CN109856416A - 一种用于自动化样本制备***的移液装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于自动化样本制备***的移液装置及应用。本申请移液装置，包括底板和装在底板的移液模块和脱料模块；移液模块包括多通道柱塞泵及其驱动装置；柱塞泵由密封腔体和包埋在其内部的柱塞组成；密封腔体一端插柱塞，另一端连枪头适配器；各柱塞尾部接在柱塞连接滑块上；柱塞泵驱动装置安装在底板上，其活动端连接柱塞连接滑块；脱料模块包括脱料板及其驱动装置，脱料板设有与枪头适配器相适应的通孔，适配器穿过通孔与枪头连接；脱料板驱动装置安装在底板上，其活动端连接脱料板。本申请移液装置，结构简单、不损坏枪头、易维护，自动化程度高，可替换现有手工或半自动作业，为临床实验、科研机构、检疫***等自动制样奠定了基础。
Description
技术领域
本申请涉及自动化样本制备***领域，特别是涉及一种用于自动化样本制备***的移液装置及其应用。
背景技术
目前国内针对二代测序前的自动化样本制备，还没有自动化程度较高的解决方案，通常都需要多台仪器才能完成整个样本制备流程。随着基因测序技术的发展和广泛应用，基因测序已经逐渐成为临床实验检测的重要依据和手段。
因此，一套完整的适用于临床实验检测的低通量的自动化样本制备***，对在医院进行基因测序具有重要的应用价值。
自动化样本制备***中最为核心的部件就是移液装置，移液装置的作用是进行准确、高效和稳定的自动加样、试剂分配、超微量移液等液体的移动和分配操作。移液装置的效率和可靠性直接决定了自动化样本制备***的质量和工作效率。
现有的自动化样本制备***及其移液装置，一方面，为国外所垄断；另一方面，移液装置体积大，成本高，也不易维护。这大大制约了自动化样本制备***的推广和应用，进而影响了基因测序技术在临床实验检测的广泛应用。
发明内容
本申请的目的是提供一种结构改进的用于自动化样本制备***的移液装置，及其应用。
本申请采用了以下技术方案：
本申请公开了一种用于自动化样本制备***的移液装置，包括底板和安装在底板上的移液模块和脱料模块；移液模块包括一个多通道的柱塞泵和柱塞泵驱动装置；柱塞泵由密封腔体和包埋在密封腔体内的柱塞组成；密封腔体的一端***柱塞，另一端与枪头适配器可拆卸连接；每个通道具有一个独立的密封腔体和柱塞，并连接一个枪头适配器；柱塞的头部***密封腔体，各通道的柱塞的尾部连接在柱塞连接滑块上；柱塞泵驱动装置固定安装在底板上，并且，柱塞泵驱动装置的活动端连接柱塞连接滑块，柱塞连接滑块活动安装于上下延伸的导轨上，该导轨固定安装在底板上；柱塞泵驱动装置驱使柱塞连接滑块沿着导轨上下移动，进而带动各柱塞在其密封腔体内上下移动；脱料模块包括脱料板和脱料板驱动装置，脱料板上开设有与枪头适配器数量和大小相适应的脱料通孔，枪头适配器***脱料通孔中，并穿过脱料通孔与枪头连接；脱料板驱动装置固定安装在底板上，并且，脱料板驱动装置的活动端连接脱料板，驱动脱料板上下移动，在脱料板向下移动时，脱料通孔将枪头适配器上的枪头脱除。
其中，移液模块整体向下移动时，枪头适配器***枪头中，获得一次性枪头，多通道的多个枪头适配器可以同时获得枪头，进行同时取样操作。本申请中，枪头适配器是刚好能够穿过脱料通孔的，因此，在枪头适配器插接枪头后，枪头的外径大于脱料通孔，在脱料板向下移动时，即将枪头脱除。
需要说明的是，本申请的移液装置结构简单，能够一次性对多个样本进行精密定量的转移。使用时，通过柱塞泵驱动装置和脱料板驱动装置的自动化控制，能够取代现有的手工作业或半自动作业，降低了手工作业或半自动作业的人工劳动力强度，在提高样本制备效率的同时，也避免了人工操作可能性失误或样本交叉感染。本申请的移液装置结构简单、体积小、成本低、易操作，也容易维护，可以广泛应用于医院临床实验或检测的自动化样本制备，也适用于科研机构、检疫***等实验室的自动化移液***。
优选的，密封腔体和枪头适配器之间通过柔性导管连接，并且，各枪头适配器统一安装在弹性适配器模块上；弹性适配器模块固定安装在底板上，弹性适配器模块包括上端盖和下端盖，上端盖和下端盖围成容纳枪头适配器的空腔；上端盖开设有通孔，以便柔性导管接入与枪头适配器连接；下端盖上也开设有通孔，以便枪头适配器伸出与枪头连接；枪头适配器在上端盖和下端盖围成的空腔内能够上下移动，并且，在枪头适配器上下移动的行程上安装有压缩的弹性元件，弹性元件用于维持枪头适配器处于空腔的下端。
需要说明的是，本申请的移液装置，枪头适配器可以直接连接在密封腔体上，也可以通过柔性导管连接。本申请的优选方案中，采用柔性导管连接，这种连接方式，可以允许枪头适配器有一定的上下浮动空间，例如，本申请的一种实现方式中，将枪头适配器统一安装在弹性适配器模块上，弹性适配器模块具有一定空间允许枪头适配器上下浮动，并且通过压缩的弹性元件使枪头适配器维持在空腔的下端。这种连接方式的优点是：(1)枪头或者枪头适配器由于制造的偏差，在多通道的枪头适配器同时获取枪头时，枪头或枪托适配器可能不在同一水平面上，这会导致有的枪头与枪头适配器直接插接更紧，而有的插接又很松，影响枪头与枪头适配器之间的密封效果，甚至无法准确的获得枪头，进而影响取样的精准性，而柔性导管连接允许枪头适配器有一定的上下浮动空间，可以通过弹性元件补偿枪头不在同一水平面的偏差，提高准确性；(2)本申请的一种实现方式中，弹性元件采用的是弹簧，弹簧的浮动量很小，可以保障每个枪头加载时受力一致，进而保障枪头与适配器之间的密封效果，提高可靠性。
优选的，密封腔体和枪头适配器之间通过柔性导管连接时，本申请的移液装置还包括柔性导管隔离支架，柔性导管隔离支架固定安装在底板上，柔性导管穿过柔性导管隔离支架后，再***弹性适配器模块与枪头适配器连接；弹性元件为弹簧。
需要说明的是，柔性导管隔离支架其目的是对柔性导管起到支撑作用。由于枪头适配器是能够上下浮动的，这个浮动过程中势必会影响柔性导管与密封腔体的连接性能，或者影响柔性导管的排布；因此，本申请的改进方案中，设置一个柔性导管隔离支架，一方面使得柔性导管整齐、准确的排布；另一方面，隔离了枪头适配器浮动对柔性导管与密封腔体连接性能的影响。
优选的，枪头适配器整体呈中空的圆柱筒形，枪头适配器由上到下依序由定位密封部位、适配器安装部位和枪头适配部位组成，三个部位一体成型；定位密封部位的外表面具有安装螺纹，并且，安装螺纹的末端设置有O型密封圈；适配器安装部位的外圆表面上设置有两个相互对称的平面，以方便枪头适配器的安装或拆卸；定位密封部位和适配器安装部位之间设置有适配器定位台阶；枪头适配部位由上到下依序包括枪头径向定位部和插头，枪头径向定位部的外径与枪头***口的内径紧密配合，用于对枪头进行径向定位；枪头径向定位部与适配器安装部位之间设置有枪头定位台阶，用于对枪头进行轴向定位；插头的外径小于枪头径向定位部，插头与枪头径向定位部之间由第一倒锥形斜面连接；插头上具有一个环形的凸起，凸起的两侧与插头之间分别由第一锥形斜面和第二倒锥形斜面连接；其中，第一倒锥形斜面和第二倒锥形斜面分别具有枪头导向作用，凸起上嵌有密封圈，凸起与枪头的内腔紧密配合，保障枪头与枪头适配器连接的密封性。
需要说明的是，本申请的枪头适配器，其定位密封部位用于连接自动移液器的密封腔体，定位密封部位的外径与密封腔体的内径精密配合，通过安装螺纹紧密配合，保障了枪头适配器具有很好的位置度，并通过O型密封圈密封，避免漏气。适配器安装部位两个对称平面的设计，配合本申请提供的安装工装，可以很方便的对枪头适配器进行安装或拆卸，结构简单、易操作。枪头适配部位，一方面，设置枪头定位台阶，使得枪头***后的高度一致，设置第一倒锥形斜面和第二倒锥形斜面对枪头进行导向，保障枪头***的准确性；另一方面，设置凸起进一步保障枪头连接的紧密性和密封性。凸起本身就是为了保障枪头连接的紧密性和密封性，在凸起上嵌入密封圈，目的是进一步保障紧密性和密封性。可以理解，枪头适配器主要是金属材质制备，其一体结构的凸起也是金属的，而密封圈具有一定的弹性，因此，气密性更好。
优选的，本申请的移液装置在柱塞泵驱动装置的活动端的行程上安装有柱塞连接滑块光电限位开关，用于监控并限制柱塞连接滑块的移动距离。
优选的，本申请的移液装置在脱料板驱动装置的活动端的行程上安装有脱料板光电限位开关，用于限制脱料板向下移动的距离。
优选的，柱塞泵驱动装置为直线电机，直线电机通过与之配合的梯形丝杠，将直线电机的旋转运动转化为直线运动，从而推动柱塞连接滑块上下运动。
优选的，脱料板驱动装置也为直线电机，直线电机通过与之配合的梯形丝杠，将直线电机的旋转运动转化为直线运动，从而推动脱料板上下运动。
本申请的另一面公开了本申请的移液装置在自动化样本制备***中的应用。
本申请的再一面公开了一种采用本申请的移液装置的自动化样本制备***。
本申请的有益效果在于：
本申请的移液装置，结构简单、体积小、成本低、不损坏枪头、也容易维护，并且自动化程度高，可以替换现有的手工作业或半自动作业，减小人力程度，也避免了人工操作可能存在的失误或感染，为医院临床实验、科研机构、检疫***等实验室的自动化样本制备奠定了基础。
附图说明
图1是本申请实施例中移液装置的结构示意图；
图2是本申请实施例中移液装置另一视角的结构示意图；
图3是本申请实施例中移液模块的结构示意图；
图4是本申请实施例中移液模块另一种连接方式的结构示意图；
图5是本申请实施例中移液模块的弹性适配器模块局部剖视结构示意图；
图6是本申请实施例中脱料模块的结构示意图；
图7是本申请实施例中脱料模块进行枪头脱除的结构示意图；
图8是本申请实施例中枪头适配器的结构示意图；
图9是本申请实施例中枪头适配器的剖面结构示意图；
图10是本申请实施例中枪头适配器与移液模块组合的结构示意图；
图11是本申请实施例中枪头适配器与枪头组合的结构示意图；
图12是本申请实施例中枪头适配器与枪头组合局部的剖面结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。
实施例
本例用于自动化样本制备***的移液装置，如图1和图2所示，包括底板1和安装在底板1上的移液模块2和脱料模块3。其中，移液模块2包括一个多通道的柱塞泵21和柱塞泵驱动装置22；如图3所示，柱塞泵21由密封腔体211和包埋在密封腔体211内的柱塞212组成，图3中右图为A部位的内部剖视图，可见柱塞212包埋在密封腔体211内；密封腔体211的一端***柱塞212，另一端与枪头适配器4可拆卸连接，枪头适配器4直接连接在密封腔体211上；每个通道具有一个独立的密封腔体和柱塞，并连接一个枪头适配器4；柱塞212的头部***密封腔体211，各通道的柱塞212的尾部统一连接在一个柱塞连接滑块23上。
柱塞泵驱动装置22固定安装在底板1上，并且，柱塞泵驱动装置22的活动端连接柱塞连接滑块23，柱塞连接滑块23活动安装于上下延伸的导轨上，该导轨固定安装在底板1上；柱塞泵驱动装置22驱使柱塞连接滑块23沿着导轨上下移动，进而带动各柱塞212在其密封腔体211内上下移动。本例的柱塞泵驱动装置22为直线电机，直线电机通过与之配合的梯形丝杠221，将直线电机的旋转运动转化为直线运动，从而推动柱塞连接滑块23上下运动，如图3所示，并且，柱塞泵驱动装置22的活动端的行程上安装有柱塞连接滑块光电限位开关，用于监控并限制柱塞连接滑块23的移动距离。
脱料模块3包括脱料板31和脱料板驱动装置32，如图6所示，脱料板31上开设有与枪头适配器4数量和大小相适应的脱料通孔311，如图2所示，枪头适配器4***脱料通孔311中，并穿过脱料通孔311与枪头连接；脱料板驱动装置32固定安装在底板1上，并且，脱料板驱动装置32的活动端连接脱料板31，驱动脱料板31上下移动，在脱料板31向下移动时，脱料通孔将枪头适配器上的枪头脱除。本例的脱料板驱动装置32为直线电机，直线电机通过与之配合的梯形丝杠321，将直线电机的旋转运动转化为直线运动，从而推动脱料板31上下运动，如图6所示，并且，脱料板驱动装置32的活动端的行程上安装有脱料板光电限位开关，用于限制脱料板31向下移动的距离。
本例的枪头适配器是刚好能够穿过脱料通孔的，因此，在枪头适配器插接枪头后，枪头的外径大于脱料通孔，在脱料板向下移动时，即将枪头脱除，如图7所示，图7中右图为脱料板向下移动脱除枪头后的示意图。
本例的枪头适配器，如图8和图9所示，枪头适配器整体呈中空的圆柱筒形，枪头适配器由上到下依序由定位密封部位41、适配器安装部位42和枪头适配部位43组成，三个部位一体成型；定位密封部位41的外表面具有安装螺纹411，并且，安装螺纹411的末端设置有O型密封圈412；适配器安装部位42的外圆表面上设置有两个对称的平面421，以方便枪头适配器的安装或拆卸；枪头适配部位43由上到下依序包括枪头径向定位部431和插头432，枪头径向定位部431的外径与枪头***口的内径紧密配合，用于对枪头进行径向定位；枪头径向定位部431与适配器安装部位42之间设置有枪头定位台阶433，用于对枪头进行轴向定位；插头432的外径小于所述枪头径向定位部431，方便***枪头，插头432与枪头径向定位部431之间由第一倒锥形斜面434连接；插头432上具有一个环形的凸起435，凸起435的两侧与插头432之间分别由第一锥形斜面4351和第二倒锥形斜面4352连接；其中，第一倒锥形斜面434和第二倒锥形斜面4352分别具有枪头导向作用，凸起435与枪头的内腔紧密配合，保障枪头与枪头适配器连接的密封性。并且，定位密封部位41和适配器安装部位42之间设置有适配器定位台阶413，以对枪头适配器自身的高度进行准确定位。在改进的方案中，还可以在凸起435上嵌设密封圈，以增强枪头适配器与枪头连接的密封性。枪头适配器使用时，首先通过安装工装将枪头适配器4安装到移液装置的密封腔体211上，如图10所示，然后启动自动移液器，通过枪头适配器取用枪头01，枪头与枪头适配器的连接如图11和图12所示。
本例的一种改进方案中，密封腔体211和枪头适配器4之间通过柔性导管6连接，如图4和图5所示，各枪头适配器4统一安装在弹性适配器模块5上，弹性适配器模块5固定安装在底板1上，弹性适配器模块5包括上端盖51和下端盖52，上端盖51和下端盖52围成容纳枪头适配器4的空腔；上端盖51开设有通孔，以便柔性导管6接入与枪头适配器4连接；下端盖52上也开设有通孔，以便枪头适配器4伸出与枪头连接；枪头适配器4在上端盖51和下端盖52围成的空腔内能够上下移动，并且，在枪头适配器4上下移动的行程上安装有压缩的弹性元件53，本例的弹性元件为弹簧，弹性元件53用于维持枪头适配器4处于空腔的下端，为枪头适配器4提供向下的弹性压力。每个枪头适配器4都搭配有单独对应的弹簧。作为一种实施方式，空腔内设有两根导向柱，导向柱穿过枪头适配器4的两侧，每根导向柱上套有一个弹簧，弹簧向下推压枪头适配器4的两侧。另外，还设置有一个柔性导管隔离支架61，柔性导管隔离支架61固定安装在底板1上，柔性导管6穿过柔性导管隔离支架61后，再***弹性适配器模块5与枪头适配器4连接。其中，柔性导管隔离支架对柔性导管起到支撑作用，一方面使得柔性导管整齐、准确的排布；另一方面，隔离了枪头适配器浮动对柔性导管与密封腔体连接性能的影响。
采用柔性导管连接，这种连接方式，可以允许枪头适配器有一定的上下浮动空间，可以通过弹性元件补偿枪头不在同一水平面的偏差，提高准确性；并且，弹簧的浮动量很小，可以保障每个枪头加载时受力一致，进而保障枪头与适配器之间的密封效果，提高可靠性。
本例的移液装置，使用时，移液模块整体向下移动时，枪头适配器***枪头中，获得一次性枪头，多通道的多个枪头适配器可以同时获得枪头，进行同时取样操作。本申请的移液装置，结构简单、体积小、成本低、不损坏枪头、也容易维护，特别适用于医院临床实验、科研机构、检疫***等实验室的自动化样本制备***。并且自动化程度高，可以替换现有的手工作业或半自动作业，减小人力程度，也避免了人工操作可能存在的失误或感染。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (10)
1.一种用于自动化样本制备***的移液装置，其特征在于：包括底板(1)和安装在底板(1)上的移液模块(2)和脱料模块(3)；
所述移液模块(2)包括一个多通道的柱塞泵(21)和柱塞泵驱动装置(22)；
所述柱塞泵(21)由密封腔体(211)和包埋在密封腔体(211)内的柱塞(212)组成；密封腔体(211)的一端***柱塞(212)，另一端与枪头适配器(4)可拆卸连接；每个通道具有一个独立的密封腔体和柱塞，并连接一个枪头适配器(4)；柱塞(212)的头部***密封腔体(211)，各通道的柱塞(212)的尾部连接在柱塞连接滑块(23)上；
所述柱塞泵驱动装置(22)固定安装在底板(1)上，并且，柱塞泵驱动装置(22)的活动端连接所述柱塞连接滑块(23)，所述柱塞连接滑块(23)活动安装于上下延伸的导轨上，该导轨固定安装在底板(1)上；所述柱塞泵驱动装置(22)驱使柱塞连接滑块(23)沿着导轨上下移动，进而带动各柱塞(212)在其密封腔体(211)内上下移动；
所述脱料模块(3)包括脱料板(31)和脱料板驱动装置(32)，所述脱料板(31)上开设有与所述枪头适配器(4)数量和大小相适应的脱料通孔，枪头适配器(4)***脱料通孔中，并穿过脱料通孔与枪头连接；所述脱料板驱动装置(32)固定安装在所述底板(1)上，并且，脱料板驱动装置(32)的活动端连接所述脱料板(31)，驱动脱料板(31)上下移动，在脱料板(31)向下移动时，脱料通孔将枪头适配器上的枪头脱除。
2.根据权利要求1所述的移液装置，其特征在于：所述密封腔体(211)和枪头适配器(4)之间通过柔性导管(6)连接，并且，各枪头适配器(4)统一安装在弹性适配器模块(5)上；
所述弹性适配器模块(5)固定安装在底板(1)上，弹性适配器模块(5)包括上端盖(51)和下端盖(52)，上端盖(51)和下端盖(52)围成容纳枪头适配器(4)的空腔；上端盖(51)开设有通孔，以便柔性导管(6)接入与枪头适配器(4)连接；下端盖(52)上也开设有通孔，以便枪头适配器(4)伸出与枪头连接；
所述枪头适配器(4)在上端盖(51)和下端盖(52)围成的空腔内能够上下移动，并且，在枪头适配器(4)上下移动的行程上安装有压缩的弹性元件(53)，所述弹性元件(53)用于维持枪头适配器(4)处于空腔的下端。
3.根据权利要求2所述的移液装置，其特征在于：还包括柔性导管隔离支架(61)，柔性导管隔离支架(61)固定安装在底板(1)上，所述柔性导管(6)穿过柔性导管隔离支架(61)后，再***弹性适配器模块(5)与枪头适配器(4)连接；所述弹性元件(53)为弹簧。
4.根据权利要求1所述的移液装置，其特征在于：所述枪头适配器(4)整体呈中空的圆柱筒形，枪头适配器由上到下依序由定位密封部位(41)、适配器安装部位(42)和枪头适配部位(43)组成，三个部位一体成型；
所述定位密封部位(41)的外表面具有安装螺纹(411)，并且，安装螺纹(411)的末端设置有O型密封圈(412)；
所述适配器安装部位(42)的外圆表面上设置有两个相互对称的平面(421)，以方便枪头适配器的安装或拆卸；所述定位密封部位(41)和适配器安装部位(42)之间设置有适配器定位台阶(413)；
所述枪头适配部位(43)由上到下依序包括枪头径向定位部(431)和插头(432)，所述枪头径向定位部(431)的外径与枪头***口的内径紧密配合，用于对枪头进行径向定位；所述枪头径向定位部(431)与所述适配器安装部位(42)之间设置有枪头定位台阶(433)，用于对枪头进行轴向定位；
所述插头(432)的外径小于所述枪头径向定位部(431)，插头(432)与枪头径向定位部(431)之间由第一倒锥形斜面(434)连接；所述插头(432)上具有一个环形的凸起(435)，所述凸起(435)的两侧与所述插头(432)之间分别由第一锥形斜面(4351)和第二倒锥形斜面(4352)连接；其中，第一倒锥形斜面(434)和第二倒锥形斜面(4352)分别具有枪头导向作用，所述凸起(435)上嵌有密封圈，凸起(435)与枪头的内腔紧密配合，保障枪头与枪头适配器连接的密封性。
5.根据权利要求1-4任一项所述的移液装置，其特征在于：在所述柱塞泵驱动装置(22)的活动端的行程上安装有柱塞连接滑块光电限位开关，用于监控并限制所述柱塞连接滑块(23)的移动距离。
6.根据权利要求1-4任一项所述的移液装置，其特征在于：在所述脱料板驱动装置(32)的活动端的行程上安装有脱料板光电限位开关，用于限制所述脱料板(31)向下移动的距离。
7.根据权利要求1-4任一项所述的移液装置，其特征在于：所述柱塞泵驱动装置(22)为直线电机，直线电机通过与之配合的梯形丝杠，将直线电机的旋转运动转化为直线运动，从而推动所述柱塞连接滑块(23)上下运动。
8.根据权利要求1-4任一项所述的移液装置，其特征在于：所述脱料板驱动装置(32)为直线电机，直线电机通过与之配合的梯形丝杠，将直线电机的旋转运动转化为直线运动，从而推动所述脱料板(31)上下运动。
9.根据权利要求1-8任一项所述的移液装置在自动化样本制备***中的应用。
10.一种采用权利要求1-8任一项所述的移液装置的自动化样本制备***。
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