CN113308365A - 自动化微生物工作站及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自动化微生物工作站及其工作方法。该自动化微生物工作站包括：生物站桌面系统框架，生物站桌面系统框架上沿逆时针方向依次设置有第一机器人、第二机器人、试管开盖模块、试管缓存模块、锥形瓶供料模块、盐水分液模块、转运托盘模块、平皿供料模块、平皿旋转工作台、培养基加注模块、垃圾桶以及吸头供料模块；第一机器人上设置有移液枪夹具，第二机器人上设置有机械臂夹指。本发明的自动化微生物工作站可实现样本稀释、平皿样本加注、试管样本加注以及样本二次加注等工作，布局合理，操作便捷，减小人工操作误差，避免人工操作不规范对实验准确性造成的影响，易于实现操作的标准化，显著提升实验效率。

Description

自动化微生物工作站及其工作方法
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，尤其涉及一种自动化微生物工作站及其工作方法。
背景技术
微生物的常见的检测方法有：生长量测定法、微生物计数法、生理指标法和商业化快速微生物检测等。微生物计数法中，菌落总数计数为食品检样经过处理，在一定条件下(如培养基、培养温度和培养时间等)培养后，所得每g(mL)检样中形成的微生物菌落总数。大肠菌群计数为在一定培养条件下能发酵乳糖、产酸产气的需氧和兼性厌氧革兰氏阴性无芽胞杆菌。MPN法(Most Probable Number Method最大可能数)是统计学和微生物学结合的一种定量检测法。待测样品经系列稀释并培养后，根据其未生长的最低稀释度与生长的最高稀释度，应用统计学概率论推算出待测样品中大肠菌群的最大可能数。平板计数法：大肠菌群在固体培养基中发酵乳糖产酸,在指示剂的作用下形成可计数的红色或紫色,带有或不带有沉淀环的菌落。
现有的微生物计数法菌落总数的检验程序采用人工操作，首先制成1:10的样品匀液，记号笔样品信息和稀释度标注无菌培养皿，用1ml无菌吸管或微量移液器，吸取前一稀释度样品匀液1ml，沿管壁缓慢注入9ml，稀释液的无菌试管中，震摇试管或换一支无菌吸管反复吹打，混合均匀，吸取1ml匀液加入无菌培养皿，每个稀释度，2个培养皿，分别吸收1ml空白稀释液加入2个无菌培养皿，作为空白对照。之前准备好的平板琼脂46度水域锅中取出，倾注于培养皿中，倾注15ml-20ml，可将培养皿叠放，顺时针转动，培养基于样品稀释液充分摇匀，摇均后培养皿至于水平台面冷区凝固，凝固后将培养皿翻转，倒置放入培养箱。现有技术中，上述过程中涉及的样本稀释、基于平皿的样本加注操作、基于试管的样本加注操作以及样本二次加注操作等工作，都需要人工进行操作，但人工操作时，不同人在操作过程中会出现不同的误差，操作步骤存在不规范时会对检测准确性造成影响，不能实现标准化，实验效率也较低。
发明内容
本发明提供一种自动化微生物工作站及其工作方法，以解决现有技术中采用人工操作，误差较大，容易对检测准确性造成影响，不能实现标准化，实验效率也较低的问题。
第一方面，本发明提供一种自动化微生物工作站，包括：生物站桌面系统框架，所述生物站桌面系统框架上沿逆时针方向依次设置有第一机器人、第二机器人、试管开盖模块、试管缓存模块、锥形瓶供料模块、盐水分液模块、转运托盘模块、平皿供料模块、平皿旋转工作台、培养基加注模块、垃圾桶以及吸头供料模块；所述第一机器人上设置有移液枪夹具，所述移液枪夹具上设置有第一伺服电机，所述移液枪夹具用于固定移液枪，并通过所述第一伺服电机驱动移液枪完成吸液、加液和取下吸头操作；所述第二机器人上设置有机械臂夹指，所述机械臂夹指用于夹取试管架、锥形瓶以及平皿。
进一步地，所述生物站桌面系统框架的内部设置有第一机器人安装底座、第二机器人安装底座、第一机器人主机以及第二机器人主机；所述第一机器人设置于所述第一机器人安装底座上，所述第二机器人设置于所述第二机器人安装底座上，所述第一机器人安装底座和第二机器人安装底座底部分别设置有机器人底座地脚，所述第一机器人主机与所述第一机器人通信连接，所述第二机器人主机与所述第二机器人通信连接，所述生物站桌面系统框架两端设置有散热风扇。
进一步地，所述生物站桌面系统框架使用型材搭建，所述生物站桌面系统框架包括型材框架、设置于型材框架上方的桌面和设置于型材框架侧面部分的铝制板，所述型材框架与地面之间通过型材地脚连接。
进一步地，所述锥形瓶供料模块设置有锥形瓶供料模块传送带以及传送带调速按钮，所述锥形瓶供料模块传送带用于承载空置的锥形瓶，将锥形瓶传送至盐水分液模块进行消毒、加液操作，之后等待机械臂夹指夹取，以进行下一步实验流程；所述盐水分液模块设置有位置传感器、酒精加注管以及盐水加注管，所述盐水分液模块用于在位置传感器感应到锥形瓶供料模块传输至盐水分液模块的锥形瓶时，通过酒精加注管对空的锥形瓶加注酒精进行消毒操作，之后通过盐水加注管对锥形瓶加注盐水，等待机械臂夹指夹取。
进一步地，所述培养基加注模块内部设置有玻璃瓶，所述玻璃瓶内储存有培养基，所述玻璃瓶周围由保温外壳包裹，所述培养基通过软管与蠕动泵连接，当蠕动泵工作时，培养基被加注到平皿旋转工作台上的平皿中；所述平皿供料模块下部位于生物站桌面系统框架内部，用于为实验提供平皿，所述平皿供料模块底部设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机用于控制平皿供料模块的旋转和抬升；所述平皿旋转工作台用于当机械臂夹指将平皿夹取到平皿旋转工作台上并开盖后，通过旋转将平皿移送到培养基加注位置。
进一步地，所述试管缓存模块分为两个缓存层，每个缓存层可以储存数个试管架，缓存层底部与转盘连接；所述转盘由第三伺服电机驱动，每次可以转动18度，以供机械臂夹指夹取；所述试管缓存模块后侧设置颜色传感器，所述颜色传感器用于检测两种颜色不同的试管架，所述颜色传感器的位置与夹取位置成90度。
第二方面，本发明提供一种上述自动化微生物工作站的工作方法，包括：
接收进行样本稀释操作的任务指令，所述任务指令包括样本稀释浓度；
控制锥形瓶供料模块输出新的锥形瓶至盐水分液模块进行消毒、加液操作；控制第一机器人通过移液枪夹具夹取移液器；
检测是否有锥形瓶输出；
如果没有锥形瓶输出，发出锥形瓶补料提示；
如果有锥形瓶输出，控制第二机器人的机械臂夹指夹取所述锥形瓶并移动至转运托盘模块；控制第一机器人通过移液枪夹具从吸头供料模块加装吸头，吸取样本；
控制第二机器人的机械臂夹指将锥形瓶从转运托盘模块上取出，控制第一机器人通过移液枪夹具将样本注入第二机器人的机械臂夹指上的锥形瓶内；
控制第二机器人的机械臂夹指对锥形瓶内样本进行摇匀后，将锥形瓶放回至转运托盘模块；控制第一机器人将吸头丢弃到垃圾桶；
检测是否完成本次样本所需的稀释浓度；
如果没有完成本次样本所需的稀释浓度，重复控制锥形瓶供料模块的锥形瓶供料模块传送带输出新的锥形瓶至盐水分液模块进行消毒、加液操作的步骤，以及控制第一机器人通过移液枪夹具从吸头供料模块加装吸头，吸取样本的步骤；
如果完成本次样本所需的稀释浓度，按照样本检测项目的不同，执行后续的基于平皿或者试管的样本检测操作。
进一步地，所述任务指令包括样本检测项目，在所述样本检测项目为基于平皿的样本加注操作的情况下，所述方法还包括：
控制平皿供料模块输出新的平皿；控制第一机器人通过移液枪夹具夹取移液器；
检测是否有平皿输出；
如果没有平皿输出，发出平皿补料提示；
如果有平皿输出，控制第二机器人的机械臂夹指夹取所述平皿并移动至平皿旋转工作台并取下平皿盖；控制第一机器人通过移液枪夹具从吸头供料模块加装吸头，吸取样本；
控制第一机器人通过移液枪夹具将样本注入第二机器人的机械臂夹指上的平皿内；
控制平皿旋转工作台转动，将所述平皿旋转至培养基加注模块工位；控制第一机器人将吸头丢弃到垃圾桶；
检测培养基加注模块的培养基余量是否充足；
如果培养基加注模块的培养基余量不充足，发出培养基补料提示；
如果培养基加注模块的培养基余量充足，控制培养基加注模块加注培养基至平皿；
控制平皿旋转工作台对平皿旋转摇匀后，将平皿转动回原始位置；
控制第二机器人的机械臂夹指将平皿盖盖回后，将平皿放入转运托盘模块；
检测是否完成对本次所需的所有平皿的样本加注操作；
如果没有完成对本次所需的所有平皿的样本加注操作，重复控制平皿供料模块输出新的平皿的步骤，以及控制第一机器人通过移液枪夹具从吸头供料模块加装吸头，吸取样本的步骤；
如果完成对本次所需的所有平皿的样本加注操作，发出取走转运托盘模块的提示信息。
进一步地，所述任务指令包括样本检测项目，在所述样本检测项目为基于试管的样本加注操作的情况下，所述方法还包括：
检测试管缓存模块是否有所需试管架；
如果试管缓存模块没有所需试管架，发出试管架补料提示；
如果试管缓存模块有所需试管架，控制第二机器人的机械臂夹指夹取所述试管架并移动至试管开盖模块对试管进行开盖；控制第一机器人通过移液枪夹具夹取移液器；
控制第二机器人的机械臂夹指将开盖后的试管移动至操作位置；
控制第一机器人通过移液枪夹具从吸头供料模块加装吸头，吸取样本；
控制第一机器人通过移液枪夹具将样本注入第二机器人的机械臂夹指上的试管内；
控制第一机器人将吸头丢弃到垃圾桶；
检测是否完成预设次数的试管加注；
如果没有完成预设次数的试管加注，重复检测试管缓存模块是否有所需试管架的步骤，以及控制第一机器人通过移液枪夹具夹取移液器的步骤；
如果完成预设次数的试管加注，控制第二机器人的机械臂夹指将试管移动至试管开盖模块对试管进行加盖；
控制第二机器人的机械臂夹指对加盖后的试管摇匀后，放入转运托盘模块；
检测是否完成本次所需的所有试管的样本加注操作；
如果没有完成本次所需的所有试管的样本加注操作，重复检测试管缓存模块是否有所需试管架的步骤，以及控制第一机器人通过移液枪夹具夹取移液器的步骤；
如果完成本次所需的所有试管的样本加注操作，发出取走转运托盘模块的提示信息。
进一步地，所述任务指令包括样本检测项目，在所述样本检测项目为样本二次加注的情况下，所述方法还包括：
控制第二机器人的机械臂夹指从转运托盘模块夹取平皿，并及将平皿移动至平皿旋转工作台；
控制第二机器人的机械臂夹指取下平皿的平皿盖；
控制平皿旋转工作台转动，将所述平皿旋转至培养基加注模块工位；
检测培养基加注模块的培养基余量是否充足；
如果培养基加注模块的培养基余量不充足，发出培养基补料提示；
如果培养基加注模块的培养基余量充足，控制培养基加注模块加注培养基至平皿；
控制平皿旋转工作台对平皿旋转摇匀后，将平皿转动回原始位置；
控制第二机器人的机械臂夹指将平皿盖盖回后，将平皿放入转运托盘模块；
检测是否完成对本次所需的所有平皿的样本二次加注操作；
如果没有完成对本次所需的所有平皿的样本二次加注操作，重复控制第二机器人的机械臂夹指从转运托盘模块夹取平皿，并及将平皿移动至平皿旋转工作台的步骤；
如果完成对本次所需的所有平皿的样本二次加注操作，发出取走转运托盘模块的提示信息。
本发明的有益效果如下：本发明提供的一种自动化微生物工作站及其工作方法，自动化微生物工作站的生物站桌面系统框架，上沿逆时针方向依次设置有第一机器人、第二机器人、试管开盖模块、试管缓存模块、锥形瓶供料模块、盐水分液模块、转运托盘模块、平皿供料模块、平皿旋转工作台、培养基加注模块、垃圾桶以及吸头供料模块；第一机器人上设置有移液枪夹具，移液枪夹具上设置有第一伺服电机，移液枪夹具用于固定移液枪，并通过第一伺服电机驱动移液枪完成吸液、加液和取下吸头操作；第二机器人上设置有机械臂夹指，机械臂夹指用于夹取试管架、锥形瓶以及平皿，通过本发明的自动化微生物工作站，可实现样本稀释、基于平皿的样本加注操作、基于试管的样本加注操作以及样本二次加注操作等工作，该自动化微生物工作站布局合理，操作便捷，与传统人工操作相比，减小了人工操作过程中出现的误差，避免了人工操作步骤存在不规范等因素对实验准确性造成的不利影响，易于实现操作的标准化，并且可显著提升实验效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的自动化微生物工作站的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的自动化微生物工作站的主视图。
图3为本发明实施例提供的自动化微生物工作站的一种工作流程图。
图4为本发明实施例提供的自动化微生物工作站的另一种工作流程图。
图示说明：1-生物站桌面系统框架；2-移液枪夹具；3-锥形瓶供料模块；4-盐水分液模块；5-培养基加注模块；6-平皿供料模块；7-平皿旋转工作台；8-机械臂夹指；9-试管缓存模块；10-试管开盖模块；11-吸头供料模块；12-转运托盘模块；13-垃圾桶；14-第一机器人；15-第二机器人；16-颜色传感器；17-散热风扇；18-第一机器人安装底座；19-机器人底座地脚；20-型材地脚；21-第一机器人主机；22-第二机器人主机；23-锥形瓶供料模块传送带；24-传送带调速按钮；25-第二机器人安装底座。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
请参阅图1和图2，本发明提供一种自动化微生物工作站，包括：生物站桌面系统框架1，生物站桌面系统框架1上沿逆时针方向依次设置有第一机器人14、第二机器人15、试管开盖模块10、试管缓存模块9、锥形瓶供料模块3、盐水分液模块4、转运托盘模块12、平皿供料模块6、平皿旋转工作台7、培养基加注模块5、垃圾桶13以及吸头供料模块11。
其中，第一机器人14上设置有移液枪夹具2，移液枪夹具2上设置有第一伺服电机，移液枪夹具2用于固定移液枪，并通过第一伺服电机驱动移液枪完成吸液、加液和取下吸头操作。移液枪用于吸取实验样本和加注实验样本，为了使机械臂能够操作移液枪，需要设计一个移液枪夹取模块2，能够使得机械臂夹取或放置移液枪，为移液枪夹取对应的吸头(1ml或10ml)。第二机器人15上设置有机械臂夹指8，机械臂夹指8用于夹取试管架、锥形瓶以及平皿，因此，机械臂夹指8的设计需要同时满足对夹取试管架、锥形瓶以及平皿的夹持要求。
生物站桌面系统框架1的内部设置有第一机器人安装底座18、第二机器人安装底座25、第一机器人主机21以及第二机器人主机22。第一机器人14设置于第一机器人安装底座18上，第二机器人15设置于第二机器人安装底座25上，第一机器人安装底座18和第二机器人安装底座25底部分别设置有机器人底座地脚19，第一机器人主机21与第一机器人14通信连接，第二机器人主机22与第二机器人15通信连接，第一机器人主机21和第二机器人主机22分别用于控制第一机器人14、第二机器人15的动作。第一机器人主机21、第二机器人主机22具体可以是工业机器人或者协作机器人等。
生物站桌面系统框架1还设置有HMI模块，实验站的所有实验信息会集中显示在HMI显示屏幕上，由操作人员在HMI模块上发出具体实验指令，进而提供HMI模块向自动化微生物工作站各个模块发送信号及控制其动作。生物站桌面系统框架1两端设置有散热风扇17，可用于对生物站桌面系统框架1内部的组件进行散热。
具体地，生物站桌面系统框架1使用型材搭建，生物站桌面系统框架1包括型材框架、设置于型材框架上方的桌面和设置于型材框架侧面部分的铝制板，型材框架与地面之间通过型材地脚20连接。型材框架为实验站提供了整体支撑，型材地脚20有效地分散了实验站重量。
具体地，锥形瓶供料模块3为实验站提供锥形瓶供料，锥形瓶供料模块3设置有锥形瓶供料模块传送带23以及传送带调速按钮24，锥形瓶供料模块传送带23用于承载空置的锥形瓶(大约40-60个)，将锥形瓶传送至盐水分液模块4进行消毒、加液操作，之后等待机械臂夹指8夹取，以进行下一步实验流程；盐水分液模块4设置有位置传感器、酒精加注管以及盐水加注管，盐水分液模块4用于在位置传感器感应到锥形瓶供料模块3传输至盐水分液模块4的锥形瓶时，通过酒精加注管对空的锥形瓶加注酒精进行消毒操作，之后通过盐水加注管对锥形瓶加注盐水，等待机械臂夹指8夹取。
具体地，培养基加注模块5内部设置有玻璃瓶，玻璃瓶内储存有培养基，玻璃瓶周围由保温外壳包裹，培养基内的温度保持在43度左右，培养基通过软管与蠕动泵连接，当蠕动泵工作时，培养基被加注到平皿旋转工作台7上的平皿中。
具体地，平皿供料模块6下部位于生物站桌面系统框架1内部，用于为实验提供平皿，一共可以储存约100个一次性平皿，平皿供料模块6底部设置有第二伺服电机，第二伺服电机用于控制平皿供料模块6的旋转和抬升。
具体地，平皿旋转工作台7用于当机械臂夹指8将平皿夹取到平皿旋转工作台7上并开盖后，通过旋转将平皿移送到培养基加注位置。平皿旋转台可以容纳四个平皿，增加了处理平皿的效率。
具体地，试管缓存模块9分为两个缓存层，每个缓存层可以储存数个试管架，每一个试管架上由三个独立的试管，每个试管都有试管塞。例如，每个缓存层可以储存20个试管架，缓存层底部与转盘连接；转盘由第三伺服电机驱动，每次可以转动18度，以供机械臂夹指8夹取；试管缓存模块9后侧设置颜色传感器16，颜色传感器16用于检测两种颜色不同的试管架，颜色传感器16的位置与夹取位置成90度，颜色传感器16可用于识别当前夹取位置的试管架是否是所需的试管架，以便对所需试管架进行准确抓取。
具体地，试管开盖模块10能够夹住试管并且同时对一个试管架上的三个试管进行开盖处理，开盖后塞子依然留在开盖模块上，当试管的实验流程结束后，机械臂夹取试管架在开盖模块重新塞上试管塞。
具体地，吸头供料模块11用于放置1ml和10ml两种不同规格的吸头，吸头为满足移液枪蘸取所需的吸头。
具体地，转运托盘模块12主要分为托盘支架和托盘本体，当实验开始时，操作人员将带有盐水袋的托盘置于托盘支架上，托盘支架下方的读码器读取托盘上的二维码，确认托盘安装无误后，开始实验流程，当机械臂完成夹取放置试管、锥形瓶和平皿后，操作人员将取走置于托盘上的实验样本。
本发明还提供上述一种自动化微生物工作站的工作方法，具体包括如下步骤：
首先，HMI模块接收进行样本稀释操作的任务指令，所述任务指令包括样本稀释浓度。然后，控制锥形瓶供料模块3输出新的锥形瓶至盐水分液模块4进行消毒、加液操作。控制第一机器人14通过移液枪夹具2夹取移液器。检测是否有锥形瓶输出。如果没有锥形瓶输出，发出锥形瓶补料提示。如果有锥形瓶输出，控制第二机器人15的机械臂夹指8夹取所述锥形瓶并移动至转运托盘模块12。控制第一机器人14通过移液枪夹具2从吸头供料模块11加装吸头，吸取样本。控制第二机器人15的机械臂夹指8将锥形瓶从转运托盘模块12上取出，控制第一机器人14通过移液枪夹具2将样本注入第二机器人15的机械臂夹指8上的锥形瓶内。控制第二机器人15的机械臂夹指8对锥形瓶内样本进行摇匀后，将锥形瓶放回至转运托盘模块12。控制第一机器人14将吸头丢弃到垃圾桶13。检测是否完成本次样本所需的稀释浓度。如果没有完成本次样本所需的稀释浓度，重复控制锥形瓶供料模块3的锥形瓶供料模块传送带23输出新的锥形瓶至盐水分液模块4进行消毒、加液操作的步骤，以及控制第一机器人14通过移液枪夹具2从吸头供料模块11加装吸头，吸取样本的步骤。如果完成本次样本所需的稀释浓度，按照样本检测项目的不同，执行后续的基于平皿或者试管的样本检测操作。
作为一种可选的实施方式，所述任务指令包括样本检测项目，在所述样本检测项目为基于平皿的样本加注操作的情况下，所述方法还包括：控制平皿供料模块6输出新的平皿。控制第一机器人14通过移液枪夹具2夹取移液器。检测是否有平皿输出。如果没有平皿输出，发出平皿补料提示。如果有平皿输出，控制第二机器人15的机械臂夹指8夹取所述平皿并移动至平皿旋转工作台7并取下平皿盖。控制第一机器人14通过移液枪夹具2从吸头供料模块11加装吸头，吸取样本。控制第一机器人14通过移液枪夹具2将样本注入第二机器人15的机械臂夹指8上的平皿内。控制平皿旋转工作台7转动，将所述平皿旋转至培养基加注模块5工位。控制第一机器人14将吸头丢弃到垃圾桶13。检测培养基加注模块5的培养基余量是否充足。如果培养基加注模块5的培养基余量不充足，发出培养基补料提示。如果培养基加注模块5的培养基余量充足，控制培养基加注模块5加注培养基至平皿。控制平皿旋转工作台7对平皿旋转摇匀后，将平皿转动回原始位置。控制第二机器人15的机械臂夹指8将平皿盖盖回后，将平皿放入转运托盘模块12。检测是否完成对本次所需的所有平皿的样本加注操作。如果没有完成对本次所需的所有平皿的样本加注操作，重复控制平皿供料模块6输出新的平皿的步骤，以及控制第一机器人14通过移液枪夹具2从吸头供料模块11加装吸头，吸取样本的步骤。如果完成对本次所需的所有平皿的样本加注操作，发出取走转运托盘模块12的提示信息。
作为一种可选的实施方式，所述任务指令包括样本检测项目，在所述样本检测项目为基于试管的样本加注操作的情况下，所述方法还包括：检测试管缓存模块9是否有所需试管架。如果试管缓存模块9没有所需试管架，发出试管架补料提示。如果试管缓存模块9有所需试管架，控制第二机器人15的机械臂夹指8夹取所述试管架并移动至试管开盖模块10对试管进行开盖。控制第一机器人14通过移液枪夹具2夹取移液器。控制第二机器人15的机械臂夹指8将开盖后的试管移动至操作位置。控制第一机器人14通过移液枪夹具2从吸头供料模块11加装吸头，吸取样本。控制第一机器人14通过移液枪夹具2将样本注入第二机器人15的机械臂夹指8上的试管内。控制第一机器人14将吸头丢弃到垃圾桶13。检测是否完成预设次数的试管加注。如果没有完成预设次数的试管加注，重复检测试管缓存模块9是否有所需试管架的步骤，以及控制第一机器人14通过移液枪夹具2夹取移液器的步骤。如果完成预设次数的试管加注，控制第二机器人15的机械臂夹指8将试管移动至试管开盖模块10对试管进行加盖。控制第二机器人15的机械臂夹指8对加盖后的试管摇匀后，放入转运托盘模块12。检测是否完成本次所需的所有试管的样本加注操作。如果没有完成本次所需的所有试管的样本加注操作，重复检测试管缓存模块9是否有所需试管架的步骤，以及控制第一机器人14通过移液枪夹具2夹取移液器的步骤。如果完成本次所需的所有试管的样本加注操作，发出取走转运托盘模块12的提示信息。
作为一种可选的实施方式，所述任务指令包括样本检测项目，在所述样本检测项目为样本二次加注的情况下，所述方法还包括：控制第二机器人15的机械臂夹指8从转运托盘模块12夹取平皿，并及将平皿移动至平皿旋转工作台7。控制第二机器人15的机械臂夹指8取下平皿的平皿盖。控制平皿旋转工作台7转动，将所述平皿旋转至培养基加注模块5工位。检测培养基加注模块5的培养基余量是否充足。如果培养基加注模块5的培养基余量不充足，发出培养基补料提示。如果培养基加注模块5的培养基余量充足，控制培养基加注模块5加注培养基至平皿。控制平皿旋转工作台7对平皿旋转摇匀后，将平皿转动回原始位置。控制第二机器人15的机械臂夹指8将平皿盖盖回后，将平皿放入转运托盘模块12。检测是否完成对本次所需的所有平皿的样本二次加注操作。如果没有完成对本次所需的所有平皿的样本二次加注操作，重复控制第二机器人15的机械臂夹指8从转运托盘模块12夹取平皿，并及将平皿移动至平皿旋转工作台7的步骤。如果完成对本次所需的所有平皿的样本二次加注操作，发出取走转运托盘模块12的提示信息。
下面结合具体实验，对本发明的自动化微生物工作站的工作流程进行详细说明。利用本发明的自动化微生物工作站，可以实现国家标准GB4789.1，GB4789.2对于菌群总数和大肠菌群的部分实验流程。
一、菌落总数的检验流程如下：
首先，人工操作部分包括：以无菌吸管吸取25mL样品置盛有225mL磷酸盐缓冲液或生理盐水的无菌锥形瓶(瓶内预置适当数量的无菌玻璃珠)中，充分混匀，制成1∶10的样品匀液。称取25g样品置盛有225mL磷酸盐缓冲液或生理盐水的无菌均质杯内，8000r/min～10000r/min均质1mi n～2min，或放入盛有225mL稀释液的无菌均质袋中，用拍击式均质器拍打1mi n～2min，制成1∶10的样品匀液。
然后，接下来是可以用本发明的自动化微生物工作站代替人工操作的部分：用1mL无菌吸管或微量移液器吸取1∶10样品匀液1mL，沿管壁缓慢注于盛有9mL稀释液的无菌试管中(注意吸管或吸头尖端不要触及稀释液面)，振摇试管或换用1支无菌吸管反复吹打使其混合均匀,制成1∶100的样品匀液。按上步操作,制备10倍系列稀释样品匀液。每递增稀释一次，换用1次1mL无菌吸管或吸头。根据对样品污染状况的估计,选择2个～3个适宜稀释度的样品匀液(液体样品可包括原液)，在进行10倍递增稀释时，吸取1mL样品匀液于无菌平皿内，每个稀释度做两个平皿。同时,分别吸取1mL空白稀释液加入两个无菌平皿内作空白对照。及时将15mL～20mL冷却至46℃的平板计数琼脂培养基(可放置于46℃±1℃恒温水浴箱中保温)倾注平皿，并转动平皿使其混合均匀并。之后可采用人工操作进行后续的培养、计算各平板菌落数、计算菌落总数等流程。
上述菌落总数的检验流程中，自动化微生物工作站代替人工操作的部分可以通过如下过程实现：先人工设定本次检测样本培养方法、接种种类、稀释浓度(例如”-1、-2、-3稀释度)。完成人工预处理，将输入物料放置到自动化微生物工作站上相应位置。人工预处理包含：消毒样本及各类容器(平皿、试管、锥形瓶等)。制备1比10样本匀液，即将待检测样本稀释、均质、过滤、置于灭菌袋中待用。制备样本检验所需稀释液(生理盐水)。制备样本培养所需培养基。制备样本培养所需单/双料管。每次更换物料盘上待检测样品。之后便可以利用自动化微生物工作站进行后续流程。
如图3所示，第一机器人14夹取无菌锥形瓶，注入9ml盐水至锥形瓶(浓度-2)，移至操作位置。将锥形瓶(浓度-2)摇匀，将锥形瓶(浓度-2)放入物料盘指定位置。同时，第二机器人15抓取1ml移液器，加装1ml吸头，吸取样本1ml(浓度-1)，将样本(浓度-1)注入锥形瓶(浓度-2)，完成操作后丢弃吸头。重复1次操作后，完成-3浓度样本稀释。
第一机器人14取下平皿盖子(浓度-1/A)，放回平皿盖子(浓度-1/A)，取下平皿盖子(浓度-1/B)，放回平皿盖子(浓度-1/B)。同时，第二机器人15加装1ml吸头，吸取样本1ml(浓度-1)，将样本(浓度-1)注入无菌平皿A，吸取样本(浓度-1)，将样本(浓度-1)注入无菌平皿B，完成操作后丢弃吸头，放回移液器。重复2次操作后，完成样品注入平皿。
第一机器人14取下平皿盖子(浓度-1/A)，放回平皿盖子(浓度-1/A)，旋转平皿使培养基与样液混匀，将注入培养基的平皿放入物料盘，等待凝固。同时，第二机器人15抓取18ml移液器，加装18ml吸头，吸取恒温培养基，将培养基注入平皿(浓度-1/A)，完成操作后丢弃吸头，放回移液器。重复5次操作后，完成培养基注入平皿。等待5-6min后，重复上述操作，二次注入培养基。至此，自动化微生物工作站代替人工操作的部分执行完毕。A、B为平皿编号。
最后，将物料盘输出至窗口，提醒通知人工，将已完成的物料盘取走。接下来进行人工收尾工作：对处理完成的样品(平皿或试管)贴标签或者人工进行编号，并完成后续处理工作(送至恒温箱、菌落计数统计工作等。更换下一次待检测样品。消耗物料补充(稀释瓶、试管、平皿、移液器一次性吸头、样本稀释液、样本培养基等)。处理实验过程中产生的废弃物料。
二、大肠菌群平板计数法检验流程如下：
首先，人工操作部分包括：以无菌吸管吸取25mL样品置盛有225mL磷酸盐缓冲液或生理盐水的无菌锥形瓶(瓶内预置适当数量的无菌玻璃珠)或其他无菌容器中充分振摇或置于机械振荡器中振摇,充分混匀,制成1∶10的样品匀液。
然后，接下来是可以用本发明的自动化微生物工作站代替人工操作的部分：用1mL无菌吸管或微量移液器吸取1∶10样品匀液1mL,沿管壁缓缓注入9mL磷酸盐缓冲液或生理盐水的无菌试管中(注意吸管或吸头尖端不要触及稀释液面),振摇试管或换用1支1mL无菌吸管反复吹打,使其混合均匀,制成1∶100的样品匀液。按上步操作,制备10倍系列稀释样品匀液。每递增稀释一次,换用1次1mL无菌吸管或吸头。根据对样品污染状况的估计,按上述操作,依次制成十倍递增系列稀释样品匀液。每递增稀释1次,换用1支1mL无菌吸管或吸头。选取2个～3个适宜的连续稀释度,每个稀释度接种2个无菌平皿,每皿1mL。同时取1mL生理盐水加入无菌平皿作空白对照。及时将15mL～20mL融化并恒温至46℃的结晶紫中性红胆盐琼脂(VRBA)约倾注于每个平皿中。小心旋转平皿,将培养基与样液充分混匀,待琼脂凝固后,再加3mL～4mL VRBA覆盖平板表层。之后可采用人工操作进行后续的翻转平板,置于36℃±1℃培养18h～24h，计算典型和可疑菌落，BGLB肉汤等。
上述菌落总数的检验流程中，自动化微生物工作站代替人工操作的部分可以通过如下过程实现：流程中，自动化微生物工作站代替人工操作的部分可与菌落总数的检验流程中类似，区别部分进行适应性调整即可，此次不再赘述。
最后，将物料盘输出至窗口，提醒通知人工，将已完成的物料盘取走。接下来进行人工收尾工作：对处理完成的样品(平皿或试管)贴标签或者人工进行编号，并完成后续处理工作(送至恒温箱、菌落计数统计工作等。更换下一次待检测样品。消耗物料补充(稀释瓶、试管、平皿、移液器一次性吸头、样本稀释液、样本培养基等)。处理实验过程中产生的废弃物料。
三、大肠菌群MPN计数法检验流程如下：
首先，人工操作部分包括：以无菌吸管吸取25mL样品置盛有225mL磷酸盐缓冲液或生理盐水的无菌锥形瓶(瓶内预置适当数量的无菌玻璃珠)或其他无菌容器中充分振摇或置于机械振荡器中振摇,充分混匀,制成1∶10的样品匀液。
然后，接下来是可以用本发明的自动化微生物工作站代替人工操作的部分：用1mL无菌吸管或微量移液器吸取1∶10样品匀液1mL,沿管壁缓缓注入9mL磷酸盐缓冲液或生理盐水的无菌试管中(注意吸管或吸头尖端不要触及稀释液面),振摇试管或换用1支1mL无菌吸管反复吹打,使其混合均匀,制成1∶100的样品匀液。按上步操作,制备10倍系列稀释样品匀液。每递增稀释一次,换用1次1mL无菌吸管或吸头。根据对样品污染状况的估计,按上述操作,依次制成十倍递增系列稀释样品匀液。每递增稀释1次,换用1支1mL无菌吸管或吸头。从制备样品匀液至样品接种完毕,全过程不得超过15min。初发酵试验：每个样品,选择3个适宜的连续稀释度的样品匀液(液体样品可以选择原液),每个稀释度接种3管月桂基硫酸盐胰蛋白胨(LST)肉汤，每管接种1mL(如接种量超过1mL,则用双料LST肉汤)。之后人工操作，36℃±1℃培养24h±2h,观察倒管内是否有气泡产生,24h±2h产气者进行复发酵试验(证实试验),如未产气则继续培养至48h±2h,产气者进行复发酵试验。未产气者为大肠菌群阴性。
上述大肠菌群MPN计数法的检验流程中，自动化微生物工作站代替人工操作的部分可以通过如下过程实现：先人工设定本次检测样本培养方法、接种种类、稀释浓度(例如”-1、-2、-3稀释度)。完成人工预处理，将输入物料放置到自动化微生物工作站上相应位置。人工预处理包含：消毒样本及各类容器(平皿、试管、锥形瓶等)。制备1比10样本匀液，即将待检测样本稀释、均质、过滤、置于灭菌袋中待用。制备样本检验所需稀释液(生理盐水)。制备样本培养所需培养基。制备样本培养所需单/双料管。每次更换物料盘上待检测样品。之后便可以利用自动化微生物工作站进行后续流程。
如图4所示，第一机器人14夹取试管(双料管)，试管开盖，将试管移至操作位置，试管(双料管)加盖，将试管(双料管)放入物料盘指定位置。同时，第二机器人15抓取10ml移液器，加装10ml吸头，吸取样本10ml(浓度-1)，将样本(浓度-1)注入试管(双料管)，完成操作后丢弃吸头，放回移液器。重复2次操作后，完成样本(浓度-1)注入试管(双料管)。
第一机器人14夹取无菌锥形瓶，注入9ml盐水至锥形瓶(浓度-2)，将锥形瓶移至操作位置，将锥形瓶(浓度-2)摇匀，将锥形瓶(浓度-2)放入物料盘指定位置。同时，第二机器人15抓取1ml移液器，加装1ml吸头，吸取样本1ml(浓度-1)，将样本(浓度-1)注入锥形瓶(浓度-2)，完成操作后丢弃吸头。完成-2浓度样本稀释。第一机器人14夹取试管(单料管)，试管开盖，将试管移至操作位置，试管(双料管)加盖，将试管(双料管)放入物料盘指定位置。同时，第二机器人15加装1ml吸头，吸取样本(浓度-1)，将样本(浓度-1)注入试管(单料管)，完成操作后丢弃吸头，放回移液器。重复5次操作后，完成样本注入试管(-1浓度3次，-2浓度3次)。至此，自动化微生物工作站代替人工操作的部分执行完毕。
最后，将物料盘输出至窗口，提醒通知人工，将已完成的物料盘取走。接下来进行人工收尾工作：对处理完成的样品(平皿或试管)贴标签或者人工进行编号，并完成后续处理工作(送至恒温箱、菌落计数统计工作等。更换下一次待检测样品。消耗物料补充(稀释瓶、试管、平皿、移液器一次性吸头、样本稀释液、样本培养基等)。处理实验过程中产生的废弃物料。
综上所述，本发明提供的一种自动化微生物工作站及其工作方法，自动化微生物工作站的生物站桌面系统框架，上沿逆时针方向依次设置有第一机器人、第二机器人、试管开盖模块、试管缓存模块、锥形瓶供料模块、盐水分液模块、转运托盘模块、平皿供料模块、平皿旋转工作台、培养基加注模块、垃圾桶以及吸头供料模块；第一机器人上设置有移液枪夹具，移液枪夹具上设置有第一伺服电机，移液枪夹具用于固定移液枪，并通过第一伺服电机驱动移液枪完成吸液、加液和取下吸头操作；第二机器人上设置有机械臂夹指，机械臂夹指用于夹取试管架、锥形瓶以及平皿，通过本发明的自动化微生物工作站，可实现样本稀释、基于平皿的样本加注操作、基于试管的样本加注操作以及样本二次加注操作等工作，该自动化微生物工作站布局合理，操作便捷，与传统人工操作相比，减小了人工操作过程中出现的误差，避免了人工操作步骤存在不规范等因素对实验准确性造成的不利影响，易于实现操作的标准化，并且可显著提升实验效率。
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (10)

1.一种自动化微生物工作站，其特征在于，包括：生物站桌面系统框架(1)，所述生物站桌面系统框架(1)上沿逆时针方向依次设置有第一机器人(14)、第二机器人(15)、试管开盖模块(10)、试管缓存模块(9)、锥形瓶供料模块(3)、盐水分液模块(4)、转运托盘模块(12)、平皿供料模块(6)、平皿旋转工作台(7)、培养基加注模块(5)、垃圾桶(13)以及吸头供料模块(11)；
所述第一机器人(14)上设置有移液枪夹具(2)，所述移液枪夹具(2)上设置有第一伺服电机，所述移液枪夹具(2)用于固定移液枪，并通过所述第一伺服电机驱动移液枪完成吸液、加液和取下吸头操作；所述第二机器人(15)上设置有机械臂夹指(8)，所述机械臂夹指(8)用于夹取试管架、锥形瓶以及平皿。
2.如权利要求1所述的自动化微生物工作站，其特征在于，所述生物站桌面系统框架(1)的内部设置有第一机器人安装底座(18)、第二机器人安装底座(25)、第一机器人主机(21)以及第二机器人主机(22)；所述第一机器人(14)设置于所述第一机器人安装底座(18)上，所述第二机器人(15)设置于所述第二机器人安装底座(25)上，所述第一机器人安装底座(18)和第二机器人安装底座(25)底部分别设置有机器人底座地脚(19)，所述第一机器人主机(21)与所述第一机器人(14)通信连接，所述第二机器人主机(22)与所述第二机器人(15)通信连接，所述生物站桌面系统框架(1)两端设置有散热风扇(17)。
3.如权利要求1所述的自动化微生物工作站，其特征在于，所述生物站桌面系统框架(1)使用型材搭建，所述生物站桌面系统框架(1)包括型材框架、设置于型材框架上方的桌面和设置于型材框架侧面部分的铝制板，所述型材框架与地面之间通过型材地脚(20)连接。
4.如权利要求1所述的自动化微生物工作站，其特征在于，所述锥形瓶供料模块(3)设置有锥形瓶供料模块传送带(23)以及传送带调速按钮(24)，所述锥形瓶供料模块传送带(23)用于承载空置的锥形瓶，将锥形瓶传送至盐水分液模块(4)进行消毒、加液操作，之后等待机械臂夹指(8)夹取，以进行下一步实验流程；所述盐水分液模块(4)设置有位置传感器、酒精加注管以及盐水加注管，所述盐水分液模块(4)用于在位置传感器感应到锥形瓶供料模块(3)传输至盐水分液模块(4)的锥形瓶时，通过酒精加注管对空的锥形瓶加注酒精进行消毒操作，之后通过盐水加注管对锥形瓶加注盐水，等待机械臂夹指(8)夹取。
5.如权利要求1所述的自动化微生物工作站，其特征在于，所述培养基加注模块(5)内部设置有玻璃瓶，所述玻璃瓶内储存有培养基，所述玻璃瓶周围由保温外壳包裹，所述培养基通过软管与蠕动泵连接，当蠕动泵工作时，培养基被加注到平皿旋转工作台(7)上的平皿中；所述平皿供料模块(6)下部位于生物站桌面系统框架(1)内部，用于为实验提供平皿，所述平皿供料模块(6)底部设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机用于控制平皿供料模块(6)的旋转和抬升；所述平皿旋转工作台(7)用于当机械臂夹指(8)将平皿夹取到平皿旋转工作台(7)上并开盖后，通过旋转将平皿移送到培养基加注位置。
6.如权利要求1所述的自动化微生物工作站，其特征在于，所述试管缓存模块(9)分为两个缓存层，每个缓存层可以储存数个试管架，缓存层底部与转盘连接；所述转盘由第三伺服电机驱动，每次可以转动18度，以供机械臂夹指(8)夹取；所述试管缓存模块(9)后侧设置颜色传感器(16)，所述颜色传感器(16)用于检测两种颜色不同的试管架，所述颜色传感器(16)的位置与夹取位置成90度。
7.一种自动化微生物工作站的工作方法，应用于如权利要求1-6任一项所述的自动化微生物工作站，其特征在于，包括：
接收进行样本稀释操作的任务指令，所述任务指令包括样本稀释浓度；
控制锥形瓶供料模块(3)输出新的锥形瓶至盐水分液模块(4)进行消毒、加液操作；控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)夹取移液器；
检测是否有锥形瓶输出；
如果没有锥形瓶输出，发出锥形瓶补料提示；
如果有锥形瓶输出，控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)夹取所述锥形瓶并移动至转运托盘模块(12)；控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)从吸头供料模块(11)加装吸头，吸取样本；
控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)将锥形瓶从转运托盘模块(12)上取出，控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)将样本注入第二机器人(15)的机械臂夹指(8)上的锥形瓶内；
控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)对锥形瓶内样本进行摇匀后，将锥形瓶放回至转运托盘模块(12)；控制第一机器人(14)将吸头丢弃到垃圾桶(13)；
检测是否完成本次样本所需的稀释浓度；
如果没有完成本次样本所需的稀释浓度，重复控制锥形瓶供料模块(3)的锥形瓶供料模块传送带(23)输出新的锥形瓶至盐水分液模块(4)进行消毒、加液操作的步骤，以及控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)从吸头供料模块(11)加装吸头，吸取样本的步骤；
如果完成本次样本所需的稀释浓度，按照样本检测项目的不同，执行后续的基于平皿或者试管的样本检测操作。
8.如权利要求7所述的自动化微生物工作站的工作方法，其特征在于，所述任务指令包括样本检测项目，在所述样本检测项目为基于平皿的样本加注操作的情况下，所述方法还包括：
控制平皿供料模块(6)输出新的平皿；控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)夹取移液器；
检测是否有平皿输出；
如果没有平皿输出，发出平皿补料提示；
如果有平皿输出，控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)夹取所述平皿并移动至平皿旋转工作台(7)并取下平皿盖；控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)从吸头供料模块(11)加装吸头，吸取样本；
控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)将样本注入第二机器人(15)的机械臂夹指(8)上的平皿内；
控制平皿旋转工作台(7)转动，将所述平皿旋转至培养基加注模块(5)工位；控制第一机器人(14)将吸头丢弃到垃圾桶(13)；
检测培养基加注模块(5)的培养基余量是否充足；
如果培养基加注模块(5)的培养基余量不充足，发出培养基补料提示；
如果培养基加注模块(5)的培养基余量充足，控制培养基加注模块(5)加注培养基至平皿；
控制平皿旋转工作台(7)对平皿旋转摇匀后，将平皿转动回原始位置；
控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)将平皿盖盖回后，将平皿放入转运托盘模块(12)；
检测是否完成对本次所需的所有平皿的样本加注操作；
如果没有完成对本次所需的所有平皿的样本加注操作，重复控制平皿供料模块(6)输出新的平皿的步骤，以及控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)从吸头供料模块(11)加装吸头，吸取样本的步骤；
如果完成对本次所需的所有平皿的样本加注操作，发出取走转运托盘模块(12)的提示信息。
9.如权利要求7所述的自动化微生物工作站的工作方法，其特征在于，所述任务指令包括样本检测项目，在所述样本检测项目为基于试管的样本加注操作的情况下，所述方法还包括：
检测试管缓存模块(9)是否有所需试管架；
如果试管缓存模块(9)没有所需试管架，发出试管架补料提示；
如果试管缓存模块(9)有所需试管架，控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)夹取所述试管架并移动至试管开盖模块(10)对试管进行开盖；控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)夹取移液器；
控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)将开盖后的试管移动至操作位置；
控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)从吸头供料模块(11)加装吸头，吸取样本；
控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)将样本注入第二机器人(15)的机械臂夹指(8)上的试管内；
控制第一机器人(14)将吸头丢弃到垃圾桶(13)；
检测是否完成预设次数的试管加注；
如果没有完成预设次数的试管加注，重复检测试管缓存模块(9)是否有所需试管架的步骤，以及控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)夹取移液器的步骤；
如果完成预设次数的试管加注，控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)将试管移动至试管开盖模块(10)对试管进行加盖；
控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)对加盖后的试管摇匀后，放入转运托盘模块(12)；
检测是否完成本次所需的所有试管的样本加注操作；
如果没有完成本次所需的所有试管的样本加注操作，重复检测试管缓存模块(9)是否有所需试管架的步骤，以及控制第一机器人(14)通过移液枪夹具(2)夹取移液器的步骤；
如果完成本次所需的所有试管的样本加注操作，发出取走转运托盘模块(12)的提示信息。
10.如权利要求7所述的自动化微生物工作站的工作方法，其特征在于，所述任务指令包括样本检测项目，在所述样本检测项目为样本二次加注的情况下，所述方法还包括：
控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)从转运托盘模块(12)夹取平皿，并及将平皿移动至平皿旋转工作台(7)；
控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)取下平皿的平皿盖；
控制平皿旋转工作台(7)转动，将所述平皿旋转至培养基加注模块(5)工位；
检测培养基加注模块(5)的培养基余量是否充足；
如果培养基加注模块(5)的培养基余量不充足，发出培养基补料提示；
如果培养基加注模块(5)的培养基余量充足，控制培养基加注模块(5)加注培养基至平皿；
控制平皿旋转工作台(7)对平皿旋转摇匀后，将平皿转动回原始位置；
控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)将平皿盖盖回后，将平皿放入转运托盘模块(12)；
检测是否完成对本次所需的所有平皿的样本二次加注操作；
如果没有完成对本次所需的所有平皿的样本二次加注操作，重复控制第二机器人(15)的机械臂夹指(8)从转运托盘模块(12)夹取平皿，并及将平皿移动至平皿旋转工作台(7)的步骤；
如果完成对本次所需的所有平皿的样本二次加注操作，发出取走转运托盘模块(12)的提示信息。
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CN114907964A (zh) * 2022-06-23 2022-08-16 北京蓝晶微生物科技有限公司 取样系统及取样方法
CN114995467A (zh) * 2022-08-08 2022-09-02 中国科学技术大学 化学机器人管理和规划调度系统、方法及设备

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