CN107923822B - 样品前处理系统 - Google Patents

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Abstract

公开样品前处理系统及其控制方法。本发明的样品前处理系统及其控制方法能够最小化作业人员直接手动操作的情况下可能发生的失误，确保样品前处理及测试结果的准确性及均匀性，能够通过简便地执行样品的混合和排出提高作业便利性，提供用户亲和性的实验环境。并且，能够均匀地保持及调节腔体内的压力使得即使腔体内的压力急剧变化也能够防止样品破出来，通过提高对收容于腔体内的样品的热传递能力在短时间内加热至所需温度，因此能够提高样品的混合及反应效率。并且，能够利用磁力提高样品混合效果，最小化机械驱动，能够在样品前处理之后定量吐出样品。

Description

样品前处理系统
技术领域
本发明涉及样品前处理系统及其控制方法，更具体来讲涉及一种通过减少样品前处理过程中作业人员的失误以确保试验结果的可靠性，能够简便、轻松地执行前处理过程，能够定量吐出经过前处理的样品的，样品前处理系统及其控制方法。
背景技术
通常，流体样品分析除了用于化学及生命工程领域之外还广泛用于分析采自患者的血液、体液以进行诊断的诊断领域等。
近来，为了更简便有效地分析这些流体样品，不断地开发小型化的多种分析及诊断的设备和技术。
另外，对这些流体样品进行分析的方法中的一个关键是对流体样品进行前处理。
其中，对流体样品进行前处理是指在对流体样品进行分析之前提取所需量的样品，例如用稀释缓冲液等以适当比例对此进行精确处理，或与固体、液体状态的反应试剂混合，或利用填充或支撑体进行分离及精制。
通常，为此使用移液管或吸液管对流体样品进行前处理，但对于芯片实验室(lab-on-a-chip)或尖端实验室(lab-on-a-tip)单位的样品分析来讲，用于前处理的样品量是极少量的，而且需要非常精确地进行处理，因此作业人员直接利用移液管或吸液管精确地前处理所需的极少量的样品并不是容易的事。
而且，现场检查方法需要经过对采集的样品进行前处理后再将其投入到测定设备的步骤，在投入步骤会再一次发生施加样品量的误差问题。
因此，对极少量的血液乃至其他样品进行前处理时，提出需要一种样品前处理系统，能够最小化作业人员的失误，能够容易、简单、轻松地进行前处理过程，可定量吐出经过前处理的样品。
发明内容
发明要解决的问题
本发明的实施例旨在最小化作业人员直接手动操作的情况下可能发生的失误，确保样品前处理及测试结果的准确性及均匀性。
并且，旨在通过自动、简便地执行样品的混合和排出及装到诊断储存盒的所有过程以提高作业便利性，提供用户亲和性的实验环境。
并且，样品前处理及装载时，通过自动加热模块与储存盒使其在指定的时间维持指定的温度，以此提高混合效率及反应效率。
并且，旨在均匀地保持及调节腔体内的压力使得即使腔体内的压力急剧变化也能够防止样品破出来。
并且，旨在通过提高对收容于腔体内的样品的热传递能力在短时间内加热至指定温度，以提高样品的混合及反应效率。
并且，旨在利用磁力提高样品混合效果，最小化机械驱动。
并且，旨在提供能够实现样品的前处理和定量吐出，及对装载的一站式服务的样品前处理系统(预处理系统)。
用于解决问题的手段
根据本发明的一个方面，可提供一种样品前处理系统，包括：支座出纳部，具有用于配置样品前处理模块的模块支座；储存盒容纳部，容纳用于装载从所述样品前处理模块的腔体中排出的样品的储存盒；磁力生成部，生成用于旋转配置于所述样品前处理模块内的永磁铁的磁力；以及贯穿及排出执行部，贯穿所述样品前处理模块的贯穿膜，按压盖的移动部以排出所述样品。
所述模块支座可包括包围所述模块支座的外侧且对所述样品前处理模块加热的模块加热器。
所述贯穿及排出执行部可包括：外围按压部，按压所述样品前处理模块的盖外围部以刺穿所述样品前处理模块内部的贯穿膜；以及移动部按压部，按压所述移动部以排出所述样品。
所述贯穿及排出执行部还包括：第一移动杆，连接于所述外围按压部；第二移动杆，连接于所述移动部按压部；以及第一电机，驱动所述第一移动杆与第二移动杆，其中，所述第一移动杆与第二移动杆可随着第一电机的驱动同时向彼此背离或彼此靠近的方向移动。
所述贯穿及排出执行部还包括形成于所述外围按压部的中央部的通孔，所述移动部按压部可通过所述通孔移动按压所述移动部。
所述磁力生成部可包括：涡流磁铁，可旋转地设置于所述模块支座一侧；以及第二电机，使所述涡流磁铁旋转。
所述储存盒容纳部可包括：储存盒支座，用于配置所述储存盒，装载或卸载所述储存盒；以及第三电机，其提供用于将所述储存盒支座移动到装载或卸载位置的驱动力。
所述储存盒容纳部还包括对装载的所述储存盒加热的储存盒加热器，所述储存盒加热器随着所述储存盒的装载或卸载上升或下降。
本发明的样品前处理系统还包括包围所述储存盒加热器的至少一部分且紧贴于所述储存盒的加热器连接部，所述加热器连接部的面积大于所述储存盒的反应区域的面积。
所述储存盒加热器具有包括覆盖所述储存盒的反应区域的加热器连接部的区域的面积。
优选地，所述加热器连接部具有能够紧贴到所述储存盒的反应区域的平坦形状。
所述储存盒加热器可具有对应于所述储存盒与所述加热器连接部的接触面的平坦形状。
本发明的样品前处理系统的所述支座出纳部还可以包括：第四电机，其提供用于移动所述模块支座以装载或卸载配置于所述模块支座的样品前处理模块的驱动力。
本发明的样品前处理系统还可以包括感测排出的所述样品的滴落(drop)次数的计数传感器。
根据本发明的另一方面，可提供一种样品前处理系统的控制方法，包括：将储存盒配置在储存盒支座后装载到储存盒容纳部的步骤；将腔体内收容有样品的样品前处理模块配置在模块支座后装载的步骤；通过旋转位于所述模块支座一侧的涡流磁铁以旋转位于所述腔体内的永磁铁的步骤；按压所述样品前处理模块的盖外围部以刺穿所述样品前处理模块内部的贯穿膜的步骤；以及按压所述样品前处理模块的盖的移动部排出所述样品并装载到所述储存盒的步骤。
本发明的样品前处理系统的控制方法还可以包括加热所述储存盒使所述储存盒保持预定温度的步骤。
本发明的样品前处理系统的控制方法还可以包括对配置于所述模块支座的样品前处理模块加热使所述样品前处理模块以预定温度保持预定时间的步骤。
发明效果
本发明的实施例能够最小化作业人员直接手动操作的情况下可能发生的失误，确保样品前处理及测试结果的准确性及均匀性。
并且，能够通过自动、简便地执行样品的混合和排出及装到诊断储存盒的所有过程以提高作业便利性，提供用户亲和性的实验环境。
并且，样品前处理及装载时通过自动加热模块与储存盒使得保持所需温度长达所需时间，从而能够提高混合效率及反应效率。
并且，能够均匀地保持及调节腔体内的压力使得即使腔体内的压力急剧变化也能够防止样品破出来。
并且，通过提高对收容于腔体内的样品的热传递能力在短时间内加热至所需温度，因此能够提高样品的混合及反应效率。
并且，能够用磁力提高样品混合效果，最小化机械驱动。
并且，能够提供可实现样品的前处理、定量吐出及装载一站式(one-stop)服务的样品前处理系统。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的样品前处理模块的立体图；
图2是本发明的一个实施例的样品前处理模块的侧面结构图；
图3是切开本发明的一个实施例的样品前处理模块的部分的分解立体图；
图4是示出本发明的一个实施例的样品前处理模块的散布部件的立体图及侧面图；
图5是示出本发明的一个实施例的样品前处理模块的本体和盖的立体图；
图6是示出本发明的一个实施例的样品前处理模块的排出尖端的剖面图；
图7是用于说明为了使本发明的一个实施例的样品前处理模块定量吐出而求出排出口的直径的方式的结构图；
图8是本发明的一个实施例的样品前处理系统的立体图；
图9是示出在本发明的一个实施例的样品前处理系统的支座工作台拉出的状态下配置样品前处理模块的状态的立体图；
图10是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的模块支座的立体图；
图11是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的支座工作台拉出的状态的立体图；
图12是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的支座工作台的容纳状态的立体图；
图13是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的结构的纵剖立体图；
图14是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的外围按压部开始按压盖外围部的状态的剖面图；
图15是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的外围按压部按压盖外围部并贯穿贯穿膜的状态的剖面图；
图16是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的移动部按压部按压移动部以吐出样品的状态的剖面图；
图17是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的贯穿及排出执行部的动作的局部结构图；
图18是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的磁力生成部的立体图；
图19是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒容纳部的立体图；
图20是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒容纳部的滑动门的拉出或容纳状态的立体图；
图21是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒容纳部的滑动门拉出的状态的平面图；
图22是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒容纳部工作结构的局部立体图；
图23是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒加热器上升或下降的工作结构的结构图；
图24是示出储存盒容纳于本发明的一个实施例的样品前处理系统的状态的立体图；
图25是示出在本发明的一个实施例的样品前处理模块的散布部件上散布金纳米颗粒后进行干燥的过程的结构图；
图26是示出在本发明的一个实施例的样品前处理模块的腔体内散布缓冲剂并进行干燥的过程的结构图；
图27是示出本发明的一个实施例的样品前处理模块的各部件的组装状态的结构图；
图28是示出向本发明的一个实施例的样品前处理模块的腔体注入样品的状态的结构图；
图29是示出向本发明的一个实施例的样品前处理模块的永磁铁施加磁力以混合样品的过程的结构图；
图30是示出按压本发明的一个实施例的样品前处理模块的盖外围部以贯穿贯穿膜的过程的结构图；
图31是示出按压本发明的一个实施例的样品前处理模块盖的移动部以排出样品的过程的结构图。
具体实施方式
以下参照附图具体说明本发明的优选实施例。但本发明不限于此处说明的实施例，可以具体化为其他形态。并且，此处介绍的实施例是为了使公开的内容彻底、完整，并且为了使本领域技术人员充分理解本发明的思想而提供的。在整篇说明书中，相同的附图标记表示相同的构成要素。
图1是本发明的一个实施例的样品前处理模块的立体图，图2是本发明的一个实施例的样品前处理模块的侧面结构图，图3是部分切开本发明的一个实施例的样品前处理模块的分解立体图，图4是示出本发明的一个实施例的样品前处理模块的散布部件的立体图及侧面图，图5是示出本发明的一个实施例的样品前处理模块的本体和盖的立体图，图6是示出本发明的一个实施例的样品前处理模块的排出尖端的剖面图，图7是用于说明为了使本发明的一个实施例的样品前处理模块定量吐出而求出排出口的直径的方式的结构图。
参照图1至图7，本发明的一个实施例的样品前处理模块100可包括本体110、本体110内部具有用于收容样品的大的腔体112，包括结合于所述本体110一端的盖120，包括至少局部散布(dotting)有试剂且插入到所述腔体112内部的散布部件(dotting substrate)130，及可移动地结合于所述本体110的另一端排出收容于所述腔体112的样品的排出尖端140。
本实施例的所述本体110可以是具有预定高度的圆筒形，所述本体110内可形成有同样也是圆筒形的预定空间的腔体112。但所述本体110和腔体112的形态不限于圆筒形，可根据需要变形成多种形态并实施。
为了对收容于所述腔体112的样品进行加热时提高所述本体110的热传递能力，优选的是将所述本体110的外壁形成得尽量薄。
所述本体110的一侧具有流入口114，可用于向腔体112注入样品或缓冲剂，所述散布部件130也可以通过所述流入口114插入并收容于腔体112。
所述本体110的另一侧结合有排出尖端140，腔体112和排出尖端140之间可具有贯穿膜116。所述贯穿膜116在被下述贯穿部146贯穿之前切断与排出尖端140之间连通，因此样品能够收容于腔体112内。
在注入样品之前散布(dotting)到腔体112内的缓冲剂涂布于所述贯穿膜116的状态下对所述贯穿膜116进行干燥(drying)，之后经历注入的样品和缓冲剂进行混合(mixing)并形成稀释液或混合液的前处理过程。
在此，除贯穿膜116之外还可以对腔体112内壁等腔体112内部适用前处理物质。
所述本体110和排出尖端140、盖120及贯穿膜116等可由弹性材质的合成树脂制造，例如可以使用聚苯乙烯(PS：Polystyrene)、聚丙烯(PP：Polypropylene)或聚乙烯(PE：Polyethylene)，或者也可以采用其他具有弹性的材质，可用弹性材质通过注塑成型制造。
尤其，采用的缓冲剂为维生素D(Vitamin D)的情况，优选的是用PP树脂材质制造所述排出尖端140。这是因为考虑到溶液的粘性，由于维生素D(Vitamin D)的前处理溶液的粘性低，因此目的在于将排出尖端140制造成具有疏水性以防止样品随意流出，确保能够调节为定量并排出。
反过来，前处理溶液的粘性高的情况，用具有亲水性的材质制造所述排出尖端140能够确保与缓冲剂混合的样品顺畅的排出。
所述散布部件130和样品共同收容于所述腔体112内，在所述散布部件130的至少一侧散布指定的试剂并插入，因此收容的样品能够与试剂反应或混合。除了在所述散布部件130上散布试剂之外，还可以在所述散布部件130上散布追加样品或前处理物质并插入。
所述散布部件130可包括散布部件本体134、向所述散布部件本体134的一侧延长形成的至少一个第一延长部136及向所述散布部件本体134的另一侧延长形成的至少一个第二延长部138。
所述散布部件本体134大致构成四角的多面体形状，上述试剂可主要散布在所述第二延长部138，但不限于此。可以给所述散布部件本体134和第一延长部136也散布试剂并插入到腔体112内。
本实施例中，可从所述散布部件本体134两侧向上方延长形成两个所述第一延长部136。本实施例中延长形成两个分离的所述第一延长部136是为了确保样品注入空间，是为了形成移液管(pipette)进入腔体112入口所需的空间。并且，使得所述散布部件130最大程度地紧贴于腔体112外壁来设计，这是为了确保即使产生误差也能够灵活地插进去。
所述第二延长部138可从所述散布部件本体134下部向下方延长形成。在此，所述第二延长部138可在与所述散布部件本体134形成段差的同时向下方延长。
本来散布的试剂应位于与样品接触的面积内，但由于将试剂滴到第二延长部138表面时会在扩散的同时干燥，因此具有散布面积难以聚集地调节的问题。而本实施例中散布部件本体134和第二延长部138之间形成有段差，因此散布的试剂不会越过段差扩散。
并且，可以将第二延长部138延长形成为长度等于(或小于)收容于腔体112内的样品的程度，确保样品与试剂能够充分反应。即，可根据注入的样品量调节所述第二延长部138的面积或延长的长度。
当然，所述散布部件130的形状不限于图4所示的形状，可根据需要变更为多种形状的来实施。
永磁铁132可以和所述散布部件130一起插入到腔体112内部。本实施例的所述永磁铁132为圆筒形，通过随外部施加的磁场变化发挥的磁力作用旋转，起到对所述样品进行混合(mixing)的作用。在此，所述永磁铁132配置在由第二延长部138形成的空间，可对样品进行混合。
所述永磁铁132顺着上下方向磁化为N-S或S-N，在所述腔体112周边旋转电磁铁320(参照图29)的情况下，所述永磁铁132也沿着圆周方向旋转。
在此，所述电磁铁320的旋转轴与所述永磁铁132的旋转轴相互垂直。当所述电磁铁320位于所述样品前处理模块100的垂直方向上部或下部的情况，所述电磁铁320的旋转轴与所述永磁铁132的旋转轴相互水平。
如上所述，可在所述散布部件130的第二延长部138散布追加样品并进行干燥。例如，可在所述第二延长部138散布(dotting)金纳米颗粒G(gold nano particle，参照图25)并进行干燥(drying)后，可在腔体112内将其与样品相混合。
除所述金纳米颗粒G以外还可以使用多种前处理物质，关于在散布部件130上适用于前处理物质的方法，除上述散布及干燥之外还可以选择性地适用冻结干燥方法等。
并且，可以利用上述方法将前处理物质收容在腔体112内部，如散布在贯穿膜116或腔体112内壁等。
可以使所述散布部件130的整体长度与所述腔体112的长度一致。因此，所述散布部件130在插入到腔体112内时还可以起到保持腔体112形状的框架作用。
可在所述本体110的流入口114侧结合盖120。可以将所述盖120构成为通过盖连接部128连接于所述本体110一侧的状态。在此，所述盖120可包括中空部122及移动部124，中空部122与所述腔体112连通，移动部124可移动地设置于所述中空部122内且通过其移动按压所述腔体112内的样品使得排出到外部。所述移动部124例如可以由橡胶材质的封装部件(packing)构成。
在所述盖120结合于所述本体110时，所述中空部122可连接于所述腔体112以相互连通。为此，所述盖120具有从所述中空部122延长形成的腔体连通部126，所述腔体连通部126插入到所述流入口114的情况下，所述盖120结合于本体110的同时所述腔体112和中空部122能够相互连通。
并且，给插入到所述中空部122内的移动部124按压的情况下，在所述移动部124向腔体112方向移动的过程中压力传递到所述腔体112内部，因此样品能够排出到外部。
然而，所述腔体112如以上所述处于被贯穿膜116堵住的状态，因此该结构是需要先刺穿所述贯穿膜116以排出经过前处理的样品的结构。为此，可设置随着所述排出尖端140向腔体112侧移动贯穿所述贯穿膜116形成能够排出所述腔体112内的样品的排出流路149的贯穿部146。
如图6所示，所述排出尖端140是一侧的排出部142和另一侧的贯穿部146通过排出流路149连通的双尖端(double-pointed)结构。具体来讲，所述排出尖端140具有插入到形成于所述本体110的插入孔118的插入本体144，所述贯穿部146从所述插入本体144的上端延长形成。当然，所述贯穿部146具有尖端变细的尖利的形状以确保能够随着移动贯穿所述贯穿膜116。
本实施例中，所述贯穿部146可以是两侧对称地倾斜变细使得中央部尖利的形状。
所述插入孔118的内周侧具有沿着圆周方向形成的凸出形状的卡台119，所述插入本体144的上部可形成有初始组装时被所述卡台119卡住而限制排出尖端140进一步移动的卡接部145。
因此，初始组装所述本体110和排出尖端140时，暂且只插入至卡接部145被所述卡台119卡住的程度，后续结束样品的稀释或混合过程后排出样品时进一步施加外力推进去使得贯穿部146刺穿贯穿膜116。
在此，所述贯穿膜116上可形成有能够引导所述贯穿部146贯穿贯穿膜116的预定位置的贯穿引导部116a。如图2及图3所示，所述贯穿引导部116a能够引导贯穿部146贯穿贯穿膜116的中央部。并且，所述贯穿引导部116a还可以在初始组装所述本体110和排出尖端140时起到抑制贯穿部146刺穿贯穿膜116的任意位置致使样品漏出的可能性的作用。
所述插入本体144的下部形成有法兰部143。所述法兰部143被所述本体110的插入孔118外围卡住，因此能够限制所述贯穿部146贯穿贯穿膜116后排出尖端140继续前进。
如上，在所述排出尖端140的贯穿部146贯穿了贯穿膜116的状态下形成有能够排出腔体112内的样品的排出流路149，在该状态下如上所述的按压以按压设置于盖120的中空部122的移动部124的情况下，样品能够通过排出部142吐出。
在此，样品吐出量取决于所述移动部124的移动距离及速度，虽然可以由作业人员直接按压移动部124，但也可以适用能够使移动部124以预定的速度移动预定的距离的装置使吐出量保持预定的定量水平。
另外，可通过调节排出部142的大小使得以相同的速度移动相同的移动距离时具有不同的样品吐出量。所述排出尖端140可拆卸地结合于所述本体110，可将所述排出部142更换成具有与样品种类及排出量相适应的直径的排出部142。
并且，吐出的样品的液滴体积可随所述排出部142的大小变化，可通过所述排出部142的直径调节吐出的体积。
如图7所示，优选的是使所述排出部142具有的直径与在所述腔体112前处理的样品的种类及排出量等相适应。
为此，可用球的截断部(spherical cap)的大小求出所述排出部142的直径。例如，设所述排出部142的半径为a，排出的样品液滴d的半径为r，球的截断部的高度为h时，所述样品液滴d的体积V可通过数学式V＝4/3πr3，r＝(a2+h2)/2h求出所述排出部142的直径。
另外，也可以用所述样品液滴d的表面张力求出。例如，可用数学式W＝2πrγ(其中，W＝经过反应的样品液滴的重量，r＝吐出液滴的半径，γ＝表面张力)求出所述排出部142的直径。
另外，所述贯穿部146刺穿贯穿膜116时腔体112内压力急剧增大，因此收容于腔体112的样品可能会破出。并且，随着所述本体110外周侧受到意想不到的外力，可能会发生腔体112内压力上升的情况。
为了应对上述状况，可在所述盖120的中空部122内壁形成调节所述腔体112内压力的排气管(venting line)125。所述排气管125沿着垂直方向形成于所述中空部122内壁且具有预定长度，能够通过向外部排出腔体112内上升的压力，起到调节腔体112内压力的作用。
本实施例中，两个所述排气管125分别形成于所述中空部122内壁的一侧与另一侧，因此即使一个排气管125堵住的情况下也能够继续起到调节腔体112内压力的作用。
图8是本发明的一个实施例的样品前处理系统的立体图，图9是示出在本发明的一个实施例的样品前处理系统的支座工作台拉出的状态下配置样品前处理模块的状态的立体图，图10是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的模块支座的立体图，图11是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的支座工作台拉出的状态的立体图，图12是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的支座工作台的容纳状态的立体图。
参照图1至图12，本发明的一个实施例的样品前处理系统1000可包括：具有用于配置上述样品前处理模块100的模块支座520的支座出纳部500、容纳用于装载(loading)从所述样品前处理模块100的腔体112中排出的样品的储存盒(未示出)的储存盒容纳部400、生成用于旋转所述样品前处理模块100内的永磁铁132的磁力的磁力生成部300及贯穿所述样品前处理模块100的贯穿膜116且按压盖120的移动部124以排出所述样品的贯穿及排出执行部200。
所述支座出纳部500起到将收容作为前处理对象的样品的样品前处理模块100装载到样品前处理系统1000内的作用。图8示出样品前处理系统1000的内部构成都如实地露出来，但可以具有盖住外侧的盖(未示出)。
对所述支座出纳部500的具体构成来讲，如上所述，包括用于配置样品前处理模块100的模块支座520。所述模块支座520设置于支座工作台530上，所述支座工作台530设置成能够移动，因此能够将所述模块支座520移动到装载或卸载位置。
所述支座工作台530一侧可具有提供能够同时移动所述支座工作台530和模块支座520的驱动力的第四电机510。所述第四电机510使连接于电机的旋转轴的出纳部行星齿轮(pinion gear)512进行旋转运动，所述出纳部行星齿轮512啮合于配置在所述支座工作台530下部的齿条(未示出)将旋转运动转换为水平运动使支座工作台530向水平方向移动。
在此，所述支座工作台530下部具有导轨532，能够引导所述支座工作台530水平移动。
一开始配置所述样品前处理模块100的情况下，所述第四电机510向一方向驱动使支座工作台530在导轨532上滑动以拉出到外侧。在此，可在样品前处理系统1000的整个盖(未示出)上设置所述支座工作台530能够出入的门(未示出)。
在拉到外侧的支座工作台530的模块支座520上配置样品前处理模块100后第四电机510再向反方向驱动，此时支座工作台530在导轨532上滑动容纳到内侧。
可以使得用户按下位于外侧的开关(未示出)时执行这些动作。
位于所述支座工作台530上的模块支座520的内侧形成有大致圆筒形的能够配置所述样品前处理模块100的空间。并且，所述模块支座520外侧可具有对所述样品前处理模块100进行加热的模块加热器524。
具体来讲，所述模块加热器524如图10所示，由包围支座本体522的外侧的热线构成，随着电流流动发热对配置在支座本体522内侧的样品前处理模块100进行加热。
如上所述，本实施例的所述样品前处理模块100的本体110因厚度薄而具有很高的热传递能力，因此容易吸收作为热源的所述模块加热器524发散的热，能够在短时间内将样品加热到所需的温度。在此，优选的是使介于所述模块加热器524和样品前处理模块100之间的支座本体522也由导热率好的金属材质形成。如图10所示，最后在所述模块加热器524的外侧设置加热器外壳526。
所述样品前处理模块100的温度和保持时间可随作为前处理对象的样品与缓冲剂的种类而异。例如维生素D(Vitamin D)的情况下保持49℃度达10分钟，游离T4(FreeT4)及睾酮(Testosterone)的情况下保持37℃达5分钟。
图13是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的结构的纵剖立体，图14是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的外围按压部开始按压盖外围部的状态的剖面图，图15是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的外围按压部按压盖外围部以贯穿贯穿膜的状态的剖面图，图16是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的移动部按压部按压移动部以吐出样品的状态的剖面图，图17是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的贯穿及排出执行部的动作的局部结构图。
参照图13至图17，所述贯穿及排出执行部200可包括通过按压所述样品前处理模块100的盖外围部129刺穿所述样品前处理模块100内部的贯穿膜116的外围按压部220及按压所述移动部124以排出所述样品的移动部按压部230。
正如从名称所能推断，所述贯穿及排出执行部200可起到贯穿上述样品前处理模块100的贯穿膜116的作用和按压按压使得样品能够排出的作用共两种作用。
以下具体说明上述贯穿及排出执行部200的结构。
如图13至图16所示，连接形成有所述外围按压部220的第一移动杆222及连接形成于所述移动部按压部230的第二移动杆232可分别配置在上部和下部。即，第二移动杆232配置于所述第一移动杆222上部。
所述第一移动杆222与第二移动杆232设置成能够在固定轴218上上下移动，本实施例具有同时向相互背离的方向或相互靠近的方向移动的结构。
所述固定轴218与第一移动杆222之间及所述固定轴218与第二移动杆232之间分别具有第一滑动轴承226与第二滑动轴承236，起到使所述第一移动杆222与第二移动杆232柔和、顺畅地移动的作用。
用于移动所述第一移动杆222与第二移动杆232的驱动力可由设置于一侧的第一电机210提供。所述第一电机210的旋转力通过驱动齿轮212、214传递到旋转轴216，所述旋转轴216从而能够向顺时针方向或逆时针方向旋转。
如图17所示，所述旋转轴216与第一移动杆222及第二移动杆232相接的部分形成有螺纹(screw thread)，所述第一移动杆222与第二移动杆232上也可以形成有与之对应的螺纹。在此，优选的是使形成于第一移动杆222与第二移动杆232的螺纹的旋转方向彼此相反。
如上，第一移动杆222侧螺纹与第二移动杆232侧螺纹的形成方向相反的情况下，所述旋转轴216旋转时所述第一移动杆222与第二移动杆232向相反方向移动。
例如，如图17中的(a)所示，所述旋转轴216向逆时针方向旋转时所述第一移动杆222与第二移动杆232向相互靠近的方向移动。并且如图17中的(b)所示，所述旋转轴216向顺时针方向旋转时所述第一移动杆222与第二移动杆232向彼此背离的方向移动。
通过上述方式驱动所述第一移动杆222与第二移动杆232，因此所述外围按压部220与移动部按压部230起到各自的作用。
所述外围按压部220与移动部按压部230在装载了所述模块支座520时可对齐成一列位于样品前处理模块100的垂直上方。
所述外围按压部220如图13至图16形成于第一移动杆222端部，可具有能够按压样品前处理模块100的盖120的上面尤其盖外围部129的形状。
并且，所述移动部按压部230连接结合于第二移动杆232端部，具有向下部延伸的长圆筒形杆(bar)形状，设置成能够按压位于所述盖120的中空部122的移动部124。
在此，为防止所述外围按压部220与移动部按压部230相互干涉，所述外围按压部220的中央侧形成有通孔224，因此所述移动部按压部230能够通过所述通孔224移动按压所述移动部124。
以下说明如上构成的外围按压部220与移动部按压部230的动作过程。首先如图14所示，样品前处理模块100配置于模块支座520的状态下装载时，样品前处理模块100与外围按压部220及移动部按压部230垂直对齐。在此，所述样品前处理模块100的排出尖端140处于仅部分插入的状态，以防止排出尖端140上端的贯穿部146贯穿贯穿膜116。
在该状态下，第一电机210驱动使得旋转轴216向一方向旋转时所述第一移动杆222与第二移动杆232向彼此背离的方向移动，因此所述外围按压部220随着向下部移动按压所述样品前处理模块100的盖外围部129。
所述外围按压部220按压盖外围部129时样品前处理模块100的本体110向下部下降，所述贯穿膜116被贯穿部146刺穿。
之后，所述第一电机210的驱动方向改变的情况下旋转轴216向反方向旋转，此时如图16所示，所述第一移动杆222与第二移动杆232向彼此靠近的方向移动。
在此，所述移动部按压部230通过形成于所述外围按压部220的中央部的通孔224并向下方移动的过程中按压位于所述盖120的中空部122的移动部124。
并且，所述移动部124向下方移动按压的情况下，腔体112内的样品通过所述排出部142排出。如上排出的样品在下述流体分析用储存盒10(参照图24)用于诊断及分析。
如上使贯穿膜116的贯穿与样品的排出自动化的情况下，不仅能够提高用户的便利性，而且排出样品时可通过机械控制使移动部按压部230以预定的速度移动预定的距离按压。
并且，可根据样品的种类或粘性等物性精确变更移动部按压部230的移动速度与移动距离，因此能够最大程度地排除人为失误(human error)，始终能够定量吐出。
如上所述，样品吐出量取决于样品前处理模块100的移动部124的移动距离及速度，可通过所述移动部按压部230按压移动部124使得以预定的速度移动预定的距离，以使吐出量保持预定的定量水平。
另外，本发明的样品前处理系统1000可具有感测排出的所述样品的滴落(drop)次数的计数传感器600。所述计数传感器600如图14至图16所示，可位于底所述样品滴落的部分一侧。
本实施例中，所述计数传感器600例如可以采用光纤传感器(optical fibersensor)。光纤传感器可通过在去除透镜的放大器上组合光纤电缆制成，其优点是能够获得高响应速度、能够检测超小型物体、能够适用于狭窄的空间，以及能够适用于高温。
所述计数传感器600可设置于所述模块支座520下部一侧，即，可设置于样品前处理模块100的样品滴落的部分附近。
所述计数传感器600采用光纤传感器的情况下，在发光部一直射出激光束的状态下，通过受光部感测每次样品滴落时反射的激光束，以此计数滴落次数。
但所述计数传感器600不限于光纤传感器，可以适用能够感测样品滴落次数的各种传感器。
图18是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的磁力生成部的立体图。
参照图18，所述模块支座520一侧可具有生成用于旋转所述样品前处理模块100内的散布部件130的磁力的磁力生成部300。
并且，所述磁力生成部300可包括能够旋转地设置于所述模块支座520一侧的涡流(vortexing)磁铁320及使所述涡流磁铁320旋转的第二电机310。
滑轮312与带314连接所述第二电机310与涡流磁铁320的旋转轴，能够将所述第二电机310的旋转力传递到涡流磁铁320。
如上所述，收容于所述腔体112内的永磁铁132向上下方向磁化为N-S或S-N，随着所述涡流磁铁320旋转发生的磁场变化使得永磁铁132受到旋转力而旋转。
在此，所述永磁铁132的旋转轴为垂直方向，涡流磁铁320的旋转轴为水平方向，因此相互垂直。
图19是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒容纳部的立体图，图20是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒容纳部的滑动门的拉出或容纳状态的立体图，图21是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒容纳部的滑动门拉出的状态的平面图，图22是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒容纳部工作结构的局部立体图，图23是示出本发明的一个实施例的样品前处理系统的储存盒加热器上升或下降的工作结构的结构图，图24是示出储存盒容纳于本发明的一个实施例的样品前处理系统的状态的立体图。
参照图19至图24，所述储存盒容纳部400可包括：用于配置所述储存盒10(参照图24)且装载或卸载所述储存盒10的储存盒支座420；以及提供用于将所述储存盒支座420移动到装载或卸载位置的驱动力的第三电机410。
本发明的样品前处理系统1000省略示出了盖住外侧的盖(未示出)，但样品前处理系统1000的整个盖上可具有所述储存盒支座420能够出入的出入口(未示出)。
可通过位于本体110一侧下部的第三电机410的驱动力拉出或容纳所述储存盒支座420。具体来讲，所述第三电机410的旋转力通过带、滑轮及驱动齿轮的组合传递到容纳部行星齿轮412。
所述容纳部行星齿轮412啮合于形成于所述储存盒支座420的容纳部齿条422传递动力。因此，随着所述第三电机410的旋转轴向一方向或其反方向旋转，所述储存盒支座420能够移动到拉出或容纳位置。
另外，所述储存盒容纳部400还包括对装载的所述储存盒10进行加热的储存盒加热器430，可以构成所述储存盒加热器430随所述储存盒10的装载或卸载而上升或下降的结构。
为此，所述储存盒加热器430固定设置于加热器连接部432，所述加热器连接部432结合于升降部434。并且，所述升降部434随着所述储存盒支座420容纳或拉出进行升降运动即上升或下降。
具体来讲如图22所示，还包括齿条引导部440，所述齿条引导部440设置成位于一侧的引导凸起444与形成于所述储存盒支座420的引导线424相配合的状态。
并且，所述储存盒支座420运动的情况下，所述齿条引导部440沿着所述引导线424的路径移动。即，以图21的平面图为基准，所述储存盒支座420移动向外部拉出的情况下，齿条引导部440借助与所述引导线424配合的引导凸起444在附图上向上侧水平移动。
所述储存盒支座420移动容纳到内侧时，齿条引导部440借助与所述引导线424配合的引导凸起444在附图上向下侧水平移动。在此，形成于所述齿条引导部440一侧的引导齿条442啮合于容纳部行星齿轮412，从而能够更加稳定地传递动力。
另外，所述齿条引导部440的垂直面一侧形成有升降引导线446，所述升降部434后面形成有能够插入所述升降引导线446相配合的升降部凸起436。
因此如图23所示，所述齿条引导部440水平移动时升降部凸起436沿着所述升降引导线446的路径移动，因此所述升降部434进行上升或下降运动。
结果，所述储存盒支座420通过所述第三电机410的驱动力移动以容纳或拉出，与此同时所述储存盒加热器430也随之进行升降运动。
如上构成是为了防止配置于所述储存盒10下部的储存盒加热器430与储存盒支座420为容纳或拉出而移动时彼此干涉甚至碰撞。
即，如上构成拉出储存盒支座420时储存盒加热器430下降，容纳储存盒支座420时储存盒加热器430上升的结构的情况下能够解决上述问题。
另外，如图24所示，所述加热器连接部432设置成包围所述储存盒加热器430的至少一部分，储存盒加热器430上升时所述加热器连接部432紧贴于储存盒10下部。
优选的是用导热性好的材质形成所述加热器连接部432使得能够将热从作为热源的储存盒加热器430传递到储存盒10对储存盒10进行加热。
例如，所述加热器连接部432可以适用导热性高且硬度大的铝材质。虽然铜的导热性也很好，但由于硬度低，因此具有容易弯曲的问题，因此本实施例的加热器连接部432适用铝。
所述储存盒加热器430非常烫，因此直接紧贴在储存盒10上的情况下，由树脂构成的储存盒10可能会融化，所以为了防止这种情况而通过由导热性材质构成的加热器连接部432间接加热。
在此，所述加热器连接部432覆盖的区域为所述储存盒10的反应区域R，优选的是使所述加热器连接部432的面积大于所述储存盒10的反应区域R的面积。
并且，优选的是使所述储存盒加热器430具有包括覆盖所述反应区域R的加热器连接部432的区域的面积。
所述储存盒10的样品反应区域R需要保持预定温度，因此加热器连接部432应起到将从作为热源的储存盒加热器430发散的热均匀、充分地传递到反应区域R的作用。
在此，为提高所述加热器连接部432的热传递能力，应制造成面积相对大于反应区域R以确保具有热容量大。当加热器连接部432的面积小于反应区域R的面积的情况下不仅无法充分传递热，而且反应区域R内发生热梯度，因此可能会造成储存盒10的通道内流体的流动不均衡。
因此，使所述加热器连接部432的面积大于所述储存盒10的反应区域R的面积。
进一步来讲，即使上述加热器连接部432覆盖了整个反应区域R，而如果储存盒加热器430本身的面积小于所述加热器连接部432覆盖的区域或错开的情况下，无论铝的导热性有多好都难免加热器连接部432本身发生热梯度，因此可能会给流体流动造成不利影响。
因此，使所述储存盒加热器430具有包括覆盖所述反应区域R的加热器连接部432的区域的面积。
并且，优选的是使所述加热器连接部432为平坦形状。并且，优选的是使所述储存盒加热器430也具有对应于与加热器连接部432的接触面的平坦形状。
如上将储存盒加热器430与加热器连接部432制造成对应于与储存盒10的接触面的平坦形状是因为接触部位不紧贴的情况下因空气而发生热损失，因此目的在于通过紧贴最小化空气层。
图24是示出储存盒容纳于本发明的一个实施例的样品前处理系统的状态的立体图，图25是示出在本发明的一个实施例的样品前处理模块的散布部件上散布金纳米颗粒后进行干燥的过程的结构图，图26是示出在本发明的一个实施例的样品前处理模块的腔体内散布缓冲剂并进行干燥的过程的结构图，图27是示出组装本发明的一个实施例的样品前处理模块的各部件的状态的结构图，图28是示出向本发明的一个实施例的样品前处理模块的腔体注入样品的状态的结构图，图29是示出向本发明的一个实施例的样品前处理模块的永磁铁施加磁力以混合样品的过程的结构图，图30是示出按压本发明的一个实施例的样品前处理模块的盖外围部以贯穿贯穿膜的过程的结构图，图31是示出按压本发明的一个实施例的样品前处理模块盖的移动部以排出样品的过程的结构图。
参照图1至图31说明通过本发明的一个实施例的样品前处理系统1000进行样品前处理的过程。
首先，如图24所示，将储存盒10配置在储存盒容纳部400后容纳。容纳所述储存盒10时，如上所述，处于下降状态的所述储存盒加热器430上升紧贴于所述储存盒10下部。
所述储存盒加热器430将所述储存盒10加热到预定温度，为确保所述储存盒10的抗原抗体反应顺利进行，例如可以将储存盒10的温度保持在约32℃。
并且，如图25所示，在要插入到样品前处理模块100的散布部件130的第二延长部138上散布追加样品。本实施例在所述第二延长部138上散布金纳米颗粒G并进行干燥。
之后如图26所示，在所述腔体112内的贯穿膜116上散布释放缓冲剂(releasebuffer)并进行干燥。在此，维生素D模式(vitamin D mode)时可以采用维生素D(vitaminD)作为缓冲剂。
之后如图27组装样品前处理模块100的各部件。即，在所述腔体112内配置永磁铁132与散布部件130并将排出尖端140结合到所述本体110。在此，所述排出尖端140处于仅部分插入的状态，以防止贯穿部146贯穿贯穿膜116。然后，将移动部124插入所述盖120的中空部122内。
并且如图28所示，向所述腔体112内注入样品并合上盖120，然后将样品前处理模块100配置装载到样品前处理系统1000的模块支座520。
如上将样品前处理模块100装载到样品前处理系统1000后如图29旋转涡流磁铁320的情况下磁力作用于所述永磁铁132，从而能够混合样品。
并且，启动模块加热器524对样品进行加热，对适用温度而言，具体来讲，例如维生素D模式(vitamin D mode)时用49℃加热约10分钟，游离T4(FreeT4)、睾酮(testosterone)时用37℃加热约5分钟。
如上完成前处理后，所述外围按压部220如图18通过向下部按压盖外围部129贯穿贯穿膜116。刺穿所述贯穿膜116后，所述移动部按压部230如图19向下方移动按压位于所述盖120的中空部122的移动部124。
并且，所述移动部124向下方移动按压的情况下，腔体112内的样品通过所述排出部142定量吐出。在此，所述移动部124被所述移动部按压部230按压而以预定速度移动预定距离，因此能够使吐出量保持预定的定量水平。
如上排出的样品滴落在位于下部的流体分析用储存盒10用于诊断及分析。
在此，如图31所示，利用上述计数传感器600感测滴落数。并且，预先设定装样品所需的正常滴落(drop)次数，当超过正常次数的情况下可判断为错误模式(error mode)。
例如可如下设定错误代码(error code)。
(1)错误1(Error 1)
直至移动部124到达最大按压位置并未完全计数到正常滴落数的情况下识别为发生错误。该情况下判断为未达到正常滴落数。
错误发生原因如下：
-样品容量少
-计数传感器600误动作
-样品前处理模块100发生样品发生泄漏
(2)错误2(Error 2)
在刺穿贯穿膜116的动作位置感测到的滴落数为5以上的情况下识别为发生错误。以外围按压部220的下端为基准将位置坐标化设定所述位置。该情况下判断为超过了正常滴落数。
错误发生原因如下：
-按压移动部124之前贯穿部146刺穿贯穿膜116的时候样品过度流出
-样品前处理模块100发生不良
(3)错误3(Error 3)
在比正常滴落时间短的时间内计数到所有滴落数的情况下识别为发生错误。例如测定5滴落数时，可以设定使得若10秒以内已计数完5滴落数的情况下识别为错误，以感测比正常情况更快滴落的现象。该情况下判断为超过了正常滴落数。
错误发生原因如下：
-按压移动部124之前贯穿部146刺穿贯穿膜116的时间样品过度流出
-样品前处理模块100发生不良
(4)错误4(Error 4)
正常工作后移动部按压部230向初始位置上升时感测到滴落的情况下判断为发生错误。该情况下判断为超过了正常滴落数。
错误发生原因如下：
-正常工作后结在排出尖端140的液滴进一步滴落
(5)错误5(Error 5)
在孵化(incubation)时间结束并开始工作到本应正常滴落完毕的时间内，滴落数并未达到的情况下识别为发生错误。在此，将预计正常滴落完全结束的足够时间设为基准时间判断是否发生错误。例如，正常工作时间为约1分30秒的情况下，使设定时间为3分钟。该情况下判断为未达到正常滴落数。
错误发生原因如下：
-样品容量少
-计数传感器600误动作
-样品前处理模块100发生样品泄漏
表1与表2是示出利用本发明的样品前处理模块100实际进行前处理及定量吐出实验的结果，适用的条件为混合等离子体(Plasma)和金颗粒(Gold particle)并保持37℃达5分钟。
表1与表2的试验均经过如下过程来完成。
(1)在散布部件(dotting substrate)上干燥散布(drying dotting)5ul的金颗粒(gold particle)。
(2)将(1)的散布部件(dotting substrate)插入到模块。
(3)利用移液管(Reference 2、eppendorf)取出70ul的血浆注入到(2)的模块。
(4)将(3)的模块插入到前处理系统设备。
(5)前处理系统设备对(4)的模块加热5分钟使之为37℃。
(6)在执行(5)期间以电磁搅拌(magent stirring)方式对金颗粒(goldparticle)与血浆混合30秒。
(7)定量吐出3滴加热完的(6)的溶液。
(8)确认吐出3滴后，用电子秤(ME204，METTLER TOLEDO)测定容量。
[表1]
Figure GDA0002461698780000241
Figure GDA0002461698780000251
[表2]
Figure GDA0002461698780000252
如表1与表2所示，可以确认虽然吐出量为微单位，但仍保持几乎预定的水平，其标准偏差不足1。
以上说明的本发明的实施例的样品前处理系统能够最小化作业人员直接手动操作的情况下可能发生的失误，确保样品前处理及测试结果的准确性及均匀性，能够通过自动、简便地执行样品的混合和排出及装到诊断储存盒的所有过程以提高作业便利性，提供用户亲和性的实验环境。
并且，样品前处理及装载时通过自动加热模块与储存盒使得保持所需温度长达所需时间，从而能够提高混合效率及反应效率，能够均匀地保持及调节腔体内的压力使得即使腔体内的压力急剧变化也能够防止样品破出来，能够通过提高对收容于腔体内的样品的热传递能力在短时间内加热至所需温度，以提高样品的混合及反应效率。
并且，能够用磁力提高样品混合效果，最小化机械驱动，能够实现样品的前处理、定量吐出及装载一站式服务。
以上参照本发明的一个实施例进行了说明，但本技术领域的技术人员可在不超出本发明的技术方案所记载的本发明的思想及领域的范围内对本发明进行多种修改及变更。因此，在变形实施至少包括本发明的技术方案的构成要素的情况下，应视为全部包含于本发明的技术范围。

Claims (12)

1.一种样品前处理系统，其特征在于，包括：
支座出纳部，设置有用于配置样品前处理模块的模块支座；
储存盒容纳部，容纳用于装载从所述样品前处理模块的腔体中排出的样品的储存盒；
磁力生成部，用于生成用于旋转配置于所述样品前处理模块内的永磁铁的磁力；以及
贯穿及排出执行部，用于贯穿所述样品前处理模块的贯穿膜，按压盖的移动部以排出所述样品，
其中，所述贯穿及排出执行部包括：
外围按压部，用于按压所述样品前处理模块的盖外围部以刺穿所述样品前处理模块内的贯穿膜；
移动部按压部，用于按压所述移动部以排出所述样品；
第一移动杆，连接于所述外围按压部；
第二移动杆，连接于所述移动部按压部；以及
第一电机，驱动所述第一移动杆与所述第二移动杆，
其中，所述第一移动杆与所述第二移动杆随着所述第一电机的驱动同时向彼此背离或彼此靠近的方向移动。
2.根据权利要求1所述的样品前处理系统，其特征在于，所述模块支座包括：
模块加热器，包围所述模块支座的外侧且对所述样品前处理模块加热。
3.根据权利要求1所述的样品前处理系统，其特征在于，所述贯穿及排出执行部还包括：
通孔，形成于所述外围按压部的中央部，
其中，所述移动部按压部通过所述通孔移动按压所述移动部。
4.根据权利要求1所述的样品前处理系统，其特征在于，所述磁力生成部包括：
涡流磁铁，可旋转地设置于所述模块支座一侧；以及
第二电机，使所述涡流磁铁旋转。
5.根据权利要求1所述的样品前处理系统，其特征在于，所述储存盒容纳部包括：
储存盒支座，用于配置所述储存盒，装载或卸载所述储存盒；以及
第三电机，其提供用于将所述储存盒支座移动到装载或卸载位置的驱动力。
6.根据权利要求5所述的样品前处理系统，其特征在于，所述储存盒容纳部还包括：
储存盒加热器，用于对装载的所述储存盒加热，
其中，所述储存盒加热器随着所述储存盒的装载或卸载上升或下降。
7.根据权利要求6所述的样品前处理系统，其特征在于，还包括：
加热器连接部，包围所述储存盒加热器的至少一部分，紧贴于所述储存盒，
其中，所述加热器连接部的面积大于所述储存盒的反应区域的面积。
8.根据权利要求7所述的样品前处理系统，其特征在于，
所述储存盒加热器具有包括覆盖所述储存盒的反应区域的加热器连接部的区域的面积。
9.根据权利要求7所述的样品前处理系统，其特征在于，
所述加热器连接部具有能够紧贴到所述储存盒的反应区域的平坦形状。
10.根据权利要求9所述的样品前处理系统，其特征在于，
所述储存盒加热器具有对应于所述储存盒与所述加热器连接部的接触面的平坦形状。
11.根据权利要求1所述的样品前处理系统，其特征在于，所述支座出纳部还包括：
第四电机，提供用于移动所述模块支座以装载或卸载配置于所述模块支座的样品前处理模块的驱动力。
12.根据权利要求1所述的样品前处理系统，其特征在于，还包括：
计数传感器，感测排出所述样品的滴落次数。
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