FR2788042A1 - Automatic modular system for storage of microtitration plates or tubes containing samples, enables thousands to be handled, conditioned, traced and retrieved for e.g. pharmaceuticals development - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif de stockage automatisé etThe present invention relates to an automated storage device and
climatisé pour des microplaques ou des microtubes contenant des échantillons biologiques ou chimiques, d'origine air-conditioned for microplates or microtubes containing biological or chemical samples, of origin
naturelle ou synthétique.natural or synthetic.
La recherche de nouveaux médicaments fait appel à de nouvelles stratégies destinées à générer la découverte d'un plus grand nombre de molécules candidates à devenir ultérieurement un médicament. Dans ces nouvelles stratégies, les industries pharmaceutiques sont amenées à synthétiser et tester des milliers voire des millions de molécules sur des périodes de temps très courtes. Ces molécules doivent être conditionnées pour être prêtes au test et stockées en attendant The search for new drugs calls on new strategies intended to generate the discovery of a greater number of candidate molecules to later become a drug. In these new strategies, the pharmaceutical industries are required to synthesize and test thousands or even millions of molecules over very short periods of time. These molecules must be packaged to be ready for testing and stored pending
d'être testées.to be tested.
Traditionnellement, les molécules sont conditionnées soit dans des microplaques, soit dans des microtubes, les deux formats procurant un stockage compact. Les microplaques ou microtubes doivent ensuite être stockés dans des conditions d'ambiance spécifiques, fréquemment en Traditionally, the molecules are packaged either in microplates or in microtubes, the two formats providing compact storage. The microplates or microtubes must then be stored under specific ambient conditions, frequently in
température négative, voire en atmosphère inerte. negative temperature, even in an inert atmosphere.
Un stockage en chambre froide de milliers de microplaques est délicat à gérer, tant en praticabilité (rangement, accès, givre, etc.) qu'en traçabilité (erreur humaine potentiellement Storage in a cold room of thousands of microplates is difficult to manage, both in terms of practicability (storage, access, frost, etc.) and traceability (potentially human error
importante, gestion de stock délicate, etc.). important, delicate stock management, etc.).
Le dispositif selon l'invention permet de gérer automatiquement un stock très important de microplaques (plusieurs milliers), tout en procurant les conditions climatiques adéquates et une traçabilité rigoureuse par lecture des codes-à-barres portés par les microplaques, que ce soit à l'entrée ou à la sortie du stockage. L'aptitude du dispositif à pouvoir charger ou décharger automatiquement des mnicroplaques sans intervention humaine apporte également un confort important aux opérateurs du laboratoire et la possibilité de gérer le stock sur informatique en temps réel. Les dessins annexés illustrent l'invention: The device according to the invention makes it possible to automatically manage a very large stock of microplates (several thousand), while providing adequate climatic conditions and rigorous traceability by reading the bar codes carried by the microplates, whether at entry or exit from storage. The ability of the device to be able to automatically load or unload microplates without human intervention also brings significant comfort to laboratory operators and the possibility of managing stock on computer in real time. The accompanying drawings illustrate the invention:
La figure 1 représente en coupe verticale le dispositif de l'invention. Figure 1 shows in vertical section the device of the invention.
La figure 2 représente en coupe horizontale le dispositif de l'invention. Figure 2 shows in horizontal section the device of the invention.
La figure 3 représente en vue de face une étagère du dispositif de l'invention. Figure 3 shows a front view of a shelf of the device of the invention.
La figure 4 représente en coupe de profil un tiroir contenant 2 microplaques. Figure 4 shows in profile section a drawer containing 2 microplates.
La figure 5 représente en vue de profil la cinématique d'arrimage par crochet d'un tiroir FIG. 5 represents in profile view the kinematics of lashing by hook of a drawer
selon les étapes I à 3.according to steps I to 3.
La figure 6 représente en vue de dessus, de côté et de face le manipulateur de microplaques Figure 6 shows a top view, side and front of the microplate manipulator
du dispositif de l'invention.of the device of the invention.
La figure 7 représente en vue de dessus la cinématique d'extraction d'un tiroir et de la capture d'une microplaque par le manipulateur selon différentes phases: I.Arrimage du tiroir, FIG. 7 represents a top view of the kinematics of extraction of a drawer and of the capture of a microplate by the manipulator according to different phases: I. Stowage of the drawer,
2.Extraction du tiroir, 3.Capture et élévation d'une microplaque, 4. Retour du tiroir sur l'étagère. 2.Extraction of the drawer, 3.Capture and elevation of a microplate, 4. Return of the drawer to the shelf.
La figure 8 représente en vue de dessus le tiroir-sas du dispositif de l'invention. Figure 8 shows a top view of the airlock of the device of the invention.
La figure 9 représente le schéma de circulation d'air du dispositif selon l'invention. FIG. 9 represents the air circulation diagram of the device according to the invention.
Le dispositif selon l'invention est composé d'un ensemble d'étagères circulaires(27) et périphériques à un manipulateur automatisé(l 2). Le manipulateur(l 2) permet de transférer les microplaques(1) d'une position de stockage au sas et inversement. Un sas(42) permet de transférer la microplaque de l'extérieur vers le manipulateur ou inversement. L'ensemble est climatisé par un système de circulation d'air forcé et est donc isolé en conséquence. Une porte( 10) est aménagée spécialement pour permettre l'accès à un opérateur pour maintenance, réparation ou autre intervention. Ainsi, selon ce dispositif, une microplaque(l) est automatiquement prise en charge à partir d'une position externe par le sas(42), transférée vers le manipulateur(12) qui la dépose dans une des positions disponibles sur les étagères(27). La microplaque(l) y sera stockée dans les The device according to the invention is composed of a set of circular shelves (27) and peripheral to an automated manipulator (l 2). The manipulator (l 2) makes it possible to transfer the microplates (1) from a storage position to the airlock and vice versa. An airlock (42) allows the microplate to be transferred from the outside to the manipulator or vice versa. The whole is air conditioned by a forced air circulation system and is therefore insulated accordingly. A door (10) is specially fitted to allow access to an operator for maintenance, repair or other intervention. Thus, according to this device, a microplate (l) is automatically taken in from an external position by the airlock (42), transferred to the manipulator (12) which deposits it in one of the positions available on the shelves (27 ). The microplate (l) will be stored there in the
conditions climatiques adéquates jusqu'à utilisation. adequate climatic conditions until use.
Dans le dispositif selon l'invention, le stockage est structuré autour d'un ensemble d'étagères circulaires(27) évidées en leur centre. Les étagères sont perforées d'orifices sur la circonférence externe pour un assemblage par enfilement sur des montants verticaux tubulaires(2), percés de trous sur toute la longueur pour la circulation forcée d'air climatisé et constituant la charpente du stockage. La hauteur entre chaque étagère est définie par une cale triangulaire(3) qui s'ajuste autour des montants(2). Ainsi, à partir d'une même structure et de cales de différentes épaisseurs, peut-on construire un stockage pour différents formats de microplaques ou microtubes In the device according to the invention, the storage is structured around a set of circular shelves (27) hollowed out at their center. The shelves are perforated with holes on the outer circumference for assembly by threading on vertical tubular uprights (2), pierced with holes along the entire length for the forced circulation of air conditioning and constituting the storage structure. The height between each shelf is defined by a triangular wedge (3) which adjusts around the uprights (2). Thus, from the same structure and shims of different thicknesses, can we build a storage for different formats of microplates or microtubes
ou encore de boîte de culture.or even a culture dish.
Chaque étagère(27) comporte des logements sous la forme d'un décrochement(21). Le logement accueille un tiroir(22) et constitue pour celui-ci un guidage latéral et en profondeur; il est ouvert du côté central pour permettre l'extraction du dit tiroir, et fermé du côté périphérique afin de constituer une butée lors du retour du tiroir dans son logement. Ces logements sont aménagés selon Each shelf (27) has housings in the form of a recess (21). The housing accommodates a drawer (22) and constitutes for this a lateral and depth guide; it is open on the central side to allow the extraction of said drawer, and closed on the peripheral side so as to constitute a stop when the drawer returns to its housing. These accommodations are arranged according to
le rayon des étagères(27) et sur toute la circonférence, avec la plus grande densité possible. the radius of the shelves (27) and over the entire circumference, with the greatest possible density.
Le tiroir(22) constitue l'entité de stockage élémentaire. Il est constitué d'une plate-forme présentant des saillies perpendiculaires(25) de quelques millimètres et constituant des butées de calage des microplaques(l). Il comprend également, du côté central, une face(24) contenant une fente(23) pour l'arrimage du crochet d'extraction(26) et un composant électrique, optique ou magnétique qui, en réponse à un composant similaire installé sur le manipulateur(12), permet le positionnement précis de ce dernier avant extraction du tiroir(22). Le tiroir peut être conçu de façon The drawer (22) constitutes the elementary storage entity. It consists of a platform having perpendicular protrusions (25) of a few millimeters and constituting stops for wedging the microplates (l). It also comprises, on the central side, a face (24) containing a slot (23) for securing the extraction hook (26) and an electrical, optical or magnetic component which, in response to a similar component installed on the manipulator (12), allows precise positioning of the latter before extraction of the drawer (22). The drawer can be designed so
à contenir deux ou plus positions de stockage alignées pour microplaques(l). to contain two or more aligned storage positions for microplates (l).
Le centre du stockage est utilisé pour l'installation du manipulateur(l12) des microplaques. The storage center is used for the installation of the microplate manipulator (l12).
Le manipulateur(1 2) est fixé sur un portique(6) tournant sur roulements à billes(1 4) emboités dans les plafond(15) et plancher(19) du stockage. La rotation du portique(6) est obtenue grâce à un moteur(l 7) solidaire du portique entrainant un pignon et lui-même en prise sur un autre pignon de plus grande taille et fixé au plafond du stockage(l 5). Le montage peut également être réalisé sur le The manipulator (1 2) is fixed on a gantry (6) rotating on ball bearings (1 4) fitted into the ceiling (15) and floor (19) of the storage. The rotation of the gantry (6) is obtained thanks to a motor (l 7) integral with the gantry driving a pinion and itself engaged on another bigger gable and fixed to the storage ceiling (l 5). Assembly can also be carried out on the
plancher du stockage(19).storage floor (19).
Le manipulateur(l 2) peut se mouvoir verticalement à l'intérieur du portique(6) pour accéder à différentes étagères(27); l'ensemble se déplace grâce à une motorisation par courroie(9) crantée et des guidages verticaux à billes(7). Un codeur optique permet de positionner le The manipulator (l 2) can move vertically inside the gantry (6) to access different shelves (27); the whole moves thanks to a motorization by toothed belt (9) and vertical ball guides (7). An optical encoder makes it possible to position the
manipulateur(l12) à des hauteurs très précises et de manière continue. manipulator (l12) at very precise heights and continuously.
Le manipulateur des microplaques(12) proprement dit est composé d'une plate-forme de réception des tiroirs(25). Un portique(3 1) est fixé sur cette plate-forme et supporte le mécanisme de The microplate manipulator (12) itself is composed of a platform for receiving the drawers (25). A gantry (3 1) is fixed on this platform and supports the
capture et de soulèvement de la microplaque(30). Une fente(29) est aménagée le long de la plate- capture and lifting of the microplate (30). A slot (29) is provided along the platform
forme(25) pour permettre le passage du mécanisme d'entraînement(36) de la plaque d'extraction(5) des tiroirs(22). La plaque d'extraction(5) peut être entraînée par une motorisation à courroie crantée(33) et guidages à billes(32). Cette plaque(5) est pourvue, à son extrémité faisant face aux tiroirs(22), d'un crochet sur pivot(26) pour l'arrimage des tiroirs. Lorsque la plaque(5) est repoussée vers le tiroir(22), le crochet(26) n'est plus supporté par la plate-forme(25), pivote vers le bas et shape (25) to allow the passage of the drive mechanism (36) of the extraction plate (5) of the drawers (22). The extraction plate (5) can be driven by a toothed belt motor (33) and ball guides (32). This plate (5) is provided, at its end facing the drawers (22), with a hook on pivot (26) for securing the drawers. When the plate (5) is pushed back towards the drawer (22), the hook (26) is no longer supported by the platform (25), pivots downwards and
passe sous la face avant(24) du tiroir. Un ressort peut mettre le crochet(26) en pression sur la plate- goes under the front face (24) of the drawer. A spring can put the hook (26) under pressure on the platform
forme(25) pour s'assurer du mouvement de celui-ci. Lorsque la plaque d'extraction(5) est retirée en arrière, le crochet(26) est repoussé vers le haut par la plate-forme(25) et s'arrime naturellement dans l'espace aménagé(23) à cet effet dans la face avant(24) du tiroir(22). En retirant plus loin encore la plaque d'extraction(5), le tiroir(22) est extrait sur la plate-forme(25). Des capteurs installés sur la plate-forme(25) indiquent la position du tiroir(22) afin de stopper l'extraction à form (25) to ensure the movement thereof. When the extraction plate (5) is withdrawn back, the hook (26) is pushed upwards by the platform (25) and is naturally stowed in the space provided (23) for this purpose in the front face (24) of the drawer (22). By further withdrawing the extraction plate (5), the drawer (22) is extracted on the platform (25). Sensors installed on the platform (25) indicate the position of the drawer (22) in order to stop the extraction at
l'endroit requis pour retirer la microplaque(l) souhaitée. the place required to remove the desired microplate (l).
Lorsque le tiroir(22) est correctement positionné, le mécanisme de capture(30) de la When the drawer (22) is correctly positioned, the catch mechanism (30) of the
microplaque est descendu automatiquement. Lorsque les pinces(30) sont à hauteur correcte, celles- microplate is lowered automatically. When the clamps (30) are at the correct height, they
ci sont fermées sur les bords de la microplaque(l). La microplaque est ensuite soulevée d'une hauteur supérieure à celle de la microplaque sur le tiroir(22) de manière à permettre le retrait du tiroir vers l'étagère(27). Pour obtenir une fermeture symétrique des pinces, chaque pince(34) est associée à une crémaillère et à un guidage à billes. Les deux crémaillères se font face et sont entraînées par un moteur à pignon unique et central(35), de sorte que les pinces se ferment ou s'ouvrent symétriquement. Un capteur de consommation de courant indique lorsque les pinces sont refermées sur les bords de la microplaque. Les pinces(34) sont équipées à leur extrémité en contact avec la microplaque(l) d'une pièce en caoutchouc compatible avec les faibles températures pour assurer une bonne prise antidérapante. Le mécanisme des pinces(30) est lui-même fixé sur un bâti coulissant librement sur guidages verticaux à billes vissés sur le portique(3 1) décrit plus haut. Un moteur à pignon fixé sur ce bâti motorise la montée ou la descente du mécanisme des pinces par entraînement sur crémaillère. Des capteurs de fmin de course indiquent la position du bâti, haute ou basse. Lorsqu'une microplaque(l) est capturée par le manipulateur(1l2), celle-ci est ensuite these are closed on the edges of the microplate (l). The microplate is then raised from a height greater than that of the microplate on the drawer (22) so as to allow withdrawal of the drawer towards the shelf (27). To obtain a symmetrical closure of the clamps, each clamp (34) is associated with a rack and a ball guide. The two racks face each other and are driven by a single and central pinion motor (35), so that the clamps close or open symmetrically. A current consumption sensor indicates when the clamps are closed on the edges of the microplate. The clamps (34) are equipped at their end in contact with the microplate (l) with a rubber part compatible with low temperatures to ensure a good non-slip grip. The clamp mechanism (30) is itself fixed on a frame sliding freely on vertical guides with balls screwed onto the gantry (3 1) described above. A pinion motor fixed on this frame motorizes the ascent or descent of the gripper mechanism by rack drive. End of stroke sensors indicate the frame position, high or low. When a microplate (l) is captured by the manipulator (1l2), it is then
déposée dans le sas(42) pour transfert vers l'extérieur de l'enceinte. deposited in the airlock (42) for transfer to the outside of the enclosure.
Le sas est double pour améliorer la productivité. Les deux sas sont superposés, sont parfaitement identiques et permettent chacun et indifféremment les opérations de sortie ou d'entrée de microplaques. Le sas est construit sur un tiroir(42) tel que présenté plus haut de sorte que l'encombrement est réduit au minimum pour plus d'espace de stockage. La position la plus périphérique du tiroir est réservée pour le transfert des microplaques, alors que la position la plus centrale loge la motorisation du sas sous la forme d'un moteur(4 1) équipé d'un pignon(40). Une fente est aménagée dans le fond du tiroir de sorte que le pignon puisse prendre prise sur une crémaillère(38) encastrée dans l'étagère(27) supportant le dit tiroir(42). Dans l'étagère sont également installées une piste électrique(39) pour l'amenée du courant nécessaire, ainsi que deux pistes magnétiques(37) dont la fonction est de maintenir le tiroir(42) parfaitement en contact avec The airlock is double to improve productivity. The two airlocks are superimposed, are perfectly identical and allow each and the same operations of exit or entry of microplates. The airlock is built on a drawer (42) as presented above so that the size is reduced to a minimum for more storage space. The most peripheral position of the drawer is reserved for the transfer of the microplates, while the most central position houses the motorization of the airlock in the form of a motor (4 1) equipped with a pinion (40). A slot is provided in the bottom of the drawer so that the pinion can take hold on a rack (38) embedded in the shelf (27) supporting said drawer (42). In the shelf are also installed an electric track (39) for supplying the necessary current, as well as two magnetic tracks (37) whose function is to keep the drawer (42) perfectly in contact with
l'étagère(27) et donc la crémaillère(38) et l'alimentation électrique(39). the shelf (27) and therefore the rack (38) and the power supply (39).
Sur l'étagère(27), et de chaque côté du tiroir-sas(42), sont installées des tiges télescopiques(43) à guidage à billes. Lorsqu'une microplaque est apportée par le manipulateur(12), On the shelf (27), and on each side of the airlock drawer (42), telescopic rods (43) with ball guides are installed. When a microplate is brought in by the manipulator (12),
celui-ci extrait le tiroir-sas(42), dépose la microplaque et repousse le tiroir sur l'étagère(27). the latter extracts the airlock drawer (42), deposits the microplate and pushes the drawer back onto the shelf (27).
Ensuite, par sa propre motorisation à crémaillère(41), le tiroir-sas(42) se déplace vers l'extérieur jusqu'à un porte-à-faux d'environ 180 mm afin de mettre la microplaque(l) à disposition de tout mécanisme de préhension de type robotique ou opérateur humain. Pour supporter le porte-à-faux et réduire le risque de dérive par rapport à l'horizontale, le tiroir-sas(42) emporte en sortant les deux Then, by its own rack motorization (41), the airlock drawer (42) moves outwards to a cantilever of about 180 mm in order to make the microplate (l) available to any robotic or human operator gripping mechanism. To support the overhang and reduce the risk of drift with respect to the horizontal, the airlock drawer (42) carries the two
tiges télescopiques(43) par emboîtement dans la face arrière du tiroirsas. telescopic rods (43) by fitting into the rear face of the drawer.
Pour réduire les déperditions, une porte automatique de dimensions restreintes est aménagée dans l'épaisseur de l'enceinte et ne s'ouvre que lorsque le tiroir-sas se déplace vers l'extérieur. Cette porte peut être, par exemple, installée sur pivot et actionnée par un moteur To reduce losses, an automatic door of limited dimensions is fitted in the thickness of the enclosure and only opens when the airlock drawer moves outwards. This door can be, for example, installed on a pivot and actuated by a motor
électrique ou pneumatique. Des joints équipent le pourtour de la porte pour assurer l'étanchéité. electric or pneumatic. Seals are fitted around the door to ensure watertightness.
Chaque sas possède sa propre porte. Each airlock has its own door.
L'enceinte de stockage est complètement étanche et isolée par un polymère(4) qui peut être du polyuréthane en épaisseur suffisante pour atteindre des températures avoisinant les -30 C. Une attention toute particulière est apportée pour éviter tous les ponts thermiques: la structure complète du stockage est enfermée dans une double-enveloppe d'isolation. Le pont thermique occasionné par les pieds du stockage(18) est réduit par l'utilisation de matériau isolant tel que du nylon pour leur The storage enclosure is completely sealed and insulated by a polymer (4) which can be polyurethane of sufficient thickness to reach temperatures of around -30 C. Special attention is paid to avoid all thermal bridges: the complete structure of the storage is enclosed in a double jacket of insulation. The thermal bridge caused by the storage feet (18) is reduced by the use of insulating material such as nylon for their
fabrication.manufacturing.
Sur 30 d'angle environ, les étagères(27) sont ouvertes afin de ménager un accès opérateur à l'intérieur de l'enceinte de stockage. Cet accès est fermé de manière étanche par une porte(1O) montée sur des gonds qui sont eux-mêmes fixés sur des glissières( 1) pour pennettre, après Over an angle of approximately 30, the shelves (27) are open in order to provide operator access to the interior of the storage enclosure. This access is closed in a sealed manner by a door (1O) mounted on hinges which are themselves fixed on slides (1) to allow, after
ouverture de la porte, de tirer dessus afin de dégager au mieux l'ouverture. opening the door, pull on it to clear the opening as well as possible.
L'espace ménagé par l'emplacement de la porte est mis à profit pour l'installation des boîtiers de commande, d'alimentation électrique et de régulation climatique. L'ensemble est posé The space provided by the location of the door is used to install control boxes, power supply and climate control. The set is laid
sur une plate-forme sur rails pour permettre de dégager la porte. on a platform on rails to clear the door.
La régulation climatique est structurée autour d'un groupe de climatisation(44) qui injecte l'air conditionné dans l'enceinte à tous les niveaux au travers des montants perforés(2) décrits plus haut. L'air est ensuite repris dans l'enceinte par un reniflard(46) sous forme de disque perforé sur sa périphérie et aspiré dans le groupe. Des capteurs sont installés en entrée et sortie de groupe pour la régulation. Le renouvellement complet ou partiel de l'atmosphère de l'enceinte est obtenu grâce à The climate regulation is structured around an air conditioning unit (44) which injects the conditioned air into the enclosure at all levels through the perforated uprights (2) described above. The air is then taken up into the enclosure by a breather (46) in the form of a perforated disc on its periphery and drawn into the group. Sensors are installed at the group input and output for regulation. The complete or partial renewal of the atmosphere of the enclosure is obtained thanks to
un clapet motorisé en amont du climatiseur et qui permet de re-diriger le flux d'air vers l'extérieur. a motorized valve upstream of the air conditioner and which allows the air flow to be redirected to the outside.
De l'air propre est repris sur l'ambiance externe en amont du climatiseur avant d'être injecté dans l'enceinte. Le renouvellement peut être nécessaire en cas de contamination de l'air par des solvants Clean air is taken from the external environment upstream of the air conditioner before being injected into the enclosure. Renewal may be necessary in the event of air contamination by solvents
organiques, des organismes vivants, des gaz non souhaités. organic, living organisms, unwanted gases.
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FR9900005A FR2788042A1 (en) | 1999-01-04 | 1999-01-04 | Automatic modular system for storage of microtitration plates or tubes containing samples, enables thousands to be handled, conditioned, traced and retrieved for e.g. pharmaceuticals development |
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