CN113025482A - 一种全自动换液系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供本发明涉及生物设备领域，具体涉及一种全自动换液系统，用于细胞存放容器的加液或吸液；包括：依次设置的拧盖装置、吸液装置、加液装置以及称重平台；其中，所述拧盖装置用于所述细胞存放容器盖的拧开或拧合；所述吸液装置包括依次连通的吸液针头、吸液管、吸液蠕动泵以及废液储存器，以吸出所述细胞存放容器中的液体；所述加液装置包括依次连通的加液针头、加液管、加液蠕动泵以及加液储存机构以向所述细胞存放容器中加入培养液。本申请的系统能用于细胞生产线中需要加液、吸液的过程，有效实现细胞生产的全面自动化。

Description

一种全自动换液系统

技术领域

本发明涉及生物设备领域，具体涉及一种全自动换液系统。

背景技术

细胞量产是细胞进行产业化应用的关键要素。目前的细胞培养主要有以下步骤：换液、消化、中和、离心、弃上清、重悬过筛、计数、离心以及重悬冻存……在上述过程中存在诸多的加液、吸液操作。

但目前细胞的换液主要依赖人工，操作数量少，操作时间长，易导致批次间的不一致性，会在一定程度上影响产品质量，甚至造成污染。

因此，急需一种自动化的换液装置。虽现已有一些加液装置，但申请人在实际应用过程中发现，现有的加液装置存在不能精准定量换液，以及无法自动化等需求的缺陷。

发明内容

本发明目的在于提供一种全自动换液系统，其能用于细胞生产线中需要加液、吸液的过程，有效实现细胞生产的全面自动化。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种全自动换液系统，用于细胞存放容器的加液或吸液；包括：依次设置的拧盖装置、吸液装置、加液装置以及称重平台；

所述拧盖装置用于所述细胞存放容器盖的拧开或拧合；

所述吸液装置用于吸出所述细胞存放容器中的液体；

所述加液装置用于向所述细胞存放容器中加入培养液；

所述称重平台用于细胞存放容器的称重；

其中，所述吸液装置包括依次连通的吸液针头、吸液管、吸液蠕动泵以及废液储存器；

所述加液装置包括依次连通的加液针头、加液管、加液蠕动泵以及加液储存机构。

作为本申请改进的技术方案，所述吸液装置还包括第一升降模组，所述吸液针头安装于所述第一升降模组上。

作为本申请改进的技术方案，所述加液装置还包括第二升降模组，所述加液针头安装于所述第二升降模组上。

作为本申请改进的技术方案，所述吸液针头或所述加液针头上均设有至少一个环形密封圈。

作为本申请改进的技术方案，还包括灭菌装置，所述灭菌装置包括灭菌管道以及灭菌源；所述灭菌源连通于所述加液蠕动泵的入口；所述灭菌管道的一端连通于所述加液针头，所述灭菌管道的另一端连通于所述吸液针头。

作为本申请改进的技术方案，所述灭菌源选用121℃以上的水蒸汽；同时，所述吸液蠕动泵的出口通过管路连通于外部出水管；所述管路上设有单向阀；所述单向阀上设有滤膜。

作为本申请改进的技术方案，所述灭菌源采用体积浓度为75%的酒精；所述加液蠕动泵的入口设有管道切换机构，所述管道切换机构包括连通管；所述连通管用于将加液蠕动泵的入口连通于所述灭菌源或所述储液袋。

作为本申请改进的技术方案，所述加液储存机构包括储液箱以及位于所述储液箱中的储液袋；所述储液箱上设有一通孔；所述储液袋底部设有出液接头；所述出液接头通过所述通孔连通于所述加液管。

作为本申请改进的技术方案，所述储液框内具有一斜面，并且所述斜面的顶部设有储液袋固定部。

作为本申请改进的技术方案，所述拧盖装置包括拧盖机构与夹爪控制机构；

所述拧盖机构包括：

拧盖主轴，能够绕自身轴线转动；

夹爪组，安装于所述拧盖主轴的端头；所述夹爪组包括夹爪限位件与若干个夹爪；

所述夹爪限位件，包括若干个弹性项圈；

所述夹爪包括，依次设置的夹持部、连接于拧盖主轴的安装支点以及限位结构；所述限位结构对应于拧盖主轴段，并且所述限位结构朝向拧盖主轴的一面具有坡面结构，定义，所述坡面结构为倾斜方向朝向拧盖主轴方向的斜面结构；所述夹爪组中的各夹爪的坡面结构共同构成一个类圆锥台腔体；

其中，所述弹性项圈套设于夹爪组中每个夹爪限位结构的另一面；

所述夹爪控制机构包括：

夹爪控制轴，与所述拧盖主轴同轴设计，并且能进行自身轴向方向的运动；同时，所述夹爪控制轴的端头设有控制端子；

其中，所述控制端子位于所述类圆锥台腔体中，并且所述控制端子相对于所述类圆锥台腔体的位置不同时，所述夹爪的安装支点的转动角度不同，所述夹爪组的开合度亦不同。

有益效果：

由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供了一种全自动换液系统，其能实现细胞存储容器的自动加液与自动吸液，适用于细胞培养过程中的换液操作。

本申请将拧盖装置、吸液装置以及加液装置进行集成，通过外部控制系统的控制并配合机器臂的移位实现细胞培养过程中对如细胞工厂、离心管等的精准换液。同时，整个过程可以设置为在密闭环境进行，有效避免细胞培养过程中环境污染，同时利用自动化控制系统能够实现换液过程中定量吸液以及定量加液，能够保证细胞量产化培养。

本申请设置第一升降模组、第二升降模组分别控制吸液针头与加液针头，使得吸液针头与加液针头具有不同的工作位置，通过控制加液针头与吸液针头的位置使得加液针头、吸液针头满足不同的工况需求，比如：完成加液、完成吸液，或者连通加液针头、吸液针头后进行管道灭菌等。

本申请在加液针头、吸液针头上设置环形密封圈，其适用于多种情形下的灭菌，如蒸汽灭菌。有效保证灭菌过程的安全性以及密闭性。

本申请的灭菌装置采用管道连接加液针头与吸液针头，使灭菌源、加液泵、加液针头、灭菌管、灭菌管道、吸液针头、吸液泵等连接为一个密封的整体；同时由于加液针头、吸液针头上设置的环形密封圈，有效保证灭菌过程的密封与安全，并使得灭菌能够采用气体灭菌或液体灭菌等多种形式。

本申请的加液储存机构中设置斜面，以保证储液袋中的液体能够被吸液泵吸取，同时避免储液袋中液体残留。

本申请设置拧盖装置，相对于现有技术中的拧盖机构，具有更好的自动化特性，且能有效避免自动化控制过程中失效导致的细胞存储容器的损坏。

综上，本申请的换液系统主要用于匹配细胞自动化控制生产，能够满足细胞量产化培养过程中多次的换液需求，应用于各类细胞培养的自动化产线。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1 绘示本申请拧盖装置的整体结构示意图；

图2 绘示本申请拧盖装置的主视图；

图3 绘示本申请拧盖装置的部分分解结构示意图；

图4 绘示本申请控制端子调节夹爪组开合度的作用原理图；

图5 绘示本申请换液系统总示意图；

图6 绘示本申请一组拧盖装置、加液装置以及吸液装置的集成图；

图7 绘示本申请灭菌过程中管道连通图；

图8 绘示本申请加液储存机构结构示意图。

图中：1.拧盖伺服电机；2.夹爪开闭电机；3.夹爪控制轴；4.皮带；5.支撑板；6.缓冲器件；7.弹性项圈；8.夹持防护板；9.夹持部；10.安装支点；11.拧盖主轴；12.定位装置；13. 夹爪安装轴套；14.控制端子；15.坡面结构；16.通道；17.凸台；18.卡槽；19、加液蠕动泵；20、灭菌源；21、吸液针头；22、加液针头；23、吸液蠕动泵；24、储液箱；25、斜面；26、储液袋固定部；27、称重平台。

图中：箭头代表转动方向。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本申请主要通过提供一种全自动换液系统，用于细胞存放容器的加液或吸液，以实现细胞培养过程中的全自动化，保证细胞培养过程中的无菌环境以及实现细胞量产化的培养。如图5所示，其主要思路是采用自动化的拧盖装置、自动化的吸液装置、以及自动化的加液装置，通过控制系统（外部设置）控制拧盖装置进行拧盖、控制吸液装置吸取细胞存放容器中的液体、以及控制加液装置向细胞存放容器中加入培养液，最后采用拧盖装置控制拧盖密封细胞存放容器，最终实现细胞存放容器的加液或吸液。

本申请的全自动换液系统尤其适用于采用细胞工厂进行细胞培养、或者离心瓶的加液或者吸液。适用于全自动化生产线，采用机器臂进行细胞工厂或者离心瓶的夹持。

应用例1：

具体在用于细胞工厂进行细胞培养时，本申请的全自动换液系统包括依次设置的拧盖装置、加液装置、吸液装置以及称重平台27。其中，为了节省空间，所述拧盖装置、加液装置以及吸液装置并排设计，所述称重平台27位于所述加液装置与所述吸液装置的下方。

为了能实现对细胞工厂的实时称重：

操作时，机械臂夹持细胞工厂，拧盖装置拧开细胞工厂的盖；机械臂将细胞工厂放置于称重平台27上，进行第一次称重；吸液装置吸取细胞工厂中的液体，称重平台27对细胞工厂进行第二次称重；判断第二次称重与第一次称重的差值，以判断吸液是否完成。

吸液完成后，加液装置开启，向细胞工厂中加入培养液，完成后，称重平台27对其进行第三次称重；判断第三次称重与第二次称重的差值，以判断加液是否精准。

应用例2

具体在用于细胞工厂进行细胞培养时，区别于应用例1的是：

夹持细胞工厂的机械臂上设有摄像系统，在拧盖装置拧开细胞工厂的盖后，机械臂直接将细胞工厂移送至吸液装置处，吸液装置对细胞工厂中的液体进行吸取。通过摄像系统以及图像处理系统判断细胞工厂中的液体是否吸取完成（此时机械臂上装有摄像系统，并且摄像系统上可集成图像处理系统，也可外接图像处理系统）。

吸液完成后，机械臂将细胞工厂放置称重平台27上，称重平台27对其进行第一次称重；加液装置开启，向细胞工厂中加入培养液，完成后，称重平台27对其进行第二次称重；判断第二次称重与第一次称重的差值，以判断加液是否精准。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例1

一种全自动换液系统，用于细胞存放容器的加液或吸液；如图5与图6所示，包括：依次设置的拧盖装置、吸液装置、加液装置以及称重平台27。

其中，所述拧盖装置用于所述细胞存放容器盖的拧开或拧合；本实施例中的拧盖装置可采用现有技术的拧盖装置，也可以采用本申请特别设计的拧盖装置。

所述吸液装置包括依次连通的吸液针头21、吸液管、吸液蠕动泵23以及废液储存器，以吸出所述细胞存放容器中的液体；

所述加液装置包括依次连通的加液针头22、加液管、加液蠕动泵19以及加液储存机构，以向所述细胞存放容器中加入培养液；

所述称重平台27用于对细胞存放容器进行称重，其结构主要采用现有技术的称重结构，本申请仅对其进行应用，不进行改进，但其并不影响本领域技术人员对本申请技术方案的理解。

为了方便实际应用，所述拧盖装置、所述吸液装置以及所述加液装置的主体采用支架支撑。所述加液蠕动泵19、所述加液储存机构、所述吸液蠕动泵23以及所述废液储存器放置于平台下的操作柜中。为了方便机器臂操作加液或者吸液，所述操作柜上设有伸缩抽屉，所述废液储存器、所述加液储存机构均放置于所述伸缩抽屉中。

进一步地，为实现自动化控制，还包括伸缩限位开关（现有技术的结构，本申请仅是应用）与机械卡位开关（现有技术，本申请仅是应用）。所述伸缩限位开关与所述机械卡位开关均设于所述伸缩抽屉的运动路径上，以便机器臂接收伸缩抽屉开/闭到位的信号。

其中，本申请特别设计的拧盖装置结构如下：

所述拧盖装置包括拧盖机构与夹爪控制机构；

所述拧盖机构包括：

拧盖主轴，能够绕自身轴线转动；

夹爪组，安装于所述拧盖主轴的端头；所述夹爪组包括夹爪限位件与若干个夹爪；所述夹爪限位件，包括若干个弹性项圈；所述夹爪包括，依次设置的夹持部、连接于拧盖主轴的安装支点以及限位结构；所述限位结构对应于拧盖主轴段，并且所述限位结构朝向拧盖主轴的一面具有坡面结构，定义，所述坡面结构为倾斜方向朝向拧盖主轴方向的斜面25结构；所述夹爪组中的各夹爪的坡面结构共同构成一个类圆锥台腔体；其中，所述弹性项圈套设于夹爪组中每个夹爪限位结构的另一面；

所述夹爪控制机构包括：夹爪控制轴，与所述拧盖主轴同轴设计，并且能进行自身轴向方向的运动；同时，所述夹爪控制轴的端头设有控制端子；其中，所述控制端子位于所述类圆锥台腔体中，并且所述控制端子相对于所述类圆锥台腔体的位置不同时，所述夹爪的安装支点的转动角度不同，所述夹爪组的开合度亦不同。

详细地表述为：

动力机构，如图1所示，拧盖装置包括拧盖伺服电机1与夹爪开闭电机2。所述拧盖伺服电机1用于控制拧盖装置中的拧盖单元的工作。所述夹爪开闭电机2用于控制夹爪控制单元的工作。在实际应用中由于拧盖伺服电机1与夹爪开闭电机2是各自独立工作的，且夹爪开闭电机2实现带动夹爪控制轴3进行轴线方向的运动，拧盖伺服电机1实现带动拧盖主轴11转动。故本实施例中拧盖伺服电机1与夹爪开闭电机2并行设置于同一安装平台上。

由于夹爪控制轴3与所述拧盖主轴11采用同轴设计，为了实现二者能够各自独立传动，且彼此不干扰。本实施例选用的是所述夹爪开闭电机2与所述夹爪控制轴3同轴安装，所述拧盖伺服电机1与所述拧盖主轴11错位安装。

进一步地，为了提高拧盖过程的平稳性，本申请中夹爪开闭电机2选为步进电机，并配置一零一限（一零一限是指步进电机具有零位与限制位），充分发挥步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降的特点；既保证控制端子14在初期驱动夹爪组件中的坡面结构15运动时具有较大的力，也能避免意外情况下暴力对坡面结构15的坡坏。

本申请中所述拧盖伺服电机1选用伺服电机以充分发挥其控制精度，以实现精准开盖、合盖。

为了实现夹爪控制轴3能够精准的进行轴向运动，所述夹爪开闭电机2的输出轴与所述夹爪控制轴3同轴；但若采用涡轮传动时，夹爪开闭电机2的输出轴则与夹爪控制轴3采用涡轮蜗杆方式传动（夹爪开闭电机2的输出轴上设置涡轮，夹爪控制轴3上设置蜗杆段），此时，夹爪开闭电机2的输出轴与所述夹爪控制轴3不同轴。

所述拧盖伺服电机1与所述拧盖主轴11错位设置，拧盖伺服电机1可通过皮带4传动、齿轮传动或者涡轮/蜗杆传动（此时伺服电机的输出轴设有涡轮，拧盖主轴11上设置蜗杆段）的方式连接于所述拧盖主轴11。

传动机构，如图2所示，所述拧盖主轴11与所述夹爪控制轴3同轴设置，即所述夹爪控制轴3的直径小于所述拧盖主轴11的直径，所述夹爪控制轴3内置于（贯穿）所述拧盖主轴11中。所述拧盖主轴11仅发生绕自身轴线的转动；所述夹爪控制轴3仅发生沿自身轴向方向的线性运动。

为了保证二者各自独立运动中的稳定性（如降低所述夹爪控制轴3沿自身轴线方向进行伸缩运动时的晃幅；同时也能增加所述夹爪控制轴3生产制作时原料多样性的选择）；也为了提高二者的使用寿命（如二者长期使用后由于摩擦磨损所导致的不同轴带来的拧盖偏差）。所述夹爪控制轴3与所述拧盖主轴11间设有轴套，即轴套有效保证所述夹爪控制轴3与所述拧盖主轴11之间的同轴度，并保证二者之间的相对自由度。

具体安装时，拧盖主轴11的一端均安装于支撑板5上。当夹爪控制轴3设有螺纹（当蜗轮蜗杆传动时）时，则拧盖主轴11内侧在对应段设有匹配的内螺纹，以保证夹爪控制轴3能发生相对于所述拧盖主轴11的轴向方向运动。当夹爪控制轴3无外螺纹时，夹爪控制轴3直接连接于夹爪开闭电机2的输出轴，并且夹爪控制轴3与拧盖主轴11之间通过轴承实现相对限位（径向方向的限位）。当拧盖主轴11外设有蜗杆螺纹时，支撑板5上设有螺纹通孔供拧盖主轴11旋转通过；当拧盖主轴11外无外螺纹时，所述支撑板5设有供拧盖主轴11通过的通孔，并且拧盖主轴11可通过轴承安装于该通孔中。

执行机构，拧盖动作的执行分解为盖的夹取固定与盖的旋转开合两个动作。为实现两个动作，所述拧盖主轴11的端头安装有夹爪组，所述夹爪控制轴3的端头设有控制端子14。

夹爪组包含若干个夹爪（至少两个夹爪），本申请图中绘示的为三个夹爪（充分发挥三个夹持部9受力的稳定性）。所述夹爪包括依次设置的夹持部9、连接于拧盖主轴11的安装支点10以及限位结构；所述限位结构对应于拧盖主轴11段，并且所述限位结构朝向拧盖主轴11的一面具有坡面结构15，定义，所述坡面结构15为倾斜方向朝向拧盖主轴11方向的斜面25结构；所述夹爪组中的各夹爪的坡面结构15共同构成一个类圆锥台腔体；所述夹爪组中的各个夹爪的夹持部9共同形成盖体的夹持空间。采用弹性项圈7套设于夹爪组中每个夹爪限位结构的另一面，控制端子14在类圆锥台腔体中滑动时，一克服夹爪组自身重力，二是克服弹性项圈7的作用力。具体实施时，可以根据夹持力的需求调整弹性项圈7的弹力，以保证拧盖过程的稳定进行。

为了保护所夹持的盖体的受力稳定性，以及适用的广泛性，所述夹持部9上设有夹持防护板8（或者整个夹持部9直接采用夹持防护板8替换）。所述夹持防护板8为弧形结构，以满足当盖体为圆形时，弧形结构能够直接贴附盖体的周面；当盖体为方形时，弧形结构能够最大程度的与方形盖体的四个角形成夹持点。更优选地是，所述夹持防护板8可采用硅胶材质或者弹性橡胶材质。为了降低整个装置的重量，所述夹持防护板8的厚度介于1mm-5mm。

所述控制端子14位于所述类圆锥台腔体中，并且在所述控制端子14相对于所述类圆锥台腔体的位置不同时，所述夹爪的安装支点10的转动角度不同，所述夹爪组的开合度亦不同。

为了充分保证控制端子14与所述类圆锥台腔体的接触面，以保证夹持部9开合度控制的精准性以及稳定性，所述控制端子14选用与所述类圆锥台腔体相匹配的类圆锥台结构；或者所述控制端子14选用圆柱体结构，并且所述圆柱体结构的直径设置为介于类圆锥台腔体的最小端面的直径与最大端面的直径。

优选地是所述控制端子14可以相对夹爪控制轴3转动，以避免在拧盖过程中，控制端子14与坡面结构15之间的摩擦磨损带来的精准度问题。同时，为了避免控制端子14调整夹爪组的开合度时，控制端子14对坡面结构15的摩擦或者产生划痕，所述控制端子14的边缘采用圆角过渡。

如图4所示，由于拧盖过程中，盖的尺寸并非单一固定的，同时盖的夹持与解夹持过程均要求夹爪组能够具有不同夹爪尺寸。本申请中夹爪尺寸的调节通过夹爪组与控制端子14的配合实现。具体表现为：当控制端子14位于所述坡面结构15的最低端（即坡面结构15临近夹爪的夹持部9的一端），夹爪组具有最大的开度，即最大的夹持尺寸。此时，夹爪开闭电机2启动，夹爪控制轴3向上旋转，带动控制端子14沿夹爪控制轴3的轴线向上移动，控制端子14随之沿坡面结构15上滑，由于夹爪组被拧盖主轴11固定，每个夹爪的坡面结构15将绕拧盖主轴11上的固定点转动，实现夹爪组的开度调节，并且随着控制端子14上滑的幅度越大，夹爪组的开度越小。

为了实现夹爪组开合度的调节，本申请在设计夹爪组时有如下特点：

当夹爪组的坡面结构15设于拧盖主轴11内时，夹爪组中每个夹爪具有一安装支点10，每个夹爪均通过该安装支点10安装于拧盖主轴11上；每个夹爪具有一夹持部9，所述夹持部9位于拧盖主轴11的端头；每个夹爪具有一坡面结构15，该坡面结构15位于拧盖主轴11端头内部，同时，夹爪组中所有坡面结构15构成一个类圆锥台型结构；坡面结构15的外部设有卡槽18，夹爪组外设有弹性项圈7，该项圈套装于夹爪组上每个夹爪外的卡槽18中。当控制端子14沿夹爪控制轴3的轴线向上移动时，控制端子14克服弹性项圈7的力，促使夹爪组的类圆锥台腔体逐渐向圆柱腔体变化，同时每个夹爪借助安装支点10的作用，将发生转动，促使夹爪组的夹持尺寸变小。该结构适用于整个拧盖主轴11在拧盖过程中会随拧盖的过程中旋转出的距离而随之升高的相同的高度，或者在拧盖过程中会随拧盖的过程中旋转入的距离而随之下降的相同的高度（该种方式适用于拧盖主轴11通过螺纹与螺纹孔的方式通过支撑板5）。也适用于机械臂夹持细胞工厂随拧盖过程旋转出的距离而随之下降的相同的高度，或者在拧盖过程中会随拧盖的过程中旋转入的距离而随之升高的相同的高度。

为了简化结构，本申请还进行如下优化，即设置缓冲装置。

如图3所示，所述缓冲装置包括在所述拧盖主轴11上安装夹爪安装轴套13；所述夹爪安装轴套13能与所述拧盖主轴11同轴旋转，即所述夹爪安装轴套13与所述拧盖主轴11采用滑槽与滑台连接的方式进行径向方向的相对固定；并且，所述滑槽的长度长于所述滑台的长度。另一种陈述方式为：若夹爪安装轴套13内设有滑槽，拧盖主轴11上设有滑台，滑槽的长度要长于滑台的长度，以保证夹爪安装轴套13能相对于拧盖主轴11有一定的轴向运动空间；反之若夹爪安装轴套13内设有滑台，拧盖主轴11上设有滑槽，则滑槽的长度长于滑台的长度，以保证夹爪安装轴套13能相对于拧盖主轴11有一定的轴向运动空间。

所述夹爪组以能绕所述夹爪安装轴套13径向方向转动的方式安装于所述夹爪安装轴套13上。所述夹爪安装轴套13的端头设有供所述夹爪组转动的通道16。具体为：夹爪组中每个夹爪具有一安装支点10，每个夹爪均通过该安装支点10安装于夹爪安装轴套13的一端；优选地，每个夹爪安装轴套13的端头向外凸出有若干个凸台17，任意相领两个凸台17之间形成一安装支架，所述安装支点10通过销轴或者螺钉的方式安装于该安装支架上；并且在夹爪转动过程中，夹爪的限位结构的转动路径经过所述通道16。

每个夹爪具有一夹持部9，所述夹持部9位于夹爪安装轴套13外；每个夹爪具有一坡面结构15，该坡面结构15对应于拧盖主轴11段，同时，夹爪组中所有坡面结构15构成一个圆锥台型结构；坡面结构15的外部设有卡槽18，夹爪组外设有弹性项圈7，该项圈套装于夹爪组上每个夹爪外的卡槽18中。当控制端子14沿夹爪控制轴3的轴线向上移动时，控制端子14克服弹性项圈7的力，促使夹爪组的圆锥台结构逐渐向圆柱结构变化，同时每个夹爪借助安装支点10的作用，将发生转动，促使夹爪组的夹持尺寸变小。

为了调节拧盖过程中夹爪组高度的变化，夹爪安装轴套13的在另一端安装有缓冲器件6。所述缓冲器件6，设于夹爪安装轴套13的端头，用于补偿拧盖主轴11转动时所述夹爪安装轴套13相对于所述拧盖主轴11的距离差。所述缓冲器件6选用弹簧，弹簧的一端连接于所述夹爪安装轴套13（如采用定位装置12，如带有通孔的凸台17），另一端固定于一平台；定义所述平台同时用于所述拧盖主轴11与所述夹爪控制轴3的安装，即前述支撑板5；或者该平台为设于夹爪安装轴套13上方的任意平面。

另，由于本申请的技术方案能够适用于自动化生产线，因此需要一种方式确认机器人送过来的细胞培养装置是否具有盖体。本申请设计增设光电检测器，所述光电检测器设于所述夹爪用于夹持盖体的任意一平面上。实际设计时，将光电检测器的发射端与接收端的光线通路设于夹爪组最低面在夹盖过程中运动路径的中间段，以保证检测的精准性。

进一步地，为了防止夹盖过程中对盖的夹持过紧损坏盖身，本申请将控制端子设计为包括：位于夹爪控制轴顶端的端头，具有类圆锥台结构的或者具有圆柱体结构的控制体，以及介于所述端头与所述控制体之间的弹簧；特别的是所述控制体能沿所述夹爪控制轴的轴线滑动。当夹爪控制轴转动失控时，为了避免夹爪夹损盖，所述控制体会被所述类圆锥台结构的腔体阻挡，挤压该弹簧，使得控制端子具有一定的缓冲。

本申请技术方案的整体运作过程如下：

所述夹爪开闭电机2在程序的控制下启动，夹爪控制轴3沿自身轴线向上滑动，控制端子14随之上升。控制端子14将逐步顶开类圆锥台腔体的小端，通过安装支点10的作用，夹爪组的夹持部9开度增大，直至夹持防护板8的开度达到所需开度。在此过程中，弹性项圈7对限位结构施加外力，避免控制端子14顶开类圆锥台腔体的小端时，夹爪绕安装支点10的自由转动；同时，弹性项圈7也为夹持部9提供夹持力。

夹持防护板8对盖进行夹持，同时夹爪开闭电机2在控制程序（外部设定）作用下启动，调整夹持防护板8对盖的夹持力。

夹爪开闭电机2停止运行。

拧盖伺服电机1开启，并在外部程序的控制下转动，实现盖的拧开或拧合。

为了更好的配合以实现，更加精准稳妥的拧盖，吸液与加液。所述吸液装置还包括第一升降模组，所述吸液针头21安装于所述第一升降模组上。所述第一升降模组具有第一位置与第二位置，其中，第一位置（工作位）能够保证吸液针头21能够吸尽细胞存储容器中的液体，第二位置（非工作位）能够保证吸液针头21能够高于细胞存储容器移动的位置，避免影响细胞存储容器的拧盖、或者加液。

所述第一升降模组可以采用现有技术的任意升降模组，也可以采用本申请结构，即包括第一升降电机、第一支架。所述吸液针头21安装于所述第一支架上，并且能在所述第一升降电机的带动下发生相对于该第一支架的上下移动。

所述加液装置还包括第二升降模组，所述加液针头22安装于所述第二升降模组上。同所述第一升降模组，所述第二升降模组同样具有第一位置（工作位）与第二位置（非工作位）。

实施例2

区别于实施例1的是，本申请还设有灭菌装置。如图7所示，所述灭菌装置包括灭菌管道以及灭菌源20；所述灭菌源20连通于所述加液蠕动泵19的入口；所述灭菌管道的一端连通于所述加液针头22，所述灭菌管道的另一端连通于所述吸液针头21。

为了简化整体结构，也为了便于实现自动化操作，所述灭菌管道被转动支架支撑，所述转动支架转动的第一极限位置能够控制所述灭菌管道与所述加液针头22、或所述灭菌管道与所述吸液针头21处于平行的位置；所述转动支架转动的第二极限位置，能够保证所述灭菌管道的一端连通于所述加液针头22，所述灭菌管道的另一端连通于所述吸液针头21。为了保证灭菌时，灭菌通道完全密闭，所述吸液针头21或所述加液针头22上均设有至少一个环形密封圈。

由于细胞培养对环境特殊性要求，本申请的灭菌源20选用121℃以上的水蒸汽或者采用体积浓度为75%的酒精。采用水蒸气灭菌时，仅需转动支架调整为第二极限位置，保证所述灭菌管道的一端连通于所述加液针头22，所述灭菌管道的另一端连通于所述吸液针头21，使整个管道处于连通状态（或者，直接采用机器臂将灭菌管道连通所述加液针头22与所述吸液针头21，使整个管道处于连通状态）；同时，将加液泵所连通的储液机构更换为水蒸气源，所述吸液蠕动泵23的出口通过管路连通于外部出水管。为了避免外部出水管反向污染，所述管路上设有单向阀；所述单向阀上设有滤膜。另外，灭菌源20选用121℃以上的水蒸汽时，灭菌时长不少于20min，以保证灭菌完全。

在采用体积浓度为75%的酒精，所述加液蠕动泵19的入口设有管道切换机构。所述管道切换机构包括连通管；所述连通管用于将加液蠕动泵19的入口连通于所述灭菌源20或所述储液袋（采用现有技术的管道切换机构，也可以通过机械臂夹持连通管实现管路切换）。灭菌过程中，先转动支架调整为第二极限位置（或者，直接采用机器臂将灭菌管道连通所述加液针头22与所述吸液针头21），保证所述灭菌管道的一端连通于所述加液针头22，所述灭菌管道的另一端连通于所述吸液针头21；所述吸液蠕动泵23的出口连通于废液储存器。然后将加液泵的入口通过所述管道切换机构接入体积浓度为75%的酒精。持续设定时间后，再通过所述管道切换机构将所述加液泵的入口接入DPBS缓冲液（或者培养液）冲洗设定时间，最后完成对管道的整体消毒杀菌。

采用体积浓度为75%的酒精可以分别对加液装置与吸液装置进行灭菌，若对加液装置进行灭菌，则将加液蠕动泵的入口连通灭菌源，加液针头连通废液储存器。同理，对吸液装置进行灭菌，则将吸液针头连通灭菌源，吸液蠕动泵的出口连通废液储存器。

如图8所示，为了保证加液泵所接入的储液机构中液体能够用尽，所述加液储存机构包括储液箱24以及位于所述储液箱24中的储液袋；所述储液箱24上设有一通孔；所述储液袋底部设有出液接头；所述出液接头通过所述通孔后被连通于所述加液管；所述储液框内具有一斜面25，并且所述斜面25的顶部设有储液袋固定部26。应用时，储液袋的顶部固定于所述储液袋固定部26处，储液袋被所述斜面支撑，储液袋的底部悬空。为了降低成本，所述斜面采用网格结构，即由若干横向杆与若干纵向杆交错形成的斜面结构。

实施例3

区别于实施例1与实施例2的是，本申请中拧盖装置、加液装置以及吸液装置在非灭菌状态为各自独立工作的状态，故实际应用时可根据需要采用两组或两组及以上，以实现多个细胞存储容器的同时拧盖、加液与吸液。

其主要实现细胞存储容器的加液、吸液过程的自动化以及拧盖动作的便捷化组装。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种全自动换液系统，用于细胞存放容器的加液或吸液；其特征在于，集成有拧盖装置、吸液装置、加液装置以及称重平台；

所述拧盖装置用于所述细胞存放容器盖的拧开或拧合；

所述吸液装置用于吸出所述细胞存放容器中的液体；

所述加液装置用于向所述细胞存放容器中加入培养液；

所述称重平台用于细胞存放容器的称重；

其中，所述吸液装置包括依次连通的吸液针头、吸液管、吸液蠕动泵以及废液储存器；

所述加液装置包括依次连通的加液针头、加液管、加液蠕动泵以及加液储存机构。

2.根据权利要求1所述的一种全自动换液系统，其特征在于，所述吸液装置还包括第一升降模组，所述吸液针头安装于所述第一升降模组上。

3.根据权利要求1所述的一种全自动换液系统，其特征在于，所述加液装置还包括第二升降模组，所述加液针头安装于所述第二升降模组上。

4.根据权利要求1所述的一种全自动换液系统，其特征在于，所述吸液针头或所述加液针头上均设有至少一个环形密封圈。

5.根据权利要求1所述的一种全自动换液系统，其特征在于，还包括灭菌装置，所述灭菌装置包括灭菌管道以及灭菌源；所述灭菌源连通于所述加液蠕动泵的入口；所述灭菌管道的一端连通于所述加液针头，所述灭菌管道的另一端连通于所述吸液针头。

6.根据权利要求5所述的一种全自动换液系统，其特征在于，所述灭菌源选用121℃以上的水蒸汽；同时，所述吸液蠕动泵的出口通过管路连通于外部出水管；所述管路上设有单向阀；所述单向阀上设有滤膜。

7.根据权利要求5所述的一种全自动换液系统，其特征在于，所述灭菌源采用体积浓度为75%的酒精；所述加液蠕动泵的入口设有管道切换机构，所述管道切换机构包括连通管；所述连通管用于将加液蠕动泵的入口连通于所述灭菌源或所述储液袋。

8.根据权利要求1所述的一种全自动换液系统，其特征在于，所述加液储存机构包括储液箱以及位于所述储液箱中的储液袋；所述储液箱上设有一通孔；所述储液袋底部设有出液接头；所述出液接头通过所述通孔连通于所述加液管。

9.根据权利要求8所述的一种全自动换液系统，其特征在于，所述储液框内具有一斜面，并且所述斜面的顶部设有储液袋固定部。

10.根据权利要求1所述的一种全自动换液系统，其特征在于，所述拧盖装置包括拧盖机构与夹爪控制机构；

所述拧盖机构包括：

拧盖主轴，能够绕自身轴线转动；

夹爪组，安装于所述拧盖主轴的端头；所述夹爪组包括夹爪限位件与若干个夹爪；

所述夹爪限位件，包括若干个弹性项圈；

所述夹爪包括，依次设置的夹持部、连接于拧盖主轴的安装支点以及限位结构；所述限位结构对应于拧盖主轴段，并且所述限位结构朝向拧盖主轴的一面具有坡面结构，定义，所述坡面结构为倾斜方向朝向拧盖主轴方向的斜面结构；所述夹爪组中的各夹爪的坡面结构共同构成一个类圆锥台腔体；

其中，所述弹性项圈套设于夹爪组中每个夹爪限位结构的另一面；

所述夹爪控制机构包括：

夹爪控制轴，与所述拧盖主轴同轴设计，并且能进行自身轴向方向的运动；同时，所述夹爪控制轴的端头设有控制端子；

其中，所述控制端子位于所述类圆锥台腔体中，并且所述控制端子相对于所述类圆锥台腔体的位置不同时，所述夹爪的安装支点的转动角度不同，所述夹爪组的开合度亦不同。

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