CN219210021U - 双头移液工作站 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双头移液工作站，包括机架、设备板、三坐标移动机构、及移液钢针组件；所述机架的前部为作业区，其内设有可移动的所述设备板；所述设备板上设有温控单元，及若干合成板；在设备板的两侧设有清洗槽；所述三坐标移动机构包括横向移动机构、纵向移动机构、及升降机构；所述升降机构的底部设有所述移液钢针组件；所述移液钢针组件包括钢针、及弹性机构。本实用新型的双头移液工作站，整体结构简单，同时具有双工作头，且结合移液钢针组件实现可靠的吸液、吐液，即提高了移液作业效率，又提高了移液质量，进而保证产品合成过程的品质稳定。

Description

双头移液工作站

技术领域

本实用新型涉及一种生物医学领域使用的移液工作站，特别是具有双工作头的双头移液工作站，属于机械设备领域。

背景技术

在生命科学领域，特别是PCR体系(聚合酶链式反应，Polymerase ChainReaction)过程中构建体系中，需要大规模的进行溶液混合处理工作；移液过程，主要为吸液、吐液、清洗。

目前PCR工作中的移液，主要通过人工操作进行；该工作操作技术难度不大，但由于是大规模的重复性机械操作，容易造成操作疲劳，就容易造成工作效率低，或出错。

故，有必要将该移液过程，进行自动化改造，以代替人工作业，提高作业效率，同时避免出错。中国专利公开号为CN114713311A的全自动移液分液工作台，即公开了类似的设备，但其采用了工业多自由度机械臂(抓取机械手)，作为通用设备，设备造价更高，维护成本也更高；同时移液作业效率却受机械臂结构限制，仍不够高。

故，有必要针对移液操作，设计一款全自动工作站，来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种双头移液工作站，采用三坐标移动机构进行快速移动；同时将钢针设置在弹性机构上，通过针头进行探底，确保移液作业时针头位于试剂容器的底部，提高吸液、吐液的质量；最终实现全自动、高效的移液作业。

为达到上述实用新型目的，本实用新型提供了一种双头移液工作站，包括机架、设备板、三坐标移动机构、及移液钢针组件；

所述机架的前部为作业区，其内设有可移动的所述设备板；所述设备板上设有温控单元，及若干合成板；所述合成板上设有试剂容器，其内储存有待移液的试剂；

在设备板的两侧设有清洗槽，所述清洗槽固定在作业区的两侧；

所述三坐标移动机构包括横向移动机构、纵向移动机构、及升降机构；

所述横向移动机构为单轴双动子直线电机模组，具有2个可相互独立运行的横向直线移动平台；所述横向移动机构的固定部分安装在所述机架的上部；

在2个所述横向直线移动平台上分别安装有纵向移动机构，所述纵向移动机构为单轴直线电机模组，在直线轨道内具有1个可纵向移动的纵向直线移动平台；

2个纵向直线移动平台上分别安装有所述升降机构，所述升降机构位于作业区上方；

所述升降机构的底部设有所述移液钢针组件；

所述移液钢针组件包括钢针、及弹性机构；

所述钢针的顶部与高精密注射泵相连，所述高精密注射泵安装在所述机架上，并通过软管与所述钢针相连；

钢针的内部为用于储纳溶液的中空腔室；钢针的底部为针头；

所述钢针通过所述弹性机构安装在所述升降机构的升降平台上；所述升降平台可带着所述移液钢针组件进行升降运动；

所述弹性机构包括活动块、固定座、导向销；

所述钢针固定在所述活动块上，且针头位于所述活动块的下方；

所述活动块通过导向销安装在所述固定座上；

所述导向销、所述钢针相互平行，且保持竖直状态；

所述固定座固定在所述升降平台上；

所述活动块可沿着所述导向销相对所述固定座进行升降运动；

所述活动块的一侧设有第二挡板，在所述升降平台上相应设有第二定位传感器；

常规状态下，所述第二挡板位于所述第二定位传感器的下方；所述活动块保持远离所述固定座。

作为本实用新型的进一步改进，所述活动块内设有2个竖直的通孔，所述通孔内分别设有所述导向销；所述导向销的顶部固定在所述固定座上；

所述导向销可沿所述活动块的通孔竖直移动。

进一步的，所述通孔内设有导套，所述导向销装在所述导套内。

进一步的，在导向销外套设有弹簧，所述弹簧位于所述固定座与所述活动块之间；

所述弹簧处于压缩状态。

作为本实用新型的进一步改进，所述活动块内设有夹槽；所述夹槽为弹性夹紧开口槽；

所述夹槽的内侧设有圆形槽，所述钢针的夹持柄塞入所述圆形槽内；

所述夹槽的外侧为平槽，所述平槽部位设有螺孔；

螺钉拧入所述螺孔内，可将所述夹槽的平槽并拢，进而收缩所述圆形槽，将所述钢针夹紧固定在所述活动块上。

作为本实用新型的进一步改进，所述升降机构为丝杠螺母驱动机构；

设有升降底板，所述升降底板固定在所述纵向直线移动平台上；

所述升降底板的顶部设有升降驱动元件；

所述升降驱动元件内设有驱动电机，中间为驱动螺母，驱动螺母内穿设有驱动丝杠；

所述驱动丝杠的底部设有驱动板；所述驱动板与升降平台相连接；

所述升降底板上竖直设有直线导轨，所述升降平台通过直线滑块安装在所述直线导轨上。

进一步的，每侧的升降机构内设有2个所述直线滑块，同时固定在所述升降平台上，并安装在所述直线导轨上。

进一步的，所述升降机构内设有定位传感器；

在所述升降平台的一侧固定有第一挡板；

在升降底板上相应设有若干个第一定位传感器。

再进一步的，所述第一定位传感器设有2个，分别位于最下方极限位置，及最上方极限位置。

更进一步的，还设有第3个所述第一定位传感器，位于最上方极限位置的下方1-2厘米处，为升降零点位置。

本实用新型的所述移液钢针组件工作时，随着三坐标移动机构移动到指定合成板的试剂容器正上方，然后所述升降机构动作，将所述移液钢针组件降下，使所述钢针的针头插入到试剂容器内；随着所述升降平台的下降，直至所述针头触碰到试剂容器的底部；此时，随着升降平台的继续下降，所述针头由于被试剂容器的底部限位，所述固定座与所述活动块发生相对运动，同时所述第二定位传感器向所述第二挡板移动，直至所述第二定位传感器检测到所述第二挡板，即可知所述钢针已触底，发出信号，所述升降驱动元件停止转动，并适当反转，将所述升降平台抬起若干毫米，使所述针头位于离试剂容器底部1-2mm的位置；然后启动所述高精密注射泵进行吸液，将溶液全部吸入钢针内，此时由于针头离试剂容器底部很近，通过吸力可以将试剂容器内的全部溶液吸入到钢针内，从而节约试剂；钢针的吸液容量为1～20ul(±3％)；吸液完毕后，所述升降机构升起至升降零点位置，将钢针完全提升离开试剂容器，再移动到需要吐液的试剂容器上方，所述升降机构重复下落动作，最后将钢针的针头停留在离试剂容器底部1-2mm的高度位置，反向启动所述高精密注射泵，将钢针内的溶液全部吐出，此时由于钢针的针头位于试剂容器的底部位置进行吐液，吐出的溶液不会飞溅到试剂容器的壁面上，避免液体挂壁的现象出现。

本实用新型的吸液、吐液过程中，通过控制钢针的针头都位于试剂容器的底部位置，可以确保能够将试剂容器内的溶液完全吸取，并投放至目标试剂容器内，确保溶液的转移量是确定、稳定的，可以减少试剂浪费，且保证产品的品质稳定。经测试，整个移液过程可以控制在12秒左右，极大的提高了作业效率。

当移液完毕后，所述升降机构带着钢针完全升起，然后移动到所在侧清洗槽的上方，再下落指定高度，将钢针的下部浸泡在清洗槽的清洗液内，对钢针进行清洗。清洗槽设有2个，位于合成板所在作业区的两侧，这样当一侧的升降机构带着钢针在清洗槽内进行清洗时，整个作业区都是开放的，可以供另一侧的工作头(横向移动平台、纵向移动机构、升降机构、及移液钢针组件)进行吸液、吐液作业；双工作头交替移液，可以避免清洗浪费时间，进一步提高作业效率。

本实用新型的双头移液工作站，采用三坐标移动机构作为移动机构，移动精度高，速度快，且生产、维护成本低；同时，采用单轴双动子直线电机模组作为横向移动机构，可以同时安装两台工作头，且相互之间可独立运行，进一步提高了作业效率；在升降机构的底部设有移液钢针组件，通过弹性机构，配合定位传感器，方便钢针的针头在下降过程中实现对试剂容器的探底，从而能够可靠的将试剂容器内的溶液全部吸入钢针内，或将溶液可靠的排入到试剂容器内，避免溶液浪费。

本实用新型的双头移液工作站，整体结构简单，同时具有双工作头，且结合移液钢针组件实现可靠的吸液、吐液，即提高了移液作业效率，又提高了移液质量，进而保证产品合成过程的品质稳定。

附图说明

图1为本实用新型双头移液工作站的整体结构示意图1；

图2为本实用新型双头移液工作站的整体结构示意图2；

图3为本实用新型双头移液工作站的部分结构示意图(拆除一侧工作部)；

图4为本实用新型升降机构的结构示意图1；

图5为本实用新型升降机构的结构示意图2；

图6为本实用新型移液钢针组件的整体结构示意图1；

图7为本实用新型移液钢针组件的整体结构示意图2；

图8为本实用新型清洗槽的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

本实用新型针对PCR体系过程中构建体系中的移液需求，设计了双头移液工作站，采用钢针51，配合高精密注射泵6根据工艺及反应体系需求，自动进行1～20ul(±3％)的自动吸液、吐液作业。

本实用新型的双头移液工作站，如图1-图3所示，包括一套三坐标移动机构，移动机构整体安装在机架1上；机架1的前部为作业区，其内设有可移动的设备板11，设备板11上设有温控单元12(试剂在使用过程中，需要低温4±2℃存储环境，故需要温控单元12在设备板11上产生低温操作环境)。根据工艺及反应体系需求，在设备板11上设有若干合成板13，合成板13上规则排布有试剂容器；根据设备板11，及上面分布的合成板13，系统预录进试剂容器的位置信息，然后系统驱动三坐标移动机构，根据试剂容器的位置，进行自动定位作业。

本实用新型所采用的三坐标移动机构，首先包括横向移动机构2，X轴，横向移动机构2为单轴双动子直线电机模组(深圳市盛泰奇科技有限公司生产的型号为STM8-S500W2-JSS1-E00GA3-05-P-S1G1C1-T0单轴双动子直线电机模组)，在同一个直线轨道内具有2个可相互独立运行的直线移动平台；在2个横向移动平台上分别安装有纵向移动机构3，Y轴，纵向移动机构3为单轴直线电机模组(深圳市盛泰奇科技有限公司生产的型号为STM-011-S250U60017-V1单轴直线电机模组)，在直线轨道内具有1个可纵向移动的直线移动平台；在纵向移动平台上分别安装有升降机构4，Z轴。通过单轴双动子直线电机模组，本实用新型在X轴方向设有2套独立运行的直线移动平台，进而具有2套可独立运行的工作头。

所述横向移动平台与机架1支架设有保护拖链21，用于穿设管线；说明书附图中仅示出了一侧的保护拖链21，另一侧的隐去。

所述升降机构4为丝杠螺母驱动机构，具体结构如图4、图5所示，包括升降底板41，其顶部设有升降驱动元件44，升降驱动元件44内设有驱动电机，中间为驱动螺母，驱动螺母内穿设有驱动丝杠42，所述驱动丝杠42的底部设有驱动板43；所述驱动板43安装在升降平台45上；所述升降底板41上设有直线导轨46，所述升降平台45通过直线滑块47安装在所述直线导轨46上，所述直线滑块47可以设有2个，以提高所述升降平台45运行的稳定性。

所述升降底板41随着纵向移动机构3、横向移动机构2进行Y轴、X轴平移；所述升降驱动元件44内的驱动电机带动驱动螺母工作，可驱动所述驱动丝杠42带着所述驱动板43进行升降运动，进而带着所述升降平台45沿驱动丝杠42、及直线导轨46进行Z轴的升降运动。

所述升降机构4内还设有定位传感器，具体来说，在所述升降平台45的一侧固定有第一挡板48，在升降底板41上相应设有若干个第一定位传感器49，所述第一定位传感器49对第一挡板48进行检测，从而确定所述升降平台45位于最下方极限位置，或最上方极限位置，需要停机，避免脱轨，以及位于最上方极限位置略下处的零点位置，即升降平台45升起足够高度，可以在X轴、Y轴方向进行无障碍的移动。

所述升降平台45上安装有移液钢针组件5，最终驱动所述移液钢针组件5进行三坐标(X轴、Y轴、Z轴)移动。

所述移液钢针组件5，如图6、图7所示，包括钢针51，所述钢针51的顶部与高精密注射泵6相连；钢针51的内部为中空腔室，用于储纳溶液；钢针51的底部为针头511。所述钢针51通过弹性机构安装在所述升降平台45上。所述弹性机构包括，活动块52、固定座53、导向销54、弹簧55、导套56。所述活动块52内开设有夹槽521，所述夹槽521为开口槽，可弹性变形夹紧；所述钢针51的夹持柄512塞入所述夹槽521的圆槽内，然后在活动块52的夹槽521的平槽部位设有螺孔522，通过拧入螺钉可以将所述夹槽521夹紧，进而将钢针51进行固定。所述活动块52内还设有2个竖直的通孔，所述通孔内分别设有导向销54，所述导向销54与所述钢针51平行，所述导向销54可沿所述活动块52的通孔竖直移动；为消除所述导向销54与所述通孔的间隙，在所述通孔内还设有导套56，所述导向销54装在所述导套56内。所述导向销54的顶部固定在所述固定座53上，所述固定座53固定在所述升降平台45上；在导向销54外套设有弹簧55，所述弹簧55位于所述固定座53与所述活动块52之间，且处于压缩状态，使所述活动块52即受重力，又受弹力，保持远离所述固定座53。在所述活动块52的一侧设有第二挡板57，在所述升降平台45上相应设有第二定位传感器58；常规状态下，所述第二挡板57位于所述第二定位传感器58的下方。

本实用新型的所述移液钢针组件5工作时，随着三坐标移动机构移动到指定合成板13的试剂容器正上方，然后所述升降机构4动作，将所述移液钢针组件5降下，使所述钢针51的针头511插入到试剂容器内，特别是随着所述升降平台45的下降，直至所述针头511触碰到试剂容器的底部，此时随着所述升降平台45的继续下降，所述针头511由于被试剂容器的底部限位，所述固定座53与所述活动块52发生相对运动，压缩弹簧，同时所述第二定位传感器58向所述第二挡板57移动(此时，所述活动块51、所述第二挡板57随着所述针头511一起被试剂容器的底部所限位)，直至所述第二定位传感器58检测到所述第二挡板57，即可知所述钢针51已触底，发出信号，所述升降驱动元件44停止转动，并适当反转，将所述升降平台45抬起若干毫米，使所述针头511位于离试剂容器底部1-2mm的位置，然后启动所述高精密注射泵6进行吸液，将溶液全部吸入钢针51内，此时由于针头511离试剂容器底部很近，通过吸力可以将试剂容器内的全部溶液吸入到钢针51内，从而节约试剂；吸液完毕后，所述升降机构4升起，将钢针51完全提升离开试剂容器，再移动到需要吐液的试剂容器上方，所述升降机构4重复下落动作，最后将钢针51的针头511停留在离试剂容器底部1-2mm的高度位置，反向启动所述高精密注射泵6，将钢针51内的溶液全部吐出，此时由于钢针51的针头511位于试剂容器的底部位置进行吐液，吐出的溶液不会飞溅到试剂容器的壁面上，避免液体挂壁的现象出现。

本实用新型的吸液、吐液过程中，通过控制钢针51的针头511都位于试剂容器的底部位置，可以确保能够将试剂容器内的溶液完全吸取，并投放至目标试剂容器内，确保溶液的转移量是确定、稳定的，可以减少试剂浪费，且保证产品的品质稳定。经测试，整个移液过程可以控制在12秒左右，极大的提高了作业效率。

当移液完毕后，所述升降机构4带着钢针51完全升起，然后移动到所在侧清洗槽7的上方，再下落指定高度，将钢针51的下部浸泡在清洗槽7的清洗液内，对钢针51进行清洗。所述清洗槽7为开放式的筒体71，其中部设有安装部72用于固定在所述设备板11上；所述清洗槽7的顶部为开口73，供钢针51插入；所述清洗槽7的中部设有进水口74，用于向筒体71内注入清洗液；所述清洗槽7的底部设有排水口75，用于将筒体71内的清洗废液排出。

所述清洗槽7设有2个，位于所述设备板11的两侧，即合成板13所在作业区的两侧，这样当一侧的升降机构4带着钢针51在清洗槽7内进行清洗时，整个作业区都是开放的，可以供另一侧的工作头(横向移动平台、纵向移动机构3、升降机构4、及移液钢针组件5)进行吸液、吐液作业；双工作头交替移液，可以避免清洗浪费时间，进一步提高作业效率。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不仅限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.双头移液工作站，其特征在于，包括机架、设备板、三坐标移动机构、及移液钢针组件；

所述机架的前部为作业区，其内设有可移动的所述设备板；所述设备板上设有温控单元，及若干合成板；所述合成板上设有试剂容器，其内储存有待移液的试剂；

在设备板的两侧设有清洗槽，所述清洗槽固定在作业区的两侧；

所述三坐标移动机构包括横向移动机构、纵向移动机构、及升降机构；

所述横向移动机构为单轴双动子直线电机模组，具有2个可相互独立运行的横向直线移动平台；所述横向移动机构的固定部分安装在所述机架的上部；

在2个所述横向直线移动平台上分别安装有纵向移动机构，所述纵向移动机构为单轴直线电机模组，在直线轨道内具有1个可纵向移动的纵向直线移动平台；

2个纵向直线移动平台上分别安装有所述升降机构，所述升降机构位于作业区上方；

所述升降机构的底部设有所述移液钢针组件；

所述移液钢针组件包括钢针、及弹性机构；

所述钢针的顶部与高精密注射泵相连，所述高精密注射泵安装在所述机架上，并通过软管与所述钢针相连；

钢针的内部为用于储纳溶液的中空腔室；钢针的底部为针头；

所述钢针通过所述弹性机构安装在所述升降机构的升降平台上；所述升降平台可带着所述移液钢针组件进行升降运动；

所述弹性机构包括活动块、固定座、导向销；

所述钢针固定在所述活动块上，且针头位于所述活动块的下方；

所述活动块通过导向销安装在所述固定座上；

所述导向销、所述钢针相互平行，且保持竖直状态；

所述固定座固定在所述升降平台上；

所述活动块可沿着所述导向销相对所述固定座进行升降运动；

所述活动块的一侧设有第二挡板，在所述升降平台上相应设有第二定位传感器；

触发前，所述第二挡板位于所述第二定位传感器的下方；所述活动块保持远离所述固定座。

2.如权利要求1所述的双头移液工作站，其特征在于，所述活动块内设有2个竖直的通孔，所述通孔内分别设有所述导向销；所述导向销的顶部固定在所述固定座上；

所述导向销可沿所述活动块的通孔竖直移动。

3.如权利要求2所述的双头移液工作站，其特征在于，所述通孔内设有导套，所述导向销装在所述导套内。

4.如权利要求2所述的双头移液工作站，其特征在于，在导向销外套设有弹簧，所述弹簧位于所述固定座与所述活动块之间；

所述弹簧处于压缩状态。

5.如权利要求1所述的双头移液工作站，其特征在于，所述活动块内设有夹槽；所述夹槽为弹性夹紧开口槽；

所述夹槽的内侧设有圆形槽，所述钢针的夹持柄塞入所述圆形槽内；

所述夹槽的外侧为平槽，所述平槽的部位设有螺孔；

螺钉拧入所述螺孔内，可将所述夹槽的平槽并拢，进而收缩所述圆形槽，将所述钢针夹紧固定在所述活动块上。

6.如权利要求1所述的双头移液工作站，其特征在于，所述升降机构为丝杠螺母驱动机构；

设有升降底板，所述升降底板固定在所述纵向直线移动平台上；

所述升降底板的顶部设有升降驱动元件；

所述升降驱动元件内设有驱动电机，中间为驱动螺母，驱动螺母内穿设有驱动丝杠；

所述驱动丝杠的底部设有驱动板；所述驱动板与升降平台相连接；

所述升降底板上竖直设有直线导轨，所述升降平台通过直线滑块安装在所述直线导轨上。

7.如权利要求6所述的双头移液工作站，其特征在于，每侧的升降机构内设有2个所述直线滑块，同时固定在所述升降平台上，并安装在所述直线导轨上。

8.如权利要求6所述的双头移液工作站，其特征在于，所述升降机构内设有定位传感器；

在所述升降平台的一侧固定有第一挡板；

在升降底板上相应设有若干个第一定位传感器。

9.如权利要求8所述的双头移液工作站，其特征在于，所述第一定位传感器设有2个，分别位于最下方极限位置，及最上方极限位置。

10.如权利要求9所述的双头移液工作站，其特征在于，还设有第3个所述第一定位传感器，位于最上方极限位置的下方1-2厘米处，为升降零点位置。

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