CN111465836A - 移液装置、液体处理系统和控制移液的方法 - Google Patents

移液装置、液体处理系统和控制移液的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种移液装置(10)，其包括移液管(14)，该移液管(14)的第一端设置有用于样品流体(12)的抽吸和/或分配的开口，并且第二端可操作地连接到压力生成装置(18)。移液装置(10)包括至少一个测量单元(26，28)，该测量单元被适配成基于样品流体(12)的所述抽吸和/或分配来确定样品流体的至少一个测量值并将代表该测量值的样品流体测量信号提供给测量单元(26，28)的输出。所述移液装置(10)进一步包括可操作地耦合到测量单元(26，28)的输出和压力生成装置(18)的输入的控制电路(32)，所述控制电路(32)被配置成基于样品流体测量信号来控制所述压力生成装置(18)。

Description

移液装置、液体处理系统和控制移液的方法
技术领域
本发明涉及用于抽吸和/或分配流体体积的移液装置。这种移液装置可以是如在医疗、制药和化学实验室中常用的自动化流体处理系统的一部分，在那些地方需要快速且可靠地处理样品流体。本发明进一步涉及一种液体处理系统和在移液装置中控制移液的方法。
背景技术
在医疗、制药或化学工业中进行大规模样品分析的实验室需要用于快速且可靠地处理流体体积的系统。样品流体的移液是这些处理的核心。因此，自动化实验室系统通常包括在例如，位于工作台上的液体容器上操作的一个或多个移液装置。一个或多个机器人(特别是机器人臂)可被用于在此类工作台表面上操作。这些机器人可以携带液体容器，诸如样品管或微型板。专用机器人也可被实现为机器人样品处理器(RSP)，其包括用于抽吸和分配液体或者仅用于液体递送的一个或多个移液装置。中央处理器或计算机通常控制这些系统。这种系统的主要优点是完全免提操作。因此，这些系统可以在没有人为干预的情况下一次运行数小时或数天。
现有技术中的问题是，移液装置不能移取未定义的流体(例如，未定义的液体类别)。因此，常用的移液装置需要输入所使用的样品流体的液体类别，以便允许移液。输入相应的液体类别是繁琐、耗时的，并且可能是错误的来源。
因此，本发明的目的是提供解决现有技术中的问题的移液装置、液体处理系统和在移液装置中控制移液的方法。通过根据独立权利要求1、16和17的移液装置、液体处理系统和控制移液的方法来解决该目的。从属权利要求中给出了根据本发明的移液装置和方法的具体实施例。
发明内容
本发明提供了一种移液装置，其包括移液管，该移液管的第一端设置有用于样品流体的抽吸和/或分配的开口，并且第二端可操作性地连接到压力生成装置，其中该移液装置包括至少一个测量单元，该测量单元被适配成基于所述样品流体的抽吸和/或分配来确定该样品流体的至少一个测量值，并将代表该测量值的样品流体测量信号提供给测量单元的输出，所述移液装置进一步包括可操作地耦合到测量单元的输出和压力生成装置的输入的控制电路，所述控制电路被配置成基于样品流体测量信号来控制所述压力生成装置。本发明提供了一种基于对样品流体的测量值的实时测量而能够在不需要输入液体类别的情况下对未定义的流体进行移液的移液装置。样品流体的至少一个测量值允许移液装置在闭环控制中控制压力生成装置。本发明允许基于所抽吸的流体的行为来在流体正流入移液管或流出移液管时适配抽吸参数。
在所提出的移液装置的实施例中，控制电路被配置成作为样品流体测量信号相对于时间的函数来控制压力生成装置。在示例中，本发明可被用于离线模式，以允许自动的液体类别优化。在这种办法中，本发明的移液装置的移液管可被用于优化。此外，在在线模式中，本发明可被用于闭环移液。在这种办法中，移液管可以在客户应用内使用。
在所提出的移液装置的实施例中，至少一个测量单元包括体积测量单元。这种办法允许压力生成装置的体积控制致动，例如气缸内部的柱塞的体积控制移动。
在所提出的移液装置的实施例中，体积测量单元被适配成确定移液管中样品流体的体积水平，并将代表该体积水平的体积测量信号提供给控制电路的输入。在这方面，可以按可靠的方式实现对被移液流体的实时控制。本发明还能够提供过程安全性，其可包括流体输送的检查、避免过度移液以及对被移液体积的控制。在又一种办法中，本发明的移液装置实现了自动的液体类别优化，涉及更短的时间中的工作流建立，以及实现对客户流体的可靠适配的能力。在所提出的移液装置的实施例中，体积测量单元包括第一电极，其中所述第一电极和第二电极被配置成形成测量电容器，其中第二电极至少部分由存在于移液管中的样品流体来提供，所述测量电容器可操作地连接到计算装置，该计算装置被配置成根据测量电容器的容量来确定移液管中的样品流体的体积水平。这种办法允许通过使用电容来确定移液管中抽吸的流体体积。移液管内所抽吸的流体充当第二电极或更确切地说充当液体电极，其与第一电极形成电容器。
在所提出的移液装置的实施例中，第一电极由移液管组成。在示例中，第一电极被固定在移液管的外部。第一电极可形成薄膜状，沿移液管的轴向延伸。该测量电容器的电容是移液管内的样品流体的体积的函数。电容信号允许实时确定移液管内的样品流体体积。
在所提出的移液装置的实施例中，控制电路被配置成作为体积测量信号和时间的函数来控制压力生成装置。
在所提出的移液装置的实施例中，至少一个测量单元包括压力测量单元。这种办法实现了对压力生成装置的基于压力的控制。在示例中，这种基于压力的控制能替代基于体积的控制。在另一个示例中，基于体积的控制和基于压力的控制可以同时起作用。除了体积和压力之外，还可以基于进一步的测量值来实现对压力生成装置的控制。
在所提出的移液装置的实施例中，压力测量单元被适配成确定移液管内的压力水平，并将代表该压力水平的压力测量信号提供给控制电路的输入。这种办法允许对压力生成装置的基于压力的控制，例如，栓塞在压力生成装置的气缸内的压力控制的移动。
在所提出的移液装置的实施例中，控制电路被配置成作为压力测量信号和时间的函数来控制压力生成装置。在实施例中，所提出的移液装置进一步包括确定单元，该确定单元被适配成基于体积测量信号、至少一个压力生成装置驱动参数和时间中的至少一者来确定至少一个样品流体特性。至少一个压力生成装置驱动参数可包括：柱塞相对于压力生成装置的气缸的相应位置的信息、柱塞的移动速度的信息等。在示例中，栓塞的移动速度、移动曲线等可被用于从样品流体的粘度中得出结论。
在实施例中所提出的移液装置进一步包括确定单元，该确定单元被适配成基于压力测量信号、体积测量信号、至少一个压力生成装置驱动参数和时间中的至少一者来确定至少一个样品流体特性。
在所提出的移液装置的实施例中，样品流体特性包括样品流体的液体类别、粘度和表面张力中的至少一者。本发明允许可靠地确定样品流体的相应液体类别。
在所提出的移液装置的实施例中，压力生成装置包括柱塞和由移液装置组成的气缸的组合、以及配置成相对于气缸移动柱塞的移动装置，所述柱塞以圆周密封的方式在所述气缸内轴向移动，所述栓塞被适配成改变气缸内的压力。在所提出的移液装置的实施例中，移动装置被可操作地耦合到控制电路的输出。
本发明进一步涉及一种自动液体处理系统，其包括根据权利要求1到15中的一者所述的移液装置。
此外，本发明涉及一种在根据权利要求1到15中的一者所述的移液装置中控制移液的方法。所述方法包括以下步骤：a)将移液管的第一端浸入样品流体中，b)将样品流体抽吸和/或分配到移液管中或移液管外，c)基于样品流体的所述抽吸和/或分配来确定样品流体的至少一个测量值，d)生成代表样品流体的测量值的样品流体测量信号，e)将所述样品流体测量信号提供给控制电路的输入，f)基于样品流体测量信号、借助于控制电路来控制压力生成装置，以及g)返回到步骤b)。
本发明的方法可被用于确保处理安全性，并且进一步在离线模式下自动优化液体类别。在示例中，客户可以将他希望移液的液体加载到液体处理系统中，然后执行若干迭代的移液步骤以表征这些液体并自动优化液体类别。在优化后，客户可以将标准移液管与经优化的液体类别一起用于其工作流。此外，客户可以在客户应用中在线使用移液管。样品流体测量信号可被直接用于在闭环控制中控制移液装置的压力生成装置，例如其柱塞。每种流体样品的移液都可被优化和在线调整。本发明实现了很大的改进，特别是在被移液样品具有较大的粘度和/或表面张力范围的情况下。
在所提出的方法的实施例中，样品流体的至少一个测量值是移液管中的样品流体的体积水平、移液管内的压力水平以及至少一个压力生成装置驱动参数中的至少一者。
在所提出的方法的实施例中，步骤d)包括生成代表移液管中的样品流体的体积水平的体积测量信号。在所提出的方法的又一实施例中，步骤d)包括生成代表移液管内的压力水平的压力测量信号。
在所提出的方法的实施例中，步骤f)包括作为体积测量信号、压力测量信号中的至少一者和时间的函数来控制压力生成装置。在一实施例中，所提出的方法进一步包括基于体积测量信号、至少一个压力生成装置驱动参数和时间中的至少一者来确定至少一个样品流体特性的步骤。
在一实施例中，所提出的方法进一步包括基于压力测量信号、体积测量信号、至少一个压力生成装置驱动参数和时间中的至少一者来确定至少一个样品流体特性的步骤。
明确指出，上述实施例的任何组合是进一步可能实施例的主题。仅排除会导致矛盾的那些实施例。
附图说明
参照附图，进一步描述本发明，所述附图共同解说了结合以下详细描述考虑的各种示例性实施例。附图中示出的是：
图1示意性地描绘了根据本发明的一方面的移液装置；以及
图2示意性地描绘了移液管内的液体体积测量的办法。
本发明的详细描述
图1示意性地描绘了用于在移液管14内抽吸和/或分配样品流体12的移液装置10。经由一次性尖端16将样品流体12抽吸入或分配出移液管14。尽管未示出，移液管14可以一体地形成，即没有一次性尖端。移液管14的相对端可操作地连接到压力生成装置18，诸如柱塞/气缸布置、泵等。在所示出的示例中，压力生成装置18包括被插入到气缸22中的柱塞20的组合。所述柱塞20以圆周密封的方式在所述气缸22内轴向移动，其被适配成改变气缸22内的压力。进一步包括被配置成相对于气缸22移动栓塞20的移动装置24(示意性地描绘为双箭头)。
移液装置10进一步包括可操作地耦合到移液管14的压力测量单元26，其被适配成确定移液管14内的压力水平。此外，移液装置10包括提供给移液管14的体积测量单元28，其被适配成确定移液管14内的样品流体12的体积水平。体积测量单元28包括电极30，其被固定到靠近其开口的移液管14。
体积测量单元28的细节在下面描述。
压力测量单元26和体积测量单元28两者都被适配成基于样品流体12的抽吸和/或分配来确定样品流体的测量值。特别地，压力测量单元26被适配成确定移液管14内的压力水平，而体积测量单元28被适配成确定移液管14内的体积水平。
移液装置10进一步包括控制电路32，该控制电路32接收压力测量单元26和体积测量单元28两者的测量值。特别地，控制电路32的输入被提供有代表移液管14内的压力水平的压力测量信号，其中所述压力水平由压力测量单元26来确定。此外，控制电路32的输入被提供有代表移液管14内的体积水平的体积测量信号，其中所述体积水平由体积测量单元28来确定。控制电路32的输出被连接到压力生成装置24的输入，其中所述控制电路32被配置成基于接收到的压力测量信号和/或体积测量信号来控制所述压力生成装置24。
在一方面，控制电路32被配置成作为压力测量信号和/或体积测量信号相对于时间的函数来控制压力生成装置24。基于样品流体12的抽吸和/或分配，本发明的移液装置10可以基于体积测量信号、压力测量信号、至少一个压力生成装置驱动参数和时间中的至少一者来确定至少一个样品流体特性。样品流体特性包括样品流体12的液体类别、粘度和表面张力中的至少一者。在示例中，压力测量信号和体积测量信号被直接被用于在闭环电路中控制压力生成装置18的柱塞20。这样做，每个样品流体12的移液可被优化和在线调整。本发明允许改善的移液性能，特别是在被移液的样品流体12具有大的粘度和/或表面张力范围的情况下。
图2示意性地描绘了移液管14内的液体水平检测的办法。特别地，所述图示意性地示出了移液管14的一部分，该部分形成上述体积测量单元28(参照图1)。体积测量单元28包括第一电极30，该第一电极30至少部分地被安装到移液管14的外壁。体积测量单元28进一步包括第二电极12，该第二电极12至少部分地由移液管14中存在的样品流体12的量来提供。因此，移液管14内的被抽吸的样品流体12充当液体电极，其中第一电极30和第二电极12形成测量电容器。所述测量电容器被可操作地连接到计算装置(未示出)，该计算装置被配置成根据测量电容器的容量来确定移液管14内的样品流体12的体积水平。因此，移液管14内的被抽吸的样品流体12的体积通过使用电容来确定。测量电容器的电容是管式移液管14内的流体样品体积的函数。因此，所测量的电容允许实时地确定移液管14内的样品流体12的体积。

Claims (23)

1.一种移液装置(10)，包括移液管(14)，所述移液管(14)的第一端设置有用于样品流体(12)的抽吸和/或分配的开口，并且第二端可操作性地连接到压力生成装置(18)，其中所述移液装置(10)包括至少一个测量单元(26，28)，所述测量单元(26，28)被适配成基于所述样品流体(12)的所述抽吸和/或分配来确定所述样品流体的至少一个测量值，并将代表所述测量值的样品流体测量信号提供给所述测量单元(26，28)的输出，所述移液装置(10)进一步包括可操作地耦合到所述测量单元(26，28)的输出和所述压力生成装置(18)的输入的控制电路(32)，所述控制电路(32)被配置成基于所述样品流体测量信号来控制所述压力生成装置(18)。
2.如权利要求1所述的移液装置(10)，其特征在于，所述控制电路(32)被配置成作为所述样品流体测量信号相对于时间的函数来控制所述压力生成装置(18)。
3.如权利要求1或2所述的移液装置(10)，其特征在于，所述至少一个测量单元(26，28)包括体积测量单元(28)。
4.如权利要求3所述的移液装置(10)，其特征在于，所述体积测量单元(28)被适配成确定所述移液管(14)中的样品流体(12)的体积水平，并将代表所述体积水平的体积测量信号提供给所述控制电路(32)的输入。
5.如权利要求3或4所述的移液装置(10)，其特征在于，所述体积测量单元(28)包括第一电极(30)，其中所述第一电极(30)和第二电极(12)被配置成形成测量电容器，其中所述第二电极(12)至少部分由存在于所述移液管(14)中的所述样品流体(12)来提供，所述测量电容器可操作地连接到计算装置，所述计算装置被配置成根据所述测量电容器的容量来确定所述移液管(14)中的所述样品流体(12)的体积水平。
6.如权利要求5所述的移液装置(10)，其特征在于，所述第一电极(30)是由移液管(14)组成。
7.如权利要求4到6中一者所述的移液装置(10)，其特征在于，所述控制电路(32)被配置成作为所述体积测量信号和时间的函数来控制所述压力生成装置(18)。
8.如权利要求1到7中一者所述的移液装置(10)，其特征在于，所述至少一个测量单元(26，28)包括压力测量单元(26)。
9.如权利要求8所述的移液装置(10)，其特征在于，所述压力测量单元(26)被适配成确定所述移液管(14)内的压力水平，并将代表所述压力水平的压力测量信号提供给所述控制电路(32)的输入。
10.如权利要求9所述的移液装置(10)，其特征在于，所述控制电路(32)被配置成作为所述压力测量信号和时间的函数来控制所述压力生成装置(18)。
11.如权利要求3到10中一者所述的移液装置(10)，其特征在于，进一步包括确定单元，所述确定单元被适配成基于所述体积测量信号、至少一个压力生成装置驱动参数和时间中的至少一者来确定至少一个样品流体特性。
12.如权利要求9到11中一者所述的移液装置(10)，其特征在于，进一步包括确定单元，所述确定单元被适配成基于所述压力测量信号、所述体积测量信号、至少一个压力生成装置驱动参数和时间中的至少一者来确定至少一个样品流体特性。
13.如权利要求11或12所述的移液装置(10)，其特征在于，所述样品流体特性包括所述样品流体的液体类别、粘度和表面张力中的至少一者。
14.如权利要求1到13中一者所述的移液装置(10)，其特征在于，所述压力生成装置(18)包括柱塞(20)和由所述移液装置(10)组成的气缸(22)的组合、以及配置成相对于所述气缸(22)移动所述柱塞(20)的移动装置(24)，所述柱塞(20)以圆周密封的方式在所述气缸(22)内轴向移动，所述栓塞被适配成改变所述气缸(22)内的压力。
15.如权利要求14所述的移液装置(10)，其特征在于，所述移动装置(24)可操作地耦合到所述控制电路(32)的输出。
16.一种自动液体处理系统，包括如权利要求1到15中一者所述的移液装置(10)。
17.一种控制在根据权利要求1到15中一者所述的移液装置(10)中的移液的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将所述移液管(14)的第一端浸入所述样品流体(12)中，
b)将所述样品流体(12)抽吸和/或分配到所述移液管(14)中或所述移液管(14)外，
c)基于所述样品流体(12)的所述抽吸和/或分配来确定所述样品流体的至少一个测量值，
d)生成代表所述样品流体的测量值的样品流体测量信号，
e)将所述样品流体测量信号提供给所述控制电路(32)的输入，
f)基于所述样品流体测量信号、借助于所述控制电路(32)来控制所述压力生成装置(18)，以及
g)返回到步骤b)。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述样品流体的所述至少一个测量值是所述移液管(14)中的所述样品流体的体积水平、所述移液管(14)内的压力水平以及至少一个压力生成装置驱动参数中的至少一者。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述步骤d)包括生成代表所述移液管(14)中的所述样品流体的所述体积水平的体积测量信号。
20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述步骤d)包括生成代表所述移液管(14)内的所述压力水平的压力测量信号。
21.如权利要求19或20所述的方法，其特征在于，所述步骤f)包括作为所述体积测量信号、所述压力测量信号中的至少一者和时间的函数来控制所述压力生成装置(18)。
22.如权利要求19到21中一者所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述体积测量信号、至少一个压力生成装置驱动参数和时间中的至少一者来确定至少一个样品流体特性的步骤。
23.如权利要求20或21所述的方法，其特征在于，进一步包括基于所述压力测量信号、所述体积测量信号、至少一个压力生成装置驱动参数和时间中的至少一者来确定至少一个样品流体特性的步骤。
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