CN214224948U - 功能材料自动化制备平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种功能材料自动化制备平台，包括桌面机器人硬件平台；桌面机器人硬件平台设有原料区、反应区、测试区、评价区以及视频监测模块，所述原料区用于存放原料，所述反应区为反应平台和原料提取装置，所述测试区包含测试检测仪器，所述评价区包括评价检测仪，三轴机械臂带动移液枪将原料区内的原料进行制备并且还可将其原料注入多孔反应板和多孔微孔板供反应区下方视觉模块、测试区内测试检测仪和评价区内评价检测仪采集数据，实现高通量试验、测试，具有快速、低成本的特点，实现新型功能材料制备。

Description

功能材料自动化制备平台

技术领域

本实用新型涉及高通量功能材料研发技术领域，尤其涉及一种功能材料自动化制备平台。

背景技术

功能材料传统研发过程成本高、耗时长，对实验的效率和可重复性都有很高的要求，实验的低效和浪费将是对研究成本和人才的极大消耗。若只依赖于人工手动操作不仅耗费时间，更容易产生误差，这将很大程度影响实验结果的可重复性。另一方面，传统的方法在预测材料的特性与成分，加工条件等关系上，有明显的不足。此外，一些有毒性的固体试剂在提取和称样的过程中存在很大的风险，不仅可能对实验人员造成伤害，更将对环境造成不可控的污染。

开启新型功能材料在能源环保、电子信息、和生物医学技术、及其交叉领域的快速发展，为能源、信息、高端装备制造和人类健康等战略性新兴产业的发展提供坚实的理论基础和技术支撑，将新材料研发由“科学直觉与试错”的传统模式向“理论预测结合实验验证”的新模式转变，全面提高功能材料从发现到应用的速度，降低成本。

发明内容

本实用新型的目的在于提出一种功能材料自动化制备平台，可以通过装置进行高通量(即短时间内大量重复进行操作)的试验，提高了安全性的同时，节省了成本、减少了耗时。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种功能材料自动化制备平台，其特殊之处在于：

包括桌面机器人硬件平台；

所述桌面机器人硬件平台上设有原料区、反应区、测试区、评价区、视觉模块以及视频监测模块，

所述原料区用于存放原料，

所述反应区为反应平台和原料提取装置，

所述测试区包含测试检测仪器，

所述评价区包括评价检测仪，

所述原料提取装置提取原料区中的原料，送至反应平台进行制备，得到样品，所述原料提取装置提取样品至测试区，测试区的测试检测仪器对样品进行检测、分析，经测试区检测后的样品通过传送装置输送至评价区内，评价区内的评价检测仪对待测样品进行数据采集、分析，且原料区、反应区、测试区以及评价区均由视频监测模块进行监测；

所述视觉模块包括照明拍照装置，照明拍照装置对反应区的样品进行图像采集。

进一步地，上述原料区的数量为多个，所述反应平台的数量为多个，所述原料区与反应分区间隔设置。

进一步地，上述原料提取装置包括三轴机械臂，所述三轴机械臂上设有移液枪，所述反应平台包括若干个透明的多孔反应板，所述多孔反应板上设有若干反应孔，所述反应孔底部套有橡胶套，所述橡胶套底部还设有孔，所述多孔反应板下侧设有照明拍照装置。

进一步地，上述反应区与原料区上侧还设有温度传感器以及环境温度调整器。

进一步地，上述原料区内设有若干原料盒，用于放置不同的原液和/或原料，所述原料盒呈透明长方体状，且所述原料盒上端开口，所述原料盒下侧还设有照明拍照装置对所述原料盒进行拍照收集数据。

进一步地，上述照明拍照装置包括无影灯，所述无影灯安装在所述桌面机器人硬件平台上，所述无影灯中部设有立柱，所述立柱上端部嵌有摄像头。

进一步地，上述反应区侧边还设有震动马达。

进一步地，上述测试检测仪呈盒状，且所述测试检测仪上部底端设有若干单色光发射头，所述发射头下侧设有接收传感器，所述接收传感器两侧还设有传送辊轮。

进一步地，上述测试检测仪外侧平台上亦设有传送辊轮，所述外侧平台上的传送辊轮上还设有若干透明的多孔微孔板，且所述测试区与所述评价区之间通过所述传送辊轮连接。

进一步地，上述评价检测仪包括若干检测头，所述检测头下侧设有接收板，所述接收板内设有传感器，所述接收板两侧亦设有传送辊轮，通过所述传送辊轮将所述多孔微孔板在所述测试区与所述评价区之间传送。

进一步地，上述评价区还通过传送辊轮连接有废料收集区，废料收集区包括废料收集区槽，所述废料收集槽呈矩形。

本实用新型的优点：

本实用新型的功能材料自动化制备平台，通过硬件层即桌面机器人硬件平进行高通量(即短时间内大量重复进行操作)的试验以及一系列的检测计算，从而节省了成本以及耗时，使原本需要数年乃至数十年才能完成的功能材料研发缩短至数月，此外本设计还可以通过各分区模块的自由组合，从而实现不仅可以对生物医药进行研发，还可以对电子信息以及能源环保等方面的材料进行研发，以及提供指导数据。

附图说明

图1为本实用新型的整体操作示意图；

图2为本实用新型的主要结构具体示意图；

图3为本实用新型的主要结构侧视示意图；

图4为本实用新型的主要结构俯视示意图；

图5为本实用新型移液枪结构示意图；

图6为本实用新型的多孔反应板与照明拍照装置安装位置示意图；

图7为本实用新型的照明拍照装置示意图；

图8为本实用新型的多孔反应板示意图；

图9为本实用新型的多孔反应板另一视角示意图；

图10为本实用新型测试区工作流程示意图；

图11为本实用新型的测试检测仪示意图；

图12为本实用新型的多孔微孔板传送示意图；

图13为本实用新型评价区工作流程示意图；

图14为本实用新型的评价检测仪示意图；

图15为本实用新型的工作流程图。

1、桌面机器人硬件平台，2、三轴机械臂，3、环境温度调整器，4、温度传感器，5、移液枪，6、微量泵，7、原料区一，8、原料盒，9、反应分区一，10、原料区二，12、反应分区二，13、震动马达，14、多孔微孔板，15、传送辊轮，16、测试区，17、废料收集槽，18、照明拍照装置，19、立柱,20、无影灯，21、多孔反应板，22、反应孔，23、橡胶套，24、孔，25、评价区，26、接收板，27、接收传感器，28、单色光发射头，29、检测头，30、传感器，31、摄像头，32、测试检测仪，33、评价检测仪，35、视频监测模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

参见图1至图4，一种功能材料自动化制备平台，包括模块化的自动化桌面机器人硬件平台1。所述桌面机器人硬件平台1上设有原料区、反应区、测试区、评价区以及视频监测模块35。

所述桌面机器人硬件平台上设有原料区、反应区、测试区、评价区、视觉模块以及视频监测模块。

所述原料区内存放有至少一种材料原液，所述反应区包括反应平台和原料提取装置，所述测试区包含测试检测仪器，所述评价区包括评价检测仪。

原料提取装置提取原料区中的原料，送至反应平台进行制备，得到样品，原料提取装置提取样品至测试区，测试区的测试检测仪器对样品进行检测、分析，经测试区检测后的样品通过传送装置输送至评价区内，评价区内的评价检测仪对待测样品进行数据采集、分析，且原料区、反应区、测试区以及评价区均由视频监测模块的监测；

所述视觉模块包括照明拍照装置，照明拍照装置对反应区的样品进行图像采集并发送至上位机，本实用新型装置可实现高通量的试验。

本实用新型的上位机可以是计算机，用于接受、存储信息，并能通过显示屏显示信息。

作为本实用新型的一个优选实施例，上述原料提取装置包括三轴机械臂2以及三轴机械臂2连接多个移液枪5，通过驱动所述三轴机械臂2从而控制所述三轴机械臂2下方的移液枪5对所述桌面机器人硬件平台1上各分区进行相应操作，且每排所述移液枪5上方设有单独的微量泵6，如图5所示，通过各单独的微量泵6对各移液枪5进行精细化吸放液操作。

所述原料区包括多个原料区一7或原料区二10，所述反应平台包括多个反应区一9或反应区二12，所述多个原料区一7或原料区二10与所述多个反应区一9或反应区二12间隔设置，所述反应平台与所述原料区上侧还设有温度传感器4以及环境温度调整器3。通过所述温度传感器4与所述环境温度调整器3可以对本装置内部的环境温度进行调控(升温进行加热或降温进行冷却)，所述多个原料区一7或原料区二10以及多个反应区一9或反应区二12分别错开间隔设置的目的在于：所述多个原料区一7或原料区二10与所述多个反应区一9或反应区二12可以自由组合进行配方调配组合，分类存放制备原料以及制备后的样品，从而简化试验步骤。

作为本实用新型的一个优选实施例，如图2、图3、图4所示，多个所述原料区一7或原料区二10上设有若干原料盒8放置有不同的原液和/或原料，所述原料盒8呈透明长方体状，所述原料盒8下侧还设有照明拍照装置18。上述原料盒8呈透明状且下方设置照明拍照装置18的目的在于：通过照明拍照装置18可以对所述原料盒8进行实时拍照上传至上位机。

上述原料区包含的多个原料区一7或原料区二10不仅可以作为原料的盛放区，而且还可以作为配方制备的载体，使用其中一个或多个原料盒8进行一个或多个配方同时调配，且配方调配过程中还可以通过所述多个原料区10下方的照明拍照装置18进行实时拍照发送至上位机。

作为本实用新型的一个优选实施例，参见图7，所述照明拍照装置18包括无影灯20，所述无影灯20安装在所述桌面机器人硬件平台1上，所述无影灯20中部设有立柱19，所述立柱19上端部嵌有摄像头31。

如图6、图7、图8、图9所示，多个所述反应区一9或反应区二12上设有若干透明的多孔反应板21，所述多孔反应板21上设有若干反应孔22，所述反应孔22底部套有橡胶套23，所述橡胶套23底部还设有孔24，所述多孔反应板21下侧亦设有所述照明拍照装置18。

上述多孔反应板21下方设置所述照明拍照装置18的目的在于：通过所述照明拍照装置18对所述多孔反应板21进行实时拍照上传，且所述多孔反应板21的反应孔22底部套有橡胶套23且在所述橡胶套23上开设有孔24可以使得所述照明拍照装置18进行拍照时，各孔之间的图像区别更加明显，此外所述照明拍照装置18中的无影灯20可以使得拍照时所述多孔反应板21的反应孔22之间不会因为光线的差别而使得各个反应孔22拍照时光线互相影响而造成照片成像会呈现较多阴影的情况，通过无影灯20将原本的阴影覆盖而使得实时拍摄出的照片更加清晰，同时也更加便于后台的发送至上位机对所述多孔反应板21内产生的颜色反应进行区分。

作为本实用新型的一个优选实施例，参见图2，位于所述桌面机器人硬件平台1边缘的所述反应区二12侧边还设有震动马达13。上述震动马达13设置的目的在于：通过驱动所述震动马达13震动从而加速所述反应区二12内原料的混合，缩短试验所需时长。

如图2、图10、图11、图12所示，所述测试区16包括测试检测仪32，所述测试检测仪32为酶标仪等可以对所研发功能材料进行测试的仪器，且所述测试检测仪32通过外部接口连接上位机，所述测试检测仪32呈盒状，且所述测试检测仪32上部底端设有若干单色光发射头28，所述发射头28下侧设有接收传感器27，所述接收传感器27两侧还设有传送辊轮15，所述测试检测仪32的外侧平台上亦设有传送辊轮15，所述外侧平台上的传送辊轮15上还设有若干透明的多孔微孔板14，且所述测试区16与所述评价区25之间通过所述传送辊轮15连接。

如图10所示，本实用新型实施例中，所述多孔微孔板14通过所述三轴机械臂2由移液枪5吸取所述多孔反应板21内的待测样品并将其加至其多孔微孔板14的孔内并通过所述传送辊轮15传送进所述测试检测仪32下侧，所述测试检测仪32上侧单色光发射头28发出单色光穿过所述多孔微孔板14上的待测样品并照射所述接收传感器27上，所述接收传感器27将接收的信号转换为电信号发送至上位机。

如图13、图14所示，本实用新型实施例中，所述评价区25包括评价检测仪33，所述评价检测仪同样通过外部接口连接，所述评价检测仪33为可以对功能材料进行表征分析的专业仪器，所述评价检测仪33包括检测头29，所述检测头29下侧设有接收板26，所述接收板26内设有传感器30，所述接收板26两侧亦设有传送辊轮15，通过所述传送辊轮15将所述多孔微孔板14在所述测试区16与所述评价区25之间传送。

所述多孔微孔板14经过所述测试区16检测后通过所述传送辊轮15传送至所述评价区25内并将其传送至所述评价检测仪33下方，所述检测头29发出检测光，所述检测光透过所述多孔微孔板14，并由所述接收板26上传感器30接收，所述传感器30将接收到的信号转换为电信号发送至上位机。

作为本实用新型的一个优选实施例，所述评价区25还通过传送辊轮15连接有废料收集槽17，所述废料收集槽17呈矩形，所述废料收集槽17内可设置反应板收集以及TIP头脱离收集装置。上述多孔微孔板14经过所述测试区16以及所述评价区25检测后经过所述传送辊轮15传送至所述废料收集槽17内收集后统一处理。

本设计的具体使用方法为：

首先将功能材料研发所需的原料分别置于所述原料区的多个原料区一7或原料区二10的原料盒8内，并根据初步配方操作所述桌面机器人硬件平台1上侧的三轴机械臂2进行初步的配方制备，且各所述原料盒8内的原料以及配方材料还可以通过所述原料盒8下侧的视觉模块的照明拍照装置18进行实时拍照发送至上位机，分析从而监测所述原料盒8内的原料的纯度、原料剩余程度以及原料盒8内所制备的样品的初步颜色反应。

然后驱动所述桌面机器人硬件平台1上侧的三轴机械臂2移动将所述移液枪5伸入所需原料的原料盒8内并通过所述移液枪5上部的微量泵6对原料进行定量的吸取，而后再驱动所述三轴机械臂2将吸取到的原料释放入所述多孔反应板21的反应孔22内并通过移液枪5的重复抽吸进行混合搅拌，重复上述步骤对各原料进行吸取并在所述多孔反应板21内进行配比反应，所述多孔反应板21内的颜色反应通过所述多孔反应板21下方的照明照相装置18进行实时拍照，通过机器进行短时间重复高通量试验，可以在短时间内获得大量试验数据。

然后对于处理分析过并进行筛选后的多孔反应板21内的备选材料同样通过驱动所述三轴机械臂2对备选材料进行吸取并将其释放至所述多孔微孔板14内，然后通过所述传送辊轮15将装有待测样品的多孔微孔板14传送至所述测试检测仪32下方，并由所述测试检测仪32进行检测，且所述测试检测仪32的检测结果由所述接收传感器27发送至上位机。

经过测试检测仪32检测的装有待测样品的多孔微孔板14在经过测试区16检测后进一步的由所述传送辊轮15传送至所述评价区25的评价检测仪33下方，并由评价检测仪33进行悬浊度以及纳米粒径等的检测，同样的，检测结果经由传感器30转换信号发送至上位机。

最后经过上述测试区16以及评价区25检测的多孔微孔板14通过所述传送辊轮15传送进入所述废料收集槽17等待进一步处理。

而经过上述步骤后，通过机械自动化减少人工的使用，降低研发新型功能材料的耗费时长，从而节约了各方面的成本。

此外本设计原料区主要放置液体耗材等以及进行对功能材料例如酶催化、蛋白结晶以及电子墨水等的初步的配方反应；升温区的温度传感器4以及环境温度调整器3，主要对整个装置进行温度调控，测试材料的热稳定性、光敏程度以及量子点等；反应区主要作为功能材料研发过程中生化反应以及催化反应的反应平台，视觉模块包括照明拍照装置18，该区域主要对反应区以及原料区发生的反应进行拍照并上传至上位机，视频监测模块35主要包括其上的摄像头并通过摄像头进行摄像上传至上位机进行整体的视频监测，测试评价区包括测试区16以及评价区25，该区域主要通过外部接口衔接商用设备如酶标仪、悬浊度分析仪以及纳米粒径分析仪等商用设备对功能材料进行专业的测试评价，从而评估功能材料的具体应用价值，废料区包括废料收集槽17，该区域主要通过其上所设置的各收集装置(现有技术)收集试验产生的耗材废料，通过对各分区模块的灵活组合，本设计不仅可以用于生物医药方面的研发，同样可以用于电子信息以及能源环保材料等方面的研发，例如进行蛋白质结晶操作，原本首先需要人工通过移液枪对多孔板进行注入蛋白质样品，由于是人工操作不仅费时费力，且易产生交叉污染，导致试验失败，且对多孔板注入蛋白质样品后还需要对多孔板中试验后的蛋白质样品进行测试检测，此过程又需要人工完成，不仅步骤繁琐，且具有发生污染的可能性，导致检测结果不准确，而在本设计的工作站中，对蛋白质的结晶操作均可由智能控制分析中心发布指令从而自动化完成各步骤包括对蛋白质的结晶，检测等。

综合上述内容，本设计的具体工作流程可归纳为如图15所示，将功能材料的研发步骤细分为制备-反应-测试-评价四个流程，且其中原料区以及反应区均具有特定的视觉模块进行实时拍照并上传至上位机，而测试、评价这两个流程则由专业的检测仪器例如酶标仪等对材料进行酶联免疫检测、材料悬浊度以及材料纳米粒径等专业的测试评价，并同样将检测所得的各组数据上传至上位机进行综合，并记录下该材料试验的各项数据(即功能材料基因数据)。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非以此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本实用新型的保护范围内。

Claims (12)

1.一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

包括桌面机器人硬件平台；

所述桌面机器人硬件平台上设有原料区、反应区、测试区、评价区、视觉模块以及视频监测模块；

所述原料区用于存放原料，所述反应区包括反应平台和原料提取装置，所述测试区包含测试检测仪器，所述评价区包括评价检测仪；

所述原料提取装置提取原料区中的原料，送至反应平台进行制备，得到样品，所述原料提取装置提取样品至测试区，测试区的测试检测仪器对样品进行检测、分析，经测试区检测后的样品通过传送装置输送至评价区内，评价区内的评价检测仪对待测样品进行数据采集、分析，且原料区、反应区、测试区以及评价区均由视频监测模块进行监测；

所述视觉模块包括照明拍照装置，照明拍照装置对反应区的样品进行图像采集。

2.根据权利要求1所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

所述原料区的数量为多个，所述反应平台的数量为多个，所述原料区与反应平台间隔设置。

3.根据权利要求1所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

所述原料提取装置包括三轴机械臂，所述三轴机械臂上设有移液枪，移液枪分别通过其对应的微量泵连接。

4.根据权利要求1所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

所述反应平台包括若干个透明的多孔反应板，所述多孔反应板上设有若干反应孔，所述反应孔底部套有橡胶套，所述橡胶套底部还设有孔，所述照明拍照装置设置在多孔反应板下侧。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

还包括温度传感器以及环境温度调整器，环境温度调整器对于温度进行调节，温度传感器用于获取环境温度。

6.根据权利要求1-4任一所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

原料区内设有若干原料盒，所述原料盒呈透明长方体状，且所述原料盒上端开口，所述照明拍照装置设置在原料盒下侧对原料盒进行拍照收集数据。

7.根据权利要求1-4任一所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

照明拍照装置包括无影灯，所述无影灯安装在所述桌面机器人硬件平台上，所述无影灯中部设有立柱，所述立柱上端部嵌有摄像头。

8.根据权利要求1-4任一所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

所述反应区侧边还设有震动马达。

9.根据权利要求1-4任一所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

所述测试检测仪呈盒状，且所述测试检测仪上部底端设有若干单色光发射头，所述发射头下侧设有接收传感器，所述接收传感器两侧还设有传送辊轮。

10.根据权利要求1-4任一所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

所述测试检测仪外侧平台上亦设有传送辊轮，所述外侧平台上的传送辊轮上还设有若干透明的多孔微孔板，且所述测试区与所述评价区之间通过传送辊轮连接。

11.根据权利要求10所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

所述评价检测仪包括若干检测头，所述检测头下侧设有接收板，所述接收板内设有传感器，所述接收板两侧亦设有传送辊轮，通过所述传送辊轮将所述多孔微孔板在所述测试区与所述评价区之间传送。

12.根据权利要求1-4任一所述的一种功能材料自动化制备平台，其特征在于：

所述桌面机器人硬件平台设有废料收集区，废料收集区通过传送辊轮与评价区相连。

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