CN107782885B - 一种基于单机械手的高通量筛选系统 - Google Patents

一种基于单机械手的高通量筛选系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于单机械手的高通量筛选系统，属于生物技术与检测设备领域。所述基于单机械手的高通量筛选系统，呈四面环绕型，以机械臂所在位置为中心，从深孔板上料台开始呈逆时针环绕，依次是深孔板上料台、浅孔板上料台、枪头上料台、控制柜、枪头废料台、浅孔板废料台、深孔板废料台、酶标仪检测装置、摆放平台。本发明横跨微生物与机械学科，将微生物高通量筛选系统自动化，大大提高了筛选效率，能够有效助力于微生物育种技术的发展，从而进一步促进微生物学科的发展。

Description

一种基于单机械手的高通量筛选系统
技术领域
本发明涉及一种基于单机械手的高通量筛选系统，属于生物技术与检测设备领域。
背景技术
高通量筛选技术是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据并经计算机分析处理，在同一时间对大量样品进行采集实验，获得大量的信息，并从中找到有价值的信息。微生物育种技术不断发展，筛选技术决定了丛庞大的菌种库中筛选出目标菌种的效率。
目前国内高通量筛选系统主要依赖于进口设备，在各检测设备之间的样品传送仍需要人工操作，在最终择优的筛选对象和样品之间仍需要人工找寻和匹配。由于高通量筛选时每天要对数以千万的样品进行检测，工作枯燥，步骤单一，操作人员容易疲劳、出错，这在一定程度上也制约了高通量筛选的发展。目前我国微生物筛选大部分依赖进口设备，尚没有利用机器人实现自动化高通量筛选系统。
发明内容
本发明致力于解决国内现有高通量筛选系统存在的样品筛选流程非自动化，样品筛选目标数量较为有限关键问题，立足于微生物选育和机器人技术的交叉结合，提供一种基于单机械手的高通量筛选系统。
所述基于单机械手的高通量筛选系统，呈四面环绕型，以机械臂所在位置为中心，从96深孔板上料台开始呈逆时针环绕，依次是96深孔板上料台、96浅孔板上料台、96枪头上料台、控制柜、96枪头废料台、96浅孔板废料台、96深孔板废料台、酶标仪检测装置(自带震荡混匀装置)、摆放平台。摆放平台上有两个三自由度滑台，每个滑台都连接了96通道移液器，一个滑台用于移取96深孔板中的上清液，另一个滑台是用于加染色液。
自动上下料机械臂共设有1个，自动上下料机械臂用于将上料平台上的96浅孔板、96深孔板、枪头盒搬运到摆放平台上的相应位置；将摆放平台上加过色的96浅孔板搬运到酶标仪检测装置进行混匀，再将经酶标仪检测装置检测后的96浅孔板搬运到浅孔板回收平台上；将96深孔板和用过的枪头盒搬运到枪头盒回收平台和96深孔板回收平台。
所述96深孔板上料台、96浅孔板上料台、96枪头上料台设有用于放置96孔板的凹槽。
所述96枪头上料台设有用于放置枪头盒的凹槽。
所述摆放平台设有用于放置96孔板、枪头盒的凹槽。
所述加色装置12为96通道移液器，用于向已经加样的浅孔板中加显色剂。
所述自动上下料机械臂搭载视觉传感器，自动捕捉上料台和摆放台上的孔板，机械臂末端的夹持装置安装有压力传感器，用于夹持96孔板或枪头盒便于搬运。夹持装置的第一连杆与由电机直接驱动，第一连杆的两端通过销钉分别与第二连杆、第四连杆连接并可沿连接处转动，第二连杆与第三连杆通过销钉连接并可沿连接处转动，第四连杆通过连杆与第五连杆通过销钉连接并可沿连接处转动，第三连杆、第五连杆分别与第一夹块、第二夹块固定连接。
所述基于单机械手的高通量筛选系统在各工作位安装有传感器，用于检测孔板或枪头盒的到位、离开。
所述滑台上安装有碰撞传感器。
本发明的有益效果是，横跨微生物与机械学科，将微生物高通量筛选系统自动化，能够筛选具有特定性能的微生物，添加到深孔板中的样品可以是微生物的发酵上清液或微生物细胞破碎液。大大提高了筛选效率，人工移液到检测一块96孔板需要五分钟，这种筛选系统每分钟能够处理20个。生产流水线式的微生物高通量筛选系统能够扩大筛选目标数量，使筛选流程更加清晰简洁，解放人工劳动力。该系统能够有效助力于微生物育种技术的发展，从而进一步促进微生物学科的发展。
附图说明
图1为本发明一种实施方式的总体结构示意图；
图2为本发明一种实施方式的移动滑台示意图；
图3为本发明一种实施方式中自动上下料机械臂末端夹持装置的结构示意图；
图中：1-机械臂，2-96深孔板上料台，3-96浅孔板上料台，4-96枪头上料台，5-控制柜，6-96枪头废料台，7-96浅孔板废料台，8-96深孔板废料台，9-酶标仪检测装置，10-摆放平台，11-第一移动滑台，12-第二移动滑台，13-第一连杆，14-第二连杆，15-第三连杆，16-第四连杆，17-第五连杆，18-第一夹块，19-第二夹块，20-移液器。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例1
所述基于单机械手的高通量筛选系统呈四面环绕型，以机械臂1所在位置为中心，从96深孔板上料台2开始呈逆时针环绕，依次是96深孔板上料台2、96浅孔板上料台3、96枪头上料台4、控制柜5、96枪头废料台6、96浅孔板废料台7、96深孔板废料台8、震荡混匀平台、酶标仪检测装置9、摆放平台10、第一移动滑台11，第二移动滑台12，移液器20。所述上料平台和摆放平台10均有96孔板和枪头盒的凹槽；所述摆放平台10设置自带振荡混匀装置的酶标仪检测装置；所述第一个移动滑台11上的移液器20负责将96深孔板中的上清液吸取至96浅孔板中；所述第二个滑台12为96通道移液器，负责向孔板中添加染色剂。自动上下料机械臂共设有1个，用于将上料平台上的96浅孔板、96深孔板、枪头盒搬运到相应的摆放平台上；将摆放平台上加过色的96浅孔板搬运到酶标仪检测装置检测；将经酶标仪检测装置检测后的96浅孔板搬运到浅孔板回收平台上；将96深孔板和用过的枪头盒搬运到枪头盒回收平台和96深孔板回收平台。
以需要从100株微生物中筛选出能向胞外分泌特定物质的微生物为例，在解决高通量筛选需求时，可将100株微生物经发酵培养，并将各菌株的发酵培养液分别添加到深孔板中，可设置多个平行样，然后，经由机械手将深孔板中的样品转移到浅孔板、再经酶标仪检测之后，送入收集废弃物的废料台，并根据酶标仪的检测结果快速从100株微生物中获得目的菌株。而不必再人工一次次取样、放入酶标仪检测，在高通量筛选系统运行的同时，工作人员可以腾出时间处理其他实务，提高工作效率。当然，添加到深孔板中的液体，除了发酵液，还可以是细胞破碎液等包含了筛选所需标记物的液体。
如图2所示，自动上下料机械臂末端的夹持装置，用于夹持96孔板便于搬运。夹持装置的第一连杆13与由电机直接驱动，第一连杆13的两端通过销钉分别与第二连杆14、第三连杆15连接并可沿连接处转动，第二连杆14与第四连杆16通过销钉连接并可沿连接处转动，第三连杆15通过连杆与第五连杆17通过销钉连接并可沿连接处转动，第四连杆16、第五连杆17分别与第一夹块18、第二夹块19固定连接；当电机驱动第一连杆13转动时，第一连杆13带动连杆第二14、第三连杆15、第四连杆16、第五连杆17转动，第一夹块18、第二夹块19在水平方向作相对运动，电机正转、反转时第一夹块18、第二夹块19张开或夹紧96孔板或枪头盒。
第一移动滑台11上96通道移液器从96枪头盒中插取枪头后移至96深孔板进行取液，取液完成时，96通道移液器移动至96浅孔板上方将枪头中的液体排出到96浅孔板后，完成移液的动作。排出液体后的96通道移液器移至枪头盒上方，将枪头排出至枪头盒。机械臂依次将移液后的96深孔板、96废枪头盒转移至相应废料台。加色装置的96通道移液器向装有上清液的浅孔板中加显色剂。再由机械臂将浅孔板移至酶标仪检测(自带震荡混匀装置)。检测后96浅孔板被机械臂搬运至浅孔板回收平台。
所述酶标仪检测装置(自带震荡混匀装置)选用美国伯腾仪器有限公司的Cytation3细胞成像多功能检测系统(拥有一套系统集成自动数字显微镜和/或微孔板检测仪，具有基于滤光片的高性能检测光路和基于光栅的高灵活检测光路)。所述自动上下料机械臂搭载视觉传感器，自动按次序搬运上料区孔板。
所述生产流水线式的高通量筛选系统在各工作位安装有传感器，用于检测孔板或枪头盒的到位、离开。所述机械臂电动机上安装有编码传感器，自动上下料机械臂末端夹持装置上安装有压力传感器。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (2)

1.一种基于单机械手的高通量筛选系统，其特征在于，包括自动上下料机械臂、深孔板上料台、浅孔板上料台、枪头上料台、移动滑台、震荡混匀平台、酶标仪检测装置、深孔板废料台、浅孔板废料台和枪头废料台，
所述自动上下料机械臂用于96枪头盒、96深孔板和96浅孔板上下料，机械臂能够360度旋转，保证上下料时间安排的合理化；
自动上下料机械臂末端设置夹持装置，用于夹持96深孔板、96浅孔板或枪头盒便于搬运；夹持装置的第一连杆由电机直接驱动，第一连杆的两端通过销钉分别与第二连杆、第四连杆连接并能够沿连接处转动，第二连杆与第三连杆通过销钉连接并能够沿连接处转动，第四连杆通过连杆与第五连杆通过销钉连接并能够沿连接处转动，第三连杆、第五连杆分别与第一夹块、第二夹块固定连接；
所述基于单机械手的高通量筛选系统呈四面环绕型，以自动上下料机械臂所在位置为中心，从96深孔板上料台开始呈逆时针环绕，依次是96深孔板上料台、96浅孔板上料台、96枪头上料台、控制柜、96枪头废料台、96浅孔板废料台、96深孔板废料台、酶标仪检测装置、摆放平台、第一移动滑台，第二移动滑台；96深孔板上料台、96浅孔板上料台和96枪头上料台有相适应的96孔板或枪头盒的凹槽，摆放平台有96深孔板、96浅孔板、和枪头盒的凹槽；所述摆放平台设置自带振荡混匀装置的酶标仪检测装置；所述第一个移动滑台上的移液器负责将96深孔板中的上清液吸取至96浅孔板中；所述第二个滑台上的96通道移液器，负责向96孔浅孔板中添加染色剂；自动上下料机械臂共设有1个，用于将上料平台上的96浅孔板、96深孔板、和枪头盒搬运到摆放平台的相应位置上；将摆放平台上加过染色剂的96浅孔板搬运到酶标仪检测装置检测；将经酶标仪检测装置检测后的96浅孔板搬运到96孔浅孔板废料台上；将96深孔板和用过的枪头盒搬运到96枪头废料台和96深孔板废料台；
系统工作时，第一移动滑台上96通道移液器从96枪头盒中插取枪头后移至96深孔板进行取液，取液完成时，96通道移液器移动至96浅孔板上方将枪头中的液体排出到96浅孔板后，完成移液的动作；排出液体后的96通道移液器移至枪头盒上方，将枪头排出至枪头盒；机械臂依次将移液后的96深孔板、96废枪头盒转移至深孔板回收平台、枪头废料台；第二移动滑台上的96通道移液器向装有上清液的浅孔板中加染色剂；再由机械臂将浅孔板移至酶标仪检测；检测后96浅孔板被机械臂搬运至浅孔板回收平台。
2.根据权利要求1所述的高通量筛选系统，其特征在于，第一移动滑台和第二移动滑台上安装有碰撞传感器，自动上下料机械臂末端夹持装置上安装有压力传感器。
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