CN214088502U - 一种取样处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种取样处理装置，包括取样系统、样品稀释系统及控制系统，其中，所述取样系统，其用于生物反应器的取样，包括由动力源、管道及管道控制阀组成的取样模块和送样模块；取样模块，其用于从生物反应器中取样，送样模块，其用于送样及对管道的的清洗消毒；所述样品稀释系统，其用于液样稀释，包括原液池、稀释池及移液平台；所述控制系统，其用于对在线取样装置中各系统进行控制。

Description

一种取样处理装置

技术领域

本实用新型属于一种生物反应过程在线取样与样品处理装置领域，具体涉及微生物发酵用的一种取样处理装置。

背景技术

生物在线反应过程是一个时变、非线性的、复杂的动态变化过程，因此对生物在线反应过程优化控制技术及智能化监控系统的研究至关重要。目前，仅有温度、pH、溶氧等少数发酵参数能在生物反应器中检测，大多数参数如还原糖、有机酸、合成中间体等不适于直接检测，常常采用先取样，再进行样品处理，最后检测。样品处理中常见操作是样品稀释，而稀释常规方法是用移液管、容量瓶等准确量器将原液准确稀释至目标液，但是此过程需要大量人工，且存在人工操作误差。

发明内容

本实用新型人为了克服上述问题，进行了深入研究。具体而言，本实用新型提供了一种取样处理装置。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种取样处理装置，包括取样系统、样品稀释系统及控制系统，其中，所述取样系统，其用于生物反应器的取样，包括由动力源、管道及管道控制阀组成的取样模块和送样模块；取样模块用于从生物反应器中取样，送样模块用于送样及对管道的清洗消毒；所述样品稀释系统，其用于液样稀释，包括原液池、稀释池及移液平台；所述控制系统，其用于对在线取样装置中各系统进行控制。

优选的，所述取样模块，至少包括一个取样动力源及与其相连的管道，所述管道一端接生物反应器，另一端分两条支路管道分别与生物反应器和送样模块主管道连接；所述送样模块，至少包括一个送样动力源及与其相连的管道，所述管道包括一条送样主管道和多条支路管道；其送样主管道上游接送样模块多条支路管道，中间接取样模块，下游接取样容器和/或废液瓶，所述送样模块多条支路管道另一端分别进无菌气体和/或清洗消毒液体；所述送样模块管道由送样动力源提供动力；所述取样模块与送样模块的各支路管道上均设有管路控制阀，其用于控制对应管道的工作状态。

优选的，所述移液平台包括三维移动支架、与三维移动支架相连接的移液注射器、及移液注射器下端连接的枪头或移样针，所述移液注射器在三维移液支架的带动下沿着X轴、Z轴运动，所述原液池、稀释池设在X轴下方。

优选的，所述三维移动支架包括沿着横向X轴移动的切换机构I及其X轴电机、沿着纵向Z轴移动的切换机构II及其Z轴电机。进一步优选的，所述切换机构I和切换机构II上均设有位置感应器。

优选的，所述枪头或移样针为1mL、5 mL、10mL的枪头或移样针

优选的，所述原液池上接送样主管道、纯化水管道、排废液管道；所述稀释池为定容结构稀释池，其上设有纯化水管道、排废液管道、高压气体管道、定容管道、稀释液排出管道；所述管道上均设有管路控制阀，其用于控制对应管道的工作状态。

优选的，所述稀释池有两个，分别为稀释池I、稀释池II，样液在原液池、稀释池I、稀释池II间的转移通过移液平台实现。

优选的，所述管道为硅胶管、聚四氟乙烯管和/或有机塑料软管。进一步优选，所述送样模块送样主管道为聚四氟乙烯管。

优选的，管道内径为0.1-15 mm；进一步优选0.5-5mm；进一步优选1.5-3mm。

优选的，所述控制系统包括控制器和PC机显示操控系统，所述控制器分别连接取样系统、样品稀释系统，所述PC机显示操控系统显示操作步骤信息并对取样和稀释数据进行储存。

本实用新型装置将取样和样品处理相结合，有效减少取样和稀释的操作时间；采用取样模块和送样模块相独立的方式，有效减少样液浪费，更有利于多个生物反应器平行取样；通过控制器控制基于所述取样、稀释参数以及动力源/电机、管路控制阀的信号控制，实现定时取样，取样时间准确，取样后稀释时间短、稀释精确度高，有利于液样进行OD、碳源、氮源等发酵参数检测。

附图说明

图1为本实用新型一种取样处理装置结构示意图；

图2为本实用新型一种取样处理装置取样系统一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型一种取样处理装置取样系统另一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型一种取样处理装置样品稀释系统一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型一种取样处理装置移液平台一实施例的结构示意图；

符号说明：

1取样系统；2取样模块；3送样模块；4样品稀释系统；5取样容器或原液池；6稀释池I、7 稀释池II、8 移液平台；9 控制系统；10 送样主管路；11 高压气体管道I；12 常压气体管道；13 纯化水管道I；14 取样动力源；15、16、18、19、20 管路控制阀；21 生物反应器；22三维移动支架；23 移液注射器；24 枪头或移样针；25 纯化水管道II；26 排废液管道；27高压气体管道II；28 废液瓶；29、30 稀释液排出管道；31、32定容管道；33 纯化水动力源；34自吸泵；35 切换机构I；36 X轴电机；37 切换机构II；38 Z轴电机；39移液注射器电机。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型实施例的限定。

一种样品处理装置，包括取样系统1、样品稀释系统4及控制系统9，如图1所示，所述取样系统1，其用于生物反应器的取样，包括由动力源、管道及管道控制阀组成的取样模块2和送样模块3；取样模块2用于从生物反应器中取样，送样模块3用于送样及对送样主管道的清洗消毒。

所述样品稀释系统4，其用于液样稀释，包括原液池5、稀释池6、稀释池7及移液平台8。

所述控制系统9，其用于对在线取样装置中各系统进行控制。

在一实施方式中，取样系统1，包括取样模块2、送样模块3。所述取样模块2，包括取样动力源14及与其相连的管道，所述取样模块管道一端接生物反应器21，另一端经取样动力源14分成两条支路管道。所述两条支路管道分别与生物反应器21和送样主管道10连接，其管道开合分别由管路控制阀15、16控制。

本实用新型中，取样动力源14为非接触式动力源，为管道中液体提供驱动力。在一具体实施方式中，取样动力源14为蠕动泵。所述取样动力源14及其连接的管道，该结构可以是一个，也可以是多个，其数量不做限制。例如，多个生物反应器，包括多联发酵罐，可设置多个取样动力源14及与其相连的管道，每个取样动力源及其相连的管道与一个生物反应器相连。

本实用新型中，管路控制阀15、16为非接触式控制阀。在一具体实施方式中，管路控制阀15、16均为夹断阀，可避免与液样接触。进一步，所述取样系统管道中的液样不与取样动力源、管道控制阀直接接触，避免生物反应器中反应液的污染。

本实用新型中，取样模块2的支路管道为T型管道结构，如图2所示，T型管道结构主管道一端经蠕动泵14接生物反应器21，两分支管道端分别接生物反应器21、送样主管道10，形成一个“生物反应器-取样动力源-生物反应器”的循环回流的闭环结构和“生物反应器-取样动力源-取样容器和/或废液瓶”的开环结构。

由于生物反应过程是一个动态的过程，每个时间点的液样参数都不尽相同，因此需要实时取样掌控生物反应的动态变化。然而在实验操作中，并非整个生物反应过程中不间断地取样，常常采用定时取样去检测生物反应液的瞬时参数，因此取样具有代表性且能避免污染和浪费就至关重要。本实用新型取样系统，在非取样状态下，蠕动泵14、夹断阀15与生物反应器21形成常态化的闭环结构；取样时，生物反应器21、蠕动泵14、夹断阀16、取样容器5形成开环结构，所取液样具有为实时样液、具代表性，并且还能有效避免浪费。当然，样液进入取样容器5是实施的一种方式，若需先对管道进行润洗再取样，润洗用的发酵液可入废液瓶28中。

本实用新型中，所述送样模块3，其用于送样及对送样主管道的清洗消毒，至少包括一个送样动力源17及与其相连的管道，如图2所示；所述管道包括一条送样主管道和多条支路管道，其送样主管道上游接送样模块多条支路管道，中间接取样模块中用于送样至送样主管道的支路管道，下游接取样容器、废液瓶和/或分析装置。

在一实施方式中，送样模块3的送样主管道10上游接送样模块的多条分支管道，所述分支管道的另一端分别连接无菌气体和/或清洗消毒用的液体，其管道送样动力源可由送样动力源17提供，管道工作状态由管路控制阀控制。所述送样动力源为注射泵、蠕动泵、隔膜泵或柱塞泵。一具体实施方式中，所述送样动力源为蠕动泵，如图2所示。送样模块3支路管道即高压气体管道11、常压气体管道12、纯化水管道13分别输送无菌高压气体、无菌常压气体、纯化水。本实用新型中，所述纯化水为纯净水、无菌水、去离子水、双蒸水或者超纯水，根据实验需要选用。在常压气体管道12和纯化水管道13中间，还可以设置一条或者多条管道，用以输送管道消毒用液体。在一实施方式中，送样分支管道的管路控制阀为夹断阀和/或电磁阀。

一具体实施方式中，所述无菌高压气体和无菌常压气体分别为无菌高压空气和无菌常压空气，可以不用容器盛装，例如无菌低压空气可以是管道上设置无菌滤膜而获得，无菌高压空气可以是管道直接与无菌高压空气产生装置相连取得。取样时，蠕动泵14定时驱动所取液样进入送样主管道中，然后开启夹断阀19在送样动力源的驱动下将无菌常压空气输送到送样主管道，然后在无菌常压空气的作用下将送样主管道中的液样吹送到取样容器5中。完成取样后，进行送样主管道清洁消毒操作，关闭夹断阀19，开启夹断阀20，用纯化水进行清洗或润洗，然后关闭夹断阀20同时开启夹断阀18用高压空气将管道吹干，然后进行下一轮取样。在另一具体实施方式中，送样模块多条支路管道为4或5条，在上述的3条支路管道的基础上增加一或两条管道，例如在夹断阀19和夹断阀20间加输送消毒液支路管道，如进次氯酸酸溶剂、75%乙醇等消毒溶液，其具体操作步骤可以在清洗操作后增加消毒操作，再进行纯化水润洗，最后开启夹断阀18完成管道干燥操作。当然，管道的排布结构可根据需要调整，操作符合清洗消毒逻辑即可，此外，也可根据需要再增加支路管道。

在另一具体实施方式中，将上述实施方式中的管路控制阀18、19、20的夹断阀替换成电磁阀。

在一实施方式中，生物反应过程常常需几个生物反应器同时进行，针对多个生物反应器，可以采用多个取样动力源及其连接的管道取样，采用一个送样模块送样，多个取样动力源及其连接的管道结构如图3所示。

所述样品稀释系统4，包括原液池5、稀释池I 6、稀释池II 7及移液平台8。

在一实施方式中，原液池上接有送样主管道、纯化水管道、排废液管道；稀释池上设有纯化水管道、排废液管道、高压气体管道、稀释液排出管道；所述原液池、稀释池上的管道上均设有管路控制阀，其用于控制对应管道的工作状态。

在一实施方式中，纯化水管道II 25、排废液管道26均连接有动力源，分别为纯化水动力源33、自吸泵34，其对管道内的液体进行驱动。在一具体实施方式中，纯化水动力源33、自吸泵34进一步为蠕动泵。纯化水进入量由纯化水动力源33和管道控制阀共同控制。

在一实施方式中，原液池和稀释池中液样的移取是通过移液平台实现的。具体而言，如图4所示，原液池装有待稀释的样液，由移液平台取样。所述移液平台，包括三维移动支架22、移液注射器23，移液注射器23下端接1mL、5 mL、10mL的枪头或移样针，用于取样。所述移液注射器23在三维移液支架5的带动下沿着X轴和/或Z轴运动。

在发明中，所述三维移动支架包括沿着横向X轴移动的切换机构I 35及其X轴电机36、沿着纵向Z轴移动的切换机构II 37及其Z轴电机38，如图4所示。原液池、稀释池设置在移液注射器沿着X轴运动的正下方，然后在移液注射器电机39的驱动下移取液样，包括取样、送样等操作。在一具体实施方式中，原液池、稀释池固定在同一支架上。位移的距离由切换机构I 35和切换机构II 36控制，且切换机构I 35和切换机构II 36上均设有位置感应器，以便精准控制位移，精确定位。

在一具体实施方式中，稀释池I 6、稀释池II 7为定容结构的稀释池，其池身上接有定容管道。稀释池I 6、稀释池II 7容量大小可根据需要的尺寸定制，其中一种方式如稀释池的结构和外径一样，可通过改变内径大小改变稀释池内容积大小；也可以根据需要，定制成不同结构和外径的稀释池，从而对应改变内径及容纳液体的体积。

在一实施方式中，稀释池I 6、稀释池II 7对液样的稀释倍数分别是10-50倍，100-500倍。在一具体实施方式中，稀释池I6、稀释池II 7分别稀释20、200倍，其稀释操作为：稀释池I 6中进纯化水，稀释池I定容体积为38 mL，进入纯化水超过38 mL，液体自定容管道流出，关闭定容管道32的管道控制阀，微量进样器枪头24从原液池5中取2 mL液样入稀释池I6中，混匀；稀释池II 7采用稀释池I相同的方法进纯化水，定容，然后从稀释池I中取2 mL液样入稀释池II 7中稀释混匀。稀释池中液体混匀可通过移液枪头吹打实现，也可以在稀释池I 6、稀释池II 7下方设置磁力搅拌器通过磁力搅拌混匀。

稀释后液体通过稀释液排出管道29、30排出用于进行离子检测、光电检测、酶膜检测等检测分析实验。

在一实施方式中，稀释池I、稀释池II上的稀释液排出管道与离子检测组件、光电检测组件、酶膜检测组件相连，可以进行pH、氨离子、钠离子、钾离子、钙离子等离子检测，葡萄糖酶膜、乳酸酶膜、谷氨酸酶膜、赖氨酸酶膜等酶膜检测，以及OD等光密度检测。若稀释池I、稀释池II中有多余的液体，需要排除清洁，其从排废液管道26中排出，纯化水管道II 25进纯化水清洗，最后高压气体管道II 27进高压气体对稀释池I、稀释池II进行干燥。排废液管道26通过空气驱动液样排送，在其左端进入无菌空气。

本实用新型中，所述管道为硅胶管、聚四氟乙烯管和/或有机塑料软管。在一具体实施方式中，输送液样的送样主管道为聚四氟乙烯管，该材料的疏水性好，采用该材质的管道可有效减少液样挂壁造成的浪费，增加取样准确度；输送气体的管道包括高压和常压气体的管道、取样管道、排废液管道等采用硅胶管或者有机塑料软管。

在一实施方式中，管道内径为0.1-15 mm；进一步优选0.5-5mm；进一步优选1.5-3mm。

管道的内径可以是完全一致的，也可以不是完全相同的，根据需要设定合理的内径大小，内径范围只要在设定值内即可。

为了实现对取样的自动化控制，本实用新型所述取样系统、样品稀释系统还包括用于控制进样的控制模块。所述取样系统通过取样动力源、管路控制阀与总控系统相连，实现取样系统MCU自动控制。所述样品稀释系统通过原液池、稀释池I、稀释池II相连管道的动力源、管道控制阀、移液平台X轴电机和Z轴电机、微量进样器电机与总控系统相连，实现样稀释系统的MCU自动控制。所述控制模块包括通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，可以根据取样需求对控制单元进行编程设计。控制单元接收到外部输入的取样和稀释的信号，控制管道控制阀、动力源/电机的开关，从而控制管道取样、送样和液样稀释、管道清洗等操作。

为方便操作人员对本实用新型装置的操作控制，所述取样处理装置还包括显示界面，所述显示界面可以显示进样装置的工作状况，例如：显示取样状态（取样量、取样时间、稀释倍数等）、清洗消毒工作的状态等。为方便操作，显示屏为可触摸显示屏，所述显示界面上有显示操作按钮以实现对控制单元的控制。

本实用新型装置将取样和样品处理相结合，有效减少取样和稀释的操作时间；采用取样模块和送样模块相独立的方式，有效减少样液浪费，更有利于多个生物反应器平行取样；通过控制器控制基于所述取样、稀释参数以及动力源/电机、管路控制阀的信号控制，实现定时取样，取样时间准确，取样后稀释时间短、稀释精确度高，有利于液样进行OD、碳源、氮源等发酵参数检测。

Claims (10)

1.一种取样处理装置，其特征在于，包括取样系统、样品稀释系统及控制系统，其中，

所述取样系统，其用于生物反应器的取样，包括由动力源、管道及管道控制阀组成的取样模块和送样模块；取样模块用于从生物反应器中取样，送样模块用于送样及对管道的清洗消毒；

所述样品稀释系统，其用于液样稀释，包括原液池、稀释池及移液平台；

所述控制系统，其用于对在线取样装置中各系统进行控制。

2.根据权利要求1所述的取样处理装置，其特征在于，

所述取样模块，至少包括一个取样动力源及与其相连的管道，所述管道一端接生物反应器，另一端分两条支路管道分别与生物反应器和送样模块主管道连接；

所述送样模块，至少包括一个送样动力源及与其相连的管道，所述管道包括一条送样主管道和多条支路管道；其送样主管道上游接送样模块多条支路管道，中间接取样模块，下游接取样容器和/或废液瓶，所述送样模块多条支路管道另一端分别进无菌气体和/或清洗消毒液体；所述送样模块管道由送样动力源提供动力；

所述取样模块与送样模块的各支路管道上均设有管路控制阀，其用于控制对应管道的工作状态。

3.根据权利要求1所述的取样处理装置，其特征在于，所述移液平台包括三维移动支架、与三维移动支架相连接的移液注射器、及移液注射器下端连接的枪头或移样针，所述移液注射器在三维移液支架的带动下沿着X轴、Z轴运动，所述原液池、稀释池设在X轴下方。

4.根据权利要求3所述的取样处理装置，其特征在于，所述三维移动支架包括沿着横向X轴移动的切换机构I及其X轴电机、沿着纵向Z轴移动的切换机构II及其Z轴电机，所述切换机构I和切换机构II上均设有位置感应器。

5.根据权利要求4所述的取样处理装置，其特征在于，所述枪头或移样针为1mL、5 mL、10mL的枪头或移样针。

6.根据权利要求1所述的取样处理装置，其特征在于，所述原液池上接送样主管道、纯化水管道、排废液管道；所述稀释池为定容结构稀释池，其上设有纯化水管道、排废液管道、高压气体管道、定容管道、稀释液排出管道；所述管道上均设有管路控制阀，其用于控制对应管道的工作状态。

7.根据权利要求6所述的取样处理装置，其特征在于，所述稀释池有两个，分别为稀释池I、稀释池II，样液在原液池、稀释池I、稀释池II间的转移通过移液平台实现。

8.根据权利要求1所述的取样处理装置，其特征在于，所述管道为硅胶管、聚四氟乙烯管和/或有机塑料软管，管道内径为0.1-15 mm。

9.根据权利要求8所述的取样处理装置，其特征在于，所述送样模块送样主管道为聚四氟乙烯管。

10.根据权利要求1所述的取样处理装置，其特征在于，所述控制系统包括控制器和PC机显示操控系统，所述控制器分别连接取样系统、样品稀释系统，所述PC机显示操控系统显示操作步骤信息并对取样和稀释数据进行储存。

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