CN109738245A - 加样针拾取装置及其应用的样品处理系统和生物安全柜 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加样针拾取装置及其应用的样品处理系统和生物安全柜，其中加样针拾取装置包括拾取支架、拾取杆和弹簧架；拾取支架升降设置，拾取杆固定在拾取支架上，其底端设置与加样针顶部可拆卸对接的拾取头；弹簧架滑动套装在拾取杆上，并通过对接在拾取头上的加样针抵接滑动，弹簧架还通过压缩的弹簧与拾取支架弹性连接；弹簧架和拾取杆之间设有加样针拾取感应器，加样针拾取感应器与拾取支架的升降控制单元反馈连接。本发明生物安全柜样品处理系统采用上述加样针拾取装置可以实现生物安全柜内部的全自动试验操作，能够极大地保障实验操作人员的安全，并具有体积小巧，功能丰富的优点，能够实现多通道加样操作，大大提高工作效率。

Description

加样针拾取装置及其应用的样品处理系统和生物安全柜

技术领域

本发明属于医疗实验设备，具体涉及一种加样针拾取装置及其样品处理系统，可用于生物安全柜内部的全自动试验操作。

背景技术

生物安全柜是用于操作原代培养物、菌毒株以及诊断性标本等具有感染性的实验材料时，用来保护操作者本人、实验室环境以及实验材料的设备，生物安全柜可以有效减少由于气溶胶暴露所造成的实验室感染以及培养物交叉污染，且更侧重于保护操作人员和环境，防止操作的病原微生物扩散造成人员伤害和环境污染。因此生物安全柜相对于外部环境处于一个相对封闭的环境，并且出于对操作人员的防疫保护，需要尽可能地避免操作人员直接接触到生物安全柜内部环境。

但是由于需要在生物安全柜内部进行样本、试剂的稀释、分配、混匀及相关数据的文档自动化管理等操作，目前所使用的加样设备的体积都较大，自动化程度低，而生物安全柜内部放置样本以及试剂容器后空间狭小，因此现有体积较大的加样设备及其通信线路与电脑连接均不能安放在生物安全柜内，这样就会导致操作人员不可避免地需要接触到生物安全柜内部空间进行操作。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对生物安全柜内的加样操作存在的上述不足之处，提供一种加样针拾取装置及其应用的样品处理系统，可以实现对生物安全柜内部的自动试验操作。

本发明采用如下技术方案实现：

加样针拾取装置，包括拾取支架31、拾取杆32和弹簧架34；

所述拾取支架31升降设置，所述拾取杆32固定在拾取支架31上，其底端设置与加样针顶部可拆卸对接的拾取头；

所述弹簧架34滑动套装在拾取杆32上，并通过对接在拾取头上的加样针抵接滑动，所述弹簧架34还通过压缩的弹簧38与拾取支架31弹性连接；

所述弹簧架34和拾取杆32之间设有加样针拾取感应器，所述加样针拾取感应器与拾取支架31的升降控制单元反馈连接。

进一步的，所述加样针拾取感应器为固定设置在弹簧架34上的导电触点37，所述导电触点37与弹簧38连接，通过弹簧38与拾取杆32压紧导电接触。

进一步的，所述拾取杆32导电并通过绝缘套33与拾取支架31之间绝缘固定，所述弹簧架34与拾取杆32之间绝缘设置，所述拾取杆32和导电触点37连接到同一检测电路中。

进一步的，所述弹簧架34的底部设有滑动套装在拾取杆32上的导套36，并通过导套36与拾取头上对接的加样针抵接。

在本发明的加样针拾取装置中，所述拾取杆32内部中空，底部通过拾取头与对接的加样针连通，顶部通过导管与实现加样针负压吸取和正压挤出的泵阀模组5连接。

进一步的，所述拾取杆32上还设有检测加样针接触试剂的液位检测器35，所述液位检测器35与拾取支架31的升降控制单元反馈连接，所述液位检测器35通过检测拾取杆32上的电容变化确定加样针是否接触到试剂液位。

本发明还公开了一种应用上述加样针拾取装置的样品处理系统，包括空间移动系统2以及上述的加样针拾取装置3；

所述加样针拾取装置3的拾取支架31与空间移动系统2的竖直升降组件连接，通过空间移动系统2带动加样针拾取装置3在空间移动系统的移动范围内布置的针架71、培养瓶载架72、微孔板载架73和试剂瓶载架74之间移动。

具体的，所述空间移动系统2为三坐标空间移动系统，包括机架1、X轴驱动组件21、Y轴驱动组件22和Z轴驱动组件23，其中X轴驱动组件21和Y轴驱动组件22垂直设置在样品处理系统的机架1顶部水平面内，所述Z轴驱动组件23为竖直升降组件，所述拾取支架31竖直导向装配在Z轴驱动组件23的Z轴支架231上，并与Z轴支架231上固定的升降驱动件232传动连接。

进一步的，所述样品处理系统内集成设有无线通信模块6，所述空间移动系统2的控制单元以及加样针拾取装置3连接的泵阀模组通过无线通信模块6与外部控制设备通信连接。

在本发明中的样品处理系统中，两组以上的加样针拾取装置3与对应的Z轴驱动组件23一一连接，所有Z轴驱动组件23的Z轴支架231与连杆分针机构连接，实现多通道等距展开闭合的样品处理。

本发明还公开了一种内部设有上述样品处理系统的生物安全柜。

本发明可用于生物安全柜内部的全自动试验操作，加样针拾取装置能够实现对加样针的自动拾取并且实现加样针对试剂进行吸取和挤出，结合加样针拾取装置能够实现对生物安全柜内的全自动操作控制，避免了操作人员接触到生物安全柜内部环境，保护了操作人员的安全性。同时利用三坐标空间移动系统，最大限度地利用了生物安全柜内部的空间。

综上所述，本发明提供的加样针拾取装置及其应用的生物安全柜内样品处理系统具有体积小巧，功能丰富的优点，并且能够极大地保障实验操作人员的安全，通过全自动操作的样品处理系统能够实现多通道加样操作，大大提高其工作效率。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的样品处理系统的整体结构示意图。

图2为实施例中的单个加样针拾取装置的结构示意图。

图3为实施例中的加样针拾取装置与加样针的对接示意图。

图4为实施例中的加样针拾取装置卸除加样针的动作示意图。

图5为实施例中实现多通道加样的加样针拾取装置的结构示意图。

图6为实施例中的样品处理系统内部俯视图。

图7为实施例中的样品处理系统在生物安全柜内部的通信连接示意图。

图中标号：

1-机架；

2-空间移动系统，21-X轴驱动组件，22-Y轴驱动组件，23-Z轴驱动组件，231-Z轴支架，232-升降驱动件；

3-加样针拾取装置，31-拾取支架，32-拾取杆，33-绝缘套，34-弹簧架，35-液位检测器，36-导套，37-导电触点，38-弹簧，39-连杆分针机构，310-卸料顶块；

4-加样针；

5-泵阀模组；

6-无线通信模块；

71-针架，711-TIP头载架，712-废料盒，713-废液槽，72-培养瓶载架，73-微孔板载架，74-试剂瓶载架；

8-生物安全柜；

9-外部控制设备。

具体实施方式

实施例

参见图1，图示中的样品处理系统为本发明的优选方案，具体包括机架1、空间移动系统2、加样针拾取装置3、加样针4、泵阀模组5、无线通信模块6以及设置在样品处理系统内的若干定位载架。空间移动系统2设置在样品处理系统的机架1上，加样针拾取装置3通过空间移动系统2实现加样针4的拾取，并且在各个定位载架之间移动操作，泵阀模组5提供拾取的加样针的吸取负压和加样正压，无线通信模块6与外部控制设备无线通信连接，实现对样品处理系统内部的遥控操作。如图7所示，本实施例的样品处理系统全部设置在生物安全柜9的内部，保证了生物安全柜的密闭性要求，同时也可以保证操作者在不接触到生物安全柜内部环境的情况下进行试验操作。

本实施例首先详细说明加样针拾取装置3是如何实现加样针拾取的。

结合参见图2，加样针拾取装置3具体包括拾取支架31、拾取杆32、绝缘套33、弹簧架34、液位检测器35、导套36、导电触点37和弹簧38。拾取支架31可以升降设置，本实施例中将拾取支架31连接在空间移动系统2的竖直升降组件上，拾取杆32竖直固定在拾取支架31上，保持竖直向下，其底端设置拾取头。通常加样针的顶部接头设置为管体结构，便于连接泵阀实现加样针的工作压力控制，本实施例中拾取杆32的拾取头通过过盈配合直接插入到加样针顶端的管体内，在拾取支架31带动拾取杆32下降的过程中拾取头与竖直放置的加样针顶端可拆卸对接

弹簧架34套装在拾取杆32上，可以沿拾取杆32自由滑动，弹簧架34的底部通过同样滑动套装在拾取杆32上的导套36延伸到拾取杆32底端的拾取头，当加样针与拾取头套接的过程中，导套36保持与加样针顶部的抵接，在加样针与拾取杆完成对接后，会将导套36连同弹簧架34向上顶，同时将弹簧架34通过压缩的弹簧38与拾取支架31弹性连接，弹簧架34和拾取杆32之间设置检测相对位置的加样针拾取感应器，通过弹簧架34在拾取杆32上的滑动位置变化实现对加样针拾取到位的检测。

具体如图3中所示，该加样针拾取感应器为导电触点37，导电触点37固定设置在弹簧架34上，在拾取杆未拾取加样针的正常状态下，导电触点37沿拾取杆32的轴向方向与拾取杆32导电接触，本实施例中将导电触点37与弹簧38连接，通过弹簧38将导电触点37与拾取杆32之间压紧导电接触。拾取杆32和导电触点37连接到同一检测电路中，将该电路处于通电状态；当拾取的加样针将弹簧架34沿拾取杆向上顶，弹簧架34上的导电触电37与拾取杆32之间分离断开，该电路断开，将该断开的变化电信号作为加样针拾取到位的检测信号，将该电信号与控制拾取支架31的竖直升降组件的控制单元反馈连接，当加样针对接到位后及时停止下降，保证加样针的准确拾取。

为了保证检测信号的正常实现，本实施例的拾取杆32本身采用导电的金属材质加工，拾取杆32通过绝缘套33固定在拾取支架31上，同时弹簧架34采用绝缘材料制成，与拾取杆32之间绝缘装配，保证了导电触点37和导电杆32之间为唯一的导电位置。

本实施例的拾取杆32内部设置中空管腔，底部贯通至拾取头并与对接的加样针连通，顶部通过导管与泵阀模组5连接，通过泵阀模组5提供加样针吸取试剂并添加试剂的负压和正压。泵阀模组5在医疗实验器械中常用作吸引的驱动设备，实际应用中可以对现有泵阀进行选用，本实施例在此不对泵阀模组5的具体结构进行赘述。

加样针拾取装置3还可以对拾取的加样针在吸取试剂的时候监测加样针是否与试剂液面接触。具体的，本实施例在拾取杆32上设有液位检测器35，该液位检测器35为电容检测传感器，本实施例中的加样针4本身导电设置，拾取杆32上的加样针在接触液体之前和接触液体之后本身的电容会发生变化，液位检测器35通过检测拾取杆32及其对接的加样管上的电容变化确定加样针是否接触到试剂液位，同时，液位检测器35与拾取支架31的竖直升降组件的控制单元反馈连接，当加样针接触到试剂液位后，再控制加样针下降一定距离后停止下降，保证加样针在合适的液位以下位置进行试剂吸取。

本实施例中将液位检测器35横置固定在拾取杆32上，同时再利用液位检测器35与拾取杆32之间导电接触，将弹簧架34上的导电触点37与液位检测器35导电接触。

以下详细说明本实施例中的样品处理系统通过加样针拾取装置实现生物安全柜内部的试验操作。

再次参见图1，本实施例中的空间移动系统2为三坐标空间移动系统，包括机架1、X轴驱动组件21、Y轴驱动组件22和Z轴驱动组件23，各个驱动组件采用同步带组件、电动丝杆组件等直线驱动组件，其中X轴驱动组件21和Y轴驱动组件22之间相互垂直并且分别设置在生物安全柜内部机架1的顶部水平面内，Z轴驱动组件23为竖直升降组件，拾取支架31竖直导向装配在Z轴驱动组件23的Z轴支架231上，并与Z轴支架231上固定的升降驱动件232传动连接。三坐标空间移动系统为常见机械手技术，本实施例在此不对其具体装配方案进行赘述。

本实施例中的Z轴驱动组件23采用同步带组件，包括Z轴支架231以及由同步带组件形成的升降驱动件232，Z轴支架231为竖直长条结构，升降驱动件232的驱动电机以及同步带轮安装在Z轴支架231上，加样针拾取装置3的拾取支架31沿竖直方向滑动导向装配在Z轴支架231上，同时还与升降驱动件232的同步带固定连接，实现拾取支架31沿Z轴方向升降设置。

实际应用中，可以在空间移动系统2上设置单组加样针拾取装置3，也可以搭载两组以上的加样针拾取装置3进行多通道样品处理，如图1和图5中所示，本实施例中设有四组加样针拾取装置3，分别与四组Z轴驱动组件23一一连接，四组Z轴驱动组件23的Z轴支架231与连杆分针机构连接，并通过连杆分针机构设置在Y轴驱动组件22上，分针连杆机构直接带动四组Z轴驱动组件等距同步展开和闭合，实现四组加样针拾取装置3上拾取的四根加样针的多通道样品处理。连杆分针机构为电动驱动的剪叉连杆分针机构。

结合参见图6，样品处理系统底板上通过定位导向槽分布有针架71、培养瓶载架72、微孔板载架73和试剂瓶载架74四个区域，空间移动系统2带动加样针拾取装置从针架71区域拾取加样针，移动到培养瓶载架72吸取培养对象，移动到试剂瓶载架74区域进行试剂的吸取，然后移动到微孔板载架73区域进行加样操作。各区域载架均与生物安全柜的底板定位不固定连接，便于更换不同试验要求的载架。

另外，针架71区域进一步分为TIP头载架711、废料盒712和废液槽713，其中TIP头载架711用于放置新的一次性加样针，加样针拾取装置3从该处进行加样针拾取，废料盒712用于回收试验后的加样针，加样针拾取装置3将用过的加样针卸除到此处，废液槽713用于收集废试剂。加样针4从加样针拾取装置3的拾取头上卸除可利用固定在机架1上的卸料顶快310，将卸料顶快310固定在废料盒712上方的机架上，然后通过空间移动系统2控制加样针拾取装置3移动到此处，将弹簧架34的顶部与卸料顶块310对齐，然后控制拾取支架上升，利用弹簧架34和拾取杆之间的相对滑动将加样针4从拾取杆32底部顶出，当导电触点37与拾取杆32导电接触后，控制拾取支架31停止上升，移开加样针拾取装置3即完成加样针的卸除，如图4中所示。

结合图7所示，图示中的生物安全柜9内部设有本实施例的样品处理系统，样品处理系统通过机架1固定放置在生物安全柜内，样品处理系统内还集成设有无线通信模块6，机架1上设置的空间移动系统2的控制单元以及加样针拾取装置3连接的泵阀模组通过无线通信模块6与外部控制设备9通信连接。无线信号的传输为成熟的现有通信技术，本领域技术人员可以根据实际情况进行选用，本实施例在此不对其具体的无线通信控制方案进行赘述。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.加样针拾取装置，其特征在于：包括拾取支架（31）、拾取杆（32）和弹簧架（34）；

所述拾取支架（31）升降设置，所述拾取杆（32）固定在拾取支架（31）上，其底端设置与加样针顶部可拆卸对接的拾取头；

所述弹簧架（34）滑动套装在拾取杆（32）上，并通过对接在拾取头上的加样针抵接滑动，所述弹簧架（34）还通过压缩的弹簧（38）与拾取支架（31）弹性连接；

所述弹簧架（34）和拾取杆（32）之间设有加样针拾取感应器，所述加样针拾取感应器与拾取支架（31）的升降控制单元反馈连接。

2.根据权利要求1所述的加样针拾取装置，所述加样针拾取感应器为固定设置在弹簧架（34）上的导电触点（37），所述导电触点（37）与弹簧（38）连接，通过弹簧（38）与拾取杆（32）压紧导电接触；

所述拾取杆（32）导电并通过绝缘套（33）与拾取支架（31）之间绝缘固定，所述弹簧架（34）与拾取杆（32）之间绝缘设置，所述拾取杆（32）和导电触点（37）连接到同一检测电路中。

3.根据权利要求1所述的加样针拾取装置，所述弹簧架（34）的底部设有滑动套装在拾取杆（32）上的导套（36），并通过导套（36）与拾取头上对接的加样针抵接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的加样针拾取装置，所述拾取杆（32）内部中空，底部通过拾取头与对接的加样针连通，顶部通过导管与实现加样针负压吸取和正压挤出的泵阀模组（5）连接。

5.根据权利要求4所述的加样针拾取装置，所述拾取杆（32）上还设有检测加样针接触试剂的液位检测器（35），所述液位检测器（35）与拾取支架（31）的升降控制单元反馈连接。

6.样品处理系统，其特征在于：包括空间移动系统（2）以及权利要求5中的加样针拾取装置（3）；

所述加样针拾取装置（3）的拾取支架（31）与空间移动系统（2）的竖直升降组件连接，通过空间移动系统（2）带动加样针拾取装置（3）在空间移动系统的移动范围内布置的针架（71）、培养瓶载架（72）、微孔板载架（73）和试剂瓶载架（74）之间移动。

7.根据权利要求6所述的样品处理系统，所述空间移动系统（2）为三坐标空间移动系统，包括机架（1）、X轴驱动组件（21）、Y轴驱动组件（22）和Z轴驱动组件（23），其中X轴驱动组件（21）和Y轴驱动组件（22）垂直设置在机架（1）顶部水平面内，所述Z轴驱动组件（23）为竖直升降组件，所述拾取支架（31）竖直导向装配在Z轴驱动组件（23）的Z轴支架（231）上，并与Z轴支架（231）上固定的升降驱动件（232）传动连接。

8.根据权利要求6所述的样品处理系统，所述样品处理系统内集成设有无线通信模块（6），所述空间移动系统（2）的控制单元以及加样针拾取装置（3）连接的泵阀模组通过无线通信模块（6）与外部控制设备通信连接。

9.根据权利要求6或7或8所述的样品处理系统，两组以上的加样针拾取装置（3）与对应的Z轴驱动组件（23）一一连接，所有Z轴驱动组件（23）的Z轴支架（231）与连杆分针机构连接，实现多通道等距展开闭合的样品处理。

10.生物安全柜，其特征在于：所述生物安全柜内部设置有权利要求6-9中的样品处理系统。