CN111071580A

CN111071580A - 一种培养平板灌装系统及其灌装方法

Info

Publication number: CN111071580A
Application number: CN202010004252.7A
Authority: CN
Inventors: 武彬; 邓凤霞
Original assignee: Shandong Polytechnic
Current assignee: Shandong Polytechnic
Priority date: 2020-01-03
Filing date: 2020-01-03
Publication date: 2020-04-28

Abstract

本发明属于生命科学实验用到的培养平板领域，具体是一种培养平板灌装系统，包括皿架、若干机械手、预热平台、灌装平台、冷凝平台和用于将成品打包的包装平台。本发明还涉及灌装方法，自动化程度高，节约大量人力劳动，同事减少了人体对培养平板的干扰，避免细菌污染。制造工艺通过控制温度以及机械手之间协同工作，实现高效制造。

Description

一种培养平板灌装系统及其灌装方法

技术领域

本发明属于生命科学实验用到的培养平板领域，据具体涉及一种培养平板灌装系统及其灌装方法。

背景技术

培养平板是指培养基冷却凝固后在无菌培养皿中形成培养基固体平面，广泛用于医学、生物学等试验，比如微生物分离、测定菌丝生长速度、观察菌落的形态、拮抗实验、测定接种空间杂菌数等。

目前培养平板的灌装方法如下：取灭菌并加热融化后的培养基置于无菌箱或超净工作台内，左手持三角瓶、右手反转手掌用中指和无名指拨出棉塞或硅胶赛(或不翻转手掌用小指和手掌拨出棉塞) ，同时将三角瓶转换至右手，而后左手拿培养皿，以大拇指和中指将皿盖打开一缝，至瓶口刚好伸入。三角瓶口经火焰烧灼后，倾入灭菌或溶化、冷却至55~60°C的培养基约15mL（勿使瓶口靠在培养皿壁上，以免沾染皿壁），迅速盖好皿盖，冷凝后即为培养平板。

上述制作方法存在以下不足：

1）灌装过程中需要严格的无菌操作，而人体容易带菌，造成污染。

2）灌装温度无法精准控制，影响凝结时间和平板的品质。

3）培养皿直径为90mm左右，不方便单手拿取和开盖；人工操作倒入量，不均匀，使用时影响实验结果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种培养平板灌装系统及其灌装方法，高自动化完成拿取培养皿、灌装培养基，冷凝放置等工艺，实现无菌灌装，极大节省了人力劳动，提高效率。本发明采用的技术方案如下：

一种培养平板灌装系统，包括皿架、若干机械手、预热平台、灌装平台、冷凝平台和用于将成品打包的包装平台；

所述皿架内设有若干对支撑板，每对支撑板竖向相对设置形成槽型空间，每对所述支撑板开设有若干个用于放置培养皿的卡槽，所述卡槽为倾斜开口以使培养皿相对水平方向夹角呈30~45°放置；所述培养皿由若干所述机械手分别夹持依次从卡槽夹持到灌装平台、冷凝平台和包装平台上；

所述皿架放置在预热平台上；

所述灌装平台中设有用于盛放培养基的物料罐、输送培养基的输送管和向培养皿内注射培养基的注射口；

所述冷凝平台中设有冷凝箱，所述冷凝箱内设有半导体制冷片以使培养平板降温冷凝。

上述培养平板灌装系统，所述预热平台上设有至少一个用于预热培养皿的红外加热管。

上述培养平板灌装系统，所述冷凝平台上方设有环形的输送带，所述输送带上均匀间隔设有用于放置培养皿的支座，所述输送带穿过冷凝箱。

上述培养平板灌装系统，机械手包括夹持机械手、开盖机械手和抓取机械手，所述夹持机械手为一对平面型夹头以夹持培养皿的皿盖和皿底，所述开盖机械手为一对弧形的夹环以夹持皿盖的侧边，

所述抓取机械手设有三个卡爪以将培养皿由冷凝平台移动至包装平台上。

所述支座上设有3或4个橡胶吸盘，上所述支座的直径为培养皿直径的1/2~2/3。

上述培养平板灌装系统，所述注射口通过鹅颈管与输送管连通；所述灌装平台上还设有导轨、竖向气缸和横向气缸，所述竖向气缸的伸出端连接鹅颈管管体上，所述横向气缸的伸出端连接竖向气缸，所述竖向气缸与导轨滑动连接。

上述培养平板灌装系统，所述物料罐放置在保温箱内，所述输送管外侧装有水套，所述注射口为锥形口。

上述培养平板灌装系统，所述包装平台的台面上设有通孔，所述通孔内设有升降台，所述通孔内套设包装袋。

一种用上述培养平板灌装系统的灌装方法，包括以下步骤：

S1) 把皿架和待灌装的培养皿一同消毒烘干

S2) 将培养皿在卡槽内排放好，将皿架放置到预热平台上，用红外加热管预热；

S3) 夹持机械手夹持皿盖顶面和皿底底面，开盖机械手夹持皿盖的侧面，将培养皿夹持到灌装平台上；

S4) 夹持机械手松开培养皿，开盖机械手保持夹持状态，向上平移5mm后旋转30~45°，打开培养皿；

S5) 竖向气缸和横向气缸带动注射口伸入培养皿内灌装，灌装完后注射口移出培养皿；

S6) 开盖机械手回旋并保持夹持，皿盖转回至水平位置，夹持机械手再次夹持培养皿，合盖；

S7) 夹持机械手和开盖机械手共同将培养皿夹持到支座上，夹持机械手松开并回到预热平台处，开盖机械手夹持皿盖向下平移5mm后松开并回到预热平台处；

S8) 输送带运动，培养皿经过冷凝箱后到达抓取机械手处，输送带停止；

S9)升降台沿通孔上升与包装平台的台面平齐，在通孔中套上包装袋，抓取机械手将培养皿放置在包装平台通孔内的包装袋后回到了冷凝平台处；升降台）下降一个培养皿厚度的距离；当包装袋中放置20个培养皿后，升降台再次上升与包装平台的台面平齐。

上述灌装方法，所述冷凝箱体内温度为4~10℃。

上述灌装方法，所述输送管和保温箱内温度为45~60℃。

本发明的有益效果为：系统自动化程度高，节约大量人力劳动，同事减少了人体对培养平板的干扰，避免细菌污染。制造工艺通过控制温度以及机械手之间协同工作，实现高效制造。

附图说明

图1为本发明实施例的系统组成示意图；

图2为本发明实施例的皿架结构示意图；

图3为本发明实施例的夹持原理示意图；

图4为本发明实施例的开盖原理示意图；

图5为本发明实施例的夹持机械手结构示意图；

图6为本发明实施例的开盖机械手结构示意图；

图7为本发明实施例的抓取机械手结构示意图；

图8为本发明实施例的支座结构示意图。

图中：11为红外加热管、12为皿架、13为支撑板、14为卡槽、21为保温箱、22为输送管、23为注射口、24为竖向气缸、25为横向气缸、3为夹持机械手、31为夹头、4为开盖机械手、41为夹环、5为冷凝平台、51为支座、52为橡胶吸盘、53为输送带、54为散热器、6为抓取机械手、61为卡爪、7为包装平台、8为升降台、9为培养皿、91为皿盖、92为皿底、10为冷凝箱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步解释说明。

一种培养平板灌装系统，包括皿架12、若干机械手、预热平台、灌装平台、冷凝平台5和用于将成品打包的包装平台7；

所述皿架12内设有若干对支撑板13，每对支撑板13竖向相对设置形成槽型空间，每对所述支撑板13开设有若干个用于放置培养皿9的卡槽14，所述卡槽14为倾斜开口以使培养皿9相对水平方向夹角呈30~45°放置；所述培养皿9由若干所述机械手分别夹持依次从卡槽14夹持到灌装平台、冷凝平台5和包装平台7上；

所述皿架12放置在预热平台上；

所述灌装平台中设有用于盛放培养基的物料罐、输送培养基的输送管22和向培养皿内注射培养基的注射口23；

所述冷凝平台5中设有冷凝箱10，所述冷凝箱10内设有半导体制冷片以使培养平板降温冷凝。

上述培养平板灌装系统，所述预热平台上设有至少一个用于预热培养皿9的红外加热管11。培养基为45~60℃左右的初始温度，若培养皿9温度过低，则灌装完冷凝时培养基内水分遇冷凝结析出，粘附到培养皿内壁上，降低成品质量，使用这种培养基非常干扰实验结果。

上述培养平板灌装系统，所述冷凝平台5上方设有环形的输送带53，所述输送带53上均匀间隔设有用于放置培养皿9的支座51，所述输送带53穿过冷凝箱10。

上述培养平板灌装系统，机械手包括夹持机械手3、开盖机械手4和抓取机械手6，所述夹持机械手3为一对平面型夹头31以夹持培养皿9的皿盖91和皿底92，所述开盖机械手4为一对弧形的夹环41以夹持皿盖91的侧边，

所述抓取机械手6设有三个卡爪61以将培养皿9由冷凝平台5移动至包装平台7上。

所述支座51上设有3或4个橡胶吸盘52，上所述支座51的直径为培养皿9直径的1/2~2/3。夹持机械手3和开盖机械手4把灌装完成的培养皿9放到支座51上，开盖机械手4夹持皿盖91边缘向下压，橡胶吸盘52就可吸附，当输送带53再次启动时培养皿9也不会掉下来。所述冷凝平台5下方设有数个散热器54，保证通风，进一步加快冷凝。输送带53用步进电机驱动，运行时带速不超过180mm/s。配套设置激光识别元件，来检测支座51的位置，配合对应机械手动作。

上述培养平板灌装系统，所述注射口23通过鹅颈管与输送管22连通；所述灌装平台上还设有导轨、竖向气缸24和横向气缸25，所述竖向气缸24的伸出端连接鹅颈管管体上，所述横向气缸25的伸出端连接竖向气缸24，所述竖向气缸24与导轨滑动连接。为避免培养皿9开合盖时与注射口23动作干涉，将注射口23设置成位置可调的，能够更方便实现灌装。注射口23端部的直径设为5~7mm，口径如果太小则流速过大，培养基容易有气泡或者溅出来，口径太大培养基容易滴落，污染灌装平台和培养皿9。

上述培养平板灌装系统，所述物料罐放置在保温箱21内，所述输送管22外侧装有水套，所述注射口为锥形口。输送管22管路需要水套恒温，默认50度，温度可调。输送管22的灭菌也可以采用两种方式，一种是与物料罐同步高压蒸汽解决，输送管22内如果残留有培养基就会融化排放出来。另一种方式是输送管22拆下来，放在灭菌锅内灭菌。每只培养皿9大约需要15ml培养基，10L的物料罐最多可以装7L左右的培养基，这样灌装约500个培养皿9。输送管22上连接蠕动泵灌装培养基。

上述培养平板灌装系统，所述包装平台7的台面上设有通孔，所述通孔内设有升降台8，所述通孔内套设包装袋。

一种用上述培养平板灌装系统的灌装方法，包括以下步骤：

S1) 把皿架12和待灌装的培养皿9一同消毒烘干

S2) 将培养皿9在卡槽14内排放好，将皿架12放置到预热平台上，用红外加热管11预热；

S3) 夹持机械手3夹持皿盖91顶面和皿底92底面，开盖机械手4夹持皿盖91的侧面，将培养皿9夹持到灌装平台上；

S4) 夹持机械手3松开培养皿9，开盖机械手4保持夹持状态，向上平移5mm后旋转30~45°，打开培养皿9；

S5) 竖向气缸24和横向气缸25带动注射口23伸入培养皿9内灌装，灌装完后注射口23移出培养皿9；

S6) 开盖机械手4回旋并保持夹持，皿盖91转回至水平位置，夹持机械手3再次夹持培养皿9，合盖；

S7) 夹持机械手3和开盖机械手4共同将培养皿9夹持到支座51上，夹持机械手3松开并回到预热平台处，开盖机械手4夹持皿盖91向下平移5mm后松开并回到预热平台处；

S8) 输送带53运动，培养皿9经过冷凝箱10后到达抓取机械手6处，输送带53停止；

S9)升降台8沿通孔上升与包装平台7的台面平齐，在通孔中套上包装袋，抓取机械手6将培养皿9放置在包装平台7通孔内的包装袋后回到了冷凝平台处；升降台8下降一个培养皿9厚度的距离；当包装袋中放置20个培养皿9后，升降台8再次上升与包装平台7的台面平齐。生产线系统上一般只需要在包装平台7上安排工作人员，进行套袋、封装的工序，极大提高了生产效率。

上述灌装方法，所述冷凝箱体10内温度为4~10℃。

上述灌装方法，所述输送管22和保温箱21内温度为45~60℃。

Claims

1.一种培养平板灌装系统，其特征在于：包括皿架（12）、若干机械手、预热平台、灌装平台、冷凝平台（5）和用于将成品打包的包装平台（7）；

所述皿架（12）内设有若干对支撑板（13），每对支撑板（13）竖向相对设置形成槽型空间，每对所述支撑板（13）开设有若干个用于放置培养皿（9）的卡槽（14），所述卡槽（14）为倾斜开口以使培养皿（9）相对水平方向夹角呈30~45°放置；所述培养皿（9）由若干所述机械手分别夹持依次从卡槽（14）夹持到灌装平台、冷凝平台（5）和包装平台（7）上；

所述皿架（12）放置在预热平台上；

所述灌装平台中设有用于盛放培养基的物料罐、输送培养基的输送管（22）和向培养皿内注射培养基的注射口（23）；

所述冷凝平台（5）中设有冷凝箱（10），所述冷凝箱（10）内设有半导体制冷片以使培养平板降温冷凝。

2.根据权利要求1所述的培养平板灌装系统，其特征在于：所述预热平台上设有至少一个用于预热培养皿（9）的红外加热管（11）。

3.根据权利要求1所述的培养平板灌装系统，其特征在于：所述冷凝平台（5）上方设有环形的输送带（53），所述输送带（53）上均匀间隔设有用于放置培养皿（9）的支座（51），所述输送带（53）穿过冷凝箱（10）。

4.根据权利要求3所述的培养平板灌装系统，其特征在于：机械手包括夹持机械手（3）、开盖机械手（4）和抓取机械手（6），所述夹持机械手（3）为一对平面型夹头（31）以夹持培养皿（9）的皿盖（91）和皿底（92），所述开盖机械手（4）为一对弧形的夹环（41）以夹持皿盖（91）的侧边，

所述抓取机械手（6）设有三个卡爪（61）以将培养皿（9）由冷凝平台（5）移动至包装平台（7）上；

所述支座（51）上设有3或4个橡胶吸盘（52），上所述支座（51）的直径为培养皿（9）直径的1/2~2/3。

5.根据权利要求4所述的培养平板灌装系统，其特征在于：所述注射口（23）通过鹅颈管与输送管（22）连通；所述灌装平台上还设有导轨、竖向气缸（24）和横向气缸（25），所述竖向气缸（24）的伸出端连接鹅颈管管体上，所述横向气缸（25）的伸出端连接竖向气缸（24），所述竖向气缸（24）与导轨滑动连接。

6.根据权利要求5所述的培养平板灌装系统，其特征在于：所述物料罐放置在保温箱（21）内，所述输送管（22）外侧装有水套，所述注射口为锥形口。

7.根据权利要求6所述的培养平板灌装系统，其特征在于：所述包装平台（7）的台面上设有通孔，所述通孔内设有升降台（8），所述通孔内套设包装袋。

8.一种用权利要求7所述培养平板灌装系统的灌装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1) 把皿架（12）和待灌装的培养皿（9）一同消毒烘干

S2) 将培养皿（9）在卡槽（14）内排放好，将皿架（12）放置到预热平台上，用红外加热管（11）预热；

S3) 夹持机械手（3）夹持皿盖（91）顶面和皿底（92）底面，开盖机械手（4）夹持皿盖（91）的侧面，将培养皿（9）夹持到灌装平台上；

S4) 夹持机械手（3）松开培养皿（9），开盖机械手（4）保持夹持状态，向上平移5mm后旋转30~45°，打开培养皿（9）；

S5) 竖向气缸（24）和横向气缸（25）带动注射口（23）伸入培养皿（9）内灌装，灌装完后注射口（23）移出培养皿（9）；

S6) 开盖机械手（4）回旋并保持夹持，皿盖（91）转回至水平位置，夹持机械手（3）再次夹持培养皿（9），合盖；

S7) 夹持机械手（3）和开盖机械手（4）共同将培养皿（9）夹持到支座（51）上，夹持机械手（3）松开并回到预热平台处，开盖机械手（4）夹持皿盖（91）向下平移5mm后松开并回到预热平台处；

S8) 输送带（53）运动，培养皿（9）经过冷凝箱（10）后到达抓取机械手（6）处，输送带（53）停止；

S9)升降台（8）沿通孔上升与包装平台（7）的台面平齐，在通孔中套上包装袋，抓取机械手（6）将培养皿（9）放置在包装平台（7）通孔内的包装袋后回到了冷凝平台处；升降台（8）下降一个培养皿（9）厚度的距离；当包装袋中放置20个培养皿（9）后，升降台（8）再次上升与包装平台（7）的台面平齐。

9.根据权利要求8所述的灌装方法，其特征在于：所述冷凝箱体（10）内温度为4~10℃。

10.根据权利要求9所述的灌装方法，其特征在于：所述输送管（22）和保温箱（21）内温度为45~60℃。