CN211497657U - 一种自动化处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种自动化处理系统，包括中央处理器、机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱和细胞成像仪；中央处理器与各部件分别连接，输出控制信号到各部件并控制器运作；机械手负责完成孔板的运送过程；二氧化碳细胞培养箱负责接收孔板、对孔板内的细胞样品进行培养和移出孔板；细胞成像仪负责对所述机械手运送来的孔板进行细胞成像，并将细胞成像结果传输至中央处理器；液体处理工作站负责对所述机械手运送来的孔板进行换液或扩增。该自动化处理系统还可以进一步整合标签机和储存箱。本实用新型的自动化程度高，能够减少实验人员移送孔板及等待仪器运作的时间浪费，更能够增加整体实验效率与避免误送及其他人为错误的情况发生。

Description

一种自动化处理系统

技术领域

本实用新型涉及生物医药领域的仪器设备自动化领域，特别是涉及一种适用于悬浮细胞培养和细胞株构建中对成像、换液、扩增过程进行自动化处理的系统。

背景技术

随着生物制药产业的进步与电子产业的发达，许多生物制药方面的检测与应用仪器已达到非常高的自动化水平，但此类自动化往往仅局限于个别仪器，在一个涉及多部仪器的流程中还是需要很多的人工运送与操作。以抗体制药为例，前期的细胞株构建就需要应用多种仪器，例如成像仪、静置培养箱、摇动培养箱、液体处理工作站、酶标仪等等，也同时涉及了与工作量对应的人工成本及人为实验错误概率。

目前，细胞株构建的技术流程中一般都涉及稳定细胞群筛选和单克隆筛选，而这两个流程中含有类似和重复性的步骤。其一，成像仪与培养箱之间人工来回运送孔板。细胞群或单克隆在铺板后的一段时间内必须应用成像仪检测与记录细胞的汇合度或单克隆情况，操作人员需要在成像仪与培养箱之间来回运送孔板。在孔板数量较多的情况下，操作人员浪费于等待成像的时间也随之提高。根据细胞分裂的时间，操作人员有时也必须在正常工作时间以外的时间加班进行操作以捕获细胞一分为二的数据，劳动强度高。其二，液体处理工作站与培养箱之间人工来回运送孔板。细胞群或单克隆在铺板后的一段时间内必须进行更换培养液的操作，操作人员需要在液体处理工作站与培养箱之间来回运送孔板，在孔板数量较多的情况下，操作人员浪费于等待工作站操作的时间和出错概率也随之提高。其三，成像仪、液体处理工作站和培养箱之间的细胞群或单克隆的转移。细胞群或单克隆在铺板后的一段时间内必须进行细胞扩增的操作，把细胞从体积较小(如384和96孔)转移至体积较大(如24和6孔) 的孔板。此操作涉及成像仪、液体处理工作站和培养箱的应用。依据成像仪的数据，细胞在大于某个设定的汇合度时必须人工或使用液体处理工作站把细胞转移到较大的孔板，反之，则在另一个较后的时间点重新检测汇合度并进行细胞转移。此操作在样品繁多的情况下工作量较大也容易发生错误。其四，孔板的标记。在孔板量较多的情况下，操作人员需要花费大量时间标记每个孔板，也容易发生标记错误或取板时识别错误的情况。

因此，由上述内容可知，人工处理的上述程序主要造成人工时间和成本的浪费以及人为错误的发生，而将上述程序进行自动化整合，以机械手取代人工操作，将有效的降低人工成本、提高人员效率、以及降低因人为错误而造成的额外成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种自动化处理系统，其用于悬浮细胞培养和细胞株构建中，能够实现孔板在包括细胞成像仪、二氧化碳细胞培养箱、液体处理工作站在内的仪器设备之间的自动化运输和细胞群或单克隆的自动化转移，降低人工操作带来的失误风险，降低劳动强度。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种自动化处理系统，包括中央处理器、机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱和细胞成像仪；

所述中央处理器与机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱、细胞成像仪分别连接；所述中央处理器，负责分别输出控制信号到机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱和细胞成像仪，控制机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱和细胞成像仪的运作；

所述机械手，负责接收中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来完成孔板在液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱、细胞成像仪之间的运送过程；所述运送过程包括拾取、转移和放下孔板的操作；

所述二氧化碳细胞培养箱，负责接收中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来接收孔板、对孔板内的细胞样品进行培养和移出孔板；所述二氧化碳细胞培养箱具有第一内置运送装置，所述第一内置运送装置负责接收由所述机械手运送至二氧化碳细胞培养箱并放下的孔板，将接收来的孔板运送至所述二氧化碳细胞培养箱内部的培养区，以及将孔板由培养区运送至供所述机械手拾取；

所述细胞成像仪，负责接收中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来对所述机械手运送来的孔板进行细胞成像；所述细胞成像仪将细胞成像结果传输至中央处理器；

所述液体处理工作站，接收中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来对所述机械手运送来的孔板进行换液或扩增。

具体的，所述自动化处理系统还包括与中央处理器连接的控制面板，所述控制面板用于输入指令以及显示系统当前工作状态，所述中央处理器接受由控制面板输入的指令并根据指令输出控制信号。所述指令包括预约孔板成像的时间、预约孔板换液的时间、预约细胞扩增的时间。

具体的，所述系统还包括标签机，所述标签机负责对进入系统的孔板贴附标签，便于孔板的识别和追踪。

优选的，所述标签机与中央处理器连接，所述中央处理器输出控制信号到所述标签机，控制所述标签机的运作，所述标签机输出标签信息到所述中央处理器，供中央处理器识别和追踪所述标签信息所对应的孔板。

具体的，所述系统还包括用于存放枪头和未采样的孔板的储存箱；所述储存箱与中央处理器连接，接受中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来运送和存放枪头和未采样的孔板。优选的，所述储存箱具有第二内置运送装置，所述第二内置运送装置负责将枪头和/或未采样的孔板运送至供所述机械手拾取。

具体的，所述机械手安装于轨道上；所述机械手在所述轨道上移动并将所拾取的孔板转移。优选的，所述机械手的轴总和的工作范围高于或等于360度。优选的，所述轨道为架高式轨道或平面式轨道。

具体的，所述二氧化碳细胞培养箱还安装有扫描装置，用于识别出入二氧化碳细胞培养箱的孔板的标签信息。

具体的，所述液体处理工作站具有第三内置运送装置、蠕动泵、废弃固体容器、废弃液体容器、液体供给容器、至少两种不同通道移液装置和工作台面；所述第三内置运送装置负责将由所述机械手运送来的枪头和孔板布置于工作台面，并将已使用枪头转移至所述废弃固体容器；所述至少两种不同通道移液装置用于从孔板中吸取和添加培养液或细胞；所述废弃液体容器用于接收换液时吸出的培养液；所述蠕动泵连接所述至少两种不同通道移液装置并提供工作动力；所述液体供给容器通过管路连接蠕动泵，用于存放新鲜培养液。

优选的，所述至少两种不同通道移液装置包括8通道移液装置和96通道移液装置。

具体的，所述换液是指将一定量的培养液从孔板中吸出，然后再添加新鲜培养液至孔板；所述扩增是指将孔板中一定量的细胞转移至另一容量更大的孔板中。

具体的，所述中央处理器接收细胞成像仪传输来的细胞成像结果，根据所述细胞成像结果输出体积转移信号至所述液体处理工作站；所述液体处理工作站接收所述体积转移信号，根据所述体积转移信号将一定量的细胞从一个孔板中转移至另一容量更大的孔板中。

本实用新型的自动化处理系统具有如下技术效果：

一、整合了中央处理器、机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱和细胞成像仪，由中央处理器控制各部件的运转，自动化程度高，能够减少实验人员移送孔板及等待仪器运作的时间浪费，更能够增加整体实验效率与避免误送及其他人为错误的情况发生。

二、可以进一步整合标签机，能够自动贴附纸质条码标签，降低人工成本，便于孔板的识别和追踪。

三、可通过中央处理器24小时全天候预约细胞成像时间，实验人员无需为了拍摄单细胞分裂状况而在正常上班时间之外操作细胞成像，降低劳动强度。

四、能够藉由细胞成像仪检测细胞汇合度之后，利用液体处理工作站进行达到所设定汇合度要求的细胞的扩增，且在下一个指定时间自动重复汇合度检测和细胞扩增的步骤。

五、能够进行更高效率的运作指示，通过中央伺服器平台高效的预约及安排实验。

附图说明

图1为本实用新型自动化处理系统一具体实施例的各部件信号传输及机械手运送方向的结构示意图。

图2为本实用新型自动化处理系统一具体实施例的各部件连接及位置关系示意图。

图3为本实用新型自动化处理系统的液体处理工作站的架构示意图。

附图中符号标记说明：

1为中央处理器；1a为控制面板；2为机械手；2a为轨道；3为液体处理工作站；3a为第三内置运送装置；3b为蠕动泵；3c为废弃固体容器；3d为废弃液体容器；3e为液体供给容器；3f、3g为两种不同通道移液装置；3h为工作台面；4为二氧化碳细胞培养箱；4a为第一内置运送装置；5为细胞成像仪；6为标签机；7为储存箱；7a为第二内置运送装置。

具体实施方式

下面将对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

一种自动化处理系统，包括中央处理器1、机械手2、液体处理工作站3、二氧化碳细胞培养箱4和细胞成像仪5(可参考图1和图2)。其中，中央处理器1与机械手2、液体处理工作站3、二氧化碳细胞培养箱4、细胞成像仪5分别连接。中央处理器1分别输出控制信号到机械手2、液体处理工作站3、二氧化碳细胞培养箱4和细胞成像仪5，并且控制机械手2、液体处理工作站3、二氧化碳细胞培养箱4和细胞成像仪5的运作。图1中，双向箭头实线表示电性连接，虚线表示机械手2的运送方向。

该机械手2，负责接收从中央处理器1传输来的控制信号，根据中央处理器1传输来的控制信号来执行孔板在液体处理工作站3、二氧化碳细胞培养箱4、细胞成像仪5之间的运送过程，该运送过程包括拾取孔板、转移孔板和放下孔板的操作。

该二氧化碳细胞培养箱4，负责接收中央处理器1传输来的控制信号，根据中央处理器1 传输来的控制信号来接收机械手2运送来的孔板、对所接收的孔板内的细胞样品进行培养和移出孔板。该二氧化碳细胞培养箱4具有第一内置运送装置4a，该第一内置运送装置4a负责接收由机械手2运送至二氧化碳细胞培养箱4并放下的孔板，然后将所接收的孔板运送至该二氧化碳细胞培养箱4内部的培养区，以及根据中央处理器1传输来的控制信号将孔板由该二氧化碳细胞培养箱4的培养区运送至供机械手2拾取然后运走。第一内置运送装置4a可以是内置的机械手。

该细胞成像仪5，负责接收中央处理器1传输来的控制信号，根据中央处理器1传输来的控制信号来对由机械手2运送来的孔板进行细胞成像，该细胞成像仪5将细胞成像结果传输至中央处理器1。

该液体处理工作站3，接收中央处理器1传输来的控制信号，根据中央处理器1传输来的控制信号来对由机械手2运送来的孔板进行换液或扩增。换液和扩增是细胞培养中的常规操作。在本实用新型中，换液操作需要将由中央处理器1设定的一定体积的培养液从孔板中吸出，然后再添加新鲜培养液至孔板，扩增操作需要将由中央处理器1设定的一定体积的细胞从一个孔板转移至另一个孔板中，一般是由容量小的孔板转移至容量更大的孔板。

本实施例的自动化处理系统可以根据中央处理器1的指令完成孔板在液体处理工作站3、二氧化碳细胞培养箱4、细胞成像仪5之间的运送以及细胞的培养、成像、换液、扩增操作。

培养过程一般包括：中央处理器1输出控制信号给机械手2和二氧化碳细胞培养箱4，机械手2根据控制信号拾取已采样(已铺细胞)孔板并转移孔板至二氧化碳细胞培养箱4；二氧化碳细胞培养箱4根据控制信号启动第一内置运送装置4a，第一内置运送装置4a接收由机械手2放下的孔板，然后将该孔板运送至该二氧化碳细胞培养箱4内部的培养区，二氧化碳细胞培养箱4根据控制信号对孔板在一定培养条件下进行培养。

细胞群或单克隆在铺板后的一段时间内必须应用细胞成像仪5检测与记录细胞的汇合度或单克隆情况。成像过程一般包括：中央处理器1根据预约孔板成像的时间输出控制信号给机械手2、二氧化碳细胞培养箱4和细胞成像仪5；机械手2根据控制信号移动至二氧化碳细胞培养箱4，二氧化碳细胞培养箱4根据控制信号启动第一内置运送装置4a，第一内置运送装置4a将需要成像的孔板运出二氧化碳细胞培养箱4，机械手2拾取由第一内置运送装置4a 运出的孔板，然后将孔板运送至细胞成像仪5，细胞成像仪5对运送来的孔板中的细胞样品进行成像及汇合度分析，然后将成像及汇合度分析的结果传输至中央处理器1。

细胞群或单克隆在铺板后的一段时间内必须进行更换培养液的操作，可利用中央处理器 1预约孔板换液的时间。换液过程一般包括：中央处理器1根据预约孔板换液的时间输出控制信号给机械手2、液体处理工作站3和二氧化碳细胞培养箱4；机械手2根据控制信号移动至二氧化碳细胞培养箱4，二氧化碳细胞培养箱4根据控制信号启动第一内置运送装置4a，第一内置运送装置4a将需要换液的孔板运出二氧化碳细胞培养箱4，机械手2拾取由第一内置运送装置4a运出的孔板，然后将孔板运送至液体处理工作站3，液体处理工作站3进行换液操作，把定量的培养液从该孔板中吸取并转移走，然后再注入定量的新鲜培养基至该孔板中。处理完毕的孔板由机械手2运送回二氧化碳细胞培养箱4。

已采样(已铺细胞)孔板可批量储存于二氧化碳细胞培养箱4进行培养，并利用中央处理器1预约细胞扩增的时间。扩增过程一般需要结合成像过程，包括：中央处理器1根据预约细胞扩增的时间输出控制信号给机械手2、液体处理工作站3、二氧化碳细胞培养箱4和细胞成像仪5；机械手2先将一孔板从二氧化碳细胞培养箱4运送至细胞成像仪5完成成像，此外，机械手2负责将一容量更大的孔板运送至液体处理工作站3；细胞成像仪5将成像结果传输至中央处理器1，中央处理器1处理成像的结果并生成控制信号传输至液体处理工作站3；将液体处理工作站3根据中央处理器1传输来的控制信号进行扩增操作，将细胞成像仪5检测的细胞汇合度数据大于某预定义值的细胞，按设定的体积从一个孔板(比如96或 24孔)中转移至另一容量更大的孔板(比如24或6孔)中。完成所有合格的细胞的转移后，机械手2将两个孔板运送回二氧化碳细胞培养箱4。中央处理器1输出至液体处理工作站3 的控制信号包含体积转移信号，该体积转移信号是中央处理器1处理细胞成像结果后输出，液体处理工作站3接收并根据该体积转移信号将达到汇合度要求的细胞，按设定的体积细胞从一个孔板中转移至另一容量更大的孔板中。

本实施例的一种自动化处理系统的自动化程度高，可有效减少人工移送孔板及等待仪器运作的时间浪费，更能够增加整体实验效率与避免误送及其他人为错误的情况发生；还可以通过中央处理器1来二十四小时全天候预约细胞成像时间，由系统自动化完成成像操作并上传成像结果至中央处理器1，实验人员无需为了拍摄单细胞分裂状况而在正常上班时间之外操作细胞成像；还可以根据预约孔板换液的时间以及预约细胞扩增的时间，有系统自动化完成换液操作，以及根据细胞成像的结果对已达所设定汇合度的细胞进行扩增，且在下一个指定时间自动重复汇合度检测和细胞扩增的步骤。

在一种具体的实施方式中，该自动化处理系统还包括与中央处理器1连接的控制面板1a，是用于输入指令以及显示系统当前工作状态。该中央处理器1接受由控制面板1a输入的指令并根据指令输出控制信号，这些指令包括预约孔板成像的时间、预约孔板换液的时间、预约细胞扩增的时间。

在一种具体的实施方式中，该机械手2是安装于轨道2a上。轨道2a是布置在液体处理工作站3、二氧化碳细胞培养箱4和细胞成像仪5等各系统组件之间，该机械手2在轨道2a上能够移动至上述各系统组件，以实现将所携带的孔板在各系统组件之间转移。该机械手2的轴总和的工作范围最好是高于或等于360度，具有较大的工作范围。该轨道2a一般采用架高式轨道或平面式轨道。

在一种具体的实施方式中，该液体处理工作站3具有第三内置运送装置3a、蠕动泵3b、废弃固体容器3c、废弃液体容器3d、液体供给容器3e、至少两种不同通道移液装置(图中显示为两个，3f、3g)和工作台面3b(如图3所示)。该第三内置运送装置3a负责将由机械手2运送来的枪头和孔板布置于工作台面3b，并将已使用枪头转移至废弃固体容器3c。该第三内置运送装置3a可以是内置的机械手。至少两种不同通道移液装置3f、3g，是用于从孔板中吸取和添加培养液或细胞，两种不同通道移液装置可以是8通道移液装置和96通道移液装置。废弃液体容器3d用于接收换液时吸出的培养液。蠕动泵3b连接所述两种不同通道移液装置 3f、3g并提供工作动力；所述液体供给容器3e通过管路连接蠕动泵3b，用于存放新鲜培养液。

实施例二

基于实施例一的一种自动化处理系统，该自动化系统还包括一标签机6，该标签机6负责对进入系统的孔板贴附标签，便于孔板的识别和追踪。

该标签机6是与中央处理器1连接，中央处理器1输出控制信号到标签机6，控制标签机6的运作，标签机6输出所贴标签的标签信息到中央处理器1，中央处理器1根据标签信息识别和追踪该标签信息所对应的孔板。中央处理器1可控制机械手2将贴好标签的孔板转移走。

在一种优选的实施方式中，该自动化处理系统的二氧化碳细胞培养箱4还安装有扫描装置，该扫描装置用于识别出入二氧化碳细胞培养箱4的孔板的标签信息。该扫描装置还可以将扫描的标签信息上传至中央处理器1。

在其他的实施方式中，该自动化处理系统的各组件，比如机械手2、液体处理工作站3、二氧化碳细胞培养箱4和细胞成像仪5均可以安装一扫描装置，以对各组件当前工作状态下所对应的孔板的标签信息进行扫描，实现系统中各孔板的信息的全方位识别和追踪。

实施例三

基于实施例二的一种自动化处理系统，该自动化系统还包括用于存放枪头和未采样的孔板的储存箱7，该储存箱7与中央处理器1连接，接受中央处理器1传输来的控制信号，根据中央处理器1传输来的控制信号来运送和存放枪头和未采样的孔板。该储存箱7可以安装有第二内置运送装置7a，该第二内置运送装置7a负责将枪头和/或未采样的孔板运送至供机械手2拾取。机械手2将枪头运送至液体处理工作站3用于更换已使用枪头。机械手2可以将未采样的孔板运送至标签机6，由标签机6对未采样的孔板贴附标签。第二内置运送装置 7a可以是内置的机械手。

综上所述，上述各实施例仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动化处理系统，其特征在于，包括中央处理器、机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱和细胞成像仪；

所述中央处理器与机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱、细胞成像仪分别连接；所述中央处理器，负责分别输出控制信号到机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱和细胞成像仪，控制机械手、液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱和细胞成像仪的运作；

所述机械手，负责接收中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来完成孔板在液体处理工作站、二氧化碳细胞培养箱、细胞成像仪之间的运送过程；所述运送过程包括拾取、转移和放下孔板的操作；

所述二氧化碳细胞培养箱，负责接收中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来接收孔板、对孔板内的细胞样品进行培养和移出孔板；所述二氧化碳细胞培养箱具有第一内置运送装置，所述第一内置运送装置负责接收由所述机械手运送至二氧化碳细胞培养箱并放下的孔板，将接收来的孔板运送至所述二氧化碳细胞培养箱内部的培养区，以及将孔板由培养区运送至供所述机械手拾取；

所述细胞成像仪，负责接收中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来对所述机械手运送来的孔板进行细胞成像；所述细胞成像仪将细胞成像结果传输至中央处理器；

所述液体处理工作站，接收中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来对所述机械手运送来的孔板进行换液或扩增。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自动化处理系统还包括与中央处理器连接的控制面板，所述控制面板用于输入指令以及显示系统当前工作状态，所述中央处理器接受由控制面板输入的指令并根据指令输出控制信号。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括标签机，所述标签机负责对进入系统的孔板贴附标签。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述标签机与中央处理器连接，所述中央处理器输出控制信号到所述标签机，控制所述标签机的运作，所述标签机输出标签信息到所述中央处理器。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述二氧化碳细胞培养箱还安装有扫描装置，用于识别出入二氧化碳细胞培养箱的孔板的标签信息。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用于存放枪头和未采样的孔板的储存箱；所述储存箱与中央处理器连接，接受中央处理器传输来的控制信号，根据中央处理器传输来的控制信号来运送和存放枪头和未采样的孔板。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述储存箱具有第二内置运送装置，所述第二内置运送装置负责将枪头和/或未采样的孔板运送至供所述机械手拾取。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机械手安装于轨道上；所述机械手在所述轨道上移动并将所拾取的孔板转移。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述液体处理工作站具有第三内置运送装置、蠕动泵、废弃固体容器、废弃液体容器、液体供给容器、至少两种不同通道移液装置和工作台面；所述第三内置运送装置负责将由所述机械手运送来的枪头和孔板布置于工作台面，并将已使用枪头转移至所述废弃固体容器；所述至少两种不同通道移液装置用于从孔板中吸取和添加培养液或细胞；所述废弃液体容器用于接收换液时吸出的培养液；所述蠕动泵连接所述至少两种不同通道移液装置并提供工作动力；所述液体供给容器通过管路连接蠕动泵，用于存放新鲜培养液。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述至少两种不同通道移液装置包括8通道移液装置和96通道移液装置。

Images