CN208420957U - 用于肯定分配验证的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型的名称是肯定分配验证传感器。公开了用于肯定分配验证的系统和方法。在一个实施方式中，系统具有多个光发射体。来自光发射体的光跨越近似水平平面被引导朝向多个光检测器。液体分配装置被定位在从多个光发射体至多个光检测器的光发射的水平平面以上，使得分配的液体将行进通过由发射的光限定的水平平面并至被接种的容器上。多个检测器中每个被连接至放大器。放大器响应于当光路被液体的分配打断时从光发射体至光检测器的光的传输的中断产生信号，确认液体被分配至容器上。

Description

用于肯定分配验证的系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年10月28日提交的美国临时申请号62/414,413的权益，并且其通过引用并入本文。

技术领域

本实用新型涉及用于验证分配装置——诸如移液管——何时将样品成功地分配入容器或载片的系统和方法。

背景技术

存在各种系统以精简接种和样品的测试以及增加其效率。为了接种样品容器，移液管常常被用于将样品分配入容器。为了确保正确检测肯定(positive) 分配或其缺乏，已知若干技术，诸如视觉系统和压力监测方法。在视觉系统中，照相机有时被用于拍摄样品的滴落。为了准确检测肯定分配，常常需要复杂的图像处理和分析。在压力监测系统中，敏感压力传感器(transducer)被内置在移液通道中，使得其可以在分配期间检测压力变化。然而，特别对于压力系统，现有的压力传感器不能够检测紧贴至移液管的尖端的液滴和已经由移液管分配的液滴之间的区别。而且，视觉、压力和其他现有技术是昂贵的，消耗大量物理空间，缺乏可靠性或具有这些限制的组合。随着样品(即，液滴) 大小变得更小，这些挑战变得更加明显。

因此，存在用于液体的准确肯定分配验证的改进的系统和方法的需要。

实用新型内容

公开了用于肯定分配验证的系统和方法。在一个实施方式中，系统具有多个光发射体。来自发射体的光跨越近似水平平面被引导朝向多个光检测器。如本文中所使用“近似水平”指光幕相对于由液体分配装置将分配液体至其上的表面限定的平面的取向。然而，光幕不需要平行于液体将分配至其上的表面。液体分配装置被定位在从多个光发射体至多个光检测器的光发射的水平平面之上，使得分配的液体将行进通过由发射的光限定的水平平面并至被接种的容器上。多个检测器中的每个被连接至放大器。当光路被液体的分配打断时，放大器响应于从光发射体至光检测器的光的传输中断产生信号，确认液体被分配至容器上。

本公开内容的一个方面涉及用于肯定分配验证的系统，系统包括：多个光检测器；多个光发射体，其中从光发射体发射的光被引导朝向多个光检测器；液体分配装置，其定位在光幕以上，光幕由被引导从多个光发射体朝向多个光检测器的光限定，使得从液体分配装置分配的液体将行进通过光幕；和放大器，其通信地连接至多个光检测器，其中放大器响应于从多个光发射体至多个光检测器的光的传输的中断产生信号。

在一些实施方式中，光幕与液体分配装置将分配液体至其上的表面成近似水平的关系。在一些实施方式中，光幕近似平行于液体分配装置将分配液体至其上的表面。在一些实施方式中，多个光发射体发射在800nm和900nm 之间的光。在一些实施方式中，多个光检测器具有与多个光发射体近似相同的尺寸。在一些实施方式中，多个光发射体包括以行分布并且彼此近似等距间隔的光发射体的阵列。在一些实施方式中，多个光发射体包括多个以行分布的光发射体的阵列。

在一些实施方式中，液体分配装置和光幕之间的空间为使得具有至少10 微升的体积的液滴将跨越空间。在一些实施方式中，从液体分配装置分配的液体的三微升的液滴引起放大器响应于从多个光发射体至多个光检测器的光的传输的中断产生信号。在一些实施方式中，光幕不具有这样的空隙：空隙将允许从液体分配装置分配的三微升或更多微升的液体的液滴穿过光幕而不引起放大器响应于从多个光发射体至多个光检测器的光的传输的中断产生信号。

在一些实施方式中，多个光发射体和多个光检测器之间的空间足够大以容纳样品盘。在一些实施方式中，系统进一步包括：传送装置，其配置为(a) 在(i)多个光发射体和(ii)多个光检测器之间和(b)在(i)液体分配装置和(ii)光幕以下定位样品盘，使得从液体分配装置分配的液体将行进通过光幕并且落至样品盘上。在一些实施方式中，光幕相对于传送装置的行进方向成直角。在一些实施方式中，光幕相对于传送装置的行进方向成非直角。

在一些实施方式中，系统进一步包括闭锁电路，其通信地连接至放大器，其中闭锁电路保留从多个光发射体至多个光检测器的光的传输的中断发生的确认。在一些实施方式中，闭锁电路仅在液体被从液体分配装置分配之前开始并且在液体已经被分配之后结束的时间窗期间打开。在一些实施方式中，系统进一步包括一个或多个处理器，其配置为：通过阅读存储在闭锁电路中的数据标识肯定分配何时已经发生；和在已经标识肯定分配之后停用闭锁电路。

附图说明

图1是根据一个实施方式的肯定分配验证系统的俯视图。

图2A图1中所示的实施方式的侧视图。

图2B是图2A中所示的肯定分配验证发射体的部分截面图。

图2C是图2A中所示的肯定分配验证接收器的部分截面图。

具体实施方式

参考附图详细描述本公开内容的实施方式，其中同样的参考数字标识类似或一致的要素。应当理解，公开的实施方式仅仅是公开内容的实例，其可以以各种形式体现。不详细描述熟知的功能或结构，以避免不必要地详细模糊本公开内容。因此，本文中公开的具体的结构和功能细节不被解释为限制性的，而仅仅作为权利要求的基础和作为教导本领域技术人员在任何适当的细节结构中不同地采用本公开内容的代表性基础。

本实用新型涉及用于验证分配装置——诸如移液管——何时将样品成功地分配入容器或载片的系统和方法。这还被称为肯定分配验证或“PDV”。样品在本文中被称为液体，但也考虑样品可以是固体。在用于微生物测试的样品的背景下描述本文中描述的系统和方法，微生物测试包括用于以样品接种生长介质的过程。然而，这类描述是非限制性的并且考虑了描述的系统和方法可以被用于期望材料——如液体——的准确肯定分配验证的任何背景中。

在一个方面，本实用新型涉及用于PDV的系统。图1和2A图解了PDV 系统10的一个实施方式。系统10包括传感器装置20、目标盘30和仪器50。系统10的一个示例性仪器50是Becton Dickinson Kiestra^TM(“BD”)提供的InoqulA^TM。当仪器50是InoqulA时，用于接种、培育和测试样品的过程是完全自动化的。InoqulA利用三个机械臂，用于自动化传送患者样品管、移液管和其中布置的任意样品至仪器周围的各个位置。具体地，一个机械臂配置为从移液管传送和分配样品至目标盘内。如将在下面更加详细描述，在移液管和目标盘之间由PDV传感器检测样品。

返回至系统10的元件，传感器装置20结构上连接至仪器50并且包括PDV 发射体22和PDV接收器24。如图1和2A中所示，PDV发射体22定位在距离PDV接收器24一定距离处，以便在两者之间存在物理空间。在图解的实施方式中，PDV发射体22和PDV接收器24之间的空间充裕地容纳盘，诸如包含生长介质的盘。PDV发射体22包括布置在PDV发射体22的内部面向表面(inside facing surface)23上的光源，以便当启动时，通过PDV接收器24的内部面向表面25接收和检测光。在PDV发射体处光源相对于仪器50的高度与在PDV接收器24处光源的高度近似相同，以便通过各自的轴垂直于重力的方向。如图1和2A中最佳所示，在PDV发射体22和PDV接收器24之间行进的光形成光幕26。

PDV接收器24包括放大器(未显示)，其配置为处理光信号，以便当在PDV 接收器24接收的光中出现瞬时中断即间断时，传感器装置20捕获信号的瞬时变化。在一个实例中，穿过光幕26的样品的滴落引起光的瞬时中断，并且在一个实施方式中，通过闭锁电路捕获中断。传感器装置20的闭锁电路配置为锁定由于瞬时中断的信号变化(打断)。进一步配置系统10，以便计算机(未显示)与传感器装置20电子通信，用于向使用者输出由闭锁电路锁定的任意信号中断。与传感器装置20通信的处理器的操作通常是非同步的，以便计算机处理器可以在信号变化发生后的时间点采集由传感器锁定的信号变化。无论处于中断状态的信号的极性(polarity)是肯定(positive)或否定(negative)，系统 10的元件以类似的方式起作用。

可以调节放大器的设置以优化当穿过光幕时可以检测的样品滴的必须体积。换句话说，可以通过放大器的设置更改将由电路锁定的阈值信号打断。在一个实例中，包括PDV发射体和PDV接收器的传感器装置是Balluff提供的模型BOH00CJ并且放大器是由Balluff提供的模型BAE00NJ。当按照其设计规格操作时，Balluff传感器产生18.5mm宽和5mm深的光幕。

如图1和2A中所示，光源提供足够的光，以便PDV发射体22和PDV 接收器24之间的光幕26具有足够的宽度，以便即使当移液管52被定位在正交于光幕26的长度的方向上的不同位置处时也可以检测肯定分配。例如，如果移液管52在这样的方向上移动正负五毫米，那么仍然可以检测样品的肯定分配。选择用于提供光源的装置，以便当启动时，其产生具有不自由传输通过透明物质诸如水的波长的光。在一个实例中，波长接近可见光谱并且在800和900nm之间。在另一实例中，波长为850nm。虽然申请人不希望被束缚于具体理论，但是产生具有800和900nm之间波长的光幕是有利的，这是因为在该波长范围内光被水吸收，即，这些波长的传输容易被水阻挡，再者在该波长的范围内的光相对于环境照明是可感知的。在其中样品是水溶液的或具有的光学性质类似水的光学性质的这些实施方式中，光幕的波长应当被调控至上面描述的波长。如果光源的波长没有被适当地调控，形成幕的光可以被仅仅传输通过落下的样品而没有打断，在这种情况下落下的样品的滴落将不记录。选择光源以具有强度和布置，使得当从PDV发射体22行进的光被液滴打断时具有预定体积的样品液滴是可检测的。考虑用于确定选择的光源的强度的其他变量包括样品是否是液体和环境照明条件。

用于产生光的装置是以上面参数为指导的设计选择问题。在一个实例中，和如图2B中所示，光源可以是LED 27的阵列。LED 27A-H在PDV发射体 22的内部面23上以行分布。在图2B中存在8个LED 27A-H，彼此近似等距间隔，以便当产生光时，来自每个LED 27A-H的光束重叠产生光幕26，而没有将允许液滴穿过幕而没有记录打断信号的空隙。LED 27A-H之间的空间等于或小于确保在相邻光束之间不存在这样的空隙所必须的量。八个检测器28A-H在PDV接收器24的内部面25上以线性阵列定位，如图2C中所示，以便每个检测器28A-H对应于LED 27A-H。由此，检测器阵列28近似地具有与LED阵列27(组合的LED 27A-H)相同的尺寸。以该方式，光在近似正交于盘通过传感器装置20下面的方向上从每个LED 27A-H传输至每个检测器。因为来自每个LED 27A-H的光的方向是相同的并且每个光束与来自相邻LED的光束至少部分重叠，所以在PDV发射体22和PDV接收器24之间产生连续的光幕，使样品的液滴从移液管分配时其可未被检测地落至盘上的可能性最小化。通过以上面描述的方式在传感器装置20中并入LED和检测器，检测部分光学透明的样品(如，水)——其中液滴的体积是大约三微升——的液滴已知是可能的。实际上，具有甚至更小体积的液滴也是可检测的并且考虑了调节发射体/检测器的参数以检测这类更小体积液体。例如，这可以通过调节光强度和PDV发射体和移液管之间的距离以及本文描述的其他因素完成。不存在可以检测的样品的体积的明显上限。

在其他实例中，LED可以在若干行内或以其他模式分布。对于任意上面的实例，阵列中LED的数目和/或阵列中检测器的数目可以是两个、三个、四个、五个、六个、七个或甚至多于上面描述的八个。通常，使用的LED的数目取决于可以多精确地对齐LED、光检测器和移液管尖端。例如，如果可以实现高度精确地对齐，那么两个LED可能是合适的。然而，如果难以实现精确对齐，那么更多个LED(如十个LED)可能是合适的数目。虽然对齐精确性可以影响在PDV发射体上包括的LED的数目，但是其他因素诸如光幕大小也可以影响LED的数目。实际上，PDV发射体上LED的数目在很大程度上可以是取决于光幕参数的设计选择的问题。例如，不同数目的LED将提供具有不同宽度(即，检测区域)的光幕。虽然本实用新型考虑了LED可以以多种不同于上面描述的实例的模式分布在PDV发射体22的内部表面23上，但是检测器的分布将反映LED的任意这类模式。换句话说，发射体和检测器的任意适合的模式将产生足以检测当光源启动时穿过其的液滴的基本上连续的光幕。在又进一步实例中，LED的数目可以大于检测器的数目。然而，作为一般问题，LED的数目将通常等于检测器的数目。虽然可以采用不同波长的光，但是对于配置为检测是水的液体或具有类似水的光学透射性的液体的滴落的光幕，考虑产生850nm的波长处的红外光的LED是适合的。

系统10还包括目标盘30。目标盘30具有圆形底座(base)31，该底座31 具有从圆形底座31向远处延伸的环形轮缘32。圆形底座31的面积和环形轮缘32的深度被定制尺寸，以便存在足够的空间以接种、培育和测试样品。在图解的实施方式中，目标盘30被定制尺寸以安装在PDV发射体22和PDV 接收器24之间的空间内。目标盘30包括适合于在仪器50的传送装置54上布置的底座表面。目标盘30的底座表面一般是平的。在变体中，目标盘30 可以是另一几何结构形状，诸如具有矩形或多边形底座的形状。在进一步变体中，目标盘30可以被肉汤培养基试管或载片替代，其然后将被用于接种样品。

系统10的仪器50显示在图1和2A中并且包括顶表面51、传送装置54 和移液管52。移液管52被连接至为仪器50的部分的机械臂(未显示)。当然，用于将移液管52固定至仪器50的机构和助于移液管52的移动的结构是设计选择的问题。例如，并且如上面所提到，仪器50可以是BD提供的InoqulA^TM，并且InoqulA的机械臂可以取回和传送盘的接种所需的移液管。在其他实例中，移液管可以被人工传送至接种位置以分配样品。

图1显示了系统10的每个零件相对于其他是如何定位的。盘30布置在仪器50的传送装置54上。传感器装置20的PDV发射体22和PDV接收器 24在传送装置54的相对侧上被连接至仪器。在如图2A中最佳所示的操作位置中，定位移液管52使得光幕26或光幕的物理空间被布置在盘30和移液管 52之间。在光幕26和移液管52之间一直保持足够的空间，使得移液管52上的样品的滴落将不被错误地检测。例如，如果样品的液滴紧贴移液管52的尖端53，将不指示传感器装置20的肯定响应。因此，LED或另一光源被定位在传感器装置20上，使得当移液管52在光幕26之上在其最下可调动位置处时，由光源产生的光幕26的上限在从移液管尖端53悬挂的最大预期的样品滴的最低点下面。以该方式，不存在样品液滴将接触光幕26而没有在穿过光幕26之前被完全从移液管52分配的情况。因此，间隔使得从移液管悬挂的液滴将不被检测，除非并且直到其从移液管脱离并落下。在一些实例中，光幕26和移液管52尖端之间的最小距离恰好足够容纳从移液管52悬挂的10 微升的液滴。

在一些实施方式中，系统可以包括两个或更多个传感器装置和将样品分配入对应盘的两个或更多个移液管。例如，系统可以包括两个传感器装置，每个具有PDV发射体和接收器，并且当启动PDV发射体时在其之间有光幕。每个传感器装置可以被定位在沿传送装置的不同位置处，以便在传送装置上的两个或更多个盘可以前进直到一个在每个光幕下，在此时移液管被定位在每个传感器装置上面。以该方式，两个或更多个盘可以利用PDV被同时接种。

在其他实施方式中，PDV发射体和PDV接收器可以被定位，以便光幕的高度可以随其从发射体行进至接收器而减小或增加。类似地，发射体和接收器可以相对于传送装置的长度定位在不同位置，以便光幕相对于传送装置的长度成非直角。

在一些实施方式中，可以配置传感器装置20，以便指示肯定分配的触发器可以仅当移液管接近传感器装置20时发生。可选地，可以配置传感器装置 20，以便可以仅当移液管52被分配时检测肯定响应。为了以该方式配置系统 10，仅打开闭锁电路以检测从恰好分配移液管52之前直到随后不久的窄时间窗的信号变化(即，阈值信号打断)。在其他实施方式中，传感器装置20可以配置为仅当移液管被分配并且目标盘在传送装置上正确位置用于接收样品时启用。例如，闭锁电路被打开，用于在分配移液管52之前开始的窄的时间窗，并且系统10的反射光学传感器(一个或多个)(未显示)检测目标盘30是否在传感器装置20以下。以该方式，仅当闭锁电路打开并且光学传感器(一个或多个) 记录目标盘30的肯定检测时，肯定分配是可检测的。进一步考虑了传感器装置和/或仪器可以配置为以期望用于具体的接种和测试方案的任意方式识别肯定分配。感测技术可以适于与任何计算机结合使用，并且在这一点上没有限制。例如，锁定信号变化不视特定计算机并入系统10而定。

系统的优点包括其具有高度可靠性并且可以以高度准确的方式验证肯定分配。例如，当如果移液管和盘在恰当位置仅可检测肯定分配时，可大大减少错误的肯定(positive)，诸如当移液管恰当地分配但是错过了下面的目标盘时将发生的那些。类似地，由于传感器具有高度灵敏度所以减轻了错误的否定 (negative)系统还是成本有效的并且可以配置用于小的或非传统空间。系统的另一优点是其可以被容易地调整，以便产生的光幕足够宽用于前进通过仪器的盘的任何预期的容限范围。以该方式，如果每次盘在传感器组件下相同的准确位置没有停止，那么光幕将足够宽以便将不发生错误的否定。

在另一方面，本实用新型涉及用于PDV的方法。贯穿方法的步骤，光源是有效的并且光幕26跨越PDV发射体22和PDV接收器24之间。在一个实施方式中，准备用于接种的盘30(即，支撑生长介质或琼脂，未显示)被定位在仪器50的传送装置54上。如果还没有在恰当位置，在传送装置54上推进盘30至接种位置，诸如图1和2A中所示的那个。在至少一个变体中，仪器 50包括在接种位置处的盘检测光传感器，其以使得当盘30在接种位置处时其检测的方式定位。当然，还可以使用其他检测机构以验证仪器50上盘30的位置，诸如定位以检测盘30的重量的重量传感器。

在接种位置，共用平面穿过盘30、PDV发射体22和PDV接收器24。换句话说，定位盘30以便当在重力的方向上测量时盘30的至少部分位于光幕 26和传送装置54之间。

当移液管准备被分配时并且恰好从移液管52分配样品之前，设置传感器装置20的闭锁电路。利用闭锁电路设置，来自PDV发射体22的光信号被监测任何变化的PDV接收器24检测。在该时间之前，PDV接收器24接收的信号中任何变化或其他中断不被闭锁电路捕获，由此避免任何错误肯定。闭锁电路被配置以锁定由光接收器产生的信号的数字输出的任何变化，并且以这种方式以二进制操作。换句话说，当光从PDV发射体不间断地行进至PDV 接收器时，基于接收的光的第一信号被检测。如果光被中断，那么第二信号被检测。例如，不中断的光导致“0”的检测，而中断的光导致“1”的检测。

当样品被从移液管52分配入盘30(即，容器被接种)时，在跨越PDV发射体22和PDV接收器24之间的光幕26中发生瞬时中断。光幕26被图解为水平取向，但其他取向也是可能的。瞬时中断在PDV接收器处被检测，通过放大器被转换为数字输出，并且然后通过闭锁电路被锁定。由此，即使在中断终止并且信号恢复至未中断状态后，闭锁电路也保留肯定分配发生的确认。在该过程期间的任何时间，可以输入命令至与系统10集成的计算机，以查询肯定分配是否已经发生。例如，在闭锁电路已经锁定指示肯定分配的信号打断后5秒，可以输入命令至计算机。计算机将搜寻出经由闭锁电路存储的数据并为用户输出数据。在该情况中，计算机将标识并且然后输出肯定分配已经发生。在该时间，由于肯定分配的验证完成，闭锁电路被停用并且检测窗口关闭。然后可以利用另一样品和盘重复该方法。如上面所提到，虽然停用闭锁电路，但是光幕可以一直保持打开。

为了优化使用系统10执行PDV的方法，可以控制许多外部因素。例如，应当控制环境光以最小化与光幕26的波长的干扰。围绕作为整体的仪器50 和系统10的灰尘也应当被控制和最小化。另外，如果盘经由传送装置被传送至传感器装置20，如在上面一些实例中所描述，应当调控传送装置并以其他方式检查传送装置，以便其以最小振动操作。这将防止传至盘30的传送装置的任何振动引起盘30接触光幕26，不能够因此避免错误的肯定检测。

虽然已经参考具体实施方式描述了本实用新型，但是应当理解，这些实施方式仅仅说明本实用新型的原理和应用。因此，应当理解可以对说明性实施方式进行众多修改并且可以设计其他布置，而不背离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。

Claims (17)

1.用于肯定分配验证的系统，所述系统包括：

多个光检测器；

多个光发射体，其中从所述光发射体发射的光被引导朝向所述多个光检测器；

液体分配装置；和

放大器，其通信地连接至所述多个光检测器，

其特征在于：

所述液体分配装置定位在光幕以上，所述光幕由被引导从所述多个光发射体朝向所述多个光检测器的光限定，使得从所述液体分配装置分配的液体将行进通过所述光幕；和

所述放大器响应于从所述多个光发射体至所述多个光检测器的光的传输的中断产生信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述光幕与所述液体分配装置将分配液体至其上的表面成近似水平的关系。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述光幕近似平行于所述液体分配装置将分配液体至其上的表面。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个光发射体发射在800nm和900nm之间的光。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个光检测器具有与所述多个光发射体近似相同的尺寸。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个光发射体包括以行分布并且彼此近似等距间隔的光发射体的阵列。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个光发射体包括多个以行分布的光发射体的阵列。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述液体分配装置和所述光幕之间的空间为使得具有至少10微升的体积的液滴将跨越所述空间。

9.根据权利要求1所述的系统，其中从所述液体分配装置分配的液体的三微升的液滴引起所述放大器响应于从所述多个光发射体至所述多个光检测器的光的传输的中断产生信号。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述光幕不具有这样的空隙：所述空隙将允许从所述液体分配装置分配的三微升或更多微升的液体的液滴穿过所述光幕而不引起所述放大器响应于从所述多个光发射体至所述多个光检测器的光的传输的中断产生信号。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个光发射体和所述多个光检测器之间的空间足够大以容纳样品盘。

12.根据权利要求11所述的系统，其进一步包括：

传送装置，其配置为：

在所述多个光发射体和所述多个光检测器之间和

在所述液体分配装置和所述光幕以下定位样品盘，使得从所述液体分配装置分配的液体将行进通过所述光幕并且落至所述样品盘上。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述光幕相对于所述传送装置的行进方向成直角。

14.根据权利要求12所述的系统，其中所述光幕相对于所述传送装置的行进方向成非直角。

15.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：

闭锁电路，其通信地连接至所述放大器，其中所述闭锁电路保留从所述多个光发射体至所述多个光检测器的光的传输的中断发生的确认。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述闭锁电路仅在液体被从所述液体分配装置分配之前开始并且在所述液体已经被分配之后结束的时间窗期间打开。

17.根据权利要求15所述的系统，其进一步包括：

一个或多个处理器，其配置为：

通过阅读存储在所述闭锁电路中的数据标识肯定分配何时已经发生；和

在已经标识肯定分配之后停用所述闭锁电路。