CN109313206B - 用于进行液体处理的对消耗品的操作 - Google Patents

Abstract

本发明提供在静态或准静态液体处理头部中以代替对液体处理头部进行操作及移送的方式通过对消耗品进行操作及移送来执行液体处理的方法及装置。准静态液体处理头部(或移液管)在抽吸步骤与分配步骤之间并不移动。

Description

用于进行液体处理的对消耗品的操作

技术领域

本发明涉及化学、生物学、生物化学工程或反应的自动化领域。更具体地，本发明公开在静态移液台中通过对消耗品的操作来执行液体处理的装置及方法。

背景技术

液体处理工序在生物学、生物化学及化学领域中尤为重要，尤其在体外(in-vitro)执行实验的过程中尤为重要。

通常，在本申请中，“液体处理器”或“液体处理装置”意味着可从原料消耗品抽吸试料并可向目标消耗品分配相同(或部分(aliquot))试料的任意装置。尤其，在被液体处理使用人员专门识别并构成的多种消耗品中，如上述内容，将以执行液体处理的方式设计的系统统称为液体处理器。统称为液体处理器的设备的一部分有贝克曼实验室自动化工作站(Beckman Coulter Biomek)、帝肯全自动液体处理工作站(TECAN Evo)、凯杰全自动核酸纯化仪(Qiagen Qiacube)、安德鲁联盟(Andrew Alliance)安德鲁(Andrew)移液机器人、机械式手动移液管或电子式液体处理移液管。现有的所有液体处理器的特征为需要放置消耗品的工作台空间和从一个或多个原料消耗品向一个或多个目标消耗品移送试料的液体处理头部。在上述例子中，手动移液管(或其中一部分)可意味着液体处理器或液体处理头部(使用人员及实验室工作台也属于液体处理器定义的一部分)。更具体地，在本申请中，具有适应性的液体处理器被定义为可提供未事先严谨地规定的液体处理步骤的液体处理装置，可依次或按顺序、按长度、在未事先严谨地规定的消耗品中产生变化。通过具有适应性的液体处理器执行的工序被定义为具有适应性的液体处理工序。

尤其，在本申请中，并不局限于如同管、微管、真空采血器、管阵列、所有大小的微板、微片、陪替氏培养皿、条及与之相似的器件，而是将液体或悬浮液的任意容器定义为“消耗品”。更具体地，在本申请中，将可物理附着于液体处理头部的特定消耗品定义为“吸头”，吸头被设计成在抽吸步骤和分配步骤之间临时储存液体。液体处理用吸头通常在流体与液体处理装置之间以可去除或永久性接口的方式使用。在特定实施例中，吸头能够以收容通过液体处理器抽吸或分配的流体的方式使用。单次使用(通常为了防止污染)的吸头为一次性吸头，可多次重复使用的吸头为永久吸头。典型地，吸头可通过开放的表面来抽吸试料，具有可通过同一个节流板分配所收集的液体的更小的内径。在两个步骤中，通过利用在对一个液体表面的压力下的作用及液体粘度和表面张力特性来在上述吸头中保留液体，从而在吸头内部维持液体。

由于液体处理是在生物科学及诊断领域中使用最频繁、范围最广的操作中的一种，因此，改善液体处理法将对行业活动起到重要影响并可带来减少费用、提高品质等的效果。例如，从一个消耗品向其他消耗品移送试料的动作虽然以抽吸或分配装置为了进行抽吸或分配而以最佳方式设计，但由于并不以在移送过程中使试料分离，因而存在试料在移送过程中受损失的危险性。这通常出现在底部存在内径的塑料吸头中。在部分情况中，例如在聚合酶链式反应(PCR)放大前的分子生物学应用中，移送过程中产生的个别分子的损失有可能造成试料受污染的结果，在一部分应用(例如，法医学)中将是致命性的。

并且，随着时间经过，移液头部的精致性及复杂性相对提高，部分头部可包括同时或独立作业的8、12、16、96或384同时抽吸或分配通道。这种头部将变得非常沉，因而这种头部相对于消耗品进行准确、快速移动在机械结构中占据重要地位，需由此确定大小及尺寸。

随着通道的数量在液体处理器中逐渐变多，试料受污染的危险增加。由于液体处理器典型地从与空气相接触的上部面抽吸或分配液体，因而在底部区域具有露出的节流板。最终，无法排除液体滴落的可能性、气雾和蒸气扩散的可能性。

发明内容

在本申请中，将物理连接或从对象物分离的动作定义为“对接”。对接可通过机械单元或非物质单元来实现，例如，可通过力场的作用来实现。

根据本发明的一实施方式，本申请提供在静态或准静态液体处理头部中以代替对液体处理头部进行操作及移送的方式通过对消耗品进行操作及移送来执行液体处理的方法及装置。准静态液体处理头部(或移液管)被规定为在抽吸步骤与分配步骤之间不进行移动的移液管。静态移液管严密地被规定为绝对不移动的移液管，例如，在吸头插入或更换作业过程中也不移动的移液管。

根据本发明的再一实施方式，液体处理通过向静态或准静态液体处理头部进行移送或从头部通过机器人臂移送独立、分离的消耗品或吸头来执行。

根据本发明的再一实施方式，为了进行可扩张的液体处理作业，因而通过消耗品的移送来执行液体处理。

根据本发明的再一实施方式，为了耐久性，通过机器人臂移送消耗品来执行液体处理。实际上，能够以与装置大小无关的方式单独提供臂。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，为了实现更便捷地整合实验室，提出对消耗品进行操作的机器人臂，以便执行整合到标准实验室工作台的液体处理。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，为了提高相同移动移液头的液体处理性能，采用可对消耗品进行操作并可向静态或准静态移液头部进行供给的多个臂。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，为了提高用于操作消耗品的臂的液体处理性能，采用对消耗品的缓存区域进行利用的方法。

根据本发明的再一实施方式，用于以永久性或临时性方式储存消耗品的区域受到温度控制，在通过消耗品的移送来处理液体作业过程中确定收容试料的消耗品的温度。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，采用在可从正面靠近的垂直排列的位置构成的消耗品用储存装置，以便使得设置有臂的装置的占用空间最小化，上述臂用于使一个或多个消耗品进行移动，以便执行液体处理。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，作为为了执行液体处理而设计的消耗品移动装置，采用可为了持续执行液体处理作业而自动开放和层叠的吸头箱设计。

根据本发明的再一实施方式，本申请的特征在于，为了执行液体处理而使消耗品移动的臂为在避免液体流出的同时可进行快速、无振动的作业的磁性对接连接器(magnetic docking connector)。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，用于使消耗品移动的臂被设计成可检测所匹配的消耗品连接器是否存在磁性，为了实现最佳对接，具有可能动地改变磁场的磁性对接连接器。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，用于使消耗品移动的臂具有磁性对接连接器，上述磁性对接连接器被设计成可检测基于是否存在为了使臂的位置准确定位而匹配的消耗品连接器而改变的磁性矢量场。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开通过基于颜色(色调)分析的图像分析及对象识别来识别对象的位置的方法。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开以特定颜色作为底色来从环境中被区分的由特定色调设计的对接连接器。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开用于使可通过从上部及侧面位置识别的条形码标签识别消耗品的标签附着的装置。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开为了防止作业人员受到身体上的伤害而可在机器人臂的周围膨胀的套筒。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开为了防止臂受到污染而可在机器人臂的周围膨胀的套筒。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开用于对执行液体处理的消耗品进行操作的机器人臂，其中，设置于臂的摄像头用于确认及识别消耗品的位置、执行服务及支援工作。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开液体处理装置，其中，液体处理头部下方的原料消耗品或目标消耗品的位置确定通过外部臂来执行。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开液体处理装置，其中，适当、优选的空间位置中的原料消耗品或目标消耗品的位置确定通过外部机器人臂来执行。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开液体处理装置，其中，当进行液体处理时的吸头内的品质控制通过静态摄像头执行。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开管用加盖或脱盖装置，其中，通过外部机器人臂对上述管进行操作，通过上述装置对上述盖进行操作。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开在微板上采用罩或去除罩的装置，其中，通过外部机器人臂对上述微板进行操作，通过上述装置对上述罩进行操作。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开对消耗品内部的试料检测液位的装置，其中，通过外部机器人臂对上述消耗品进行操作，根据消耗品的空间位置来确定上述液位。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开用于识别消耗品的装置，其中，通过外部机器人臂对上述消耗品进行操作，可通过固定的空间体积的静态摄像头图像进行识别。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开为了实现最佳的液体处理性能而调节液体处理台内部的温度或湿度等的环境参数的方法。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开作为检测是否存在插入错误或破损或具有缺陷的吸头的方法的在液体处理台内部使用图像化的方法。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开为了达到液体的最佳抽吸及分配或使得与液体体积内部的物质之间的干扰最小化而通过机器人臂使消耗品倾斜的方法。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开为了实现通过消耗品操作臂使消耗品移动来搅拌液体的液体处理而对消耗品进行操作的系统中的方法。

根据本发明的再一实施方式，在本申请中，公开通过与振动头部相接触的消耗品的移动来实现对在通过机器人臂处理的消耗品所收容的液体进行搅拌的方法，其中，上述消耗品的振动头的力与上述机器人臂的力相同或大于上述机器人臂的力。

附图说明

图1简要示出现有的液体处理器。

图2示出对用于进行液体处理的消耗品进行操作的系统的例。

图3示出可使用的MID连接器的例。

图4示出磁接口装置的结构要素。

图5示出磁接口装置的追加结构要素。

图6示出磁接口装置的追加结构要素。

图7示出磁接口装置的追加结构要素。

图8示出摄像头视野下的激光二极管光点的图像。

图9示出激光束的简要截面的图像。

具体实施方式

从作业流程的观点上看，在液体处理工序中，以消耗品代替液体处理头部并被移送的方法属于新的解决方案。尤其，现代生物学及生物化学分析由于减少所需试料的量、减少费用的主要原因，因此，以更小的体积执行。因此，试料的重量随着时间的经过逐渐减少，在大部分的生物学实验中，试料当前处在小于50g的重量范围，系统性地处在小于200g的重量范围。

当考虑到以密度低的塑料产品代替玻璃产品的趋势，在本申请中，可观察到，相对于液体处理溶液，消耗品及试料的重量大大减少。相反，液体处理头部的重量系统性地增加，由于需提高准确性，因而用于使重量重的液体处理头部移动的液体处理装置的体积更加变大，机械性的结构增加了数十公斤或数百公斤的重量，价格变得非常高。图1示出液体处理装置的例。由附图标记24表示的移液头部通过在包括消耗品的空间18上进行线性移动16、14、12来在空间上平移(translate)。消耗品32可以是为了通过头部24执行抽吸及分配而具有适应性的，以便执行液体处理。

根据本发明，参照图2，放置于台110上的轻量的机械式臂109被设计成用于使消耗品101、102、103、108等的轻量的消耗品移动。低消耗品质量反映在更低的惯性，能体现更快的加速度，相当程度减少臂109的机械性解决方案的费用，可实现典型轨迹的特定速度。相反，抽吸及分配作业所需的移液头部变得相当简单，通过去除位移必要性，来可在更少的限制下设计。尤其，能够以图2的106及107等的方式应用标准电子式或机械式移液管(单通道或多通道)，因而可追加减少设计费用及制造费用。移液管可在一个或多个台104、105中处于完全静态或准静态，在第二种情况下，能够以在第三维空间没有平移的方式在移液台整合部分少量及简单的移动。例如，每当需要时整合简单的吸头排出机理，或通过在两个固定的位置之间垂直移动来插入吸头。例如，用于插入吸头的垂直移动可通过位于吸头架正下方的升降台来在移液管106、107下方选择性地被整合。实际上，吸头的插入需在施加大于臂的设计可能性的力才能实现，因而可在移液台本身实现吸头插入功能性。明确的是，臂109的液体处理功能性由使得系统比现有液体处理器变得更有用、更具生产性的其他功能来完善，例如，消耗品101、102、103能够以堆栈形式储存，并且，需要时，上述臂可将消耗品当作专用废弃物来进行废弃处理。

在本发明的另一实施方式中，消耗品能够以聚集或单独的方式从移液台移动，在第一种情况下，并行作业的可能性可提高处理量，在第二种情况下，当以独立的方式对特定试料进行工序时可实现更大的灵活性。

在本发明的另一实施方式中，用于使消耗品移动的机器人臂的使用可用于实现液体处理的双重功能性及更扩张的作业流程。例如，系统可靠近消耗品的堆栈，可仅使堆栈中的最上部消耗品靠近液体处理装置，因而能够以移动的液体处理处理器无法实现的方式连续使用。使消耗品移动的机器人臂可实现液体处理作业，且可实现同时或以串联的方式向工序的之后步骤供给消耗品的功能，例如，向微板识别器或质量分析器供给消耗品的功能，或者，可在选择性地适合个别步骤的管线从执行之前的液体处理步骤的其他臂进行供给。为了进行液体处理而使消耗品移动的臂的管线的可能性不存在于在液体处理头部周围移动的现有液体头部，需要以其他方法实现使作业人员的时间或作业流程达到协调的追加性的自动化解决方案。在这种角度上讲，为了执行液体处理而使得消耗品移动的臂可被视为可比现有的液体处理器更加扩张的解决方案。

用于使消耗品移动的重量轻的臂的另一优点在于，通过工程要求事项少且重量实现最佳化的设计，来达到比现有液体处理器更有用。尤其，可从作业台分离臂，可更有效地提供服务以及为了支援模型而便于运送。由于服务及支援的高费用，该实施方式应对代替重量重的移液头部的现有液体处理器系统，对用于使轻量的消耗品移动的臂构成战略优点。

在本发明的另一实施方式中，机器人臂固定于标准实验室工作台。在这种结构中，采用新的液体处理器无需复杂地改变基础设置，可降低费用并达到便于采纳。

在本发明的其他实施方式中，系统可利用或更新双重或三重臂结构(可根据需要增加)。每当一个以上的臂在相同液体处理台工作时，将呈现出比现有液体处理器更新、更有趣的优点。在具有相对于互相不移动的消耗品进行移动的移液头部的现有液体处理器中，原料、目标消耗品与吸头架之间的移液头部的轨迹无法对于所有消耗品实现最佳化，尤其，通过移液头部来连续执行工序。在两个以上的臂在相同的工序中工作的结构中，用于收集吸头的臂可与用于收集原料消耗品的臂或用于收集目标消耗品的臂不同。根据这种方式，可同时产生多个臂的移动，可通过工序的并行来使时间损失最小化。

尤其，在本申请中，液体处理头部的典型工作顺序(循环)包括确定吸头上的位置、插入吸头、确定原料上的位置、抽吸原料、确定目标物上的位置、向对象物进行分配、确定吸头废弃物上的位置及吸头的排出。在单一臂组装体上的相同循环包括与吸头连接、确定吸头的液体处理台上的位置、装载吸头、与原料相连接、在液体处理台上确定原料的位置、装载原料、与目标消耗品相连接、在液体处理台上确定目标消耗品位置、与废弃物收集器(或相同的吸头架)相连接、确定相对于废弃物的废弃物收集器的位置及排出废弃物。

与任意规定的步骤的数量不同，在各个步骤中所耗的总时间明确，与更大、更复杂的装置(与真空配管相连接，形成压缩空气接点或电接点)相比，轻量的对象物的移动更快。重要的是，具有两个臂(例如，称为A和B)的相同顺序可同相当部分的并行工作来获得利益。在B与原料相连接的过程中，A与吸头相连接，A和B向移液台移动并使A插入吸头，在B使原料向移液台内部移动的过程中，A重新取吸头，在移液台抽吸液体的过程中，A收集目标物，在A使原料低落的过程中，B向移液台插入目标物，在移液台抽吸液体的过程中，A与废弃物收集器相连接，在B使吸头掉落的过程中，A在移液台内部使废弃物收集器移动，在A向在废弃物臂内部移动的废弃物收集器移动的过程中，B与吸头相连接。在设置三个臂(标记为A、B、C)的情况下，可更加提高效率。在B收集目标物且C收集吸头的过程中，A收集原料，由此，所有移动可最小化到可避免碰撞的最小距离，可实现液体处理台相对于小型、高速液体处理器以最快的速度进行工作的结构。

在通过臂B、C结束正在进行的工作的过程中，搬运原料的臂A可自由对接到下一个原料，因而可在继续进行动作的过程中，可开始与下一个移液动作相重叠。若消耗品未位于相对于液体处理台的最佳位置，则无需一定要回到原来位置。这种优点存在于多种臂及单一臂的工作中，例如，可在临界工作期间能够临时储存消耗品的有趣的特定液体处理台周围生成缓存区域(或空间内体积)，当向本地高速存储器缓存程序的指示事项时，可通过模仿程序的动作来轻松进行搜索。缓存区域的空间及大小可根据可使用的物理空间来最佳化，考虑到运行中的实际工序，可通过使轨迹、位置及移动达到最佳化的模拟软件来有效地构成作业日程。

例如，为了有效靠近特定移液台，可按照相同顺序使位置A、B、C实现最佳排序。可将需向相同的移液台靠近多次的消耗品按照偏好度划分到位置A，若位置A已被选，则可向位置B移动，若位置B已被选，则可向位置C移动。类似的空间最佳化可为了达到所需的温度而执行，例如，为了在相对于室温被加热或被冷却的区域永久或临时储存消耗品及试料而执行。因此，用于使执行液体处理的消耗品移动的臂使得表面或体积中的温度达到所需的温度，因而可在进行工序的过程中同时设定特定消耗品的温度。照射紫外线(UV)、抽吸流程、照射放射线或放射线密封等其他物理领域也一样。

与现有的液体处理器结构相比，使轻量的消耗品移动的轻量的臂的另一优点在于，通过设计轻量的臂来能够以更普通、积极的方式应用实现范围。尤其，以往虽形成无法为了执行液体处理而准备消耗品的结构，但现在可储存消耗品。因此，消耗品可储存于后进先出(LIFO)结构的堆栈或垂直架(为了靠近液体的开放的表面而需要移液头部)，上述垂直架虽无法以液体处理目的靠近消耗品，但可通过以使消耗移动的方式设计的臂靠近。因此，消耗品能够以比现有的液体处理装置更高的密度及更小的实验室空间占有率来靠近前部面并储存于架。

在本发明的再一实施方式中，可通过用于使为了执行液体处理而采用的相同的消耗品移动的臂来对吸头架进行操作。在该方法中，当靠近吸头时，可解决另一重要问题。在现有的液体处理器中，在开始进行所有工作之前，需达到打开吸头并靠近液体处理头部。在此情况下，使消耗品移动的方法能够以从吸头本身分离吸头箱罩来使吸头移动的方式得到特殊应用，直到实际应用到液体处理作业为止，可在无菌状态下保存吸头。这种功能是对特定协议的重要改善，可执行更长的协议，因而可更加扩张以消耗品的移动作为基础的液体处理装置的可能性，若不是这种功能，则有可能引起污染。

在本发明的另一实施方式中，基于消耗品的移动的液体处理器的主要特征在于高速对接工作。实际上，对接并不存在于标准液体处理器，缓慢的执行可意味着竞争上的损失。并且，由于液体部分或完全流出将有可能导致污染和物质的损失，因而引导含有液体的消耗品的振动和突然的移动并不优选。根据本发明，对接连接器由以往被称为母型对接连接器及公型对接连接器的两个匹配的半边结构(halves)构成，两个半边结构之间的连接可通过磁力实现。在本申请中，因多种原因，考虑更适合静电力或机械力量等其他解决方案的磁力。首先，由于磁力可互相吸引或排斥，因而臂可在远处就能捕捉相应连接器，可通过可预测臂分离轨迹的排斥力来从相应连接器分离。并且，由于本发明中没有启动部，因而可节省连接器的费用并可改善寿命和可靠性。并且，在本发明的范围中，所匹配的连接器的存在可实现对磁场的检测，例如，可通过单纯的霍尔传感器和/或机械性连接器或不意味着电接点的三轴传感器来实现对磁场的检测。

并且，可通过适当的传感器或感应来检测是否存在磁场扰动，可用于以可控制并掌握对接工序的方式调整磁力。例如，通过检测对接姿势调整磁力来调整对接加速过度，可通过电流的调整或磁铁的位移来避免相关领域中的一种调整。但是，磁场矢量(例如，方向及力量)的检测还可用于对消耗品相对于母对接连接器的相对位置(及姿势)所进行的单纯检测。

磁性检测可大为利用消耗品的短距离局部化，在位于检测范围的情况下，或在检测范围通常比较大的情况下，并不有效(意味着因地磁场而有可能受到影响的高磁感应度)。因此，为了在以为了执行液体处理作业而使消耗品移动的方式设计的臂对消耗品进行长距离识别，在本申请中，可采用摄像头图像化及类似的技术。通过摄像头图像化，对接连接器可通过条形码进行特征性或非特征性识别。在长距离情况下，有可能因摄像头传感器或相应光学设备的分辨率而导致难以进行条形码识别。

根据本发明的另一实施方式，利用连接器的特征的颜色进行的通过识别与周边环境不同的连接器的色调来实现的磁性及条形码识别属于本发明的范围。同样，在色度键(Chroma Key)技术中，为了执行液体处理而使消耗品移动的臂可采用蓝色或绿色对接连接器，以便从远方轻松检测他们的存在并掌握位置，接着，例如，基于可使摄像头放大到条形码可被识别的距离为止的这一情况(因此，可自然识别消耗品)，可沿着基于磁场结构按二维或三维引导的短距离对接轨迹。根据本发明的另一例示性实施方式，为了在远处检测他们的取向或高度，例如，两个色调中的一个色调可形成最上部水平面且另一个色调形成垂直前部面，两个半表面均容易与周边环境区分。

根据本发明的再一实施方式，适当构成的条形码与消耗品相关对接连接器相连接，以便可从至少两个方向被看到，例如，可从前方部及上部看到。该条形码通过单纯的复制来配置和/或按45度的角度配置，可由此具有与上部及前部面视野相同的投影表面。虽然有明确的可能性，但本发明并不限定于此，线性条形码并不需要任意投影修正。

根据本发明的另一实施方式，臂以在协作性的环境中工作的方式被适当地设计。即使具有通过使用有限的力量来实现相当程度的加速的有限的质量，在作业人员因臂本身而受伤或受影响的情况下并不优选，例如，在手指夹在臂关节(或在互相近距离移动的臂关节之间)的夹伤的情况下并不优选。根据本发明的再一实施方式，在本申请中，为了防止使用人员轻易靠近关节之间的空间，将采用可膨胀的套筒(或包括轻量的起泡的套筒)。根据另一实施方式，这种可膨胀的套筒可起到防止臂受到因用于执行液体处理的臂而产生位移的试料的实质性的污染。

根据本发明的另一实施方式，涉及在液体处理头部下方进行的原料或目标物的位置确定步骤通过与液体处理台物理分离的外部机器人臂执行的液体处理台。例如，为了向试料滑动以及从试料滑出，液体处理头部可进行垂直移动，但在试料的选择及水平面上的准确位置为外部。根据本发明的另一实施方式，外部臂使得对于包含上述垂直位置及其力学的液体处理头部的消耗品完全被局部性地放置，例如，为了在液位表面下方使得吸头维持一定程度的渗透，当进行抽吸时使原料上升。

根据本发明的另一实施方式，本申请涉及，根据用于使消耗品移动的臂的性质及液体处理头部的静态或准静态性质来在插入静态摄像头的步骤或在抽吸步骤或分配步骤或在抽吸步骤与分配步骤之间的步骤期间观察吸头并进行监控的液体处理台。静态摄像头监控包括吸头插入、液体抽吸、体积信息、气泡检测功能及液体排出品质控制。静态摄像头可通过可从内含吸头的液体中抽取信息的静态光度计或其他光学设备及电磁装置来得到完善。

根据本发明的再一实施方式，利用机器人臂功能的加盖或脱盖装置被设计成为了执行液体处理而使消耗品移动，其中，通过臂来对管进行操作，通过加盖或脱盖装置对盖进行操作。尤其，装置可限制在通过抓住盖来与臂一同旋转的情况。盖可放置于夹具或作为适当的废弃物来在系统中使其轻松掉落。

根据本发明的另一实施方式，必须测定与通过为了执行液体处理而设计的机器人臂操作的消耗品之间的距离及和臂的几何学相关的知识的液位检测器可确定用于执行追加液体处理作业的液位位置。

根据本发明的另一实施方式，消耗品识别通过从机器人臂向关注区域移送消耗品而产生，其中，摄像头捕捉固定空间体积的静态图像，消耗品标签、消耗品条形码及其他标识符均对所含有的试料或试料的识别起到部分或完全作用。

根据本发明的另一实施方式，为了实现最佳的液体处理性能，在本发明的范围内构思根据调节液体处理台内部的温度或湿度等(但可包括音响共振波和/或移液管支撑结构物的振动等的多个其他物理特性)的环境参数来使用装置的方法。尤其，本领域的技术人员熟知，与移液管或吸头组装体相接触的环境及空气中的温度将对液体处理性能产生影响。静态或准静态移液台的优点为在小且空间上局限的环境下产生移液动作，例如，在温度及湿度方面更容易控制。并且，例如，可在不使用时部分封闭台，以便通过局部增加空气湿度的压电加湿器(即，减少蒸发)和/或用于进行热处理的帕尔帖(Peltier)单元来对局部环境进行热处理并实现稳定化。

根据本发明的另一实施方式，在液体处理台内部实现图像化可通过检测是否存在插入错误或破损或具有缺陷的吸头的方法来实现。静态或准静态移液台的优点在于，是属于因摄像头固定于台的结构而可对空间中的静态区域进行图像化的静态装置。这可使电缆的移动、焦点的变动及运行时不必要的复杂性最小化，低价摄像头的使用可轻松应用到在需使摄像头与移液头部一同移动的情况下并不经济的实施方式。尤其，摄像头可用于工序中的品质管理，例如，可(通过测定位置并借助图像识别单元)识别未准确插入的吸头，且可包含视觉上无法识别的缺陷。

根据本发明的另一实施方式，为了达到液体的最佳抽吸及分配或使得与液体体积内部的物质之间的干扰最小化而通过机器人臂使消耗品倾斜的方法。通过使消耗品倾斜，使得吸头矢量的轨迹相对于空间中的位置及方向任意连接来在与可形成连续轨迹的(包括无法引导的轨迹)另一平移相结合或不结合的空间实现为了消耗品的取向而设计的任意移动。

为了使消耗品倾斜，可采用多种方式。例如，当分配液体时在消耗品的侧面执行所谓吸头触发(tip touch-off)比较有利。通过吸头触摸消耗品的侧面为手动作业人员采用的公知技术，由于并不便于使移液头部倾斜并无法向正确轨迹进行操作，因而并不适用于液体处理器。在对用于执行液体处理的消耗品进行操作的系统中，由于该作业非常自然，因而液体的分配可在消耗品的中心开始，为了使吸头外壁湿润情况最小化，在分配过程中，采用使得液位的变化沿着垂直方向最终从液体离开并以与消耗品的壁面相对应地使吸头的末端部接触的轨迹。

本发明的方法根据表面张力特性及吸头对液体的亲和性来允许吸头中的液体完全排出。在再一实施方式中，为了使液体局限在利用重力并更适合抽吸的消耗品的区域，尤其，为了使死体积(例如，工序中的液体损失)最小化，为了使液体实现完全排出或改善液体排出效果，可在抽吸过程中采用倾斜。在再一例中，倾斜虽然无法对物质产生影响，例如位于消耗品底部的粘结细胞不受吸头影响，但可在液体抽吸或分配方面，可对准确喷射或液体的彻底排出起到有效影响(并不再次搅乱物质)。

根据本发明的另一实施方式，公开为了实现通过消耗品操作臂使消耗品移动来搅拌液体的液体处理而对消耗品进行操作的系统中的方法。在一实施方式中，臂的轨迹可具有混合液体的单纯目的。通过搅拌，在本申请中，包括能够以具有两种以上的液体的均质混合物的方式设计的作业的广泛的组合，例如，可在珠、细胞或细菌等特定物质上分配液体并实现均质化，或者如同为了散发红酒风味而由红酒品尝者执行的工序那样散发或捕集气体，或者实现涡流等的极速振动，或者在液体和/或气泡作业过程中向内部注入气泡，或者可维持混凝土或如同共融及非牛顿液体等的液体形态的浆料混合物。如上所述，上述轨迹可为在空间或普通倾斜中的单纯的平移，并且，可具有向消耗品的特定区域引起堆积的目的。

根据本发明的再一实施方式，记载了通过与振动头部相接触的消耗品的移动来实现对在通过机器人臂处理的消耗品所收容的液体进行搅拌的方法，其中，消耗品的振动头部力等于或大于机器人臂的力。例如，振动的头部可以是沿着椭圆方向移动的橡胶球。当通过机器人臂维持的消耗品与头部相接触时的移动向消耗品传递，所施加的力可大于臂的维持力及用于连接臂和消耗品的连接器的维持力。这将导致消耗品移动，有可能不利于搅拌。

图3示出磁接口装置(MID)。上述系统的目的为借助通过多种方法(机械性方式或电性方式)调制的磁场来以不对静态对象产生干扰的方式迅速、有效地实现连接及解除。这一作业为对接。

磁连接器分为两个部分，标签与在周围移动的对象相连接，手部与移动的臂相连接。

标签100为典型的具有磁特性的金属物体(铁、钢或相似物)。通常，标签的尺寸在1mm～100mm范围内，但在为了执行液体处理而设计的部分实施例中，通常达到10mm左右。由于费用关系，形状可形成正方形、圆滑的长方形或相似形状。标签包含使用人员可读取(或可编写)的信息，例如，可包括具有纸质标签的区域102及包含二维(2D)或一维(1D)条形码101的区域104。优选地，区域104采用裸露金属以及使得以与手部对应的方式以对接目的来使用的平坦区域露出。例如，标签为8×16×1mm长方形钢标签。二维条形码101及相似信息可通过激光消融方法或相似的方法来在标签上刻入。

标签100通过其正面来与手部相连接，为了避免在对接过程中产生干扰，形成扁平状。如图4所示，在标签的俯视图中，以附图标记100表示标签，在标签100的侧视图中，以附图标记200表示标签。如图5所示，在标签的侧视图中，以附图标记405表示标签。在图4中，手部为了在区域307中实现扁平连接而设计，如图5所示，以附图标记407表示手部。如图5所示，金属平板401、400(在图4中，以上部307表示)起到对通过图4所示的线圈302生成的磁场进行引导的磁引导件作用。如图5所示，线圈302可分为由附图标记402及403表示的两个部分，可分别为电磁线圈及永久磁铁。具有这种结构的系统在每次需维持标签100的支撑状态时优选，例如，在每次因断开电力而不使电流在线圈流动的情况下优选。与标签100相对应的手部的引力通过在线圈流动的电流被调制，例如，可通过与本说明书中的系统的其他功能部相连接的外部控制器来实现脉冲宽度调制(PWM)或在系统中恒定。

并且，线圈可通过用于测定磁场的霍尔传感器来完善，或者例如，可通过可在因手部的磁因素而生成的磁场中检测因标签100的存在而被感应的回路磁通量的变化的电流检测单元来完善。并且，可通过这种方法检测相对于手部的标签位置。因此，由手部和标签构成的磁系统可在存在所需力的情况及所需瞬间使手部与标签相连接。若随着时间经过产生调制，则可更有可能实现软对接或简单靠近，例如，需通过使得与标签相连接的对象移动来在两者之间形成紧张且牢固的连接。强大的磁场必然会引起强大的力，这可使对象和手部之间形成牢固的连接。

若这种系统在标签与手部之间轻松被控制并以不移动部件的方式实现连接，则霍尔传感器或电流的磁反馈将无法在对接过程中提供对于相对位置的详细信息。为了解决这一问题，如图4所示，采用光学系统306。光学系统306通过光及光的反射来从标签100收集信息。尤其，例如，如图6所示，图7所示的光源606(LED1)及图6所示的激光二极管501安装在印刷电路板500(PCB)，并且，以图7中的附图标记600表示的印刷电路板设置于手部的内部，在图4中以306表示光学系统且在图5中以406表示光学系统，由此生成用于得到不同信息的光。为了提供所需的电力并处理追加信息，如图7所示，印刷电路板500、600通过电缆604来与追加性的硬件相连接。

如图7所示，光源606为以图5所示的扩散方式通过平板407之间的孔进行照明的发光二极管，使得摄像头502(安装有凸透镜或销孔的CCD1)对着图像标签100(尤其，条形码101)。参照图6，激光二极管501的目的不同，如图8所示，向在位置701通过摄像头502图像化的标签100(典型地为区域104，具体为外部条形码104)投射大致呈圆形的点。摄像头轴与激光二极管轴之间的小的角度或通过单纯并行来在摄像头502的视野内形成的点图像的位置包含从摄像头502到标签100为止的距离、对手部和接触区域的信息。

上述角度应在所有工作条件下以使得激光二极管光点的图像701留在摄像头502的视野内的方式充分小。最终，激光二极管501具有第二功能，标签100上的激光束应对标签的合理、适当选择的角度来重新反射到摄像头503(CCD2)。由于摄像头503不安装有凸透镜，因此，如图9所示，其图像800形成激光束801的简要截面图。若标签位于特定距离上(通过图像位置701来通过摄像头502测定)，则点的位置只有在处理组装体与标签表面之间的角度达到预知角度的情况下才能够预测。对于任意不同的角度而言，点的偏差也预知。与如上所述的考虑事项类似，以使得所反射的光点留在摄像头502的活性表面上的方式选择激光二极管角度及摄像头502的位置。

综上，对手部和标签进行说明的组装体传递可实时生成的六个参数：摄像头502的视野700内的条形码702的位置，可通过图像的重新构成的二维条形码的位置来以X及Y测定；基于摄像头502的图像700的条形码再构成算法来测定的条形码702的角度α；基于通过激光二极管501来在摄像头502的图像700所生成的光点701的位移而测定的从手部307到标签100为止的距离Z；对应接触平面307、407来规定标签100的两个方向(Phi及Theta)的空间取向，这种并行信息对于了解对应于标签100的手部的靠近轨迹是否垂直非常重要。

如上所述的所有角度及空间信息作为对对接轨迹进行调制并对磁场强度进行调制的结果，可用于预测可能产生的对象位移。强度可根据预想的重量及对象的几何结构来进行调制。例如，与平坦地放在台上的对象相连接的操作可首先被引导距离Z程度。若距离Z超过特定值，则角度(Alpha)可提供对于条形码101的自然角度的信息。若对象按规定水平放置，则角(alpha)的测定将提供标签100安装在对象的角度的基本信息。信息(X及Y)的收集可使得使用人员重现似地了解相对于手部的对象的侧方位移。相似地，角度(theta)的收集提供与相对于手部的对象的旋转相关的信息，相反，方向(phi)可体现安装标签时对自然角度的信息(垂直性)。可通过结合所有信息来确定激活磁场的条件。在一部分情况下，若施加最小限度的力，则可使对象沿着方向(phi)旋转来产生预知的XY位移以及生成沿着距离Z测定的靠近法，若力并未充分达到可抬起的强度，则无法沿着方向(phi)抬起对象。若对象到达最小距离Z，则手部角度可相对于平坦的theta接点来被调制，之后，磁场能够以具有大于对象的预计重量的连接力的方式增加，可在手部与对象之间形成牢固的连接。

最终，一旦对象通过磁接口装置技术来与手部牢固地连接，则可通过测定Z、X、Y、Alpha、phi、theta参数来持续监控位置。参数的任意变化可意味着对象与障碍物相接触或单纯地与表面相接触。该信息对对象的敏感操作有利，例如，有利于对侧面、下部面或上部面、或参照销或对外部对象进行冲洗(并未预知相对于对象的标签位置的情况)。因微细的变化或基于对振动敏感的图像化的摄像头分辨率，紧凑的手部可以是与人手相似的非常有效果的多重介质参数连续传感器，对特定标签更敏感。

Claims (18)

1.一种在多个消耗品中执行具有适应性的液体处理工序的方法，包括：

由至少一个臂检测消耗品连接器的磁性存在或者由上述消耗品连接器的存在而改变的磁性矢量场，上述至少一个臂具有磁接口装置；

利用上述磁接口装置基于磁引力而将上述至少一个臂连接到消耗品；

通过上述至少一个臂来使上述消耗品移动；

通过至少一个静态或准静态移液管来从上述消耗品抽吸液体和向上述消耗品分配液体；

其中从上述消耗品抽吸液体和向上述消耗品分配液体的作用在从上述消耗品抽吸液体和向上述消耗品分配液体的作用期间以及在从上述消耗品抽吸液体和向上述消耗品分配液体的作用之间不使上述移液管移动的状态下执行；以及

基于排斥磁力使上述至少一个臂和上述消耗品相分离。

2.一种在多个消耗品中执行具有适应性的液体处理工序的装置，包括：

至少一个臂，用于使消耗品移动，上述至少一个臂具有磁接口装置，其中上述磁接口装置被配置成基于磁引力而将上述至少一个臂磁连接到上述消耗品；

静态或准静态移液管，被配置成使得从上述消耗品抽吸液体和分配液体在不使上述静态或准静态移液管移动的状态下执行；

其中上述至少一个臂被配置成检测消耗品连接器的磁性存在或者由上述消耗品连接器的存在而改变的磁性矢量场；

其中上述磁接口装置被配置成基于排斥磁力使上述至少一个臂和上述消耗品相分离。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，通过摄像头图像化来辅助对上述消耗品的操作。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，上述消耗品能够由相似的装置共享。

5.根据权利要求2所述的装置，其中，上述至少一个臂能够以服务及支援为目的来进行拆装。

6.根据权利要求2所述的装置，其中，上述装置能够设置于标准生物学实验室工作台。

7.根据权利要求2所述的装置，还包括用于临时储存上述消耗品的特定区域，以便提高上述液体处理速度。

8.根据权利要求2所述的装置，还包括用于储存消耗品的垂直柜，以便减少装置占用空间。

9.根据权利要求2所述的装置，其中，上述连接和分离单元基于磁引力来运行。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，通过对于上述至少一个消耗品及上述臂的相对位置来使上述磁引力发生改变。

11.根据权利要求2所述的装置，其中，为了减少死体积，在倾斜的消耗品上执行上述抽吸和分配的液体处理作业。

12.根据权利要求2所述的装置，其中，在执行抽吸或分配前后，通过移动的上述至少一个臂来执行上述液体的混合。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，上述至少一个臂包括磁接口装置，并且其中，使上述至少一个消耗品和臂相连接和相分离利用上述磁接口装置。

14.根据权利要求2所述的装置，其中，上述至少一个臂包括磁接口装置，并且其中，上述连接和分离单元利用上述磁接口装置。

15.根据权利要求13所述的方法，还包括由上述至少一个臂检测匹配的消耗品连接器的磁性存在或者由匹配的消耗品连接器的存在而改变的磁性矢量场。

16.根据权利要求14所述的装置，还包括上述至少一个臂被设计成检测匹配的消耗品连接器的磁性存在或者由匹配的消耗品连接器的存在而改变的磁性矢量场。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括基于排斥磁力使上述至少一个臂和消耗品相分离。

18.根据权利要求16所述的装置，其中磁接口装置被配置成基于排斥磁力使上述至少一个臂和消耗品相分离。

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