CN112410194A - 一种用于病毒的培养基智能取样运输设备 - Google Patents

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Abstract

一种病毒培养基转运装置，包括箱体、病毒储存管、培养基储器、洗涤剂储器、废液储器、自动进样装置、传感器系统、自动控制装置、泵送系统、取样器，取样器位于箱体外壁收纳结构中，病毒储存管位于箱体内部围绕自动进样装置安置，自动进样装置通过管路与培养基储器、洗涤剂储器、废液储器连接，并设有泵送系统。该病毒培养基转运装置，能够自动取样、自动收集、开口时不会飞溅，具有小型化、自动化、集成化的特点。

Description

一种用于病毒的培养基智能取样运输设备
技术领域
本发明属于生物设备领域，具体涉及一种用于病毒的培养基智能取样运输设备。
背景技术
培养基运输设备，属于生物领域通常使用的小型化设备，用于对生物培养基进行运输，由于运输过程对于温度等条件、稳定性、安全性、小型化、集成化等都有一定要求，还兼顾取样运输的功能，一般用于病毒、细菌等病原体取样后放入培养基进行转运，对运输时间也有一定要求，因此小型化集成培养基转运装置是领域中的重要设备。培养基转运设备，在现有技术中已有不同程度的披露，例如以US6197574B1，JP2006526404A，KR10-2010-0042952， CN201962276，CN110903945A为代表的具有采样拭子运送培养基设备；以为WO2016157322 US5593880A CN 207109018U代表的集成化培养转运装置，以CN11186627A为代表的单纯高通量培养基转运装置等，均可同时承担取样功能、培养功能以及同时具备转运功能。
然而上述现有技术文献提供的设备具有一定缺陷，第一是采样拭子取样后连同拭子的杆和取样头都一直浸泡在培养基中，由于拭子的杆在取样过程中接触空气，在运送过程中一直培养基接触和容易造成杂菌污染，导致检测的准确性下降，而使用时直接将拭子在培养基中接触搅动后弃掉，再盖上密封盖的方式，更会增加培养基接触空气的几率；第二，病毒样品具备一定危险性，现有技术中的运送装置，在开口处采用的密封结构，一般采用螺纹连接，或者密封塞，由于运输过程中由于运输工具的位置改变，导致培养基可接触到螺纹结合的位置或密封塞，在打开时容易导致液体飞溅，容易造成生物危害；第三，一个转运装置一般只能运送一个样品，且一个取样管内为了容纳拭子，以及防止开口时液体飞溅，取样管内盛放培养基的所占体积比例很小，一般只占不到1/5，而由于拭子使用时需要手持，为了方便取样，不可能将尺寸设计过小，因为不方便把持和取样，尤其是咽拭子，为了伸入咽部，需要将拭子设计较大的尺寸，一般都至少大于10cm，为了将该尺寸的拭子容纳进取样管，取样管只能设计更大的尺寸，例如大于10cm，而实际转运的病原体以及培养基只占总体空间中很少的一部分，造成大多数空间浪费，使得转运装置体积需要较大；且现有技术中的运送装置集成化自动化程度相对较低，不具备消毒、清洗、润洗、搅拌等功能。而且带有病毒样品的培养基在运送过程中，容易受到环境温度的影响，现有技术的转运装置普遍为常温运输，或者放入冰盒，当冰融化后容易污染管口。
因此，对于病毒含量较小、珍贵样品以及传染性较强的病毒的取样和转运，需要一种自动化集成度高的智能化取样转运一体化设备，能够自动取样、自动收集、密封性良好以及开口时不会飞溅的培养基运输装置。
发明内容
基于上述问题，本发明涉及一种病毒培养基转运装置，包括箱体、病毒储存管、培养基储器、洗涤剂储器、废液储器、自动进样装置、传感器系统、自动控制装置、泵送系统、取样器，取样器位于箱体外壁收纳结构中，病毒储存管位于箱体内部围绕自动进样装置安置，自动进样装置通过管路与培养基储器、洗涤剂储器、废液储器连接，并设有泵送系统。
所述取样器包括端部、中部、手持部和位于端部和中部之间的限位部，所述限位部可与取样腔室顶部卡槽配合固定。
所述收纳结构为收纳槽，所述泵送系统包括蠕动泵和阀门。
其中自动进样装置用于接收取样器，包括取样腔室，顶部设有加紧密封门，用于将插入样品腔的取样器端部进行加紧，保证取样器端部位于腔体内，而取样器中部和手持部通过限位部被阻挡在密封门外部，密封门上设有密封圈，腔室侧壁设有灭菌设备；腔室通过带有蠕动泵的管路连接无菌水储器、废液储器以及病毒储存管。
如此设置取样器，保证取样器端部在取样过程中一直处于无菌环境中，而取样器的中部和手持部都不会接触无菌环境，保证取样过程防止污染，所述取样器可以为取样棉签、取样拭子、取样试管、取样吸管、毛细管等。
所述取样品包括但不限于血液、体液、组织液、唾液、粪便、胆汁、胃液、血液、阴道分泌物等。
所述病毒储存管整体呈圆柱体，底部设有减震支架，外壁设有保温夹层，第一卡扣连接到内壁的第一限位装置，内壁还设有第二限位装置，顶部开口设有密封盖，位于密封盖下部不与密封盖底部接触的位置设有柔性膜，柔性膜连接有张力传感器和液位传感器，并电连接到控制器，用于控制液位防止液位过高破坏柔性膜；所述柔性膜可防止液体透过。
所述保温夹层可以采用制冷剂、循环冷却水、半导体制冷设备等。
所述柔性膜为防水透气膜，其材质包括但不限于能够拉伸成膜成孔的聚四氟乙烯(PTFE) 或热塑性弹性体橡胶(TPU)薄膜，防水透气膜的微孔的直径在0.1-10μm之间。
所述密封盖底部设有刺破装置，运输前密封盖位于第一卡合位置通过第一限位装置限定位置进行密封，当需要取用内部液体时，通过移动位于外壁的卡扣，带动位于内壁的第一限位装置移动到内壁的容纳槽中，使得密封盖可突破第一卡合位置向下移动到第二卡合位置，从而使得刺破装置能够刺破病毒储存管内的柔性膜，第二卡合位置通过第二限位装置控制位置，防止密封盖接触柔性膜，柔性膜刺破后，向上移动密封盖打开病毒储存管开口，可正常进行病毒培养基的下一步操作。
所述刺破装置可以为针、刀片、锯齿等，只要能够实现刺破功能均在保护范围内。所述密封盖移动方式可以为手动或自动，可根据成本以及转运病毒的危险性进行选择，例如降低成本可选择手动，而转运病毒具有一定危险性，需减少与密封盖的接触，则可选择自动移动。移动方式包括但不限于滑轨、密封塞配合手柄、螺纹等。其中所述刺破装置、柔性膜为可拆卸的一次性耗材。
所有管路和腔室均为疏水疏油材料，防止液体挂壁，减少液体损失。
所述自动控制系统，包括控制器、上位机，通过电连接泵送系统，可控制泵送系统实现在进样腔室形成搅拌流；控制器通过电连接液位传感器和张力传感器，当检测到柔性膜张力和/或液位传感器检测液面位置达到设定阈值时，停止培养基的注入。
本发明还涉及一种自动病毒取样转运方法，使用前述病毒培养基转运装置：
步骤1：润洗，操作自动控制装置，从培养基储器中吸取培养基进入取样腔室和管路进行润洗；
步骤2：将取样器从箱体外壁的收纳结构中取出，使用取样器端部直接接触样品进行取样；
步骤3：将取样器插入带有密封门的取样腔室内，取样器限位结构将取样器中部和手持部隔离到密封门之外，关闭密封门；
步骤4：操作自动控制装置，使用蠕动泵将培养基吸入取样腔室，并通过取样腔室的入口和出口之间通过吸取和排出，在取样腔室内形成搅拌流，将培养基与取样器端部充分接触冲洗，最大程度进行取样；
步骤5；操纵自动控制装置，驱动取样腔室内的液体流动到病毒储存管内，启动液面传感器和柔性膜张力传感器，将数据传递至上位机，通过控制蠕动泵而控制输送液体的量，防止液体过多破坏柔性膜；密封盖保持第一卡和位置；
步骤6：清洗，操纵自动控制装置吸取无菌水对取样腔室进行清洗，清洗后的水引入废液储器进行储存；
步骤7：消毒，开启紫外灭菌装置对取样腔室进行照射消毒；
返回到步骤1继续进行取样，直到取样结束
步骤8：运输
步骤9：打开箱体上盖，取出病毒储存管，转动卡扣，使得第一限位装置向下旋转贴合到内壁的容纳槽中，使得密封盖可突破第一卡合位置向下移动到第二卡合位置，从而使得刺破装置能够刺破病毒储存管内的柔性膜，并在第二卡合位置通过第二限位装置控制位置；打开密封盖；
步骤10：正常取出病毒培养基进行后续实验。
有益效果
1.取样器限位装置将取样器的端部插入取样装置后与取样器中部和手持部进行隔离，从而保证取样器只有接触样品的端部能够伸入取样腔室，取样之后，取样器即可丢弃，防止取样器在转运装置的运输过程中仍然保留在取样管内造成污染。
2.病毒储存管内的柔性膜，阻挡了液体培养基与密封盖的接触，在运输过程中即使箱体位置有所改变，培养基也不会接触到密封盖，而是接触密封膜，当需要取出病毒培养基时，只需推动卡扣，使得密封盖向下移动通过刺破装置破坏柔性膜，而由于第二限位装置的存在以及一定长度的刺破装置，在破坏柔性膜的瞬间，内部液体不会飞溅到密封盖下端，从而防止液体在打开密封盖的同时产生的飞溅问题；由于柔性膜的存在可以隔离培养基与密封盖，并且不需要在病毒储存管内容纳拭子，病毒培养基基本可以充满整个病毒储存管，而因此病毒储存管体积可以大幅缩小，节约储存空间，提高小型化程度，便于携带。
3.一个箱体可盛放多个病毒储存管，共用一套取样装置、泵送系统、培养基储器、废液储器等，增强了装置的集成化，降低成本，节约空间。
4.整个装置系统，只有取样器、刺破装置以及柔性膜为一次性耗材，其余结构均可重复使用，可降低成本；且装置自动化程度高，能够实现自动取样、自动清洗、自动灭菌、自动开盖等自动化步骤，实现智能控制。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图
图1为本发明装置整体结构图。
图2为图1沿a-a侧面的透视图。
图3a为取样器结构分解图。
图3b为取样器限位装置不同实施方式结构图。
图4a为图2中病毒储存管A部放大透视图，具体为密封盖位于第一卡合位置示意图。
图4b为图2中病毒储存管A部放大图，具体为推动密封盖到达第二卡合位置示意图。
图5为控制系统示意图。
附图标记
箱体1，病毒储存管2，培养基储器3，洗涤剂储器4，废液储器5，自动进样装置6，传感器系统7，自动控制装置8，泵送系统9，取样器10，收纳槽11
减震支架2-1，保温夹层2-2，第一卡扣2-3，第一限位装置2-4，第二限位装置2-5，密封盖 2-6，柔性膜2-7，刺破装置2-8，容纳槽2-9；
取样腔室6-1，密封门6-2，卡槽6-3，密封部件6-4，灭菌设备6-5；
张力传感器8-1，液位传感器8-2，控制器8-3，上位机8-4，操作屏幕8-5；
取样器端部10-1，取样器中部10-2，取样器手持部10-3，取样器限位部10-4。
具体实施方式
本实施例仅为示例性的实施方式，任何具体的实施举例都并非对权利要求的保护范围进行限定
一种病毒培养基转运装置，包括箱体1、病毒储存管2、培养基储器3、洗涤剂储器4、废液储器5、自动进样装置6、传感器系统7、自动控制装置8、泵送系统9、取样器10，取样器10位于箱体1外壁收纳槽11中，病毒储存管2位于箱体内部围绕自动进样装置6安置，自动进样装置6通过管路与培养基储器3、洗涤剂储器4、废液储器5连接，管路上设有蠕动泵和阀门(图中未显示)。
所述取样器包括取样器端部10-1、取样器中部10-2、取样器手持部10-3和位于端部和中部之间的取样器限位部10-4，所述取样器限位部可与取样腔室顶部卡槽10-3配合固定。
所述培养基储器3数量可以为多个，用于储存不同种类的培养基。
所述洗涤剂优选无菌水、蒸馏水、双蒸水等。
在多个病毒储存管之间的空间填充有减震泡沫。
其中自动进样装置用于接收取样器，包括取样腔室6-1，顶部设有加紧密封门6-2、以及卡槽6-3，用于将插入样品腔的取样器端部10-1进行加紧，保证取样器端部10-2位于腔体内，而取样器中部10-2和取样器手持部10-3通过取样器限位部10-4被阻挡在密封门6-2外部，密封门上设有密封部件6-4，腔室侧壁设有灭菌设备6-5；腔室通过带有蠕动泵的管路连接培养基储器3、洗涤剂储器4、废液储器5以及病毒储存管2。
所述密封门为对开式的两扇或多扇门，门的端部通过密封部件与取样器端部进行卡合，所述密封部件可以是密封圈。
所述灭菌设备可以使用现有技术中已知灭菌设备，包括但不限于紫外灭菌、高温湿热灭菌、高温干热灭菌、臭氧灭菌等，优选紫外灭菌。
如此设置取样器，可保证取样器端部在取样过程中一直处于无菌环境中，而取样器的中部和手持部都不会接触无菌环境，保证取样过程防止污染，所述取样器优选取样棉签、取样拭子、取样试管、取样吸管、毛细管等。
本实施例采用取样拭子作为示例，在棉签头和杆之间设置取样器限位部10-4，包括但不限于围绕杆轴心设置的倒锥形、立方形、倒楔形等，下端开口，与取样腔室顶部的卡槽6-3 可卡接固定，卡槽形状只要与限位卡块配合即可，优选圆形、方形。本实施例中以倒锥形限位卡块为例，
取样来源包括但不限于血液、体液、组织液、唾液、粪便、胆汁、胃液、血液、阴道分泌物等。
其中病毒储存管2整体呈圆柱体，底部设有减震支架2-1，外壁设有保温夹层2-2，并设有第一卡扣2-3连接到内壁的第一限位装置2-4，内壁还设有第二限位装置2-5，顶部开口设有密封盖2-6，位于密封盖2-6下部不与密封盖底部接触的位置设有柔性膜2-7，柔性膜2-7 连接有张力传感器8-1和液位传感器8-2，并电连接到控制器8-3，用于控制液位防止液位过高破坏柔性膜；所述柔性膜可防止液体透过。
所述保温夹层2-2可以采用制冷剂、循环冷却水、半导体制冷设备等，本实施例中采用制冷剂。
所述病毒储存管2底部形状可以为锥体便于后续进行离心操作，但只作为优选实施例，并不用于限定保护范围。
所述病毒储存管容量可以小于5ml，1ml，小于0.8ml，小于0.6ml，小于0.5ml，小于0.4ml，小于0.3ml，小于0.2ml，小于0.1ml。
所述柔性膜2-7为防水透气膜，其材质包括但不限于能够拉伸成膜成孔的聚四氟乙烯 (PTFE)或热塑性弹性体橡胶(TPU)薄膜，防水透气膜的微孔的直径在0.1-10μm之间。所述柔性膜设置在病毒储存管内部，与内壁连接，包括但不限于粘合连接、卡合连接、夹紧装置连接等，优选可拆卸连接便于更换，位置可位于病毒储存管内壁任意位置，但为了兼顾充分利用空间以及防止开盖时溅射，优选位于靠近密封盖底部部分，优选与密封盖底部保持距离为 0.5cm，0.4cm，0.3cm，0.2cm，0.1cm，或者小于0.1cm。
所述密封盖2-6底部设有刺破装置2-8，运输前密封盖位于第一卡合位置通过第一限位装置2-4限定位置进行密封，当需要取用内部液体时，通过水平移动外壁的第一卡扣2-3，带动位于内壁的第一限位装置2-4水平移动到内壁的容纳槽2-9中，使得密封盖2-6可突破第一卡合位置向下移动到第二卡合位置，从而使得刺破装置2-8能够刺破病毒储存管内的柔性膜 2-7，第二卡合位置通过第二限位装置2-10控制位置，防止密封盖2-6接触柔性膜2-7，柔性膜2-7刺破后，向上移动密封盖2-6打开病毒储存管2开口，可正常进行病毒培养基的下一步操作。
或者，需要取用内部液体时，通过旋转位于外壁与第一限位装置铰接的第一卡扣2-3，带动位于内壁的第一限位装置2-4向下旋转贴合到内壁的容纳槽2-9中。
所述外壁的卡扣，只要能够实现将第一限位装置移动到容纳槽中即可，具体实施的方式并不是用于限定保护范围。
所述刺破装置可以为针、刀片、锯齿等，只要能够实现刺破功能均在保护范围内，优选刀片。所述密封盖移动方式可以为手动或自动，可根据成本以及转运病毒的危险性进行选择，例如降低成本可选择手动，而转运的病毒具有一定危险性，需减少与密封盖的接触时，则可选择自动移动。移动方式包括但不限于滑轨、密封塞配合手柄、螺纹等，驱动装置包括但不限于现有技术中已知的驱动电机、减速电机、步进电机。其中所述刺破装置、柔性膜为可拆卸的一次性耗材。
所有管路和腔室均为疏水疏油材料，防止液体挂壁，减少液体损失。
所述自动控制系统8，包括控制器8-3、上位机8-4，通过电连接泵送系统9，可控制泵送系统实现在进样腔室形成搅拌流以及液体输送；控制器通过电连接液位传感器8-2和张力传感器8-1，当检测到柔性膜张力和/或液位传感器检测液面位置达到设定阈值时，停止培养基的注入，电连接到密封门控制密封门的开闭。控制系统还包括操作屏幕8-5位于箱体1外壁，可对密封门取样步骤、搅拌步骤、消毒步骤、清洗步骤、选择培养基种类、密封膜破坏步骤、开盖步骤进行单独控制，或形成自动控制的程序链，可一键实现病毒取样。
本发明还涉及一种自动病毒取样转运方法，使用前述病毒培养基转运装置：
步骤1：润洗，操作自动控制装置，从病毒存储器中吸取培养基进入取样腔室和管路进行润洗；
步骤2：将取样器从箱体外壁的收纳结构中取出，使用取样器端部直接接触样品进行取样；
步骤3：将取样器插入带有密封门的取样腔室内，取样器限位结构将取样器中部和手持部隔离到密封门之外，关闭密封门；
步骤4：操作自动控制装置，使用蠕动泵将培养基吸入取样腔室，并通过取样腔室的入口和出口之间通过吸取和排出，在取样腔室内形成搅拌流，将培养基与取样器端部充分接触冲洗，最大程度进行取样；
步骤5；操纵自动控制装置，驱动取样腔室内的液体流动到病毒储存管内，启动液面传感器和柔性膜张力传感器，将数据传递至上位机，通过控制蠕动泵而控制输送液体的量，防止液体过多破坏柔性膜；密封盖保持第一卡和位置；
步骤6：清洗，操纵自动控制装置吸取洗涤剂对取样腔室进行清洗，清洗后的水引入废液储器进行储存；
步骤7：消毒，开启紫外灭菌装置对取样腔室进行照射消毒；
返回到步骤1继续进行取样，直到取样结束；
步骤8：运输；
步骤9：打开箱体上盖，取出病毒储存管，移动卡扣，使得第一限位装置移动到内壁的容纳槽中，使得密封盖可突破第一卡合位置向下移动到第二卡合位置，从而使得刺破装置能够刺破病毒储存管内的柔性膜，并在第二卡合位置通过第二限位装置控制位置；打开密封盖；
步骤10：正常取出病毒培养基进行后续实验。

Claims (9)

1.一种病毒培养基转运装置，包括箱体、病毒储存管、培养基储器、洗涤剂储器、废液储器、自动进样装置、传感器系统、自动控制装置、泵送系统、取样器，取样器位于箱体外壁收纳结构中，病毒储存管位于箱体内部围绕自动进样装置安置，自动进样装置通过管路与培养基储器、洗涤剂储器、废液储器连接，并设有泵送系统。
2.根据权利要求1所述的病毒培养基转运装置，所述取样器包括取样器端部、取样器中部、取样器手持部和位于端部和中部之间的取样器限位部，所述限位部可与自动进样装置的取样腔室顶部设置的卡槽固定配合。
3.根据权利要求1所述的病毒培养基转运装置，所述自动进样装置用于接收取样器，包括取样腔室，顶部设有加紧密封门，用于将插入样品腔的取样器端部进行加紧，保证取样器端部位于腔体内，而取样器中部和手持部通过限位部被阻挡在密封门外部，密封门上设有密封圈，腔室内部侧壁设有灭菌设备；腔室通过带有蠕动泵的管路连接培养基储器、洗涤剂储器、废液储器以及病毒储存管。
4.根据权利要求1所述的病毒培养基转运装置，所述病毒储存管底部设有减震支架，外壁设有保温夹层，第一卡扣连接到内壁的第一限位装置，内壁还设有第二限位装置，顶部开口设有密封盖，位于密封盖下部不与密封盖底部接触的位置设有柔性膜，柔性膜连接有张力传感器和液位传感器，并电连接到控制器，所述柔性膜可防止液体透过。
5.根据权利要求4所述的病毒培养基转运装置，所述病毒储存管的密封盖底部设有刺破装置，运输前密封盖位于第一卡合位置通过第一限位装置限定位置进行密封，当需要取用内部液体时，移动位于外壁的卡扣，带动位于内壁的第一限位装置移动到位于内壁的容纳结构中，使得密封盖可突破第一卡合位置向下移动到第二卡合位置，从而使得刺破装置能够刺破病毒储存管内的柔性膜，第二卡合位置通过第二限位装置控制位置，防止密封盖接触柔性膜，柔性膜刺破后，向上移动密封盖打开病毒储存管开口，可正常进行病毒培养基的下一步操作；所述容纳结构优选收纳槽。
6.根据权利要求5所述的病毒培养基转运装置，所述刺破装置可以为针、刀片、锯齿等，所述密封盖移动方式可以为手动或自动，所述移动方式包括滑轨、密封塞配合手柄、螺纹等，其中所述刺破装置、柔性膜为可拆卸的一次性耗材。
7.根据权利要求1-6之一所述的病毒培养基转运装置，所有管路和腔室内壁均涂有疏水疏油涂层。
8.根据权利要求7所述的病毒培养基转运装置，所述自动控制系统，包括控制器、上位机，通过电连接泵送系统，可控制泵送系统实现在进样腔室形成搅拌流；控制器通过电连接液位传感器和张力传感器，当检测到柔性膜张力和/或液位传感器检测液面位置达到设定阈值时，停止培养基的注入。
9.一种自动病毒取样转运方法：
步骤1：操作自动控制装置，从培养基储器中吸取培养基进入取样腔室和管路进行润洗；
步骤2：将取样器从箱体外壁的收纳结构中取出，使用取样器端部直接接触样品进行取样；
步骤3：将取样器插入带有密封门的取样腔室内，取样器限位结构将取样器中部和手持部隔离到密封门之外，关闭密封门；
步骤4：操作自动控制装置，使用蠕动泵将培养基吸入取样腔室，并通过取样腔室的入口和出口之间通过吸取和排出，在取样腔室内形成搅拌流，将培养基与取样器端部充分接触冲洗，最大程度进行取样；
步骤5；操纵自动控制装置，驱动取样腔室内的液体流动到病毒储存管内，启动液面传感器和柔性膜张力传感器，将数据传递至上位机，通过控制蠕动泵而控制输送液体的量，防止液体过多破坏柔性膜；密封盖保持第一卡和位置；
步骤6：清洗，操纵自动控制装置吸取无菌水对取样腔室进行清洗，清洗后的水引入废液储器进行储存；
步骤7：消毒，开启紫外灭菌装置对取样腔室进行照射消毒；
返回到步骤1继续进行取样，直到取样结束
步骤8：运输
步骤9：打开箱体上盖，取出病毒储存管，移动卡扣，使得第一限位装置向移动到内壁的容纳槽中，使得密封盖可突破第一卡合位置向下移动到第二卡合位置，从而使得刺破装置能够刺破病毒储存管内的柔性膜，并在第二卡合位置通过第二限位装置控制位置；打开密封盖；
步骤10：正常取出病毒培养基进行后续实验。
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