CN111830266A - 一种试剂自动分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种试剂自动分配装置，包括无菌级正压/负压系统、工作液进样单元、稀释液进样单元、电动选项阀单元、分液单元、XY位移载物台单元；所述无菌级正压/负压系统为工作液进样单元和稀释剂进样单元提供精密预压；所述工作液进样单元和稀释液进样单元连接所述分液单元的进液口，所述稀释液进样单元与分液单元之间设置有所述电动选向阀单元，分液单元的出液口位于所述XY位移载物台单元的上方，所述分液单元能够沿Z轴方向进行运动，所述XY位移载物台单元能够沿X轴或Y轴方向进行运动。通过各结构的优化设计和协同能够全自动、快速、精准和按需一步生成试剂的任意溶度且能实现多种试剂按比例任意组合。

Description

一种试剂自动分配装置

技术领域

本发明属于在试剂分配的技术领域，具体涉及一种试剂自动分配装置。

背景技术

目前，在生物化学实验中浓度梯度溶液的配制是最基本的操作之一，在细胞实验及药物筛选实验中，不同浓度的生物分子及药物等试剂对细胞的行为及毒性具有较大差异。因此考察不同浓度的生物分子及药物剂量对细胞行为和毒性的影响时，需要配制一组浓度呈梯度分布的目标溶液。而传统的人工浓度梯度配制方法需要精确的计算、称量以及多次的溶液稀释和混合，所需试剂容器多、操作繁琐，而且繁琐的操作步骤容易引起实验误差甚至错误，对实验结果的准确性造成一定的影响，并占用实验室工作人员的大量时间。虽然目前大部分自动化移液工作站提供了配置浓度梯度的功能，但是其通常采用连续稀释的方法来获得所需的浓度梯度，该过程通常是采用电动移液枪头逐级转移一定量的溶液至下级并混匀至所需浓度，其操作过程也相对较耗时且逐级稀释过程会造成仪器溶液分配误差的叠加进一步影响实验结果的准确性。此外，受限于自动化移液工作站中电动移液枪头的空气活塞式分液原理，其很难实现分配微量溶液试剂，进而造成其很难精确地一步配置成任意低浓度的溶液，极大地限制了其应用范围。

另一方面，体外药物组合的研究变得越来越重要，人体作为一个复杂的功能系统，疾病的发生和发展通常是多种病理的综合表现，单一药物干预特定靶点不能满足复杂疾病的治疗要求，在体外优化多种的药物组合并针对患者个体制定药物治疗方案已成为现代药物研发的新趋势，具有广阔的开发和应用前景。组合药物研究面临的主要瓶颈是对不同药物复杂交互作用认识不足，其中的重要原因之一是药物及其剂量组合的数目巨大，如果人工操作其带来的巨大工作量往往使大量潜在研究人员望而却步。虽然，目前市场上销售的部分高端自动化移液工作站具有配置多种药物组合的功能，但其工作流程复杂且耗时较长，需要对每种药物溶液进行反复吸取并到指定位置进行分配，这些繁复的操作流程进一步限制了药物组合实验对高通量的需求。此外，为避免交叉污染往往每种药液需要配备一个独立的电动移液单元，不但增加了仪器控制的复杂度而且带来高昂的仪器售价。值得注意的是，同样受限于自动化移液工作站中电动移液枪头的空气活塞式分液原理，其很难实现分配微量溶液试剂，也进一步限制了其生成精确的药物剂量组合的能力，对实验结果造成不可忽略的影响。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种试剂自动分配装置，解决了分配微量溶液试剂艰难、试剂分配工作流程复杂且耗时较长以及组合药物剂量误差大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的一种试剂自动分配装置，包括无菌级正压/负压系统、工作液进样单元、稀释液进样单元、电动选项阀单元、分液单元、XY位移载物台单元；

所述无菌级正压/负压系统为工作液进样单元和稀释剂进样单元提供精密预压；

所述工作液进样单元和稀释液进样单元连接所述分液单元的进液口，所述稀释液进样单元与分液单元之间设置有所述电动选向阀单元，分液单元的出液口位于所述XY位移载物台单元的上方，所述分液单元能够沿Z轴方向进行运动，所述XY位移载物台单元能够沿X轴或Y轴方向进行运动。

进一步地，还包括主机体和护罩组件，所述护罩组件通过转轴组件固定在所述主机体上；

所述转轴组件包括跟随其轴心转动的磁体固定环，所述转轴组件上设有霍尔传感器，所述磁体固定环与霍尔传感器之间的距离改变导致所述霍尔传感器感知到的磁场改变进而得到所述护罩组件的开合状态。

进一步地，所述工作液进样单元包括Z轴升降机构、气路汇流板、转接适配头和储液管；

所述气路汇流板固定在所述Z轴升降机构上并且沿Z轴进行运动；所述转接适配头可拆卸地安装在所述气路汇流板上；

所述Z轴升降机构上升到最大高度时，所述转接适配头中进液针底部位于所述储液管的开口上方；所述Z轴升降机构下降到最低高度时，所述转接适配头与所述储液管密封连接；

所述气路汇流板上设有多个圆柱形空腔和L型气路，所述圆柱形空腔内壁设置有内螺纹结构且底部设置有圆形垂直通孔和L型气路的出口。

进一步地，所述转接适配头包括适配头主体、进液针、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈和第四密封圈；

所述适配头主体上部设置有外螺纹台阶结构，所述外螺纹台阶结构顶部由外向轴心分别设置有第一圆环凹槽、第二圆环凹槽和第三圆环凹槽，所述第一圆环凹槽和第三圆环凹槽分别用于安装第一密封圈和第二密封圈，所述第二圆环凹槽底部设置有透气通孔，所述第三圆环凹槽轴心处设置有贯通的进液针，所述适配头主体下部的外侧分别设置有第四圆环凹槽和第五圆环凹槽并用于安装第三密封圈和第四密封圈。

进一步地，所述分液单元包括分液头和沿Z轴移动的分液头基座，所述分液头与所述分液头基座可拆卸连接；

所述分液头基座底部设置有发光二极管阵列和透光板等照明组件；

所述分液头包括多个分液电磁阀和与所述分液电磁阀可拆卸连接的分液喷头，所述分液电磁阀接收来自所述工作液进样单元和所述稀释液进样单元的试剂并且将试剂输送至所述XY位移载物台单元；

所述分液头还包括顶部盖板和底座部件，所述顶部盖板上在所述分液电磁阀的对应位置处设有分液电磁阀导出口，所述底座部件上在所述分液喷头对应位置处设有分液喷头导出孔。

进一步地，所述分液喷头的底部可拆卸地连接有微流体汇流分液头；

所述微流体汇流分液头内部包含多组微流体通道，每组所述微流体通道都设有分液喷头适配通道和汇流微通道，所述分液喷头适配通道和汇流微通道相连接，所述分液电磁阀接收的试剂流经所述分液喷头、分液喷头适配通道和汇流微通道进行汇流后进入所述分液喷头导出孔。

优选地，所述汇流微通道为波浪线形的弯曲结构，所述多组汇流微通道在所述微流体汇流分液头底部竖直汇聚且所述汇聚结构的宽度不大于3mm，多组所述汇流微通道的通道长度相同。

优选地，所述汇流微通道为波浪线形的弯曲结构，所述汇流微通道中弯曲结构的拐弯处为平滑的圆弧形结构，多组所述汇流微通道在微流体汇流分液头底部汇聚且汇聚出口与水平面的夹角为15-45度，汇聚出口宽度不大于3mm，多组所述汇流微通道的通道长度相同。

进一步地，所述XY位移载物台单元包括载物台、Y轴位移组件和X轴位移组件；

所述载物台上设有孔板装置，用于接收所述分液单元汇流后排出的试剂，所述载物台四周设有用于抓取放置所述孔板装置的开口结构，所述开口结构的宽度为10-50mm，所述载物台的边缘上设有用于固定所述孔板装置的弹簧顶针结构；

所述载物台设置在所述Y轴位移组件上并且能够沿Y轴往复运动，所述Y轴位移组件设置在所述X轴位移组件上并且能够带动所述载物台沿X轴往复运动，所述Y轴位移组件还设置有可发光的Y轴盖板。

优选地，所述废液收集单元，用于收集从所述分液单元排出的废液并排出装置，所述废液收集单元包括废液收集槽；

所述废液收集槽包括洗液腔和废液腔，所述洗液腔底部设有洗液入口，所述废液腔底部设有废液出口，所述洗液腔的底面高于废液腔的底面，所述洗液腔的底部靠近所述废液腔的一侧设有斜面结构。

本发明提供的一种试剂自动分配装置，具有如下有益效果：

1、本发明所涉及的试剂自动分配装置，通过设置无菌级正压/负压系统、精密调压单元、电磁阀组单元、工作液进样单元、稀释液进样单元、电动选向阀单元、分液单元、XY位移载物台单元和废液收集单元，使试剂通过精密预压按需分配且分配过程不与基板接触实现非接触分配，分配速度快、精度高、污染小且满足大范围体积(纳升至毫升)分配要求；此外，通过XY位移载物台单元与分液单元联动，可实现任意位置的试剂分配使试剂分配整个过程全自动化；

2、本发明所涉及的试剂自动分配装置，通过在分液单元中设置一种可拆卸的微流体汇流分液头可实现按需一步生成试剂的任意浓度或按需一步生成不同比例的多种试剂组合至XY位移载物台单元中孔板的任意微孔中，XY位移载物台单元无需针对每个分液喷头进行单独寻址，极大节省试剂分配所需时间；此外所需试剂浓度或不同比例多种试剂组合一步生成，避免了逐级稀释过程会造成仪器溶液分配误差的叠加进一步影响实验结果的准确性；

3、本发明所涉及的试剂自动分配装置，通过在分液单元中设置一种优化的可拆卸的微流体汇流分液头，多组汇流微通道在微流体汇流分液头底部汇聚且汇聚出口与水平面的夹角α范围为15-45度，不但可实现上述有益效果中的功能而且通过设置微流体汇流分液头底部的汇聚出口与水平面呈现一定的角度可将分配的试剂液体的冲击力有效地导向到孔板的孔壁上，进一步减少试剂分配过程中产生的高速液体对孔板中2D或3D培养的细胞的冲击和扰动，避免细胞被吹出指定的培养区域，或由于极高的流体剪切力导致细胞受到不同程度的损伤甚至坏死；

4、本发明所涉及的试剂自动分配装置，通过将分液单元中的分液头与分液头基座设计为可拆卸结构，不但方便用户后期对分液头进行拆卸和维护而且分液头可根据不同结构样式设置多种型号给予用户更多的灵活选择和附加功能且能够有效降低用户后期使用成本；

5、本发明所涉及的试剂自动分配装置，通过在工作液进样单元中设置Z轴升降机构、气路汇流板和转接适配头等部件，可使用户只需用单手即可对试剂储液管进行拆卸和安装操作并进行后续更换或添加试剂等操作，该设计极大地降低了用户对本发明装置操作的复杂度和难度，提高了用户工作效率；

6、本发明所涉及的自动换液装置，通过各结构的优化设计和协同能够全自动、快速、精准和按需一步生成试剂的任意溶度且能实现多种试剂按比例任意组合，可满足日益增长的细胞实验、药物筛选实验以及体外药物组合研究需求。本发明可用于细胞实验，药物筛选及肿瘤类器官化疗药敏检测等。

附图说明

图1为本具体实施方式的试剂自动分配装置的整体结构示意图；

图2为本具体实施方式的试剂自动分配装置的结构框图；

图3为本具体实施方式的转轴组件的结构分解图；

图4为本具体实施方式的转轴组件的平面示意图；

图5为本具体实施方式的工作液进样单元的结构分解图；

图6为本具体实施方式的气路汇流板的结构示意图；

图7为本具体实施方式的气路汇流板的仰视图；

图8为本具体实施方式的转接适配头的结构分解图；

图9为本具体实施方式的转接适配头的俯视图；

图10为本具体实施方式的转接适配头的中心截面图；

图11为本具体实施方式的工作液进样单元位于最大上升高度时的侧视图；

图12为本具体实施方式的工作液进样单元位于最低下降高度时的侧视图；

图13为本具体实施方式的分液单元的结构示意图；

图14为本具体实施方式的分液头基座的结构分解图；

图15为本具体实施方式的分液头的结构分解图；

图16为本具体实施方式的汇流微通道汇聚出口与水平面垂直的微流体汇流分液头的结构示意图；

图17为本具体实施方式的汇流微通道汇聚出口与水平面夹角为15-45度的微流体汇流分液头的结构示意图；

图18为本具体实施方式的分液头的仰视图；

图19为本具体实施方式的分液头安装微流体汇流分液头后的侧视图；

图20为本具体实施方式的分液头安装微流体汇流分液头后的正视图；

图21为本具体实施方式的XY位移载物台单元的结构示意图；

图22为本具体实施方式的载物台的结构示意图；

图23为本具体实施方式的Y轴位移组件的结构分解图；

图24为本具体实施方式的Y轴位移组件的截面图；

图25为本具体实施方式的废液收集单元管路的连接示意图；

图26为本具体实施方式的废液收集槽的结构示意图。

图中：

1、主机体；2、透明护罩组件；21、透明护罩主体；22、转轴组件；221、转轴盖；222、转轴垫片；223、转轴连接架；224、阻尼转轴；225、磁体固定环；2251、圆柱形磁体；226、霍尔传感器支架；227、霍尔传感器；3、无菌级正压/负压系统；4、精密调压单元；5、电磁阀组单元；6、工作液进样单元；61、Z轴升降机构；62、气路汇流板；621、圆形垂直通孔；622、L型气路；623、圆柱形空腔；63、转接适配头；631、适配头主体；6311、第一圆环凹槽；6312、第二圆环凹槽；6313、第三圆环凹槽；6315、透气通孔；6316、第四圆环凹槽；6317、第五圆环凹槽；632、进液针；633、第一密封圈；634、第二密封圈；635、第三密封圈；636、第四密封圈；64、储液管；65、过滤器支架；66、在线过滤器；67、快拆或手拧螺丝；7、稀释液进样单元；8、电动选向阀单元；9、分液单元；901、试剂组合区；902、试剂稀释区；91、分液头；911、顶部盖板；912、底座部件；913、电路板组件；914、电路快接母/公插头；915、分液电磁阀；9151、分液喷头；9152、微流体汇流分液头；91520、微流体通道；91521、分液喷头适配通道；91522、汇流微通道；9153、微流体汇流分液头；91530、微流体通道；91531、分液喷头适配通道；91532、汇流微通道；916、快拆/手拧螺丝；917、底部防尘盖板；9171、分液喷头导出孔；9172、圆柱形磁体；918、左右防尘盖板；919、磨砂/透明导光柱；92、分液头基座；921、电路板；922、电路快接公/母插头；923、发光二极管阵列；924、底部盖板；925、磨砂/透明透光板；10、XY位移载物台单元；101、载物台；1010、孔板装置；1011、开口结构；1012、弹簧顶针结构；10121、螺纹外壳；10122、弹簧；10123、伸缩钢珠；10124、凹槽；102、Y轴位移组件；1021、Y轴盖板；10211、长条形透光孔；1022、导光板；10221、发光二极管组件；1023、载物台支架；10231、矩形遮光部位；1024、滑块；1025、导轨；1026、Y轴基座；10261、动轮；10262、主动轮；10263、驱动电机；10264、限位传感器；103、X轴位移组件；11、废液收集单元；111、废液收集槽；1111、洗液入口；1112、废液出口；1113、洗液腔；1114、废液腔；1115、斜面结构；112、洗液泵；113、洗液瓶；114、废液泵；115、废液瓶。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明可用于细胞实验，药物筛选及肿瘤类器官化疗药敏检测等。

如图1-2所示，一种试剂自动分配装置，包括主机体1、护罩组件、无菌级正压/负压系统3、精密调压单元4、电磁阀组单元5、工作液进样单元6、稀释液进样单元7、电动选项阀单元8、分液单元9、XY位移载物台单元10和废液收集单元11。其中护罩组件通过转轴组件22与主机体相连接，无菌级正压/负压系统3通过气动管路依次与精密调压单元4和电磁阀组单元5相连接，电磁阀组单元5进一步通过气动管路分别与工作液进样单元6和稀释剂进样单元7相连接，工作液进样单元6进一步通过溶液管路与分液单元9相连接，稀释液进样单元7进一步通过溶液管路依次与电动选向阀单元8和分液单元9相连接，分液单元9可沿Z轴方向进行上下运动，XY位移载物台单元10位于分液单元9下方并可沿X轴或Y轴方向进行前后左右运动，废液收集单元11位于XY位移载物台单元10下方。主机体1上设有动作执行机构，通过计算机人机界面控制机构向下位机控制系统动作执行机构发送指令，计算机人机界面控制机构能够控制动作执行机构带动分液单元9下降至最下方并靠近废液收集单元11，控制无菌级正压/负压系统3中的正压系统开始工作并经过精密调压单元4和电磁阀组单元5为工作液进样单元6和稀释剂进样单元7提供设置好的精密预压。计算机人机界面控制机构与试剂自动分配装置的各元件装置之间通过有线或无线形式的网络连接。

如图3-4所示，护罩组件包括护罩主体和转轴组件22，其中护罩主体可以选择透明材料制成透明护罩主体21，此时护罩组件为透明护罩组件2。透明护罩组件2的透明护罩主体21通过转轴组件22固定在主机体1上，转轴组件22包括转轴盖221、转轴垫片222、转轴连接架223、阻尼转轴224、磁体固定环225和霍尔传感器支架226。转轴连接架223一端使用螺钉固定连接在透明护罩主体21，转轴连接架223的另一端通过阻尼转轴224和磁体固定环225连接到主机体1上，阻尼转轴224和磁体固定环225布置在主机体1外壳的内外两侧，磁体固定环225围绕阻尼转轴224的轴心跟随转轴连接架223转动而转动；转轴连接架223和阻尼转轴224位于主机体1外侧，转轴盖221覆盖在转轴连接架223上与主机体1的连接处，转轴盖221与转轴连接架223之间设置转轴垫片222；磁体固定环225位于主机体1外壳的内侧，磁体固定环225内部嵌入一个圆柱形磁体2251。霍尔传感器支架226围绕磁体固定环225，并且霍尔传感器支架226上设有两个霍尔传感器227，并且两个霍尔传感器227的轴心相互垂直，通过这两个霍尔传感器227能够感知透明护罩主体21的完全闭合位置和完全开启位置；当打开透明护罩主体21时，转轴连接架223带动阻尼转轴224和磁体固定环225转动，磁体固定环225内的圆柱形磁体2251与霍尔传感器227之间的距离变化进而霍尔传感器227感知到磁场变化，设定其中一个霍尔传感器227感知磁场变化后控制试剂自动分配装置内部的压力容器卸掉压力并且开启照明系统等其他操作，因此能够保护用户的同时也方便用户的操作；设定当透明护罩主体21完全打开时，另一个霍尔传感器227感知磁场变化后通过系统界面告知用户可对工作液进样单元6进行更换试剂或添加试剂等操作。

工作液进样单元6用于容纳装置分配试剂所需的试剂母液并负责将精密预压导入到试剂容器中以驱动试剂进行后续分配等操作。

如图5-12所示，工作液进样单元6包括Z轴升降机构61、气路汇流板62、转接适配头63、储液管64、过滤器支架65、在线过滤器66和快拆或手拧螺丝67，Z轴升降机构61安装在主机体1上受到动作执行机构控制升降，Z轴升降机构61设有滑块连接架用于气路汇流板62固定在Z轴升降机构61上并且沿Z轴进行升降运动，转接适配头63的上部可拆卸地安装在气路汇流板62上，转接适配头63的下部可嵌入储液管64的上部开口部位，在线过滤器66通过过滤器支架65和快拆或手拧螺丝67可拆卸地固定在气路汇流板62上，方便后期更换和维护。

气路汇流板62上设有多个圆柱形空腔623和L形气路622，圆柱形空腔623内壁设有内螺纹结构，圆柱形空腔623的底部中心轴处设有圆形垂直通孔621，圆形垂直通孔621连接L形气路622的出口，L形气路622的入口方向朝向Z轴升降机构61的一侧。

转接适配头63包括适配头主体631、第一密封圈633、第二密封圈634、第三密封圈635、第四密封圈636和贯穿适配头主体的进液针632，适配头主体631的上部设有与圆柱形空腔623的内螺纹结构相匹配的外螺纹台阶结构6318，适配头主体631可拆卸地螺纹连接在气路汇流板62底部的圆柱形空腔623内，外螺纹台阶结构6318的顶部由外向轴心设有第一圆环凹槽6311、第二圆环凹槽6312和第三圆环凹槽6313，其中第一圆环凹槽6311和第三圆环凹槽6313用于安装第一密封圈633和第二密封圈634，第二圆环凹槽6312的底部设有贯穿适配头主体631的透气通孔6315，第三圆环凹槽6313的轴心处设有通孔用于贯穿进液针632。适配头主体631的下部外侧设有平行布置的第四圆环凹槽6316和第五圆环凹槽6317分别用于安装第三密封圈635和第四密封圈636。

圆柱形空腔623底部的圆形垂直通孔621中心到L型气路622的出口中心的距离与透气通孔6315中心到进液针632中心的距离相等，圆形垂直通孔621的内径大于进液针632的外径以便进液针632穿过圆形垂直通孔621。

精密预压通过气路汇流板62中紧凑的L形气路622经过透气通孔6315导入到储液管64中，外围无需额外的气动管路，减少了工作液进样单元6的复杂度，便于后期的维护。转接适配头63与储液管64采用可拆卸结构，此设计便于针对不同型号的储液管64更换专用的转接适配头63,；储液管64可以直接插入或拔出转接适配头63，无需繁琐旋转拧紧等动作便可完成储液管的气密安装，用户操作更加便捷。

如图11所示，当Z轴升降机构61上升到最大高度时，进液针632底部到主机体1的工作高度D大于储液管64高度，使得使用时具有更大的可操作空间，方便将储液管64顺利安装到转接适配头63上；如图12所示，当Z轴升降机构61下降到最低高度时，储液管64安装在转接适配头63上，储液管64底部刚好与主机体1工作面接触，该设计可实现储液管64的自锁功能，在施加精密预压时储液管64的底部与主机体1工作面抵住进一步防止储液管64从转接适配头63上脱离，进而防止珍贵试剂泄露或试剂流出对操作者造成危险。

如图13-20所示，分液单元9用于多种试剂的稀释分配或组合分配功能，分液单元9包括可拆卸的分液头91和分液头基座92，便于后期对分液头91进行拆卸和维护，并且分液头91可以设计不同结构的多种型号，提供更多的灵活选择和附加功能，能够有效降低后期使用成本；主机体1的动作执行机构带动分液头基座92进行Z轴方向的升降运动。

分液头基座92内部包括电路板921、电路快接公/母插头922、发光二极管阵列923、底部盖板924和透光板925，透光板可以是磨砂或透明的能够透过光源的板。电路快接公/母插头922设置在电路板921的上方，发光二极管阵列923设置在电路板921的下方，底部盖板924上设有安装透光板925的空框，发光二极管阵列923发出的光可以通过透光板925，使分液头基座92底部具备照明功能，为操作者提供更好的操作视野。

分液头91包括由上至下分布的形状相匹配的顶部盖板911、电路板组件913和底座部件912，顶部盖板911上方设有可拆卸的左右分体的防护盖板918，电路板组件913为梯形，电路板组件913较宽处连接有电路快接母/公插头914，电路板组件913较窄处的中间位置设有多个分液电磁阀915，电路快接母/公插头914和电路快接公/母插头922相匹配，分液电磁阀915的底部设有可拆卸的分液喷头9151，底座部件912较窄处下部设有可拆分的底部防尘盖板917。

顶部盖板911上通过在周边嵌入多个圆柱形磁体9111实现与上方的防护盖板918可拆卸组装，顶部盖板911上在分液电磁阀915的对应位置处设有多个分液电磁阀导出口9112，在分液电磁阀导出口9112和圆柱形磁体9111之间的顶部盖板911上设有与分液导出口9112数量相同的透光孔9113。底座部件912上设有多个用于容纳分液电磁阀915的圆柱形空腔9121，底座部件912的两侧设有螺丝916用于将分液头91固定在分液头基座92上，螺丝916可以是快拆或手拧的螺丝。底部防尘盖板917上在分液喷头9151的对应位置处设有分液喷头导出孔9171，底部防尘盖板917还设置有多个圆柱形磁体9172实现与底座部件912的可拆卸组装，防护盖板918上在对应透光孔9113的位置处设有多个导光柱919，导光柱919的光信号通过透光孔9113将分液电磁阀915的工作状态反馈给操作者，便于操作者的调试和维护。

分液喷头9151的底部连接有一种可拆卸的微流体汇流分液头9152，微流体汇流分液头9152内部包含2-8组微流体通道，微流体每组微流体通道91520设置有分液喷头适配通道91521和汇流微通道91522，分液喷头适配通道91521用于插入分液喷头9151且分液喷头适配通道91521与汇流微通道91522相连接，汇流微通道91522为波浪线形的弯曲结构，汇流微通道91522中的弯曲结构的拐弯处为平滑的圆弧形结构以降低流体在微通道中的阻力并减少试剂残留。多组汇流微通道91522在微流体汇流分液头9152底部竖直汇聚且汇聚结构宽度W小于或等于3mm，该设计可使多路分配试剂经微流体汇流分液头9152在底部汇聚并使多种试剂能够同时分配到底部载物台上孔板中的单个微孔中，无需额外的位移动作使孔板中的每个微孔针对每个分液喷头9151进行位置的切换，进一步减少试剂分配时间并提高了试剂分配效率；另外将汇聚结构宽度W设置为小于或等于3mm可使微流体汇流分液头9152底部汇聚结构的宽度小于6、12、24、48、96和384等多种孔板类型中微孔的直径，以实现微流体汇流分液头9152能够兼容多种孔板类型的试剂分配操作，进一步降低了使用成本，此外将多组汇流微通道91522的通道长度设置为相同可使每路试剂分配的液路流阻相同进而实现在同一精密预压下每路试剂的最小分配量相同。

分液喷头9151底部还可以连接另一种优化的可拆卸的微流体汇流分液头9153，微流体汇流分液头9153内部包含2-8组微流体通道，每组微流体通道设置有分液喷头适配通道91531和汇流微通道91532，分液喷头适配通道91531用于插入分液喷头9151且分液喷头适配通道91531与汇流微通道91532相连接，汇流微通道91523为波浪线形的弯曲结构，汇流微通道91523中的弯曲结构的拐弯处为平滑的圆弧形结构，多组汇流微通道91532在微流体汇流分液头9153底部汇聚且汇聚出口与水平面的夹角α范围为15-45度，汇聚出口宽度W小于或等于3mm，多组汇流微通道91532的通道长度彼此相同；微流体汇流分液头9153通过上述设置不但可实现上文微流体汇流分液头9152所述的全部功能，而且通过设置微流体汇流分液头9153底部的汇聚出口与水平面呈现一定的角度可将分配的试剂液体的冲击力有效地导向到孔板的孔壁上，进一步减少试剂分配过程中产生的高速液体对孔板中2D或3D培养的细胞的冲击和扰动，避免细胞被吹出指定的培养区域，或者由于极高的流体剪切力导致细胞受到不同程度的损伤甚至坏死。

分液头91底部分液喷头9151根据不同试剂分配功能分为纵向排列的试剂组合区901和横向排列的试剂稀释区902；当进行多种药物试剂组合试验时，试剂组合区901可根据分配试剂的种类从而选择性插入3至8组微流体通道的微流体汇流分液头9152/9153进行多种试剂的同步分配；当进行多种药物试剂稀释试验时，试剂稀释区902插入具有2组微流体通道的微流体汇流分液头9152/9153进行工作试剂和稀释剂的同步分配。

XY位移载物台单元10位于分液单元9下方，使安装其中的孔板装置1010沿X轴或Y轴方向进行前后左右运动并与分液单元9联动，可实现任意位置的试剂分配并使试剂分配整个过程全自动化。

如图21-24所示，XY位移载物台单元10包括载物台101、Y轴位移组件102和X轴位移组件103，载物台101设置在Y轴位移组件102上可沿Y轴往复运动，Y轴位移组件102设置在X轴位移组件103上可带动载物台101沿X轴往复运动。

载物台101在四周围边设置有4个开口结构1011，开口结构1011的宽度范围为10-50mm，以留有足够空间方便用户用手抓取放置载物台101中的孔板装置1010，载物台101在任意相邻两侧的围边上设置有在该围边上对称分布的弹簧顶针结构1012，用于孔板装置1010的定位和固定，弹簧顶针结构1012包括螺纹外壳10121、弹簧10122和伸缩钢珠10123，螺纹外壳10121底部外侧设置有一字型、十字型、六边型或星型等任意形状的凹槽10124，以方便通过螺丝刀调节弹簧顶针结构1012对孔板装置1010的夹紧程度。

Y轴位移组件102包括Y轴盖板1021和Y轴基座1026，Y轴盖板1021设有长条形透光孔10211且在Y轴盖板1021底部设置有导光板1022和发光二极管组件10221，用于指示装置的工作状态，Y轴基座1026上设置有载物台支架1023、滑块1024、导轨1025、从动轮10261、主动轮10262、驱动电机10263和限位传感器10264，导轨上至少设置2个滑块1024用于安装载物台支架1023，在载物台支架1023尾部设置有凸出的矩形遮光部位10231，滑块1024、导轨1025、从动轮10261和主动轮10262位于同一中心轴线CC上，滑块1024的宽度Hw小于从动轮10261及主动轮10262的有效直径Dw。

因此Y轴位移组件102的结构更加紧凑和轻盈并最大程度减少其对X轴位移组件103的负载力矩，进一步提高XY位移载物台单元10的定位精密度。

废液收集单元11设置在主机体1上，废液收集单元11位于XY位移载物台单元10的下方，废液收集单元11用于收集装置清洗或排气泡过程从分液头91排出的废液并排出装置，其洁净程度对于保持装置中的无菌环境至关重要。

如图25-26所示，废液收集单元11包括废液收集槽111、洗液泵112、洗液瓶113、废液泵114和废液瓶115，废液收集槽111的洗液入口1111通过管路依次与洗液泵112和洗液瓶113相连，废液收集槽111的废液出口1112通过管路依次与废液泵114和废液瓶115相连。

废液收集槽111设置有洗液腔1113和废液腔1114，洗液腔1113底部与垂直的洗液入口1111相连，洗液腔1113的底面高于废液腔1114的底面以实现洗液腔与废液腔的物理隔离，洗液腔1113的底部靠近废液腔1114的一侧设有斜面结构1115，用于将洗液腔1113中洗液流入废液腔1114的导流作用，废液腔1114底部与垂直的废液出口1112相连。上述设计为废液收集单元11在废液收集功能基础上额外提供了洗液冲洗功能，使废液收集单元11始终保持清洁无菌状态，避免污染整个装置系统。

试剂自动分配装置的具体工作流程：

(1)当进行多种药物试剂组合试验时，根据分配试剂的种类可选择性的将分液头91底部的试剂组合区901插入3至8组微流体通道的微流体汇流分液头9152/9153，通过计算机人机界面控制机构向下位机控制系统的试剂自动分配装置发送指令，分液单元9下降至最下方并靠近废液收集单元11，无菌级正压/负压系统3中的正压系统开始工作并经过精密调压单元4和电磁阀组单元为工作液进样单元6提供设置好的精密预压，接着试剂组合区901中需要分配试剂的分液电磁阀915依次开启并根据系统预设的管路体积排空气泡，期间废液收集单元11同时工作并在分液电磁阀915全部排空气泡后开始进行洗液冲洗工作，接下来分液单元9上升至工作位置即XY位移载物台单元10的载物台101上方，XY位移载物台单元10驱动载物台101中的孔板装置1010位移至分液头91下方工作位置，设计试剂分配工作的程序，根据程序设置一步生成不同比例的多种试剂组合至孔板装置1010的任意微孔中，完成试剂分配工作后XY位移载物台单元10进一步驱动载物台101进行快速的往复或回旋动作，使孔板装置1010中多种试剂组合进一步的混匀完全，最后无菌级正压/负压系统3中的负压系统开始工作并经过精密调压单元4和电磁阀组单元为工作液进样单元6提供设置好的精密负压，使管路中未分配的试剂回流到工作液进样单元6中的储液管64中，进一步减少了试剂的浪费并节省实验成本。

(2)当进行多种药物试剂稀释试验时，根据分配试剂的种类数可选择地在分液头91底部的试剂稀释区902插入所需数量的2组微流体通道的微流体汇流分液头9152/9153，通过计算机人机界面控制机构向下位机控制系统的试剂自动分配装置发送指令，分液单元9下降至最下方并靠近废液收集单元11，无菌级正压/负压系统3中的正压系统开始工作并经过精密调压单元4和电磁阀组单元为工作液进样单元6和稀释剂进样单元7提供设置好的精密预压，接着试剂稀释区902中需要分配试剂的分液电磁阀915依次开启并根据系统预设的管路体积排空气泡，期间废液收集单元11同时工作并在分液电磁阀915全部排空气泡后开始进行洗液冲洗工作，接下来分液单元9上升至工作位置即XY位移载物台单元10的载物台101上方，XY位移载物台单元10驱动载物台101中的孔板装置1010位移至分液头91下方工作位置，设计试剂分配工作的程序，根据程序设置一步生成试剂的任意所需浓度至孔板装置1010的任意微孔中，后续工作流程与进行多种药物试剂组合试验时的工作流程一致，在此不再赘述。

本发明分配频率最高可达每秒1000次，试剂组合区901或试剂稀释区902中的分液电磁阀可同时分配，通过精密调节无菌级正压/负压系统3的进样压力和更换不同流阻的微流体汇流分液头9152/9153，单次分配量最小可达1-50纳升，连续分配量最大可达50毫升，其试剂分配准确度和精密度均控制在1％以内，实现全局范围内精确试剂分配并进一步保障试剂组合或试剂稀释的精度。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种试剂自动分配装置，其特征在于，包括无菌级正压/负压系统、工作液进样单元、稀释液进样单元、电动选项阀单元、分液单元、XY位移载物台单元；

所述无菌级正压/负压系统为工作液进样单元和稀释剂进样单元提供精密预压；

所述工作液进样单元和稀释液进样单元连接所述分液单元的进液口，所述稀释液进样单元与分液单元之间设置有所述电动选向阀单元，分液单元的出液口位于所述XY位移载物台单元的上方，所述分液单元能够沿Z轴方向进行运动，所述XY位移载物台单元能够沿X轴或Y轴方向进行运动。

2.根据权利要求1所述的试剂自动分配装置，其特征在于，还包括主机体和护罩组件，所述护罩组件通过转轴组件固定在所述主机体上；

所述转轴组件包括跟随其轴心转动的磁体固定环，所述转轴组件上设有霍尔传感器，所述磁体固定环与霍尔传感器之间的距离改变导致所述霍尔传感器感知到的磁场改变进而得到所述护罩组件的开合状态。

3.根据权利要求1所述的试剂自动分配装置，其特征在于，所述工作液进样单元包括Z轴升降机构、气路汇流板、转接适配头和储液管；

所述气路汇流板固定在所述Z轴升降机构上并且沿Z轴进行运动；所述转接适配头可拆卸地安装在所述气路汇流板上；

所述Z轴升降机构上升到最大高度时，所述转接适配头中进液针底部位于所述储液管的开口上方；所述Z轴升降机构下降到最低高度时，所述转接适配头与所述储液管密封连接；

所述气路汇流板上设有多个圆柱形空腔和L型气路，所述圆柱形空腔内壁设置有内螺纹结构且底部设置有圆形垂直通孔和L型气路的出口。

4.根据权利要求3所述的试剂自动分配装置，其特征在于所述转接适配头包括适配头主体、进液针、第一密封圈、第二密封圈、第三密封圈和第四密封圈；

所述适配头主体上部设置有外螺纹台阶结构，所述外螺纹台阶结构顶部由外向轴心分别设置有第一圆环凹槽、第二圆环凹槽和第三圆环凹槽，所述第一圆环凹槽和第三圆环凹槽分别用于安装第一密封圈和第二密封圈，所述第二圆环凹槽底部设置有透气通孔，所述第三圆环凹槽轴心处设置有贯通的进液针，所述适配头主体下部的外侧分别设置有第四圆环凹槽和第五圆环凹槽并用于安装第三密封圈和第四密封圈。

5.根据权利要求1所述的试剂自动分配装置，其特征在于，所述分液单元包括分液头和沿Z轴移动的分液头基座，所述分液头与所述分液头基座可拆卸连接；

所述分液头基座底部设置有发光二极管阵列和透光板照明组件；

所述分液头包括多个分液电磁阀和与所述分液电磁阀可拆卸连接的分液喷头，所述分液电磁阀接收来自所述工作液进样单元和所述稀释液进样单元的试剂并且将试剂输送至所述XY位移载物台单元；

所述分液头还包括顶部盖板和底座部件，所述顶部盖板上在所述分液电磁阀的对应位置处设有分液电磁阀导出口，所述底座部件上在所述分液喷头对应位置处设有分液喷头导出孔。

6.根据权利要求5所述的试剂自动分配装置，其特征在于，所述分液喷头的底部可拆卸地连接有微流体汇流分液头；

所述微流体汇流分液头内部包含多组微流体通道，每组所述微流体通道都设有分液喷头适配通道和汇流微通道，所述分液喷头适配通道和汇流微通道相连接，所述分液电磁阀接收的试剂流经所述分液喷头、分液喷头适配通道和汇流微通道进行汇流后进入所述分液喷头导出孔。

7.根据权利要求6所述的试剂自动分配装置，其特征在于，所述汇流微通道为波浪线形的弯曲结构，所述多组汇流微通道在所述微流体汇流分液头底部竖直汇聚且所述汇聚结构的宽度不大于3mm，多组所述汇流微通道的通道长度相同。

8.根据权利要求6所述的试剂自动分配装置，其特征在于，所述汇流微通道为波浪线形的弯曲结构，所述汇流微通道中弯曲结构的拐弯处为平滑的圆弧形结构，多组所述汇流微通道在微流体汇流分液头底部汇聚且汇聚出口与水平面的夹角为15-45度，汇聚出口宽度不大于3mm，多组所述汇流微通道的通道长度相同。

9.根据权利要求1所述的试剂自动分配装置，其特征在于，所述XY位移载物台单元包括载物台、Y轴位移组件和X轴位移组件；

所述载物台上设有孔板装置，用于接收所述分液单元汇流后排出的试剂，所述载物台四周设有用于抓取放置所述孔板装置的开口结构，所述开口结构的宽度为10-50mm，所述载物台的边缘上设有用于固定所述孔板装置的弹簧顶针结构；

所述载物台设置在所述Y轴位移组件上并且能够沿Y轴往复运动，所述Y轴位移组件设置在所述X轴位移组件上并且能够带动所述载物台沿X轴往复运动，所述Y轴位移组件还设置有可发光的Y轴盖板。

10.根据权利要求1所述的试剂自动分配装置，其特征在于，所述废液收集单元，用于收集从所述分液单元排出的废液并排出装置，所述废液收集单元包括废液收集槽；

所述废液收集槽包括洗液腔和废液腔，所述洗液腔底部设有洗液入口，所述废液腔底部设有废液出口，所述洗液腔的底面高于废液腔的底面，所述洗液腔的底部靠近所述废液腔的一侧设有斜面结构。

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