CN107600859B - 生物样本低温提取方法及提取系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物样本低温提取方法及提取系统，属于生物样本低温提取技术领域，包括以下内容：A.在低温存取罐外的第一机械手，将转移样本盒放入低温存取罐内的上部；B.在低温存取罐内的第二机械手，将低温存取罐内样本存储架中的目标样本盒取出至低温存取罐内的上部；C.将低温存取罐内目标样本盒中的待取出样本取放至转移样本盒中，或将低温存取罐内转移样本盒中的待存入样本取放至目标样本盒中。整个样本提取过程都是在罐体内进行，罐体为样本存储架中的样本以及转移样本盒中待存入的样本提供了良好的低温环境，保障了样本的良好活性。

Description

生物样本低温提取方法及提取系统

技术领域

本发明涉及生物样本低温提取技术领域，具体而言，涉及一种生物样本低温提取方法及提取系统。

背景技术

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样本试管中，样本试管置于存储架上，通过存储架整体置于液氮罐中，以实现样本的长期稳定保存。

目前，在进行存取样本时，需要将液氮罐内存储架上相应的样本盒取出至液氮罐外部，如取出到设备外或设备内的其他区域等；再将样本盒中的样本试管取下，或是将需存入的样本试管放至样本盒中，实现存取，最后再将该取出的样本盒放回至液氮罐内。虽然样本存放是在液氮罐中，但是整个提取过程都在外部环境，离开了样本存储环境，对样本活性和质量造成影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物样本低温提取方法及提取系统，以解决在非低温环境进行样本提取而影响样本质量的问题。

为实现本发明目的，采用的技术方案为：生物样本低温提取方法，包括以下内容：

A. 在低温存取罐外的第一机械手，将转移样本盒放入低温存取罐内部；

B. 在低温存取罐内的第二机械手，将低温存取罐内样本存储架中的目标样本盒取出至低温存取罐内部；

C. 将低温存取罐内目标样本盒中的待取出样本取放至转移样本盒中，或将低温存取罐内转移样本盒中的待存入样本取放至目标样本盒中。

进一步地，所述内容A和内容B同时进行。

进一步地，在内容B之前，单元架提升系统将样本存储架中放有目标样本盒的单元架提升，使目标样本盒提升至高于存储架中其余单元架的顶端。

本发明还提供一种生物样本低温提取系统，包括罐体、罐体上的罐盖、罐体内的样本存储架和向样本存储架存取样本盒的第二机械手、用于放置转移样本盒并设置在罐体内的样本盒暂置区、罐体外的第一机械手；罐盖开设有提取口，提取口配合有封盖；样本存储架转动支承于罐体内，样本存储架包括底盘和底盘上的多列单元架。

进一步地，所述第二机械手包括水平的抽板、驱动抽板平移的抽板驱动装置。

进一步地，所述第二机械手还包括底板，底板上沿样本存储架径向移动设置有滑板，抽板设置在滑板上，且抽板的移动方向与滑板的移动方向垂直。

进一步地，还包括位于提取口上方的单元架提升机构，单元架提升机构包括横移板、竖向滑动设置在横移板上并与单元架对应的提升连接头。

进一步地，所述横移板与提升连接头之间设置有中间板，中间板竖向滑动设置于横移板，提升连接头竖向滑动设置于中间板；间板的上部具有支撑压靠在提升连接头上的挂件；横移板上对应中间板升降的两端均固定有中间板限位件。

进一步地，所述单元架提升机构还包括单元架导向件，单元架导向件包括对应在单元架外侧的夹臂，夹臂固定于横移板；夹臂上转动支承有多个与单元架外立面接触的滚动件。

进一步地，所述第一机械手连接有夹具装置，夹具装置包括与第一机械手连接的快换连接机构和与快换连接机构连接的样本夹具，样本夹具包括样本盒夹具和试管夹具。

发明的有益效果是，将低温存取罐内目标样本盒中的待取出样本取放至转移样本盒中，或是将低温存取罐内转移样本盒中的待存入样本取放至目标样本盒中，整个样本提取过程都是在罐体内进行，罐体为样本存储架中的样本以及转移样本盒中待存入的样本提供了良好的深低温环境，保障样本的良好活性；实现了样本的存储和提取都可在低于-135℃的深低温环境进行，保证了样本更加优良的质量，避免了样本取出罐体进入非低温环境进行转移提取而造成对样本质量的影响。

附图说明

图1是本发明实施例提供的生物样本低温提取系统的结构示意；

图2是图1中罐体内部的结构示意图；

图3是第二机械手的结构示意图；

图4是第二机械手的局部俯视图；

图5是罐体底部的俯视图；

图6是单元架提升机构结构示意图；

图7是单元架导向件的结构示意图；

图8是第一机械手的夹具装置的结构示意图；

图9是快换连接机构的结构示意图；

图10是样本盒夹具的结构示意图；

图11是带有压管机构的试管夹具的结构示意图；

图12是快换连接机构固定套处的剖视图；

图13是试管夹具的结构示意图；

附图标记：

100-罐体，101-罐盖，102-提取口，103-封盖，104-开盖机构，105-金属层，106-保温层，107-样本存储架，108-底盘，109-单元架，110-样本盒，111-滚珠，112-底肋，113-滚珠架，114-试管；

200-第一机械手，201-快换连接机构，202-样本夹具，203-连接板，204-夹具滑块，205-夹臂，206-压缩弹簧，207-插接槽，208-夹持面，209-安装板，210-第一夹爪，211-第二夹爪，212-定位销，213-定位孔，214-固定套，215-活动件，216-卸料弹簧，217-连接件，218-导向杆，219-压头，220-伸缩弹簧；

300-第二机械手，301-样本盒暂置区，302-抽板，303-抽板驱动装置，304-底板，305-滑板，306-提升限位通孔，307-引导条，308-伸出段，309-安装段，310-样本盒挡边，311-样本盒限位结构，312-样本盒缓冲件，313-样本盒限位板，314-滑板驱动装置，315-样本盒定位件,316-定位边；

400-单元架提升机构，401-横移板，402-横移驱动装置，403-提升连接头，404-竖向驱动装置，405-磁体，406-单元架导向件，407-导引臂，408-滚动件，409-支撑架，410-条形孔，411-中间板，412-挂件，413-中间板限位件，414-提升连接头限位件，415-导轨，416-驱动链轮，417-传动链轮，418-链条。

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。

本发明实施例提供的生物样本低温提取方法，包括以下内容：

A. 在低温存取罐外的第一机械手，将转移样本盒放入低温存取罐内部；

B. 在低温存取罐内的第二机械手，将低温存取罐内样本存储架中的目标样本盒取出至低温存取罐内部；

C. 将低温存取罐内目标样本盒中的待取出样本取放至转移样本盒中，或将低温存取罐内转移样本盒中的待存入样本取放至目标样本盒中。

低温存取罐为液氮罐，或其他深低温存储容器。液氮适于小范围空间使用，以达到深低温环境。

本方法相较于冷库环境中的样本存取，能够实现生物细胞的低于-135℃的深低温存储和提取，保障了生物细胞存储时间和年限，而冷库通常最低达到-80℃，无法实现深低温的样本存储以及提取。

目标样本盒和转移样本盒可设置在低温存取罐内的上部，也可在中部或下部等，即样本提取在低温存取罐内的上部进行，也可在中部或下部等处进行，实现罐内深低温环境下的样本提取。

将放置有需存入的样本的转移样本盒或需要从罐内取出样本时的空置的转移样本盒放入低温存取罐；将样本存储架中放置有需取出样本的样本盒作为目标样本盒，或是样本存储架中需要存入新样本的样本盒作为目标样本盒，目标样本盒由罐内的第二机械手移出样本存储架。而后即进行转移样本盒与目标样本盒之间的样本转移。无论是新存入的样本还是需要取出的样本，都在罐内的适于样本放置的低温环境完成提取。提取过程中低温存取罐的提取口打开即可，供样本盒的取放，也可便于提取动作。

内容A和内容B同时进行，缩短节拍，减少低温存取罐的打开时间。在内容B之前，单元架提升系统将样本存储架中放有目标样本盒的单元架提升，使目标样本盒提升至高于存储架中其余单元架的顶端。由单元架提升系统将目标样本盒所在列的单元架提起，脱离其他单元架之间，以便第二机械手将其取出单元架。

在内容C中，可由罐外的第一机械手进行该提取操作，节省罐内空间，保证罐内较多的存储空间，罐内布局方便，操作快速，耗时短，效率高；也可单独设置机械手来完成，或是在第二机械手取出目标样本盒并将其放置后，由第二机械手进行该提取操作。

在内容C之后，第二机械手将目标样本盒放回至样本存储架中。第一机械手将转移样本盒取出低温存取罐。封闭好低温存取罐即可。此时的两机械手可同时进行上述操作。

图1至图13示出了本发明实施例提供的生物样本低温提取系统，包括罐体100、罐体100上的罐盖101、罐体100内的样本存储架107和向样本存储架107存取样本盒的第二机械手300、用于放置转移样本盒并设置在罐体100内的样本盒暂置区301、罐体100外的第一机械手200；罐盖101开设有提取口102，提取口102配合有封盖103；样本存储架107转动支承于罐体100内，样本存储架107包括底盘108和底盘108上的多列单元架109。

第二机械手300可位于罐体100内样本存储架107的上方，利用上部空间设置并提取。第二机械手300可固定连接至罐盖101。第二机械手300包括水平的抽板302、驱动抽板302平移的抽板驱动装置303，利用抽板302伸出至样本盒110下方，使样本盒110落至抽板302上，抽板302承接样本盒110，以将样本盒110移出单元架109，方便快速，并且抽板302承接方式简单，结构简单有效，成本低，所占空间小。也可采用购买的机械手，将样本盒110取出单元架109即可。

第二机械手300还包括底板304，底板304上沿样本存储架107径向移动设置有滑板305，抽板302设置在滑板305上，且抽板302的移动方向与滑板305的移动方向垂直。通过滑板305的径向移动以便实现抽板302移动至任意位置，与不同的单元架109对应，实现不同单元架109中的样本盒110移出。底板304可通过杆件固定在罐盖101下端。

底板304上位于滑板305的一侧开设有沿样本存储架107径向分布的多个提升限位通孔306，提升限位通孔306与单元架109对应适配，起到限位作用，抽板302伸出至提升限位通孔306的单元架109中取放样本盒110。提升限位通孔306边缘处的底板304上下表面设置有引导条307，引导条307具有引导锥面，即引导单元架109顺畅穿过提升限位通孔306。不设置提升限位通孔306时，样本存储架107的单元架109即直接在滑板305侧部提升，没有限位其的结构，仍然通过上述动作进行样本存储架107中的样本盒110取放，见图4。抽板302可相对于样本盒110较窄，方便伸入样本盒110下方取放。

样本盒暂置区301设于滑板305上，抽板302移出的样本盒110与样本盒暂置区301的样本盒110均在滑板305上，抽板302在任一位置移出样本盒110时，样本盒暂置区301的样本盒110都在附近，不只减少了占用空间，也便于二者样本盒110间的试管114提取移放。

抽板302为一整体结构，也可为分体结构，可包含伸出段308和与其相连的安装段309，伸出段308为朝向外部单元架109侧的一端。抽板302的伸出段308和安装段309为可拆卸连接的分体结构，方便二者的连接安装，可匹配不同样本盒110更换不同抽板302。伸出段308的自由端具有样本盒挡边310，使移动过程以及抽板302回位到滑板305上时，样本盒110稳定不掉落。

滑板305上设置有位于抽板302外侧的样本盒限位结构311，用于抽板302移出样本盒110到位时的定位和限位，以保证从单元架109移出的样本盒110的停留位置，方便后续如第一机械手200对试管114准确取放。

样本盒限位结构311可包括样本盒缓冲件312和样本盒限位板313。二者处于相互垂直状态，样本盒缓冲件312在滑板305上远离抽板302外移伸出端的一侧，即对应在样本盒110在抽板302上移动至滑板305上时，接近设定的极限位时，由样本盒缓冲件312对样本盒110起到缓冲作用，避免直接刚性碰撞而影响样本盒110中的试管114。与样本盒挡边310形成了样本盒110在移出方向上的定位。样本盒限位板313在抽板302的一侧并沿抽板302移动方向设置。

滑板305连接滑板驱动装置314。抽板驱动装置303和滑板驱动装置314中的一者或两者为齿轮齿条驱动机构，也可以采用如气缸、电机丝杠等的其他驱动元器件。样本盒暂置区301设置有样本盒定位件315，对放置进罐体100内的转移样本盒进行定位。样本盒定位件315包括对应在样本盒外缘的若干定位边316。提取口102可对应在第二机械手300处，封盖103连接有开盖机构104，通过机械方式开启。罐盖101包含上下设置的金属层105和保温层106，封盖103也可为该结构。第二机械手300可设于提取口102的保温层106处。

本系统还包括位于提取口102上方的单元架提升机构400，单元架提升机构400包括横移板401、竖向滑动设置在横移板401上并与单元架109对应的提升连接头403。通过横移板401移动至需要提升的单元架109上方，提升连接头403与单元架109连接将单元架109提起。提升连接头403可为吸附式，如提升连接头403底面具有吸附单元架109的磁体405，或是夹爪式等连接结构，实现提升连接头403与单元架109的连接。

单元架提升机构400还包括单元架导向件406，对应在单元架109外围，单元架导向件406包括对应在单元架109外侧的导引臂407，导引臂407固定于横移板401；导引臂407上转动支承有多个与单元架109外立面接触的滚动件408。提升过程中使单元架109始终保持一个位置空间移动，不会发生晃动偏摆，保证了单元架109的稳定提升，也保证了在从单元架109中取放样本盒110时，准确锁定位置，单元架109不会晃动。滚动件408为滚轮或轴承等，通过滚动件408与单元架109滚动接触限位及导向。

导引臂407可为U形，开口侧即对应单元架109中样本盒110的取放侧。滚动件408包括X向滚动件和Y向滚动件，X向滚动件的轴向与导引臂407的U形开口方向垂直，则Y向滚动件即为与X相滚动件的轴向垂直；X向滚动件对应在单元架109一相对的两侧，Y向滚动件对应在单元架109另一相对的两侧，实现两个方向的限位，X向滚动件与Y向滚动件的外圆面之间形成单元架限位导向空间，移动稳定，阻力小。每个滚动件408对应有支撑架409，滚动件408安装于支撑架409上。支撑架409上可开设条形孔410，通过螺钉经条形孔410固定至导引臂407上。

横移板401与提升连接头403之间设置有中间板411，中间板411竖向滑动设置于横移板401，提升连接头403竖向滑动设置于中间板411；间板的上部具有支撑压靠在提升连接头403上的挂件412；横移板401上对应中间板411升降的两端均固定有中间板限位件413，增加了提升连接头403升降的行程。横移驱动装置402带动横移板401移动至相应单元架109上方，下降过程中，提升连接头403在竖向驱动装置404的驱动下下降，中间板411由于重力作用跟随提升连接头403一起下降，降至中间板限位件413时，中间板411由于重力抵压在中间板限位件413上不再下降，此时提升连接头403相对于中间板411下移，继续下降，满足提升连接头403的大行程。在上升过程中则是提升连接头403上升至中间板411的挂件412时，带动中间板411继续上升，中间板411上升至上方的中间板限位件413时，即到达顶端行程。提升连接头403的顶部可单独固定一对应在挂件412下的顶块。中间板411与提升连接头403、及中间板411与横移板401之间均具有导轨415，导向其升降。

中间板411上对应提升连接头403升降的下端固定有提升连接头限位件414，用于限制提升连接头403相对于中间板411向下移动时，下端行程的限位。竖向驱动装置404包括电机、固定连接于电机输出端的驱动链轮416、转动支承在横移板401顶部的传动链轮417、共同啮合在驱动链轮416和传动链轮417上的链条418，链条418的一端连接至提升连接头403，另一端经传动链轮417和驱动链轮416连接至上部电机安装处，使得链条418的另一端处于高位，链条418悬设，避免了链条418的堆落，而且占用设备上部空间小。横移驱动装置402可为电机丝杠机构等的驱动结构。

为清晰显示整体结构，图中只示意出样本存储架107中的三个单元架109。罐体100内的底部设置有多个与底盘108底面接触的滚珠111。罐体100内的底部可设置周向排布的底肋112，在底肋112上固定用于安装滚珠111的滚珠架113，增强罐体100底部结构强度，对样本存储架107提供稳定支承。样本存储架107安装后的使用过程中，滚珠111接触至样本存储，对底盘108的底面进行辅助的支撑，并且在样本存储架107旋转时，仍能够提供稳定支撑，摩擦力小，减少底盘108的旋转阻力。多个滚珠111为在中心外布置的两圈，每圈的多个滚珠111周向均布，以利于底盘108的旋转支承。

第一机械手200连接有夹具装置，夹具装置包括与第一机械手200连接的快换连接机构201和与快换连接机构201连接的样本夹具202，样本夹具202包括样本盒夹具和试管夹具。从低温存取罐取送样本盒110时，第一机械手200连接样本盒夹具，利用第一机械手200进行目标样本盒与转移样本盒间的样本提取时，连接试管夹具，快速切换，减少提取过程时间。

样本盒夹具和试管夹具均包括连接板203、在连接板203下端相对滑动设置的两夹具滑块204，两夹具滑块204均固定设置有夹臂205，两夹臂205之间连接有压缩弹簧206；两夹臂205上均具有插接槽207。通过伸入插接槽207带动两夹臂205相对移动即实现样本盒110或试管114的夹持。两夹臂205的相对面为夹持面208，样本盒夹具中夹臂205的夹持面208为与样本盒110匹配的平面，试管夹具中夹臂205的夹持面208为与试管114匹配的弧面，并且夹臂205可设置为由上至下逐渐变小，以便进入相邻试管114的间隙中夹持两夹臂205中的试管114。

快换连接机构201包括与第一机械手200连接的安装板209，两个固定在安装板209相对两侧的两个夹爪驱动元件；一个夹爪驱动元件连接两第一夹爪210，且两个第一夹爪210延伸至安装板209的下方，带动夹持样本夹具202的连接板203；另一个夹爪驱动元件连接两第二夹爪211，分别与两夹臂205的插接槽207对应匹配，伸入插接槽207内带动夹臂205相对移动夹持。夹爪驱动元件可为夹爪气缸或电动夹爪等。

安装板209固定设置有竖直向下的定位销212，连接板203上开设与定位销212匹配的定位孔213，用于二者间的定位以连接。安装板209下端固定有固定套214，固定套214内的下端具有台阶，固定套214内设置有下端伸出固定套214的活动件215，活动件215与连接板203之间设置有卸料弹簧216。活动件215具有抵设在台阶上的凸台。快换连接机构201切换样本夹具202时，活动件215在卸料弹簧216作用下辅助抵压样本夹具202的连接板203，以助于二者分离。

连接板203连接有压管机构，压管机构包括固定于连接板203的至少一个连接件217，连接件217位于夹臂205外侧，可在夹臂205两侧分别设置一个，各连接件217的下端设置有至少一个可上下移动的导向杆218，导向杆218的下端固定有压头219；导向杆218上还套设有伸缩弹簧220，伸缩弹簧220的两端分别抵接于压头219和连接件217。导向杆218上端具有大于导向杆218的限位部，压头219为橡胶材质，在需要夹持试管114时，各连接件217上的各压头219压在夹臂205外的其他试管114上，避免在夹取过程中对相邻的其他试管114造成影响。

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，在本发明的精神和原则内可以有各种更改和变化，这些等同的变型或替换等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.生物样本低温提取方法，其特征在于，包括以下内容：

A.在低温存取罐外的第一机械手，将转移样本盒放入低温存取罐内部；

B.在低温存取罐内的第二机械手，将低温存取罐内样本存储架中的目标样本盒取出至低温存取罐内部；

C.将低温存取罐内目标样本盒中的待取出样本取放至转移样本盒中，或将低温存取罐内转移样本盒中的待存入样本取放至目标样本盒中。

2.根据权利要求1所述的生物样本低温提取方法，其特征在于，所述内容A和内容B同时进行。

3.根据权利要求1所述的生物样本低温提取方法，其特征在于，在内容B之前，单元架提升系统将样本存储架中放有目标样本盒的单元架提升，使目标样本盒提升至高于存储架中其余单元架的顶端。

4.用于实现权利要求1或2或3中所述的生物样本低温提取方法的系统，其特征在于，包括罐体、罐体上的罐盖、罐体内的样本存储架和向样本存储架存取样本盒的第二机械手、用于放置转移样本盒并设置在罐体内的样本盒暂置区、罐体外的第一机械手；罐盖开设有提取口，提取口配合有封盖；样本存储架转动支承于罐体内，样本存储架包括底盘和底盘上的多列单元架。

5.根据权利要求4所述的生物样本低温提取系统，其特征在于，所述第二机械手包括水平的抽板、驱动抽板平移的抽板驱动装置。

6.根据权利要求5所述的生物样本低温提取系统，其特征在于，所述第二机械手还包括底板，底板上沿样本存储架径向移动设置有滑板，抽板设置在滑板上，且抽板的移动方向与滑板的移动方向垂直。

7.根据权利要求4所述的生物样本低温提取系统，其特征在于，还包括位于提取口上方的单元架提升机构，单元架提升机构包括横移板、竖向滑动设置在横移板上并与单元架对应的提升连接头。

8.根据权利要求7所述的生物样本低温提取系统，其特征在于，所述横移板与提升连接头之间设置有中间板，中间板竖向滑动设置于横移板，提升连接头竖向滑动设置于中间板；间板的上部具有支撑压靠在提升连接头上的挂件；横移板上对应中间板升降的两端均固定有中间板限位件。

9.根据权利要求7所述的生物样本低温提取系统，其特征在于，所述单元架提升机构还包括单元架导向件，单元架导向件包括对应在单元架外侧的夹臂，夹臂固定于横移板；夹臂上转动支承有多个与单元架外立面接触的滚动件。

10.根据权利要求4所述的生物样本低温提取系统，其特征在于，所述第一机械手连接有夹具装置，夹具装置包括与第一机械手连接的快换连接机构和与快换连接机构连接的样本夹具，样本夹具包括样本盒夹具和试管夹具。