CN106395223B - 一种生物样本自动存取设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物样本自动存取设备，属于生物样本冷冻存储设备，包括冻存罐、位于冻存罐上方的提取仓室、位于冻存罐内的样本存储架、与提取仓室连通的存取仓以及位于存取仓内部的样本识别系统，所述样本存储架包括转动设置在冻存罐内的底盘和底盘上的多个提升架，提升架上放置有多层存储盒，提升架配设有提升装置；所述存取仓内设有向提取仓室滑动设置、承托存储盒的托架；存取仓内设有位于托架上方的夹取装置，夹取装置配设有驱动其移动的驱动机构；存取仓底开设有取样孔，密封盖配设有启闭装置，且密封盖下方设有样本转运装置，解决现有技术中存取不便、影响其他生物样本活性以及存取仓对基因样本的取放准确度和效率较低的问题。

Description

一种生物样本自动存取设备

技术领域

本发明涉及生物样本冷冻存储设备，具体而言，涉及一种生物样本自动存取设备。

背景技术

现有生物样本库又称生物银行(Biobank)，主要是指标准化收集、处理、储存和应用健康和疾病生物体的生物大分子、细胞、组织和器官等样本，包括人体器官组织、全血、血浆、血清、生物体液或经处理过的生物样本(DNA、RNA、蛋白等)以及与这些生物样本相关的临床、病理、治疗、随访、知情同意等资料及其质量控制、信息管理与应用系统。

生物样本的长期储存通常使用尽可能低的温度来降低样本内的生化反应，提高样本内各种成分的稳定性，温度越低，样本的保存时间越长。通常是冻存细胞置于试管中，试管置于存储架上，通过存储架整体置于液氮中，以实现样本的长期稳定保存。但样本的存入和取出时均要从液氮储存罐中将存储架整体取出，存取不方便，而且这样每次提取都会造成同一存储架上暂不使用的生物样本也要从-150℃的低温环境进入室温环境，因剧烈的温度变化而影响其活性和质量；生物基因样本存取设备的内部不能够准确快速的识别基因样本试管，从而在对基因试管进行夹取的时候，成功率较低且夹取准确度较低，不够达到从基因样本库内进行准确快速的取出或者存放基因样本，不利于生物基因样本冷冻存储行业的快速发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物样本自动存取设备，以解决现有技术中存取不便、需整体取出而影响其他生物样本活性以及存取仓对基因样本的取放准确度和效率较低的问题。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：一种生物样本自动存取设备，其特征在于，包括冻存罐、位于冻存罐上方的提取仓室、位于冻存罐内的样本存储架、与提取仓室连通的存取仓以及位于存取仓内部的样本识别系统，所述样本存储架包括转动设置在冻存罐内的底盘和底盘上的多个提升架，提升架上放置有多层存储盒，提升架配设有提升装置；所述存取仓内设有向提取仓室滑动设置、承托存储盒的托架；存取仓内设有位于托架上方的夹取装置，夹取装置配设有驱动其移动的驱动机构；存取仓底开设有取样孔，取样孔设有密封盖，密封盖配设有启闭装置，且密封盖下方设有样本转运装置。

进一步地，所述多个提升架沿底盘周向分布，各提升架设有提升卡钩；所述冻存罐设有罐盖，罐盖分割为固定板、存取提升板和维修提升板，存取提升板和维修提升板下端均设有对应在提升卡钩下方的吊钩。

进一步地，所述提取仓室内设有竖向的分隔板，并通过分隔板分隔成提升存取区、维修提升区；提升存取区的仓室底壁开设有存取提升口，维修提升区的仓室底壁开设有维修提升口；提升存取区的仓室侧壁设有存取门，维修提升区的仓室侧壁设有维修门。

进一步地，提升装置包括分别与存取提升板和维修提升板连接的存取提升机构和维修提升机构。

进一步地，所述样本识别系统包括位于存取仓顶部的摄像机、位于取料头运动轨迹上的二维扫码器以及程序控制器，所述摄像机、二维扫码器和驱动机构均与程序控制器电连接。

进一步地，所述托架上设有存储盒定位结构和驱动托架滑动的动力装置，定位结构包括位于存储盒底面的定位销和设置在托架上与定位销相匹配的定位孔。

进一步地，所述夹取装置设有取料头。

进一步地，取料头包括套筒、在套筒内依次设置的转动压头和顶料管、以及位于顶料管内的取料杆，所述顶料管在套筒内轴向滑动设置；所述转动压头的一端设为驱动连接端，另一端的端面具有压头斜楔面；所述顶料管的一端具有与压头斜楔面相匹配的料管斜楔面，另一端伸出套筒；所述取料杆一端连接至转动压头，另一端伸出顶料管；所述顶料管与套筒之间设有复位弹簧；转动压头的驱动连接端连接有连接头，连接头连接有电机。

进一步地，所述夹取装置还包括安装体，所述取料头的上端为与安装体卡接配合的安装体连接端；存取仓内设有支承架。取料头的外壁设有放置环槽，支承架具有多个与放置环槽相适配的豁口。

进一步地，所述样本提取装置包括滑动设置于存取仓下方的滑板，滑板上放置有与取样孔相对应的转运桶，转运桶配设有驱动其升降的桶体升降机构；所述滑板的端部竖直设置有密封门。

采用本发明具有如下优点：

1.通过底盘的旋转，使所要提取的提升架转至存取提升口或维修提升口处，提升架的提升卡钩也相应运动到存取提升板或维修提升板的吊钩上部，提升存取提升板或维修提升板开启了冻存罐的同时，也将提升架提升至待提取样本所在的存储盒那一层，即可经设备的自动取出机构将该存储盒取出、或是由人工取出，然后提升架再下降回位、冻存罐封闭，存取非常方便，而且避免了每次提取都需要将整体存储架取出，避免了同一存储架上其他生物样本经受剧烈的温度变化，很好的保证了样本内各种成分的稳定性，保证了生物样本的活性和质量，生物样本的保存时间长；

2.生物基因样本存取仓先通过顶部的摄像机进行存储盒上基因样本试管定位，然后通过驱动机构对存储盒内的基因样片试管进行夹取，夹取后移动至二维扫描器的前方进行扫描确认后，此时密封盖打开放入取样孔内，完成取样过程，整个操作过程均在存取仓内部的低温环境下进行，取样的准确度高，操作流程简单高效；

3.托架通过传动链条的运动而带动，使托架朝向存储架运动到两个相邻的存储盒之间，且通过存储架的升降运动使存储盒与托架进行相互装配定位，从而托架滑动便可将存储盒取出或者存入存储架，实现了基因样品便捷存放和取样，基因样品的整个抽取过程均在生物样品存放设备内部进行，保持取样操作过程均处于低温环境下，保证了生物基因样本的活性与质量；

4.本申请所提供的用于快换夹头的存取仓，通过操控移动机构使夹持体与活动卡接在支承架上的多个不同的套筒进行对接，套筒内部的夹取装置与连接头之间也可进行自动对接，实现了基因样品试管夹取头的快速更换，移动机构可实现套筒的放置和装配，可实现生物样本存储设备的自动快速更换的目的，提高了生物样本存储效率，增加了设备的适用性；

5.操作者可从转运桶的内部存放基因样本；当转运桶放入到框体内部的承载板上时，可通过拉动密封门将转运桶移出设备进行取放基因样本，且密封门与冷冻存储设备的门框配合后，转运桶与存储设备内的转运孔相对应；转运桶在升降机构的作用下与取样孔进行密封对接，保证存取仓内部的基因样本试管以同等环境放入到转运桶的内部；而且整个密封门与生物存储设备的配合，保证了设备内部的密封性，防止设备内部的冷却氮气大量泄漏，提高操作的便捷度和稳定性。

附图说明

图1是本发明提供的一种生物样本自动存取设备的整体结构示意图；

图2是图1的右侧局部结构示意图；

图3是图2的冻存罐内部结构示意图；

图4是本发明提供的一种生物样本自动存取设备的内部局部示意图；

图5是本发明提供的一种生物样本自动存取设备的存取仓结构示意图；

图6是图5中夹取装置的结构示意图；

图7是图6的剖视示意图；

图8是图6中取料头的结构示意图；

图9是图6中安装体的结构示意图；

图10是本发明提供的一种生物样本自动存取设备的存取仓底部结构示意图；

图11是图10中桶体升降机构的结构示意图；

图12是图8内顶料管的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

图1至图12出示了本发明出示了一种生物样本自动存取设备的结构示意图，其特征在于，包括冻存罐1、位于冻存罐1上方的提取仓室2、位于冻存罐1内的样本存储架、与提取仓室2连通的存取仓4以及位于存取仓4内部的样本识别系统，所述样本存储架包括转动设置在冻存罐1内的底盘5和底盘5上的多个提升架6，提升架6上放置有多层存储盒7，提升架6配设有提升装置；所述存取仓4内设有向提取仓室滑动设置、承托存储盒7的托架8；存取仓4内设有位于托架8上方的夹取装置，夹取装置配设有驱动其移动的驱动机构；存取仓4底开设有取样孔，取样孔设有密封盖9，密封盖9配设有启闭装置，且密封盖9下方设有样本转运装置。

所述多个提升架6沿底盘5周向分布，提升架6上放置有多层存储盒7，各提升架6设有提升卡钩10；所述冻存罐设有罐盖，罐盖7分割为固定板、存取提升板38和维修提升板39，存取提升板38和维修提升板39下端均设有对应在提升卡钩10下方的吊钩；所述底盘5上设有中心轴40，中心轴40下端转动支承在冻存罐1内，上端伸出罐盖并连接有存储架旋转电机41，中心轴40下端设置轴承和轴承座，轴承座在冻存罐1底部，存储架旋转电机41通过中心轴40带动底盘5及底盘5上面的提升架6转动，存储架旋转电机41可配设手动驱动手柄，方便人工在设备外部手动旋转样本存储架。

所述提升仓室内设有竖向的分隔板42，并通过分隔板42分隔成提升存取区、维修提升区；提升存取区和维修提升区的仓室底分别开设有存取提升口、维修提升口，且存取提升口和维修提升口分别与存取提升板38和维修提升板39相对应适配；提升存取区的仓室设有存取门43，维修提升区的仓室设有维修门3，存取门43为升降滑门。提升仓室将提升架6提升环境也与外界室温隔绝，仓室内控制在低温环境，保证生物样本的质量，仓室的顶壁、侧壁、底壁以及分隔板42均包括内层金属板、外层金属板及位于二者间的聚氨酯层，起到很好的保温作用。

提升装置包括分别与存取提升板和维修提升板连接的存取提升机构和维修提升机构；存取提升板38和维修提升板39分别连接有存取提升机构44和维修提升机构45，存取提升机构44为自动提升机构；维修提升机构45为手动提升机构。维修提升机构45包括绳索、转动支承于维修提升区下部的驱动轮、与驱动轮连接的摇柄、设于维修提升区上部的滑轮；维修提升板39上设有提升环，绳索的一端连接至驱动轮，另一端经滑轮连接至提升环。通过人工摇动摇柄、转动驱动轮，将维修提升板39提起，带动提升架6提起。存取提升机构44包括立板、固定于立板的竖向滑轨、滑动设于竖向滑轨的提升臂、分别转动设于立板上部和下部的两链轮、在两链轮上啮合的链条；两链轮间的一侧链条上固定有卡件，提升臂与卡件固定连接，链轮带动链条移动时，提升臂实现升降带动提升架6升降，同时由竖向滑轨导向，卡件具有插入链条链节内的插齿，方便通过链节中的间隙来固定卡件，存取提升机构和维修提升机构也可以采用其他升降机构。

所述样本识别系统包括位于存取仓4顶部的摄像机11、位于取料头12运动轨迹上的二维扫码器13以及程序控制器，所述摄像机11、二维扫码器12和驱动机构均与程序控制器电连接。其中：摄像机11用于在存储盒7将存放待取样品的冻存罐1取出之后，拍摄所述存储盒7上的样品位置图片，发送至程序控制器；程序控制器用于根据待取样品的存储坐标信息以及所述存储盒7上的样品位置图片，判断所述存储盒7上在所述存储坐标处是否有样品，在判断获得有样品时，生成第一控制指令；驱动机构用于根据第一控制指令，从所述存储盒7上抓取所述样品，并移动至二维扫码器处13；二维扫码器13用于对所述样品上的标签进行扫描，获取所述样品的编号信息，并发送至程序控制器；程序控制器还用于判断所述样品的编号信息是否为待取样品的编号信息，在判断为待取样品的编号信息时，生成第二控制指令，控制驱动机构将所述样品移动并置于转运桶中。

所述托架8上设有存储盒7定位结构和驱动其滑动的动力装置，定位结构包括位于存储盒7底面的定位销和设置在托架8上与定位销相匹配的定位孔，当托架8运动到与储存盒7相对应的位置上时，存储盒7在提升机构的作用下进行升降，使定位销与定位孔进行装配或者分离，从而实现存储盒7与托架8之间的相互连接或者分离，达到从基因样本存储区内对基因样本进行取放。

所述动力装置包括传送链条14和与传送链条14相匹配的链轮，所述链轮连接有电动机。还包括位于托架8滑动方向上的滑轨，所述托架8设有与滑轨相匹配的滑块；所述滑块与传送链条14连接，滑块的侧壁与传送链条相连接，托架8位于滑块的顶部；电动机在控制器的作用下，实现电动机的正反转，从而对滑块的位置进行控制，使托架8移动到预定的位置与存储盒进行装配。

所述夹取装置设有取料头12，还包括安装体15、驱动安装体15移动的驱动机构、固定设置的支承架16、卡设于支承架16上的多个取料头12；所述取料头12的上端为与安装体15卡接配合的安装体连接端；所述取料头12的外壁设有放置环槽17，支承架16具有多个与放置环槽17相适配的豁口；所述豁口设为与放置环槽17相匹配的U型槽，U型槽便于取料头12在驱动机构的作用下取出支承架16或者在竖直方向上将取料头12卡紧，从而安装体15与取料头12之间脱离。

所述取料头12包括套筒18、在套筒18内依次设置的转动压头19和顶料管20、以及位于顶料管20内的取料杆21，顶料管20在套筒18内轴向滑动设置；转动压头19的一端为驱动连接端，另一端的端面具有压头斜楔面；顶料管20的一端具有与压头斜楔面相匹配的料管斜楔面，另一端伸出套筒18；取料杆21一端连接至转动压头19，另一端伸出顶料管20；顶料管20与套筒18之间设有复位弹簧22；取料头12实现对基因样品试管进行夹取，基因样品试管盖的盖顶通常都是具有内凹孔的，取料杆21对应的是插入到试管盖的内凹孔中，顶料管20相对于取料杆相对运动顶出基因样品试管，实现对基因样品试管的取放；所述转动压头19端部的压头斜楔面便会在转动的过程中推动顶料管端部的料管斜楔面，顶料管20便可顶出取料杆端部的基因样品试管。

所述顶料管20的外壁设有多个轴向的导向滑槽23，套筒18上设有伸入所述导向滑槽23的定位件25，定位件25沿套筒18的径向方向设置，防止其跟随转动压头19一起转动，定位件25可以是弹簧柱塞，或定位柱、定位珠等，实现对顶料管20进行限位，使顶料管20沿轴线方向滑动。

所述安装体15包括电机27、与电机27连接的连接头28以及与安装体连接端相匹配的定位件26；所述取料头12的安装体连接端设有卡槽28；所述安装体15上设有与卡槽28相匹配的定位件26，即可实现卡接配合；所述卡槽28设为圆弧形环槽且位于取料头12的端部；所述定位件26可采用弹性滚珠、弹性销轴的结构，当取料头卡入到安装体的内部时，定位件26可自动伸入到卡槽28内，对取料头进行锁紧；反之，安装体15在驱动机构的作用下，可从卡在支承架上的取料头12上脱离，实现不同取料头12的更换；这只是本申请的一种实施方式，还可以将定位件设置于取料头12的端部，安装体15上设有与定位件26相匹配的卡槽28，同样能实现上述功能；所述的定位件26均位于取料头12的径向方向上且可在径向方向上进行弹性的伸缩，以保证定位件卡入卡槽28内或者与卡槽28相脱离。

所述连接头28的端部与转动压头19的驱动连接端相匹配；所述转动压头19的驱动连接端具有驱动方头；所述连接头28设有与驱动方头相匹配的装配槽29；所述驱动方头与装配槽29的端部边缘均设有弧形倒角，当取料头12与安装体15装配时，转动压头在复位弹簧22的作用下，使驱动方头与装配槽29相装配连接。

所述样本提取装置包括滑动设置于存取仓4下方的滑板30，滑板30上放置有与取样孔31相对应的转运桶，转运桶配设有驱动其升降的桶体升降机构；所述滑板30的端部竖直设置有密封门32。所述滑板30上设有位于转运桶周围的多个定位销33；定位销33沿竖直方向固定在滑板30上且具有一定的长度，定位销33之间形成转运桶的滑动空间。

所述桶体升降机构在滑板30下方，桶体升降机构包括升降盘34、带动升降盘34升降的驱动机构；滑板30上开设有对应升降盘34的过孔；所述滑板30下方设有安装架，驱动机构装于安装架上；所述的驱动机构包括位于安装架上的电动机35；所述电动机35的转轴上设有螺纹；所述升降盘34的下端面垂直连接有内螺纹管36，内螺纹管与电动机35的转轴相匹配，电动机35与内螺纹管36之间形成丝杆滑动机构；升降盘34连接有竖直向下的导杆37，且导杆37的下端穿出所述安装架；所述导杆37为两个，分别位于驱动机构两侧，安装架上对应设置与导杆37下端滑动配合的衬套，衬套装配在安装架上。

驱动机构包括位于X向横梁、滑动设置在X向横梁上的Y向横梁以及滑动设置在Y向横梁上的Z向竖梁，所述Z向竖梁上滑动设置有安装体；所述X向横梁、Y向横梁和Z向竖梁均设有驱动Y向横梁、Z向竖梁和安装体滑动的丝杆滑块机构，丝杆滑块机构均设有驱动其运动的电动机；丝杆转动从而带动Y向横梁、Z向竖梁和安装体分别在X向横梁、Y向横梁和Z向竖梁上滑动，从而形成可沿X向、Y向以及Z向运动的驱动机构。

所述启闭装置包括固定于框架上的X向轨道，X向轨道上滑动设置滑块A，滑块A固定连接有Z向轨道，Z向轨道上沿竖直方向滑动有滑块B；所述滑块B连接有连杆，连杆的端部与密封盖连接，使密封盖处于水平的位置上，且可对取样孔进行封闭或者开启；所述滑块A和滑块B均设有驱动其滑动的动力装置，滑块A和滑块B在动力装置的作用下进行X向和Z向两个方向移动，从而将密封盖打开且防止其与样本存储设备内部的机械手发生干涉的现象。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种生物样本自动存取设备，其特征在于，包括冻存罐、位于冻存罐上方的提取仓室、位于冻存罐内的样本存储架、与提取仓室连通的存取仓以及位于存取仓内部的样本识别系统，所述样本存储架包括转动设置在冻存罐内的底盘和底盘上的多个提升架，提升架上放置有多层存储盒，提升架配设有提升装置；所述存取仓内设有向提取仓室滑动设置、承托存储盒的托架；存取仓内设有位于托架上方的夹取装置，夹取装置配设有驱动其移动的驱动机构；存取仓底开设有取样孔，取样孔设有密封盖，密封盖配设有启闭装置，且密封盖下方设有样本转运装置；所述夹取装置设有取料头；所述取料头包括套筒、在套筒内依次设置的转动压头和顶料管、以及位于顶料管内的取料杆，所述顶料管在套筒内轴向滑动设置；所述取料杆一端连接至转动压头，另一端伸出顶料管。

2.根据权利要求1所述的生物样本自动存取设备，其特征在于，所述多个提升架沿底盘周向分布，各提升架设有提升卡钩；所述冻存罐设有罐盖，罐盖分割为固定板、存取提升板和维修提升板，存取提升板和维修提升板下端均设有对应在提升卡钩下方的吊钩。

3.根据权利要求1或2所述的生物样本自动存取设备，其特征在于，所述提取仓室内设有竖向的分隔板，并通过分隔板分隔成提升存取区、维修提升区；提升存取区的仓室底壁开设有存取提升口，维修提升区的仓室底壁开设有维修提升口；提升存取区的仓室侧壁设有存取门，维修提升区的仓室侧壁设有维修门。

4.根据权利要求2所述的生物样本自动存取设备，其特征在于，提升装置包括分别与存取提升板和维修提升板连接的存取提升机构和维修提升机构。

5.根据权利要求1所述的生物样本自动存取设备，其特征在于，所述样本识别系统包括位于存取仓顶部的摄像机、位于取料头运动轨迹上的二维扫码器以及程序控制器，所述摄像机、二维扫码器和驱动机构均与程序控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的生物样本自动存取设备，其特征在于，所述托架上设有存储盒定位结构和驱动托架滑动的动力装置，定位结构包括位于存储盒底面的定位销和设置在托架上与定位销相匹配的定位孔。

7.根据权利要求1所述的生物样本自动存取设备，其特征在于，所述转动压头的一端设为驱动连接端，另一端的端面具有压头斜楔面；所述顶料管的一端具有与压头斜楔面相匹配的料管斜楔面，另一端伸出套筒；所述顶料管与套筒之间设有复位弹簧；转动压头的驱动连接端连接有连接头，连接头连接有电机。

8.根据权利要求1所述的生物样本自动存取设备，其特征在于，所述夹取装置还包括安装体，所述取料头的上端为与安装体卡接配合的安装体连接端；存取仓内设有支承架；取料头的外壁设有放置环槽，支承架具有多个与放置环槽相适配的豁口。

9.根据权利要求1所述的生物样本自动存取设备，其特征在于，还包括滑动设置于存取仓下方的滑板，滑板上放置有与取样孔相对应的转运桶，转运桶配设有驱动其升降的桶体升降机构；所述滑板的端部竖直设置有密封门。