CN214097497U - 一种样品处理与检测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种样品处理与检测***，其包括：样品处理模块，其用于液样稀释，包括原液池、稀释池、移液平台；检测分析模块，其用于对稀释后液样的检测，包括光电检测组件、酶膜检测组件、离子检测组件，以及连接各组件的管道、管道控制阀、动力源；控制***，其用于对样品处理模块、检测分析模块进行控制；显示界面，其用于显示液样动作状态、液样稀释倍数、实时检测数据、数据分析曲线。

Description

一种样品处理与检测***

技术领域

本实用新型属于一种生物反应过程在线样品处理与检测领域，具体涉一种样品处理与检测***。

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。尽管现在生物技术在基因工程和代谢工程领域取得了巨大的进步，通过诱发变异、基因重组和培养能够得到高产菌株，然而通过优化控制使发酵过程产品生产最优仍是发酵工程领域中存在的主要问题之一，因此，对生物在线反应过程优化控制技术及智能化监控***的研究日益受到重视。

当前在线检测设备有很多，主要是针对温度、pH、溶氧等物理化学参数，这些检测设备可以直接放入生物在线反应器如发酵罐中，直接测得相关参数。但是，反应过程中许多参数如还原糖、有机酸、合成中间体等是不能直接检测的，主要是检测设备不适于放在生物在线反应器中，或者待测物质的浓度不在检测范围。

专利文献CN 208314001 U于2018年5月15日公开了一种全自动生物过程分析仪的流路***，其包括，包括用于定量采集和运输液体的采样组件、用于清洗采样针的外壁采样针清洗组件、用于为采样组件提供标准液的标准液组件、用于检测采样组件运输的待测样本的测试组件、以及样本盘，采样组件包括采样针和用于控制采样针移动的采样架，采样组件的采样入口与第一清水池连通，标准液组件的标准液出口及测试组件的测试出口均与废液池连通。该文献提供的全自动生物过程分析仪的流路***，实现自动化的定量定标和进样，保证分析仪使用的重复性。然而在实验实际操作中，样液检测很难仅一次稀释就能满足检测限要求，同时，还易因稀释池或者管道中残留液体造成检测误差。

专利文献CN 111289295 A于2018年12月6日公开了一种用于生物反应过程在线取样检测装置，其包括取样留样模块和反应检测模块两大功能模块，以及对反应检测数据进行收集和信息处理与反馈的控制***。该实用新型适于生物反应在线检测，但对于体积较大的液样，易因残留、稀释操作造成误差。

发明内容

本发明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样品处理与检测***。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种样品处理与检测***，其包括：

样品处理模块，其用于液样稀释，包括原液池、稀释池、移液平台；

检测分析模块，其用于对稀释后液样的检测，包括光电检测组件、酶膜检测组件、离子检测组件，以及连接各组件的管道、管道控制阀、动力源；

控制***，其用于对样品处理模块、检测分析模块进行控制；

显示界面，其用于显示液样动作状态、液样稀释倍数、实时检测数据、数据分析曲线。

优选地，所述原液池、稀释池固定在支架上，液样在原液池、稀释池间的转移通过移液平台实现，所述移液平台包括三维移动支架、移液注射器。

优选地，所述移液注射器下端接1mL、5 mL或10mL的枪头或取样针。

优选地，所述原液池上接纯化水管道、排废液管道、进样管道；所述稀释池上设有纯化水管道、排废液管道、高压气体管道，以及与检测组件相连的管道。

优选地，所述稀释池为两个稀释池。

优选地，两个稀释池均为定容稀释池，其上还接有定容管道。

优选地，所述管道的内径为0.1-15 mm；为所述管道提供动力的为注射泵、蠕动泵、隔膜泵、柱塞泵和/或气泵；所述管道上均设有管路控制阀，其用来控制管道开合状态。

优选地，所述光电检测组件包括光纤光谱仪、注射泵，所述光纤光谱仪检测探头设置在注射泵上。

优选地，所述酶膜检测组件为葡萄糖酶膜、乳酸酶膜、谷氨酸酶膜、赖氨酸酶膜组件中的一种或几种。

进一步优选地，所述酶膜检测组件的检测范围为：葡萄糖：1~100g/L，木糖：1~100g/L，乳酸：1~100g/L，赖氨酸：1~100g/L，谷氨酸：1~14g/L，乙醇：1~100g/L。

优选地，所述离子检测组件为pH电极、氨离子电极、钠离子电极、钾离子电极、钙离子电极组件中的一种或几种。

进一步优选地，所述离子检测组件的检测范围为pH：0~14，氨氮：0.1~3000 mg/L，钠离子：0.5~3000 mg/L，钾离子：0.5~3000 mg/L，钙离子：0.2~18000 mg/L。

本实用新型通过移液平台进行梯度稀释有效减少稀释误差，有助于提高检测的精确度；稀释池接输送高压气体的管道，在完成稀释对稀释池进行纯化水清洗后，通过高压气体干燥，有利于减少下一样品稀释误差；本实用新型中在光电检测组件后接酶膜组件，其共用液样和标准液，可减少样液和标准液使用量，有效降低使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种样品处理与检测***的整体结构示意图；

图2为本实用新型一种样品处理与检测***的流路结构示意图；

图3为本实用新型一种样品处理与检测***的样品处理模块一实施例结构示意图；

图4为本实用新型一种样品处理与检测***的样品处理模块另一实施例结构示意图；

图5为本实用新型一种样品处理与检测***的光电检测组件结构示意图；

图6为本实用新型一种样品处理与检测***的酶膜检测组件结构示意图；

图7为本实用新型一种样品处理与检测***的离子检测组件结构示意图；

图8为本实用新型一种样品处理与检测***的一实施方式的立体图；

图9为本实用新型一种样品处理与检测***的一实施方式的正视图；

图10为本实用新型一种样品处理与检测***的离子检测组件一实施方式立体图。

符号说明：

1样品处理模块，2检测分析模块，3控制***，4显示界面，5原液池，6稀释池，7移液平台，8三维移动支架，9移液注射器，10枪头或取样针，11光电检测组件，12酶膜检测组件，13离子检测组件，14纯化水管道，15排废液管道，16高压气体管道，17纯化水瓶，18标准液池，19缓冲液瓶，20废液瓶，21管道控制阀，22动力源，23定容管道，24磁力搅拌器，25光纤光谱仪检测探头，26注射泵，27多通道阀，28酶膜反应池，29酶膜检测电极，30离子检测池，31离子电极，32进样管道，34排废液管道，35离子低标溶剂，36离子高标溶剂，37温度传感器。

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”。如当元件被称为“设置于”、“连接”另一元件上，它可以是直接连接在另一元件上或间接连接至该另一元件上，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。

需要理解的是，术语 “上”、“下”、 “左”、“右”、 “顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

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。

如图1和图2所示的样品处理与检测***，其包括：样品处理模块1，其用于液样稀释，包括原液池5、稀释池6、移液平台7；检测分析模块2，其用于对稀释后液样的检测，包括光电检测组件11、酶膜检测组件12、离子检测组件13，以及连接各组件的管道、管道控制阀22、动力源23；控制***3，其用于对样品处理模块1、检测分析模块2进行控制；显示界面4，其用于显示液样动作状态、液样稀释倍数、实时检测数据、数据分析曲线。

具体而言，如图1和图2所示的样品处理与检测***，其包括样品处理模块1、检测分析模块2、控制***3和显示界面4组成，

样品处理模块1，包括原液池5、稀释池6、移液平台7，如图3、图4和图8所示。液样在原液池5、稀释池6间的转移通过移液平台7实现，所述移液平台7包括三维移动支架8、与三维移动支架相连接的移液注射器9，所述移液注射器9下端接1mL、5 mL或10mL的枪头或取样针10。原液池5、稀释池6位于移液平台7正下方，移液平台7的移液注射器9通过沿着原液池5、稀释池6线性方向来回运动，在原液池5或稀释池6中取样或加样。

在一具体实施方式中，如图8所示，所述三维移动支架8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，原液池5、稀释池6设置在移液注射器9沿着X轴运动的正下方；为了方便原液池5、稀释池6固定和放置，将其设置在同一支架上。位移的距离由切换机构I和切换机构II控制，且其上均设有位置感应器，以便精准控制位移，促使移液注射器9精确定位。

在一具体实施方式中，所述移液注射器9下端接1mL、5 mL、10mL的枪头或取样针10，枪头或取样针及其尺寸选择，根据吸取样液的体积选定。为加速稀液样的混合，其操作可通过移液枪头或取样针吹打，或者通过磁力搅拌器混匀。本实用新型中，在稀释池6下方设置有磁力搅拌器24。

在常规的化学和生物等分析检测实验中，常常需对液样稀释后分析检测。其稀释的目的在于使检测的液样达到检测限的范围。本实用新型中，通过设置多个稀释池实现样液梯度自动稀释，提高稀释精确度，减少稀释误差。本实用新型一具体实施方式，设置稀释池数量为两个，分别为稀释池I 6-1、稀释池II 6-2，样液在原液池5、稀释池I 6-1、稀释池II 6-2间的转移通过移液平台7实现。具体的，移液平台7上的移液注射器9沿着原液池5、稀释池I 6-1、稀释池II 6-2的水平方向即切换机构I的X轴移动，当定位到原液池5、稀释池I6-1或稀释池II 6-2正上方时，停止运动，此时移液注射器9沿着Z轴方向向下移动，当枪头或取样针10进入原液池5、稀释池I 6-1或稀释池II 6-2中，定量吸取或注入液样。

本实用新型一实施方式中，稀释池I 6-1、稀释池II 6-2为梯度稀释池，稀释池I6-1、稀释池II 6-2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，其分别稀释10倍、100倍，其稀释操作为：通过纯化水管道14进18 mL纯化水如稀释池I 6-1，用移液注射器枪头10从原液池5中取2 mL液样入稀释池I 6-1中，磁力搅拌器24-1混匀；同样的方法进纯化水和从稀释池I 6-1取2 mL液样入稀释池II 6-2中，磁力搅拌器24-2混匀。

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。此外，在特定实验中，也可采用稀释溶剂替代纯化水，还可采用其他稀释用溶剂，只要实验条件允许即可。本实用新型中采用纯化水。稀释池I 6-1、稀释池II 6-2的纯化水用量根据纯化水管道动力源和管道控制阀共同作用控制，如图3、图4所示。稀释中，纯化水管道所进纯化水用作稀释溶剂，完成稀释后，纯化水用于清洗管道和原液池、稀释池。

具体的，图3中原液池5、稀释池6中进纯化水管道均为独立管道，其纯化水用量分别由其独立的动力源14-1、14-2、14-3和管道控制阀22-1、22-2、22-3控制。

另一具体实施方式中，如图4所示，稀释池I 6-1、稀释池II 6-2为定容结构的稀释池，其池身设有定容管道23。稀释池定容体积大小可根据尺寸定制，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。本实施方式中，原液池5、稀释池6共用一条纯化水管道，稀释池中纯化水用作稀释溶剂的量根据定容结构来实现，当进入的纯化水量大于定容体积时，纯化水从定容管道23溢出。

在一实施方式中，稀释池I 6-1、稀释池II 6-2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I 6-1、稀释池II 6-2分别对原液样稀释20、400倍，其具体操作步骤为：稀释池I 6-1中进纯化水，其进水量超过定容管道即可，即此时稀释池I 6-1内的纯化水为38 mL，关闭稀释池I 6-1定容管道23-1控制阀21-7，然后用枪头10从原液池5中取2 mL液样入稀释池I 6-1中，磁力搅拌器24-1混匀；稀释池II 6-2的稀释操作同稀释池I 6-1，稀释池II 6-2中进纯化水，其进水量超过定容管道即可，即此时稀释池II6-2内的纯化水为38 mL，关闭稀释池II 6-2定容管道23-2控制阀21-4，然后用枪头10从稀释池I 6-1中取2 mL液样入稀释池II 6-2中，磁力搅拌器24-2混匀。

样品处理模块1中稀释池6可以是2个，也可以是多个，数量不做限制，其用于液样的梯度稀释即可。通过样品处理模块1完成液样稀释混匀，稀释池中的液样通过管道进入光电检测组件11、酶膜检测组件12、离子检测组件13进行检测分析；上述管道上均设置有管道控制阀。所述光电检测组件11包括光纤光谱仪、注射泵26，注射泵26上设置有光纤光谱仪检测探头25，可以基于激光***来检测液样的光电检测指标。酶膜检测组件12通过在检测池中设置酶膜电极进行酶膜检测，所述酶膜可以为葡萄糖酶膜、乳酸酶膜、谷氨酸酶膜、赖氨酸酶膜中的一种或几种。离子检测组件13通过在检测池中设置离子电极进行离子检测，所述电极可以为pH电极、氨离子电极、钠离子电极、钾离子电极、钙离子电极中的一种或几种。完成液样检测后，原液池5、稀释池6中剩余液样通过管道进入排废液管道15中，所述排废液管道15左端进入的是空气，其右端靠近废液瓶20处连接有动力源22-4，所述动力源22-4进一步为自吸泵，一具体实施例为蠕动泵。原液池5、稀释池6中液样排放完后，从纯化水管道14中进纯化水用于原液池5、稀释池6及其相关管道的清洗，清洗完毕后，再通过高压气体管道16进高压空气用于稀释池干燥。

进一步具体地，稀释池I 6-1或稀释池II 6-2进入光电检测组件11是通过多通道阀27实现的，如图2、图5所示，多通道阀27连接光电检测组件11、稀释池I 6-1、稀释池II 6-2、标准液池18、排废液管道15、酶膜检测组件12，此外，多通道阀27上还设有与大气连通的阀门。

进一步具体的，光电检测时，旋转多通道阀27使标准液池18与光电检测组件11相连通，注射泵26从标准液池18中吸入标准液先润洗再定标，然后将部分标准液推入酶膜反应池28中，剩余标准液由注射泵26推入排废液管道15中；再从稀释池I 6-1或稀释池II 6-2中吸取样液润洗然后进行光电检测，完成检测后，将部分样液推入酶膜反应池28中，剩余样液由排废液管道15排出。

进一步具体地，酶膜检测时，所述酶膜检测组件12的反应池28上方接有进液样管道，反应池池接有进缓冲液管道、排废液管道、定容管道。非工作状态时，酶膜反应池28中充满缓冲液，工作时将缓冲液通过其底部的排废液管排出，再进缓冲液活化酶膜，缓冲液进样量达到定容管道处即可，若高于定容管道，多余缓冲液从定容管道23-3溢出，然后进定体积的标准液进行酶膜检测标定，检测完成后酶膜反应池中的液体从底部的排废液管道排出，然后进液样，其方法同标准液并进行检测，完成检测后，从缓冲液瓶19进缓冲液对反应池清洗，清洗3-4次后，再次将反应池中充满缓冲液，待下次液样检测。所述酶膜反应池28中设有酶膜检测电极29，所述酶膜检测电极29可以是葡萄糖酶膜、乳酸酶膜、谷氨酸酶膜、赖氨酸酶膜中的一种或多种。在本实用新型中也可以通过多通道阀27接设置不同酶膜的酶膜检测组件。所述酶膜检测组件12中的管道上均设有管道控制阀控制管道的开合，在缓冲液管道上还设有动力源22-6。

进一步具体地，稀释池I 6-1上还接有连通至离子检测组件13的管道，所述离子检测组件包括离子检测池30、电极31，所述离子检测池30设有进入液样的进样管道32，进纯化水管道15、排废液管道34、定容管道23-4、高压气体管道16，以及连接离子低标溶剂35的管道和离子高标溶剂36的管道，如图7所示。所述离子检测池30中设置有电极31，电极为pH电极31-1（pH 电极既可以用于检测pH，更重要其作为参比电极进行其他离子检测），以及其他检测电极31-2，所述其他检测电极31-2为氨离子电极、钠离子电极、钾离子电极、钙离子电极中的一种或者多种，离子检测池30分成若干相连通的小检测池，如图7所示，小检测池的数量为两个或多个，具体数量不做限制，电极置于各小检测池中，该结构有效节省检测样液和试剂。

离子检测前，离子检测池30中没有任何液体，进行检测其过程如下：首先清洗，通过纯化水管道14进纯化水清洗，然后通过高压气体管道16进高压气体将离子检测池吹干；其次定标，进离子低标溶剂35定低标，完成后排废、进纯化水清洗，高压气体将离子检测池30吹干，进离子高标溶剂36定高标，完成检测后排废、进纯化水清洗，高压气体将离子检测池吹干；进行液样检测时，其操作同上述低标和高标溶剂定标检测，完成后吹干离子检测池待下次检测使用。离子检测过程中，管道的开合通过各自管道控制阀控制，并根据对应的动力源设置提供液样动力。

在一具体实施方式中，酶膜反应池下方设有恒温模块，确保酶膜反应在恒温下进行；离子检测池30中设有温度传感器37，所述温度传感器用于软件计算时温度补偿。本实用新型中，动力源在一具体实施方式中均为蠕动泵，管道控制阀为电磁阀。

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，采用该材质的管道有可有效减少液样挂壁造成的浪费，增加取样准确度；其他管道采用的普通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；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。

在一实施方式中，本实用新型处理模块、光电检测组件、酶膜检测组件、控制***、显示界面设置在一箱体中，所述箱体的长*宽*高为（450-550）mm*（600-700）mm*（600-700）mm，进一步为500 mm*620mm*660mm，如图8、图9所示，所述箱体外壁上设有电源接口、数据接口、USB接口、散热窗口、管道控制阀、管路接口；离子检测组件设置于另一箱体中，所述箱体的长*宽*高为（250-280）mm*（250-350）mm*（250-400）mm，进一步为270 mm*290 mm*346mm，如图10所示。

为了实现检测自动化控制，本实用新型还包括用于控制进样的控制模块，其通过对原液池、稀释池I、稀释池II、样品移液平台、光电检测组件、酶膜检测组件、离子检测组件，以及管道动力源、管道控制阀与总控***相连，实现样品处理与检测***的自动化控制。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稀释信号，包括样液稀释倍数、光电检测参数、离子检测参数、酶膜检测参数的设置，控制单元输出控制信号，控制动力源和管道控制阀，从而对液样进行合理倍数稀释，控制光电检测在350-800nm全波段进行检测，控制酶膜检测指标葡萄糖1~100g/L，木糖1~100g/L，乳酸1~100g/L，赖氨酸1~100g/L，谷氨酸1~14g/L，乙醇1~100g/L范围内检测，控制离子检测指标pH0~14，氨氮0.1~3000 mg/L，钠离子0.5~3000 mg/L，钾离子0.5~3000 mg/L，钙离子0.2~18000 mg/L范围内检测，并进行数据分析与储存。

为方便操作人员对本实用新型装置的操作控制，所述样品处理与检测***还包括显示界面4，如图1、图9，所述显示界面可以显示本实用新型***的工作状况，例如：显示稀释倍数、检测参数及检测结果、清洗消毒工作的状态等。为方便操作，显示界面为显示屏，进一步为可触摸显示屏，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。

本实用新型通过移液平台进行梯度稀释有效减少稀释误差，有助于提高检测的精确度；在稀释池中接输送高压气体的管道，在完成液样稀释进行纯化水清洗，在通过高压气体干燥管道，减少下一样品稀释误差；通过先进行光电检测，再用光电检测的液样进行酶膜检测，样液和标准液使用量少，有效降低使用成本。

Claims (10)

1.一种样品处理与检测***，其特征在于，其包括：

样品处理模块，其用于液样稀释，包括原液池、稀释池、移液平台；

检测分析模块，其用于对稀释后液样的检测，包括光电检测组件、酶膜检测组件、离子检测组件，以及连接各组件的管道、管道控制阀、动力源；

控制***，其用于对样品处理模块、检测分析模块进行控制；

显示界面，其用于显示液样动作状态、液样稀释倍数、实时检测数据、数据分析曲线。

2.根据权利要求1所述的样品处理与检测***，其特征在于，所述原液池、稀释池固定在支架上，液样在原液池、稀释池间的转移通过移液平台实现，所述移液平台包括三维移动支架、移液注射器。

3.根据权利要求2所述的样品处理与检测***，其特征在于，所述移液注射器下端接1mL、5 mL或10mL的枪头或取样针。

4.根据权利要求1所述的样品处理与检测***，其特征在于，所述原液池上接纯化水管道、排废液管道、进样管道；所述稀释池上设有纯化水管道、排废液管道、高压气体管道，以及与检测组件相连的管道。

5.根据权利要求4所述的样品处理与检测***，其特征在于，所述稀释池至少为两个稀释池，用于梯度稀释。

6.根据权利要求5所述的样品处理与检测***，其特征在于，两个稀释池均为定容稀释池，其上还接有定容管道。

7.根据权利要求4或6任一所述的样品处理与检测***，其特征在于，所述管道的内径为0.1-15 mm；为所述管道提供动力的为注射泵、蠕动泵、隔膜泵、柱塞泵和/或气泵；所述管道上均设有管路控制阀，其用来控制管道开合状态。

8.根据权利要求1所述的样品处理与检测***，其特征在于，所述光电检测组件包括光纤光谱仪、注射泵，所述光纤光谱仪检测探头设置在注射泵上。

9.根据权利要求1所述的样品处理与检测***，其特征在于，所述酶膜检测组件为葡萄糖酶膜、乳酸酶膜、谷氨酸酶膜、赖氨酸酶膜组件中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的样品处理与检测***，其特征在于，所述离子检测组件为pH电极、氨离子电极、钠离子电极、钾离子电极、钙离子电极组件中的一种或几种。

Images