现）。

支架181支撑位于转盘外周的一对夹紧机构致动器277（例如，气动致动器）。当对转盘进行取向时，可沿径向向内延伸致动器277以在第一和第二位置之间移动肘节机构275，从而待致动器推动的以实现肘节机构所需运动的肘节机构的部分与致动器对齐（见图8中左转盘131与致动器277的对齐）。每个肘节机构275均在一个位置279a（图21和22）上进行推动以夹紧容器C并在另一个位置279b进行推动以释放容器。因此，在图示实施方案中，当激活各致动器277以夹紧容器时，每个转盘131均处于第一方向（例如，如图8所示）上，且当激活致动器以释放容器时，每个转盘131均处于不同于第一方向的第二方向上（例如，从图8所示的位置稍微进行逆时针旋转而获取的方向）。

机器人臂129还包括柱塞231，其适于将冷冻样本顶出取芯钻头215。如图14-16B所示，适宜地，柱塞231被安装在取芯钻头215上方并被连接至气动致动器235，其适于在机器人臂129中驱动柱塞的上下运动。通常，柱塞231处于缩回位置上（图16A），其中柱塞的底部在取芯钻头215的顶部上方与其相间隔。在从一个冷冻样本取出冷冻样本芯241后，气动致动器235会向下驱动柱塞231至伸出位置（图16B）以将冷冻样本芯241从中空取芯钻头215顶入等分试样接收容器C中。

用于冷冻样本的壳体155可将系统101中的最冷温度限制在环绕样本的相对较小的空间中。值得注意的是，即使当机器人臂被插入壳体以钻入冷冻样本或移动样本容器时，大部分的机器人臂129仍保持在壳体155的外部。例如，当所处环境比壳体内的环境更暖和时，用于移动机器人臂129的电机203和207以及用于驱动取芯钻头215的电机221均位于壳体155的外部，而不会降解冷冻样本。用于转盘131的电机163也位于壳体的外部。因为电机203、207、221和163位于壳体155的外部，所以他们不需要在壳体内存在的较低温度下进行操作。例如，电机203、207、221和163可在冷冻温度之上的温度下进行操作，更适宜的是在约10摄氏度以上的温度下进行操作，且更适宜的是在约20摄氏度以上的温度下进行操作。

滚筒197也位于壳体155的外缘上。例如，在图示的实施方案中，滚筒197在温度可高于温度控制块紧邻范围中温度的位置上与温度控制块153以沿径向向外的方式相互间隔开。如图所示，滚筒197位于转盘和壳体155之间。相应地，转盘驱动系统161的移动部位于壳体155的外缘上或位于壳体外部。相应地，滚筒197和转盘驱动系统161的其余部分可在壳体155外部或在壳体边缘存在的较暖和的温度下进行操作而不是在温度控制块153和冷冻样本的紧邻范围中可能存在的较低温度下进行操作。

参照图17A-17F，系统101包括清洁系统281，其可操作用于自动清洁和干燥取芯钻头215的内部和外部，并也清洁和干燥柱塞231的下端。清洁系统281包括由支架181所支撑的清洁工位283。清洁工位283包括外壳285，其具有内腔室287以及将取芯钻头215插入腔室的开口289。在腔室287的底部安装有排放器291，且将排放器291连接至排放管线293以从腔室排放流体。外壳285还具有用于从被连至入口处外壳的清洁液供应线297接收一种或多种清洁液（例如，清洁溶液和清洗液）的入口295。可选地，清洁工位238可包括振动器（例如，声波或超声波振动器）（未示出），其被定位以搅动清洁液同时与取芯钻头215接触以帮助从取芯钻头移走样本材料。例如，可使用振动器以帮助从取芯钻头215移走蛋白质或其它粘性物质。

清洁系统281还包括位于机器人臂129上的柱塞清洁子系统301。柱塞清洁子系统301包括柱塞密封管303，其位于电机外壳305的上方。柱塞231延伸通过柱塞密封管303的空心307。柱塞密封管303具有流体入口311，其用于将源自被连至流体入口的流体供应线313的一种或多种清洁液接收至其空心307处。柱塞密封管303顶部的密封构件309（例如，O形圈）对柱塞231进行密封并限制流体通过其顶部从柱塞密封管303的空心307流出柱塞密封管。可选择性地通过致动器315（例如，气动致动器）使柱塞密封管303在柱塞密封管以略高于持有取芯钻头215的旋转主轴总成317的方式与其间隔开的位置（图17C）和柱塞密封管底部接触到主轴总成的位置（图17D）之间移动。

主轴总成317具有从主轴总成延伸到与取芯钻头的空心处相流体连通的取芯钻头215处的空心部分321。当移动柱塞密封管303使其与主轴总成317相接触时，柱塞密封管的空心307与主轴总成317的空心部分321相流体连通（例如，相对齐）从而柱塞密封管中的流体向下流入主轴总成并通过取芯钻头215的空心而流出。当柱塞密封管与主轴总成接触时，密封构件325（例如，O形圈）在柱塞密封管303和主轴总成317之间形成密封，以限制流体除了通过主轴总成以外不得流出柱塞密封管。当柱塞密封管303处于不与主轴总成317相接触的位置上时，主轴总成可由取芯钻头215一同旋转，而不会使密封构件325发生任何滑动或摩擦。

要使用清洁系统281，机器人臂129要将取芯钻头215移至与位于清洁工位283顶部的开口289（见图17A和17C）相对齐。随后，机器人臂129将取芯钻头215向下移动，从而钻头的下端延伸至腔室287（见图17B和17D）中。在该位置，主轴总成317的底部对清洁工位的外壳285形成了密封。柱塞密封管致动器315将柱塞密封管303向下移动使其与主轴总成317的上部相接触，从而密封构件325在柱塞密封管和主轴总成之间形成密封，如图17D所示。

要清洁取芯钻头215的外部，要通过入口295从清洁液供应（未示出）泵入清洁液以将清洁液注入与钻头接触的腔室287中。在接触到钻头215的外部后，清洁液通过排放器291离开腔室。要清洁柱塞231和取芯钻头215的内部，需通过柱塞密封管入口311从相同或不同的清洁液供应将清洁液泵入机器人臂129以将清洁液注入与柱塞231相接触的柱塞密封管303的空心307处。清洁液从柱塞密封管303流入主轴总成的空心321处，主轴总成沿柱塞231向下移动，从而可使清洁液随之进行清洁。随后，清洁液通过取芯钻头215的空心向下流动以清洁钻头的内部。在流出取芯钻头215并流入清洁工位的腔室287后，清洁液通过排放器291进行排放。适宜地，可交替地将清洁液泵入清洁工位283以清洁取芯钻头215的外部并随后泵入机器人臂129以清洁柱塞231和钻头215的内部。然而，在本发明的范围中，也可将所需的清洁液同时泵入清洁工位283和机器人臂129。在清洁过程中的任何时间，都可激活可选的振动器以搅动清洁液，以有助于清洁取芯钻头215。在某些情况下，清洁液可以是干净的水或其他流体，无需将其从取芯钻头215或柱塞231上冲洗干净。如果清洁液是纯净水以外的东西时，如果需要的话，则可将清洁液从取芯钻头215和柱塞2313上冲洗干净。

可选地，清洁系统281在使用清洁液清洁取芯钻头215后可以对其进行干燥。适宜地，可通过与清洁相同的流体线从干燥气供应泵入干燥气（例如，空气、氮气或其它合适的气体），从而将干燥气注入清洁工位的腔室以及柱塞密封管的空心处以干燥取芯钻头的内部和外部。当需要对样本进行定量分析时，在清洁之后对取芯钻头215进行干燥是很重要的，因为这可防止清洁液稀释样本。然而，应理解的是在本发明的广泛范围中，并不要求清洁系统对取芯钻头进行干燥。

系统101包括样本检验系统341，其适于在已取出冷冻样本芯的冷冻样本中检测一个或多个位置。样本检验系统可包括任何类型的传感器，其可适于在已取出冷冻芯的样本中检测孔。可用在样本检验系统341中的合适传感器和传感器系统包括图像分析系统、视觉检测系统、共焦成像系统、光学轮廓仪、飞行时间距离传感器、入射角/反射三角法为基础的距离传感器、数码照相机等。也可对前述传感器和传感器系统进行任意组合以增加样本检验系统的鲁棒性。

例如，适宜地，样本检验系统的一个实施方案包括以精确三角法为基础的光学测距仪341，其被安装在机器人臂129上。可操作测距仪341以将电磁辐射的束342（例如，红外激光束）对准在位于样本取芯工位125上的冷冻样本的上表面处（见图18A）。测距仪341还包括检测系统340，其用于检测经样本表面所反射的电磁辐射344并确定发射该束的位置346和检测器340上经检测器接收到反射束344的位置348之间的间距。通过旋转容器C（例如，使用转盘131）和/或移动机器人臂129，可通过束对冷冻样本的整个上表面进行扫描以识别已取出冷冻样本芯的任何位置。例如，图18B的示意图说明当通过旋转容器C在样本表面上方扫描束，同时机器人臂129具有合适的位置从而束对准样本上与中心相距r（与样本芯孔一样）的位置时，测距仪341的输出是如何变化的，其中样本具有4个冷冻样本芯孔，冷冻样本芯孔按以样本中心为中心且半径为r的圆环进行排列。当束扫过一个孔时，束发射器和接收到反射束的位置之间的间距也会变化（如图18A的箭头所示）。当束穿过一个孔的边缘时，测距仪的输出会有戏剧性的跳跃，从而允许系统确定该孔的存在。

虽然在某些情况下以三角法为基础的光学测距仪可以很好的工作，但本发明已发现当样本的物理特性使其以弥漫方式反射光时，该测距仪无法很好地工作。例如，某些血清和血浆样本具有可导致漫反射的特性。当发生漫反射时，难于或不可能设定仪器设置，从而可使用源自传感器的信号以可靠地检测在可能进行取芯的样本表面上的任何孔。因此，优选地，样本检验系统包括传感器，其可操作用于确定是否已在特定位置对样本可能进行取芯的表面进行取芯，而无论样本是否以弥漫的方式反射光。

样本检验系统的另一个实施方案包括以飞行时间为基础的精确测距仪341’（图18D）。飞行时间距离传感器包括电磁辐射源，其适于将电磁辐射（例如，红外线激光器）的脉冲束342’发射至样本的表面上；以及检测器340’，其适于检测经样本表面反射的辐射。传感器341’包括或被连接至处理器，其适于输出表示在发射该束342’中脉冲的时间和检测器检测到反射束344’中相应脉冲的时间之间的时间差的信号。由于该束扫过样本表面中的孔时，该时间会稍有增加，从而允许使用源自传感器的输出以识别在样本表面中任何孔的位置。

虽然上述飞行时间传感器使用电磁辐射，但应认识到在本发明的范围中可按类似的方式使用发射脉冲听觉信号并检测源自样本表面回波的类似的基于声学的传感器。

在系统101的另一个实施方案中，样本检验系统包括成像系统（例如，数码相机，未示出）和处理器，其用于处理图像以确定是否已从样本取出任何芯。例如，可使用各种亮暗对比算法以分析样本的完整图像并识别样本表面中任何孔的位置。

在系统101的另一个实施方案中，样本检验系统包括处理器，可对其进行编程以分析样本表面一部分的较小图像（或整个表面的较大图像的一部分）以针对样本中是否存在任何可防止在特定位置对样本进行成功取芯的孔的问题进行二元判定（是/否）。如果在紧邻可能的钻孔位置的周边区域不存在孔，那么样本检验系统则允许系统在该位置进行钻孔。在另一方面，如果样本检验系统在可能的钻孔位置的附近检测到孔，则可移动机器人臂和/或容器以评定另一位置是否适于取出冷冻芯以当作等分试样。较简单的是/否算法则更容易实现并可消除使用可同时识别在样本中可能存在的所有孔的存在和位置所需的更精细的图像处理技术的需要。

可选地，系统101包括条形码读取器351（例如，如图2所示被安装在支架181上）以读取可应用于容器C的条形码标签，以确保和核实等分试样是取自正确的容器并放置在正确的容器中。应理解的是，在本发明的范围中，条形码读取器也可位于系统上的其他位置上。

为了进一步说明系统101的各种特征，现在将描述一种使用该系统通过取出冷冻样本芯而从冷冻样本获取一个或多个冷冻等分试样的方法的一个实施方案。应理解的是，在不脱离本发明的范围的前提下可按不同方式使用该系统101。

要启动该过程，将多个包含需要取出一个或多个等分试样的冷冻样本的带有帽子的容器C放置在托盘135中并加载在一个转盘131上（例如，与样本取芯工位125相邻）。将多个用于接收等分试样的空的带帽子的容器C放置在另外的托盘135上并加载在一个转盘131上（例如，与等分试样接收工位127相邻）。例如，适宜地，将所有冷冻样本容器C放置于一个转盘131上，同时将所有等分试样接收容器放置于另一个转盘上。但是，应理解的是这不是实施本发明所必需的。

在将容器C加载在系统101上后，机器人103开始取出等分试样。将机器人臂129移动至一个位置上，从而一个夹持机构251位于含有冷冻样本的容器C的上方。激活致动器255以将夹持臂253移至伸出位置。随后，降低机器人臂直到夹持机构251的手指257与帽子261侧相邻。激活手指致动器259以将手指257移至与帽子的对侧相接触，从而夹持住帽子。抬升机器人臂129以升高容器C，将机器人臂129移至一个位置上从而容器C位于样本取芯工位125的上方，且随后，将其降低以将容器放置在样本取芯工位上。

一旦样本取芯工位125的贮藏器133中接收到容器C，转盘131即旋转以将肘节机构致动器277与位于肘节机构275上的夹紧按钮279a相对齐。延伸肘节机构致动器277以推动位于肘节机构上的夹紧按钮279a，且由此在样本取芯工位夹紧容器以在相对于转盘131的固定位置上持有容器。当夹紧容器C且夹持机构251仍持有帽子时，旋转转盘131以将帽子261从容器上拧下。由于拧下了帽子，所以可抬高机器人臂129，从而在拧下帽子时，夹持机构251不会向下按压该帽子261。在拧下帽子261后，可进一步提升机器人臂129并在夹持臂253仍持有帽的同时通过致动器255将夹持臂253缩回。

可使用其他夹持机构以重复该过程，以将等分试样接收容器移至位于另一个转盘131上的等分试样接收工位127。在该点上，样本容器C已移除帽子并被夹紧在样本取芯工位125的位置上，且等分试样接收容器已移除帽子并被夹紧在等分试样接收工位127上。可使用缩回的夹紧机构保留用于容器的帽子261。

使用样本检验装置241以检验在样本取芯工位125上容器C中的冷冻样本的上表面，以确定是否已从冷冻样本取出任何之前的冷冻样本芯。如果已从冷冻样本取出冷冻样本芯，样本检验装置341还可在样本中确定已取出冷冻芯的位置并通过排除过程识别一个或多个可以取出另外的冷冻芯的位置。

机器人臂129将取芯钻头移至位于样本取芯工位125的样本容器上方的位置处。特别地，机器人臂129将钻头移至位于尚未取出冷冻样本芯的样本部分上方的位置处。在一个实施例中，将待取出冷冻样本芯的位置选定在径向位置处，在该位置上，冷冻样本芯中至少一种相关物质的浓度代表该至少一种相关物质在样本中的总浓度，尽管在冷冻样本可能存在任何浓度梯度。

本发明人已经认识到，当生物样本被冷冻时，其可具有径向的浓度梯度。为了确保等分试样中的相关物质的浓度可代表该物质在原始未冷冻样本中的浓度，可能有必要从径向偏离样本中心轴的位置取出冷冻样本芯。冷冻样本中可使局部浓度代表总浓度的位置可根据样本的特征而有所不同，且可针对任何特定类型的样本和相关物质而实验性地确定相关物质。

还应认识到可从样本中所选定的不同径向位置取出两个或更多的冷冻样本芯，从而使通过结合多个冷冻样本芯而形成的集合等分试样具有可代表该物质在原始未冷冻样本中浓度的相关物质的浓度。例如，可从已知相关物质的局部浓度太高以至于不能代表总样本的位置取出第一冷冻样本芯，且可从相关物质的局部浓度太低以至于不能代表总样本的位置取出第二冷冻样本芯。然而，可选择取出第一和第二样本芯的位置，从而当在单一集合等分试样中结合第一和第二样本芯时，在集合等分试样中的相关物质的浓度可代表该相关物质在原始样本中的总浓度。

高精度定位系统121便于以高准确度从所需位置取出冷冻样本芯。当要在定量测试（即需要一个或多个物质的浓度或相对浓度的测试）中使用等分试样时，该能力则非常重要。本领域技术人员应认识到，对于某些测试，仅需要了解是否存在特定物质，而该物质所存在位置上的浓度则不那么重要。相应地，在本发明的广泛范围中，无需从样本中的任何特定位置取出冷冻样本芯。

当机器人臂129下降以将取芯钻头215的尖端从样本的上表面向下移至冷冻样本时，取芯钻头电机221可转动取芯钻头215。在该方法的一个实施方案中，可基本上一直降低取芯钻头215至容器C的底部以从取出冷冻样本芯的位置获取冷冻样本芯，其基本上可沿样本的垂直高度一直延伸。这可说明样本中可能存在的任何垂直浓度梯度。

一旦完成钻孔过程，则可停用电机221以停止取芯钻头215的旋转。随后，可举起机器人臂129以将取芯钻头及其中包含的冷冻样本芯抬出样本容器。随后，移动机器人臂129以将取芯钻头125和其中所包含的冷冻样本芯定位在位于等分试样接收工位127的等分试样接收容器上方的位置处。停用柱塞致动器235以将样本芯顶出取芯钻头215并顶至等分试样接收容器中。

一旦冷冻样本芯位于等分试样接收容器中，机器人103将帽子261拧回至样本容器上，且当旋转转盘131以旋转所夹紧的容器时，等分试样接收容器可使用夹持机构251以静止地持有帽子。在将帽子261拧回至容器上的过程中，机器人臂129可向下移动以在容器上拧紧帽子时跟踪帽子的向下移动。在将帽子261拧回至容器上后，旋转转盘131以将肘节机构致动器277与肘节机构275上的释放按钮279b相对齐。延伸致动器277以按压释放按钮279b并松开容器C，从而可从样本取芯和等分试样接收工位125和127处移除容器C。随后，可移动机器人臂129以将夹持机构251定位在容器C的上方，以捡起容器C并将其移回到转盘上的暂时存储位置123。在该方法的本实施方案中，仅在样本取芯工位125或等分试样接收工位127上容器C不带帽子。在容器C位于任何存储位置123时，其总是带有帽子的。

如果需要从同一样本取出一个以上的等分试样，其过程除以下部分外大致也相同，即机器人103在从等分试样接收工位127移除第一等分试样接收容器时将样本容器C留在样本取芯工位125上并使用另一个等分试样接收容器对其进行取代。随后，机器人103从样本获取另一个冷冻样本芯将将其放置在第二等分试样接收容器中。只要具有足够的样本材料以用于等分试样，那么就可在一个等分期中重复该过程以从单一样本获取三个、四个或更多的等分试样。在本发明的范围中，也可将多个冷冻样本芯放入单一的等分试样接收容器中（例如，用于获取更大体积的样本材料）。

随后，可使用清洁系统281按上述方式清洁取芯钻头215和柱塞231。在清洁后，可对不同的样本重复该过程。在从加载在系统101上的样本中已经取出所有待取出的等分试样后，从转盘移除托盘135。将仍冷冻的样本返回至低温存储器，从而在未来需要使用另一等分试样以用于不同测试时，可获取该另一等分试样。从系统101取出等分试样并将其传送至生物样本库或生物库的顾客处以进行测试。

根据上述内容应理解的是，系统101能够仅使用三个精确运动控制装置（伺服控制的转盘电机161、用于在θ方向移动机器人臂129的伺服控制的旋转台203以及用于在z方向移动机器人臂的伺服控制的线性台207）以完成一个或多个（例如，所有的）下述任务，以控制相关结构的定位：

（a）将容器从暂时存储位置123移至样本取芯工位125；

（b）将另一容器从暂时存储位置移至与样本取芯工位相间隔的等分试样接收工位127；

（c）激活并释放夹紧机构271以在样本取芯和等分试样接收工位的固定位置处保持并释放容器；

（d）从容器移除螺纹帽；

（e）穿过冷冻样本的上表面扫描源自样本检验装置341的束以定位已取出样本芯的样本中的任何位置；

（f）将样本取芯装置（例如，取芯钻头215）移至样本容器中以从之前未进行取芯的位置获取冷冻样本芯；

（g）将冷冻样本芯移至位于等分试样接收工位的等分试样接收容器中；

（h）将螺纹帽旋回至容器上；

（i）将容器从样本取芯和等分试样接收工位移回至暂时存储位置；以及

（j）将样本取芯装置移至清洁工位。

系统101的另一个特征是，适宜地，处理器可适于接受用户的输入并按用户所选的多个不同模式之一来操作系统。例如，适宜地，可对处理器进行编程和/或硬接线以按各种模式进行操作，各种模式在下列一个或多个参数上互不相同：

（a）机器人103将取芯钻头215轴向移至冷冻样本中以获取样本芯的速度；

（b）机器人103将取芯钻头215轴向移至冷冻样本中以获取样本芯的力度；

（c）机器人103旋转取芯钻头215以获取样本芯的速度；

（d）施加至取芯钻头以获取样本芯的扭矩；

（e）在将取芯钻头215轴向移至冷冻样本中时施加至取芯钻头215以获取样本芯的冲击力的量；

（f）从各样本取出冷冻样本芯的位置；

（g）样本取芯装置被移至冷冻样本中的深度；以及

（h）样本取芯装置所使用的用于取出冷冻样本芯的钻头大小或形状。

在不同模式下进行操作的能力允许用户灵活地选择一种旨在便于从冷冻样本取出冷冻样本芯且同时限制取芯过程对样本造成物理损坏的风险和/或程度的模式。上面所列用于模式的变量可影响冷冻样本开裂或以其他方式破碎、因摩擦而被加热、部分熔化或遇到其他会降解样本和/或限制能从特定冷冻样本取出的冷冻样本芯数量的效应的倾向。根据冷冻样本的特征、容器特征、冷冻样本的温度和其他变量的不同，用于上述变量的最佳设置也会有所变化。例如，一种操作模式能够便于从冷冻血清样本芯取出等分试样而不造成开裂或以其他方式损坏冷冻血清样本，而另一种模式则能够便于从冷冻血浆样本取出冷冻样本芯而不造成开裂或以其他方式损坏冷冻血浆样本。

已对本发明进行了详细描述，显而易见的是在不脱离所附权利要求限定的本发明范围的情况下，可对本发明进行修改和变化。

当介绍本发明的要素或其优选实施方案时，冠词“一个”、“所述”和“该”是指具有一个或多个要素。术语“包括”、“包含”和“具有”意为包括性的，即指除所列要素外可能还具有额外的要素。

在不脱离本发明范围的情况下，可对上述结构、产品和方法进行各种变化，且上面说明中所包含的以及附图中所示的所有事物均应解释为说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种用于获取装在容器中冷冻样本的等分试样的方法，所述冷冻样本为包括两种或更多物质的混合物，所述方法包括：

将样本取芯装置移至所述冷冻样本中一个位置处，且随后从所述冷冻样本取回所述样本取芯装置以获取形式为从所述位置取得的冷冻样本芯的等分试样，

其中，所述冷冻样本中存在浓度梯度，将所述位置选在径向位置处，在所述径向位置上，所述冷冻样本芯中至少一种相关物质的浓度代表所述至少一种相关物质在所述冷冻样本中的总浓度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述位置径向偏离所述冷冻样本的几何中心。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中将所述样本取芯装置移至所述冷冻样本中的步骤包括将所述样本取芯装置大致从所述冷冻样本的一侧一路移至位于所述位置的所述冷冻样本的相对侧。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述冷冻样本包括选自由血浆、血清、尿、全血、脐带血、其他基于血液的衍生物、脑脊液、粘液、腹水、唾液、羊水、精液、眼泪、汗水、汁液或其他植物源性液体、动物细胞、植物细胞、原生动物细胞、真菌细胞、细菌细胞、软层细胞、细胞裂解物、细胞匀浆、细胞悬浮液、微粒体、细胞器、核酸以及悬浮液或溶液中的小分子化合物所组成的群组的物质。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述冷冻样本包括选自由血清和血浆所组成的群组的物质。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其还包括使用样本检验系统以识别是否已从所述冷冻样本取出任何冷冻样本芯，所述位置被选在之前未从所述冷冻样本取出冷冻样本芯的位置上。

7.一种机器人系统，对其进行编程或硬接线以实现根据权利要求1-6中任一项所述的方法。

8.一种用于获取装在容器中冷冻样本的等分试样的方法，所述冷冻样本为包括两种或更多物质的混合物，所述方法包括：

将样本取芯装置移至所述冷冻样本中的第一位置处，且随后从所述冷冻样本取回所述样本取芯装置以获取形式为从所述第一位置取得的冷冻样本芯的第一等分试样，

将所述样本取芯装置或另一个样本取芯装置移至所述冷冻样本中的与所述第一位置在所述冷冻样本内具有不同径向位置的第二位置处，且随后从所述冷冻样本取回所述样本取芯装置以获取形式为从所述第二位置取得的冷冻样本芯的第二等分试样，以及

将所述第一等分试样和第二等分试样相结合以形成集合等分试样，

其中，所述冷冻样本中存在浓度梯度，选择所述第一位置和第二位置从而在所述集合等分试样中的至少一种相关物质的浓度代表所述至少一种相关物质在所述冷冻样本中的总浓度。