用於儲藏、取回和管理樣品的自動化系統的製作方法

2023-05-31 17:46:16 1

專利名稱：用於儲藏、取回和管理樣品的自動化系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於操作和儲藏生物或化學樣品的系統，且更具體地說，涉及一種用 於儲藏、取回和管理保持在密封的儲藏容器陣列內的大量樣品的系統。
背景技術：
許多科學和醫學組織，包括工業企業、管理機構、研究實驗室和學院，具有安全儲 藏超大量，例如幾千到上百萬的樣品和樣本的需要。這樣的領域包括藥物、生物工藝學、 實驗室診斷學、基因組學、生物樣本(biospecimen)、法醫學、農用化學品和特殊化學品 (specialty chemical)。依賴於應用，樣品的大小可在幾十微升到幾打蘭之間變動，其儲藏 在小的密封塑料管或瓶中。這些容器保持在架(rack)中，架允許插入或移除個別樣品，而 不用移除整個架或者保持一個或更多個架的託盤(tray)。為了延長樣品的有效壽命，樣品 被儲藏在低溫(典型地_20°C到-80°C或更低)、低溼度和惰性氣體(氮)的受控環境中，並 且使樣品儘可能少受環境變化的影響。為了以最有效的方式操作超大量的樣品，對於具有 最小可能覆蓋區(footprint)的不同應用，必須多考慮加強系統的靈活性和適應性，以使 昂貴的實驗室空間的使用最小化。目前可用的複合儲藏系統禾口技術(compound storage system andtechnology)的 綜述由 Dr. John Comley 發表在 Drug Discovery World, Spring2005, pp. 59-78 上的題為 "Compound Management in pursuit of sampleintegrity，，的文章提供，此文章在此通過引 用併入。樣品的跟蹤是基本的，並且樣品容器、架和託盤通常用條形碼或其它機器可讀標 識符標註。每個樣品的身份和位置儲存在系統存儲器中，系統存儲器保存儲藏系統中所有 樣品的記錄，使得各個樣品或樣品的子集可被識別，並可被迅速從儲藏系統中取回。理想 地，取回過程的發生應不會將樣品不必要地暴露在融化或潮溼環境，這意味著，系統必須能 夠從儲藏室的一個或更多個架中挑選各個樣品，同時使儲藏室或同一託盤中的其它樣品在 環境變化中的暴露最小。也很重要的是，系統應是可靠的，使得其可在沒有將樣品暴露在不 期望的條件的風險下使用。為了防止儲藏期間樣品蒸發或暴露在汙染物中，通常用伸展跨過容器的開口端的 蓋子或膜蓋住容器。為了有效處理託盤中大量的容器，系統商業上可以用來用一片材料例 如箔或層壓聚合體同時密封託盤內的所有容器，上述材料被熱密封或以其他方式粘在所有 容器的頂邊緣。這些密封是可刺破的(pierceable)或可撕去的，以允許獲取樣品。容器被 密封后，切割容器之間多餘的密封材料，以分離各個容器，用於隨後取回，而不需要解凍容器的整個託盤。在衝切密封件後，容器的託盤被放置在儲藏室中。衝切操作需要分開的操 作步驟，並且通常需要附加的帶有專門設計用於特定大小和形狀的管的複雜刀具的裝備， 因此限制了可以使用的容器的類型，或需要利用多重衝切工具。在某些應用中，樣品優選地儲藏在超低溫度(-80°C或更低)，然而，這種寒冷環境 對於自動化系統的操作所必需的機電設備來說可能是危險的。在這樣低的溫度下，潤滑劑 效率下降，使機器人的可靠性下降。在樣品儲藏領域，機器人的維護尤其成問題，因為必須 解凍並且打開儲藏環境，從而使樣品遭受冷凝，並可能解凍。一些商用系統將機器人隔離在 一些較溫暖的室(-20°C)，在兩個室之間傳遞樣品。在這樣的系統中，必須在兩個室之間建 立絕緣牆(insulating wall)，以維持在每個室內的溫度。在現有的系統中，樣品儲藏區域具有可移動的門，門可被打開以獲取託盤。在其 它系統中，託盤(或許多託盤)在一端具有一塊絕緣材料，使得所有的託盤結合起來形成 絕緣牆。當移除託盤時，與該託盤相關聯的絕緣材料也被移除，並且必須用擠壓墊(dummy block)替代，以維持絕緣牆的完整性。然而，這個替代過程花費時間，從而增加一個或兩個 室內溫度變化的風險。在大型儲藏應用中，樣品可能需要被多個小組存取，這些小組的實驗室區域在機 構內的不同位置，甚至可能在多層建築的不同樓層上。在現有的複合儲藏系統中，裝載和卸 載樣品容器的入口位於儲藏單元底部的單一位置。這通常導致在手推車上運輸大量的樣 品，並可能將它們暴露到不期望的條件。進一步，由於所有的小組需要從單一位置存取他們 的樣品，等待另一個使用者完成他們的樣品儲藏或取回操作將會浪費時間。本發明涉及儲藏系統，其解決前述所關注的問題，以提供大體積樣品儲藏系統的 靈活性和方便使用。發明簡述一種用於在託盤中儲藏大量樣品的自動化儲藏系統，其包括冷凍儲藏室 (refrigerated storage compartment)、在一側鄰接儲藏室的託盤穿梭室(trayshuttle compartment)和在另一側的多個獨立模塊。模塊處理由託盤穿梭器(tray shuttle)從儲 藏室取回的樣品，包括從取回的源託盤(source tray)中取出挑選的樣品並將所挑選的樣 品轉移到分開的目標託盤(destinationtray)中，為了使用，分開的目標託盤可被進一步 處理或從系統中移走。模塊的獨立運轉允許由不同模塊同時進行操作和處理，同時，託盤穿 梭器可存取儲藏室內的另外的樣品。在第一示例性實施方式中，本發明的自動化樣品儲藏和管理系統使用用於冷凍 儲藏室的垂直儲藏傳送帶(storage carousel)。容納一個或更多個陣列的單獨的可移動 的樣品容器的託盤裝配在位於繞傳送帶旋轉的運載工具(carrier)的多個槽內。槽配置 為允許垂直相鄰的託盤之間有足夠的間隙，以接收多種不同大小的樣品容器或孔板(well plate)。垂直傳送帶能減少系統的覆蓋區，並極大地改進可靠性，因為傳送帶的操作只需要 提供向前或反向旋轉的單一電動機來將想要的託盤或託盤槽定位成與水平託盤裝載/卸 載機構或「穿梭器」對齊。與水平託盤穿梭器結合的垂直傳送帶儲藏機構允許通過根據它們在傳送帶中的 位置來組織想要的樣品的序列而最小化取回時間。當取回一個樣品時，可通過旋轉傳送帶 以將下一個託盤移動到託盤穿梭器的高度來預定位序列中的待取回的下一個樣品。其它系統具有用於樣品的固定位置。當需求的樣品彼此位置接近時，可迅速取回託盤，但是當要取 回的樣品儲藏在儲藏區域的最遠位置時，就實質上變得較慢。垂直傳送帶將所需的用來與託盤穿梭器相互作用的使託盤在儲藏室和用於處理 或檢查樣品的一個或更多個模塊之間移動的機械結構減到最少。因為垂直傳送帶垂直移 動，所以單一的水平軸能夠提供通向傳送帶上每個運載工具和託盤的入口。託盤穿梭器是 在水平軸上的輸送器，能夠跨過傳送帶的整個寬度取回任何託盤。託盤穿梭器的延伸到儲 藏空間內的唯一部件是託盤鉤(tray hook)。這個旋轉式鉤/杆裝置(rotating hook/ leverdevice)能夠拉或推託盤，以將其插入到傳送帶上的槽內或使其從傳送帶上的槽移 開，以便將託盤定位在輸送器上，並將其移動到將執行操作的任何位置。一個或更多個模塊位於託盤輸送器的前面，在儲藏室的相對側。每個模塊都能夠 從託盤輸送器接收一個或更多個託盤，並在託盤上執行一些操作，例如更改特定託盤的內 含物、從託盤挑選或「移動升降(cherry picking) 」特定樣品並將它們放置在另一個託盤 中、解凍託盤以使用、移出樣品以使用或檢查樣品。模塊可被隔離並具有受控大氣，包括冷 卻到與託盤輸送器相同的溫度和/或充滿氣體以形成惰性大氣。因為託盤輸送器和模塊在 儲藏室的外部，因此它們可被移除或使用，而不會干擾儲藏樣品的冰凍環境。模塊可包括液體操作設備(liquid handling device)，該液體操作設備可接收解 凍的託盤，並且在室溫，優選為在惰性大氣中，打開容器的蓋子，並抽吸和分配樣品的一部 分，而不從系統移除樣品容器。分立的模塊的顯著益處是，使儲藏室充滿例如氮的惰性氣體是實用的，這減少由 於水或氧所涉及的汙染。因為不需要人進入儲藏區域，所以氮的使用不會危害使用系統的 人們的健康。模塊化設計還允許除了系統底部以外或不同於系統底部，在沿著垂直傳送帶的高 度的不同高度都可以進入系統。在儲藏室高到足夠跨越實驗室機構的多個平面的情況下， 這個特徵是有用的。傳送帶的性能允許樣品運載工具位於任一平面。通過在第二、第三或 其他樓層設置託盤穿梭器、模塊和系統控制站，不同的實驗室可以從局部進入公共儲藏室。 在從不同實驗室提交的要求時間相同或相近的情形下，系統控制器中的軟體將對存取要求 區分優先次序。在地下室有可用空間，但是此處的存取不方便或不期望的情形，系統可配置為僅 在第一層和/或第二層有入口點，而在地下室沒有入口點。這樣可以增加相當可觀的儲藏 容量，而不佔用昂貴的實驗室樓層空間。每個模塊都能夠獨立運轉，從而允許並行執行多重操作，並且模塊中至少一些包 括同時操作多個託盤的能力。這樣允許在模塊中移除或替換託盤，而不需要停止那個模塊 的運轉。對於選擇器或「移動升降」、模塊，這意味著機構可以連續運行。提供兩個源託盤 位置，使得當機構從一個託盤挑選時，另一個可以被替換。當單一的目標託盤被裝滿時，其 被替換。這種工藝方法允許比現有方法顯著快的挑選速率，因為挑選機構沒有停機時間 (down-time)。本發明的設計也改善了可靠性。選擇器模塊包括推動器機構(pusher mechanism)和拾取頭(pick head)，推動器 機構提起樣品容器，並使樣品容器離開託盤，拾取頭具有用於接收由推動器機構提起的容 器的一個或更多個空腔。推動器機構獨立於可移動的拾取頭移動，從而允許拾取頭從託盤的不同位置接收多個管。然後，將拾取頭移動到目標託盤之上的目的地，並啟動頂出機構 (ejectormechanism)，一次移動放置所有的管。選擇器模塊可被配置為執行衝切的功能，因此消除了對附加步驟和附加儀器的需 要，附加步驟和附加儀器用於分離用一片箔或聚合體密封的架內的容器。在這種實施方式 中，拾取頭的一個或更多個空腔具有尖銳邊緣，當推動器機構向上推樣品容器時，尖銳邊緣 能夠切割樣品容器周邊周圍的密封件。這允許管被密封得完整無缺地儲藏，直到需要。典 型地，一次只需要少數樣品，所以當準備選擇時，只切割想要的樣品容器周圍的密封件。在特別適合於超冷儲藏的儲藏室的可選擇實施方式中，用固定的架和龍門架式託 盤穿梭器(gantry-type tray shuttle)代替垂直傳送帶，其能夠垂直和水平運動，放置 在更溫暖( -20°C)的室中。儲藏室由許多泡沫磚與託盤穿梭室/龍門架室(gantry compartment)分開，泡沫磚被設置為在儲藏託盤的前面形成自動機械(robotically)友好 的絕緣牆。塊成堆設置，並由重力保持在適當位置。堆的任一側上的導軌(guide rail)抑 制塊的橫向運動，而允許塊向上和向下自由滑動。為了存取特定託盤，機械人裝載設備/卸 載設備移動到想要的託盤前面的塊，將針(Pin)或板延伸到塊中相應的凹口內，然後將所 有的塊升高到那個點之上。取出感興趣的託盤，並且將塊降到原始位置。塊可以是任意大 小，但是優選為保持它們相對小，以使接近想要的託盤位置所需要的缺口的大小最小，並且 因此當在牆上臨時打開缺口時，使可能發生的任何溫度變化最小。本發明方法允許在託盤 被取出後立即閉合開口，而沒有現有技術系統所經歷的需要待取回的替換託盤堵住由取出 的託盤留下的洞的延遲。附圖簡述從下面的本發明優選實施方式的詳細描述和附圖，將更清楚地理解本發明，其 中

圖1是顯示了儲藏單元、穿梭器和外部模塊的本系統第一種實施方式的圖解剖面 側視圖。圖2是沿圖1線2-2截取的圖解剖面圖，顯示了儲藏單元、託盤穿梭機構和示例性 的外部模塊。圖3a是移走儲藏單元殼體的第一種實施方式的圖解透視圖；圖3b是局部切除了 殼體的圖解透視圖，以顯示傳送帶機構的元件；而圖3c是允許儲藏不同大小樣品容器的通 用託盤槽的詳細視圖。圖4是系統第二種實施方式的圖解頂視圖，其中絕緣牆將儲藏室和託盤穿梭器分 開。圖5a是局部切除了殼體的圖解正視圖，而圖5b是局部切除了殼體的透視圖，都顯 示了根據第二種實施方式的託盤穿梭器和絕緣牆。圖6a_6c是第二種實施方式的圖解側視圖，顯示了用於通過升高絕緣牆從儲藏室 獲取和移除託盤的步驟。圖7a和圖7b分別是託盤穿梭器的圖解側視圖和端側圖。圖8a-8n是顯示了託盤鉤序列的一系列圖，託盤通過託盤鉤從儲藏室取回並輸送 到系統前部的模塊，為特定的樣品容器的移動升降做準備。圖9a和9b是管挑選功能的圖解視圖(前視和頂視)。
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圖IOa-IOc分別是樣品選擇器機構的前視圖、側視圖和透視圖；圖IOd是供樣品選 擇器使用以切割容器周圍的密封的固定裝置(fixture)的頂視圖。圖Ila是帶有柔性入口模塊的多層系統的圖解側視圖；圖lib是移除了殼體以顯 示垂直傳送帶的多層系統的透視圖。圖12是樣品選擇器的可選擇實施方式的圖解視圖。圖13a和13b是衝切密封板之前和之後的圖12樣品選擇器的圖解視圖。圖14是儲藏系統的控制器的軟體和固件組成部分的框圖。圖15a_d是一系列讀出步驟的圖解頂視圖，以允許固定的條形碼閱讀器分別觀察 樣品瓶的右側、右後側、前側和左後側。圖16是使用橋模塊(bridge module)橋接在一起的兩個儲藏系統的圖解頂視圖。優選實施方式詳述為了詳細描述優選實施方式，使用如下的定義「樣品」用來描述儲藏在或可以儲藏在儲藏系統中的物料(化合物、生物樣本或其 他物質)以及管、瓶和用於保持儲藏物料的是儲藏的最小單位的類似容器。「陣列(array)」包括按固定布置組織樣品的板和架。架保存可移動的樣品容器， 而板具有不可移動的孔。這樣的架一般配置為垂直的開口套筒或槽的陣列，從而允許獲取 保持在槽內的可移動的容器。「託盤」是保持多個陣列的平的框架或容器。一般地，儲藏系統內的所有託盤 都將是相同長度和寬度的，並且特定的託盤內的陣列都具有相同大小的樣品。示例性 的託盤具有接收高達6個標準SBS(生物分子篩選協會(Society for Biomolecular Screening))8X12的架和板的覆蓋區。託盤具有多個開口，以允許既能通過託盤的底部又 能通過託盤的頂部存取容器。開口可具有由凸緣或突出部分包圍的巨大的敞開中心，凸緣 或突出部分捕捉陣列板的外邊緣，以在敞開區域上的覆蓋區內支持架，從而允許接近架的 下側。可選擇地，託盤可具有穿過另外的連續的底部表面的較小的開口陣列，且每個開口對 應於樣品容器的位置，使得可通過開口存取每個容器。每個樣品、陣列和託盤應用條形碼或類似的機器可讀指示器分開識別，以允許跟 蹤每個樣品，且陣列和託盤將一般具有方位指示器(orientationindicator)，例如缺口角 (notched corner)，以方便操作和跟蹤樣品。本發明的自動化樣品儲藏和管理系統的第一示例性實施方式在圖1-3中示出。 系統100的基本部件包括儲藏室殼體102、儲藏室110、垂直傳送帶軌120、託盤運載工具 121-124、託盤穿梭室140、託盤穿梭器150、模塊160、162、164和166以及控制站170。商業上可從 Remstar International, Inc. (ffestbrook, ΜΑ)購買的垂直傳送帶機 構運轉得非常像費累斯轉輪(Ferris wheel)，並且能夠順時針或逆時針旋轉，同時仍將每 個託盤運載工具維持在豎直位置。圖3b示出了傳送帶的主要部件，包括垂直傳送帶軌120、 驅動鏈125、上部驅動齒輪126、下部驅動齒輪127、傳動鏈128、變速器(transmission) 129 和驅動電動機130。如本領域已知的，樞軸地連接到運載工具的側面並樞軸地連結到驅動鏈 125的運載工具導引器(carrier guide) 132具有導向臂，導向臂在傳送帶軌120內滑動，以 在運載工具的整個行進中保持其豎直。通過啟動傳送帶來使包含想要的託盤、架和樣品的運載工具124移動到與託盤穿梭器150對齊，可以獲取儲藏室110中的所有託盤，託盤穿梭器150提供沿著平面152的水 平運動，平面152垂直於儲藏室110延伸，並跨過儲藏室110的前面，以允許獲取運載工具 124內的每個託盤。傳送帶控制器能夠足夠精度地停止任一方向的旋轉，以使不僅運載工具 124，而且每個單獨的託盤都能與穿梭器150水平對齊。穿梭器150，下面會更詳細地描述， 還提供向著和遠離儲藏室110的水平運動，以允許託盤被推進運載工具124的槽中或從運 載工具124的槽中拉出。傳送帶內的每個運載工具121-124都是四面的架子，在底部、後面和兩側有面板， 並且具有多個垂直分隔物322 (顯示在圖3a)，以界定多個託盤支撐件。(注意，為了方便展 示，分隔物322隻顯示在運載工具122中，但是每個運載工具都具有多個分隔物，且分隔物 的數量取決於託盤的寬度和運載工具的寬度。)每個垂直分隔物322都具有由對應於託盤 寬度的寬度分開的多個託盤支撐槽(tray support slot)(向內延伸的通道或突起部分)， 使得託盤被支撐為平行於運載工具的底部。槽配置為允許垂直相鄰的託盤之間有足夠的間 隙，以適應許多不同大小(高度)的架和樣品。通過利用用於所有類型的陣列(架和板)的 標準化託盤厚度獲得通用的槽結構，而不考慮容器的高度。垂直分隔物形成有延伸分隔物 322整個高度的均勻隔開的水平肋或軌，如圖3c所示。託盤槽324的尺寸使得標準厚度的 託盤326能容易地滑進和滑出適當的槽，以在可被保持在託盤326上的各種大小的架328、 329和330之間提供足夠的間隙。傳送帶和託盤穿梭器的獨立的垂直和水平運動允許更迅速地存取可遍布儲藏室 分布的樣品。可通過當穿梭器將託盤輸送到處理模塊時，啟動傳送帶來最小化取回時間， 因此一旦穿梭器將取回的託盤轉移到模塊，下一個運載工具和託盤將已經與穿梭器水平對 齊，使得穿梭器可立即移動到正確的水平位置來拉動下一個託盤。冷凍裝備以及溫度控制和監測儀器也是儲藏系統的一部分，但是在這裡沒有描述 或示出。這樣的部件在本領域眾所周之，且對本領域的人員而言適當的部件的選擇是很明 顯的。一個或更多個模塊160、162和164位於託盤穿梭器150的前面，在儲藏室110的 相對側上。每個模塊都能夠從託盤穿梭器接收一個或更多個託盤，並在託盤上執行一些操 作，例如更改特定託盤的內含物、從託盤中挑選特定的樣品並將它們放置在另一個託盤中、 在移出樣品以使用之前解凍託盤、檢查樣品或接合樣品並將樣品轉移到另一個儲藏系統或 物料處理站。這種模塊化結構允許系統使用者定製符合他們自己特定需要的系統。例如， 可提供多個移動升降臺模塊(cherry picker module)，其中一個模塊用於挑選瓶，而另一 個模塊用於挑選管。在示例性的組合中，模塊160是瓶選擇器，模塊162是管選擇器，而模 塊164是輸入/輸出-除冰裝置(input/output-defroster)。其它移動升降臺模塊的組合 可包括用於不同大小瓶的瓶挑選器，或可從源託盤中移除特定的板並在目標託盤中將它們 與其它挑選的板組合的板選擇器(Plate selector)。模塊能隔熱並具有受控大氣，包括冷 卻到與託盤穿梭室140相同的溫度和/或充滿氣體以形成惰性大氣。1/0-除冰裝置模塊164優選地裝有充分攪拌的熱空氣，以將最高的熱空氣溫度及 整個柜子的溫度維持在緊密調節的範圍內。這樣能夠快速解凍，而沒有可能使一些樣品過 熱的熱斑的風險。模塊164包括存取門(accessd00r)167，存取門167用於從模塊移除託 盤，並將託盤重新放置到模塊裡。模塊164內的條形碼閱讀器165或其他跟蹤設備自動讀出並記錄穿過該模塊的每個託盤、架和如果可能，樣品容器的身份信息，並將這些身份信息 送到系統控制器170。通過記錄從系統移走的託盤，並在他們被插回到模塊164內並通過託 盤穿梭器重新加載時進行登記，系統控制器170能追蹤從系統移走的託盤，以保證每個樣 品、架和託盤的位置始終是已知的，並且當樣品返回到儲藏室時，防止將託盤無意地放置在 儲藏室中的錯誤位置內。雖然I/O模塊164能夠讀出並記錄託盤和架上的條形碼，但是很難讀出粘貼在圓 瓶或瓶上的條形碼，因為容器可旋轉，從而指引條形碼遠離處於固定位置的光學閱讀器。常 規的自動化技術通過一些裝置使瓶旋轉，使得條形碼將在一些位置通過固定的閱讀器的前 面。旋轉設備增加開支，且一般很慢。瓶挑選模塊160包括用於通過使用常規的固定位置閱讀器和鏡子的組合來快速 讀出瓶上的條形碼而不需要旋轉瓶的組件，鏡子被定位成允許讀出瓶的整個表面。在瓶已 經由自動機械移動的情況下，不需要額外的機構。瓶挑選模塊包括具有隻抓取瓶的頂部的自動化爪狀機構(claw-likemechanism) 的瓶拾取頭，使得瓶的帶有條形碼的部分從拾取頭向下延伸。這樣的機構在本領域通常是 已知的。圖15a-d示出了三面鏡子351-353怎樣被連接成與瓶拾取頭一同移動，以反射讀出 束(reading beam) 370來觀察瓶360的不同側，從而允許使用固定位置條形碼閱讀器362。 束370連續向前發射。當保持瓶360的拾取頭及連接的鏡子351-353從左移動到右時(如 示出的)，如圖15a所示的第一位置使鏡子353與束370對準，從而允許讀取瓶360的右側。 在圖15b，拾取頭繼續移動，將鏡子352放置到能反射束370的位置，從而允許通過固定的閱 讀器362觀察瓶的右後側。圖15c示出了拾取頭移動成使得束370直接射到瓶360的前部。 圖15d顯示，拾取頭所處的位置使得鏡子351反射束370，以觀察瓶的左後側。這四個不同 位置允許少量重疊地觀察瓶的所有側面，使得這些位置中的至少一個將產生對應於瓶身份 信息的信號。由於唯一的移動部件是拾取頭和其位移機構(translation mechanism)，如果 在通過一次之後，閱讀器沒有探測到條形碼，則拾取頭可被倒轉到開始位置，然後啟動，以 重複它的路線經過閱讀器。除了單軸位移器(single axis translator)之外，沒有其他的移動部件，這使得 提供了一種穩固的閱讀系統。也可使用不同配置的鏡子。例如，可使用兩個平面鏡子觀察整 個區域，但是沒有重疊，或使用一個成型的鏡子。鏡子可位於與瓶有一定距離的地方，以便 為夾緊機構(clampingmechanism)或其它移動元件提供足夠的間隙。在可選擇的結構中， 閱讀器可相對於固定的瓶和鏡子組件移動(或旋轉)。供本發明系統使用的又一可能模塊是橋模塊，在圖16中示出。如顯示的，橋模塊 169在第一儲藏系統IOOa的一排模塊160、162和164的右端處連接到託盤穿梭室140a的 前面。橋模塊169延伸超出系統IOOa的右端，並連接到第二儲藏系統IOOb的託盤穿梭室 140b的前側。本發明設計允許系統使用者擴大他們的儲藏容量(兩倍、三倍或更多)，而 不幹擾現有的儲藏系統。如果系統所有人希望擴大現有系統的容量，而不是希望購買新的 更大的系統，則現在的商用系統要求犧牲儲藏室。這允許系統使用者為了當前的需要購買 更經濟的系統，並在日後根據需要購買一個或更多個附加系統來擴大。兩個橋接的儲藏系 統之間的接口允許快速存取所有系統內的所有樣品，從而允許從任一系統選擇樣品，以進 行挑選並將樣品轉移到公共目標託盤。第二儲藏系統IOOb可具有如顯示的它的I/O模塊172，或者它能夠通過橋模塊169將取回的託盤從託盤穿梭器140b轉移到託盤穿梭器140a 以及轉移到I/O模塊164。優選地，模塊169將包括條形碼閱讀器，以追蹤可從一個儲藏系 統移動到另一個儲藏系統的託盤、架和樣品。具有與橋模塊類似功能的附加的模塊可作為自動化接口，用於將託盤、架和樣品 轉移到分開的物料操作工作站，而不需要從儲藏系統手動移動託盤來運輸它，以進行另 外的處理或高通量篩選(high-throughputscreening)。示例性的商用可用的工作站是 BioCel系列自動化系統(Velocityll, Menlo Park，California)。接口模塊能夠按照與橋 模塊169類似的方式定位，其中工作站稍微位於儲藏系統的側面，或者其可被定位成使得 工作站在儲藏系統的前面，其中自動化接口模塊夾在儲藏系統和工作站之間。每個模塊通過用墊圈161密封的小開口可釋放地連接到託盤穿梭室140的前側。 儲藏系統的模塊結構允許移除或使用模塊，而不幹擾儲藏的樣品的冰冷環境。在使用期間， 或當模塊被調換的時候，移除的模塊和託盤穿梭室之間的開口可用隔板密封。樣品的處理一般發生在每個模塊的上面部分的圍欄(enclosure)內。在每個模塊 的處理圍欄下面的是柜子，柜子圍繞用於控制每個模塊的硬體部件和模塊與託盤穿梭器之 間的接口。系統的軟體/邏輯體系結構600顯示在圖14。每個模塊都具有它自己的專用硬 件控制器642、644和646，且這些控制器中的每個都由硬體控制PC 630驅動，硬體控制PC 630運行選擇器管理器632和託盤管理器軟體，用於分別控制通過託盤穿梭器的移動升降 和託盤運輸。控制臺/伺服器PC 602包括用於系統管理器606、儲藏管理器610並與數據 庫608通信的軟體，資料庫608包含在或已經在系統內的每個樣品的信息。PC 602也通過 網絡開關以及與影像控制器620的連繫為企業系統提供可選的連接，而影像控制器620運 行攝影機(未顯示)，用於視覺追蹤一個或更多個模塊中的每個模塊的運轉。每個PC 602 和630由也安裝在模塊底部的柜子內的UPS(不間斷電源)(未顯示)提供能量。附加的模塊可包括液體操作設備，該液體操作設備可接收解凍的託盤，並且在室 溫，優選在惰性大氣中將容器的蓋子打開，然後抽吸並分配一部分樣品。然後，將樣品再 蓋上蓋子，而不需要從系統移除儲藏託盤。示例性的封蓋機/開蓋機系統在共同未決的第 11/555，621號美國申請中公開，該專利在此通過引用併入。除了或不同於在系統的底部進入系統之外，模塊化設計還允許在沿著垂直傳送帶 的高度的不同高度處進入系統，這對於多層儲藏系統特別有利。示例性的設置在圖Ila和 lib示出。儲藏室210和垂直傳送帶導引器220跨越兩層樓，通過分離兩個樓層的地板280。 每一層都具有它自己的託盤穿梭器250a和250b、它自己的控制器270a和270b以及它自己 的處理模塊的組合260a&b、262a&b和264a&b。當利用特別適合於他們需要的處理模塊時， 通過在第二、第三或其他樓層提供開口，不同的實驗室可具有進入公共儲藏室的局部入口。 在從不同實驗室提交的要求時間相同或相近的情形，系統控制器中的軟體對存取要求區分 優先次序。在地下室有可用空間來安裝儲藏室，但是入口不方便或不期望的情形，系統可配 置為僅在第一層和/或第二層有入口點，而在地下室沒有入口點。這樣可以增加相當可觀 的儲藏容量，而不佔用昂貴的實驗室樓層空間。在多層系統中，期望結合感測設備和小量的Z軸布置，以適應建築結構和樓層相 對於儲藏系統的移動或調整，使得託盤穿梭器與傳送帶保持合適的對齊。這些變化一般較小，並且發生在一段長時間內，所以系統的通量不會受影響。模塊以允許這種小的運動而不 幹擾密封的方式耦合到系統。在可選擇的實施方式中(未顯示)，多層或單層儲藏系統可被更改為通過將託盤 穿梭室連接到儲藏室的後側來提供位於不同房間的第二實驗室的入口。入口點可在相同的 平面或在不同的平面，因為託盤穿梭器只與緊鄰的運載工具相互作用。在這種更改中，傳送 帶運載工具將在前面和後面打開，從而允許從運載工具的任一側移除託盤。兩個實驗室將 具有它們自己的處理模塊，這將提供更迅速的樣品存取。返回參考圖1-3，模塊160、162和164中的每個都能夠獨立工作，從而允許對不同 樣品的多重操作能並行執行，且模塊中的至少一些包括同時操作多個託盤的能力。這允許 移除或替換模塊中的託盤，同時使模塊操作不中斷。對於如圖9a和9b示出的選擇器或「移 動升降」、模塊，在挑選桌901上提供了兩個源託盤930的位置，使得當機構挑選器902從一 個託盤930挑選樣品時，另一個源託盤可返回到儲藏室，並由不同的託盤取代。單一的目標 託盤932在其裝滿時被替換。這種工藝方法允許比現有方法相當迅速的挑選速率，因為挑 選機構沒有停機時間。在特別適合於超冷儲藏的儲藏室的可選實施方式中，垂直傳送帶由固定的架520 和龍門架運轉的託盤穿梭器452取代，託盤穿梭器452能夠垂直和水平運動，放置在更高溫 度( -20°C)室內。示例性的龍門架機構公開在美國專利第6，663，334號內，其在此通過 引用併入。如圖4-6示出的，在儲藏系統殼體402內，儲藏室410通過牆430與託盤穿梭室420 分開，牆430由設置成形成自動機械友好的絕緣牆430的各個泡沫磚或塊(圖4的431-434 加上圖5a和5b的531a-f、532a-f、533a-f和534a_f)的堆或柱形成。塊成堆設置，並通過 重力保持在適當位置。堆的每側上的導軌540阻止塊橫向運動，而允許塊向上和向下自由 滑動。如在圖6a中示出的，為存取特定的託盤，龍門架552沿著龍門架軌(gantryrai 1)554 水平移動，並垂直移動機器人託盤穿梭器452，以使託盤穿梭器452與想要的託盤406前面 的塊433對齊。針驅動機構(pin drivemechanism) 512將針506延伸到塊433中的相應 凹口 536中，託盤穿梭器452在龍門架522上向上移動，以將塊433和所有其它的塊533a、 533b升高到該位置之上，如圖6b中所示。在示出的實施方式中，針506由柱456保持在託 盤穿梭器452的託盤支撐表面458之上的固定高度，所以系統控制器將能夠準確確定需要 將塊433升高多少來獲取託盤406。在可選擇的實施方式中，可在託盤穿梭器452上設置 單獨的提升電動機(lift motor)，以使水平驅動機構454相對於託盤支撐表面458垂直移 動。通過使用託盤鉤454 (顯示在圖4)將託盤定位在託盤穿梭器452的託盤支撐表面 458上來取出感興趣的託盤406。如在圖6c中示出的，託盤406被徹底收回，降低託盤穿梭 器452將塊433和533a&b重新定位到它們的原始位置，並退回針506，從而恢復儲藏室410 和託盤穿梭室420之間的絕緣分隔物。構成絕緣牆的塊可以是任何尺寸，但是優選保持它 們相對較小，以使接近想要的託盤位置而形成的缺口的大小最小化，並且因此，當在牆上臨 時打開缺口時，使可能發生的任何溫度變化最小。本發明方法允許在託盤被取出後立即關 閉開口，這提供了超過需要取回替換託盤並用來堵上由被取出的託盤留下的洞的現有技術 系統的顯著優勢。
圖7a和7b示出了託盤穿梭器150的元件，其包括穿梭器框架 (shuttleframe) 750、響應於帶710的啟動而沿著框架750縱向移動的滑塊714、驅動輪712 和帶導向器713、驅動電動機715，驅動電動機715順時針及逆時針旋轉驅動輪712，以啟動 帶710朝著和遠離儲藏室向前和向後移動滑塊714。滑動導軌738從框架750向上延伸，以 在滑塊714的底部與滑動導引通路736相配合，用於重複運動。託盤鉤730從滑塊714的 頂部延伸，在被託盤鉤電動機732啟動時，託盤鉤730繞軸734旋轉，而託盤鉤電動機732 連接到滑塊714的底部。託盤鉤730配置為當移動到與從託盤706(由虛線指出)的每端 延伸的託盤端鉤720接觸時接合端鉤720。當啟動託盤鉤電動機732時，託盤鉤電動機732使託盤鉤730旋轉，以延伸超過託 盤穿梭器150(如圖8a-8n所示)的末端，使得只有鉤730到達樣品儲藏室裡。託盤鉤730 可用來接合託盤端鉤720以使託盤能被拉到託盤支撐件716上，或者可推動端鉤720以使 託盤滑動離開託盤支撐件716並遠離託盤穿梭器150。圖8a-8n示出了通過託盤穿梭器150執行的從儲藏室110移除樣品並將它們轉移 到模塊800的操作順序。從圖8a開始，將託盤812預定位在模塊800內，在本例中模塊800 是移動升降臺模塊。託盤812是接收託盤，在挑選操作期間，挑選的樣品將被放置在託盤 812內。當系統控制器發布命令取回託盤806時，託盤鉤730位於託盤穿梭器150的右或前 (模塊)側，託盤806被確認為包含被處理的樣品。如果儲藏室使用第一實施方式的垂直傳 送帶，傳送帶將在這個步驟期間旋轉，以使託盤穿梭器150與運載工具和待取回的託盤對 齊。將託盤穿梭器150與想要的託盤806水平對齊。對於第二實施方式的龍門架安裝的託 盤穿梭器，啟動龍門架，以將託盤穿梭器452移動到適當的垂直和水平位置來開始取回。在圖8b，通過啟動驅動電動機715將滑塊714移動到後面，使託盤鉤730移動到穿 梭器150的左或後(儲藏室)側。在圖8c中，啟動託盤鉤電動機732，以逆時針旋轉託盤鉤 730,從而使鉤730的末端接合託盤806的託盤端鉤826。一旦兩個鉤接合，就啟動驅動電動機715，使滑塊714朝著穿梭器150的前面移動， 從而把託盤806從儲藏室110中拉出，如圖8d所示。此時如果需要，託盤穿梭器150將沿 著託盤穿梭平面752橫向移動，或者龍門架552將水平移動託盤穿梭器450，以便將用於傳 遞的託盤定位到模塊800。如示出的，然而，模塊800直接在託盤806被拉出的位置的前面。在圖8e，順時針旋轉託盤鉤830，以使其與託盤端鉤826脫離。然後，啟動滑塊714， 以將其移動到託盤穿梭器150的後面，如圖8f所示。在圖8g中，再次順時針旋轉託盤鉤 730,以接合託盤806的端鉤836。然後，啟動滑塊714，以移動到託盤穿梭器150的前面，從 而推動託盤806通過模塊800後面的開口，如圖8h所示。逆時針旋轉託盤鉤730，以鬆開端 鉤836，如圖8i所示，此後，託盤穿梭器150沿著託盤穿梭平面152水平移動，以將穿梭器定 位在待取回的下一個託盤的前面，在本情形中是託盤804，如圖8j所示。在託盤穿梭器150完成圖8g到8i顯示的步驟的操作期間，在圖1_3的實施方式 中，可啟動垂直傳送帶，以在託盤穿梭器平面預定位下一個運載工具。因此，託盤804不需 要保持在與託盤806相同的運載工具內。雖然如此，由於垂直傳送帶和託盤穿梭器的獨立 運轉，可以在先前的託盤806傳遞到模塊800之後，在託盤穿梭器空閒之後，使得下一個可 用的託盤被立即取回。在圖8k，使滑塊714朝著託盤穿梭器150的後面移動，從而將託盤鉤730定位在託盤804的前面。啟動託盤鉤電動機732，以逆時針旋轉託盤鉤730，以接合託盤端鉤824，如 圖81所示。啟動滑塊714，以將託盤804拉到託盤穿梭器150上，如圖8m所示，然後，使託 盤穿梭器150沿著穿梭平面152移動，以便將用於轉移的託盤804定位到模塊800，如圖8η 所示。然後，仿效圖8g和8h示出的步驟將託盤804移動到模塊800裡。一旦從託盤804和806移走了想要的樣品，託盤穿梭器將按相反的次序運轉，以將 託盤返回到它們先前的位置。另外的託盤可被取回並被轉移到模塊800，以獲得用於轉移到 託盤812裡的所有想要的樣品。在託盤812裝滿想要的樣品後，可使用託盤穿梭器150將樣品返回到儲藏室或將 託盤轉移到不同的模塊。典型地，第二個模塊將執行處理操作，例如解凍在受控的，例如，惰 性和/或溫度傾斜的環境中的樣品，以在從系統移走樣品用於使用之前使冷凝最小。相同 的模塊可用於將樣品引進到儲藏室的更冷的溫度裡，從而在將它們放置在儲藏之前，使它 們經受惰性大氣。其它模塊可包括影像或分析儀器，用於檢查和/或測試樣品。圖9a和9b示出了用於管的在移動升降臺模塊900中利用的挑選器機構902。如 之前所提到的，移動升降臺模塊900具有兩個源託盤位置920、921以及一個目標託盤位置 950，源託盤位置920、921以及目標託盤位置950分別保持多個樣品架922和952。託盤被 支撐在固定的表面上，或者「挑選桌」901上，而挑選器機構在x-y平面內移動，以接近託盤 上的不同位置，以便執行想要的轉移操作。當從一個源託盤位置取走樣品時，不同的源託盤 可被移動到另一源託盤位置內，從而允許實質上連續的樣品選擇。安裝在線性位移器上用於沿一個軸916(圖9b中的y軸)運動的挑選器機構902 包括拾取頭904和推動器機構906。拾取頭904沿著另一軸(圖9b的χ軸)、沿著軌910 平移，而推動器機構906的定位由螺杆傳動裝置908控制。推動器機構906升高樣品容器並將樣品容器提升出架922，從而將它們推到拾取 頭904的一個或更多個空腔內。推動器機構906獨立於拾取頭904移動，從而允許拾取頭 從託盤的不同位置接收多個管。一旦裝滿拾取頭的空腔或多個空腔，就將拾取頭904移動 到目標託盤950的架952之上的目的地，在這裡，啟動頂出機構，一次移動放置所有容器。圖IOa-IOc示出了拾取頭904和推動器機構906的元件。拾取頭904通過安裝板948安裝在軌910上，並且也提供用於連接拾取頭部件的 框架。拾取頭底板931垂直於安裝板948延伸，並具有樣品容器經過的開口。底板931—般 位於所挑選樣品的架922上面一小段距離。當挑選器也被用來分離用粘合板密封的管時， 如下面所描述的，底板931可實際接觸架922的頂部表面。直接在底板931上面的是可釋放 地連接到塊945以向下延伸的彈簧961-963。每個彈簧961-963都由彈性金屬形成，並具有 向內延伸的錐形齒(tapered tooth)，當樣品容器被向上壓頂著齒時，錐形齒造成彈簧向外 呈凸輪形(cam)。每個彈簧961-963的內表面、塊945下表面和後部牆976界定空腔960， 在挑選處理期間，樣品容器可被保持在空腔960內。空腔的大小主要由彈簧961-963在錐 形齒的上邊緣和塊945的底表面之間的長度界定，為了保證合適的操作，空腔的大小應緊 密適合容器的大小。當操作不同長度的容器時，通過擰松彈簧螺釘移除彈簧961-963，並用 具有與待操作的容器相對應的長度的彈簧替換彈簧961-963。彈簧將其相關聯的容器保持 在空腔960內，直到容器被頂出。傳感器/頂出膜片(ejector blade) 952-954可滑動地延伸通過塊945內的槽，使得當容器被推進空腔960內時，容器之上的膜片被向上推，因此膜片的上端被設定為用於 通過一組光學探測器958中的一個來探測，而光學探測器958安裝在塊945之上的印製電 路板933上。(PCB 933提供到挑選器控制器(未顯示)的電連接。)光學傳感器958的啟 動產生信號，告訴挑選器控制器，容器保持在拾取頭內特定的槽內。如圖IOa示出的，容器 946保持在空腔960內，從而向上推膜片954，膜片954的上端由光學傳感器958探測。容 器944處於由推桿970向上推頂著彈簧962的錐形齒的過程中。容器944的頂部與膜片 953的下邊緣接觸，以將膜片953向上推到也將被相應的光學傳感器958探測的地方。在示 例性的實施方式中，拾取頭被配置用於接收三個容器，因為有三個彈簧961-963、三個膜片 952-954和三個光學傳感器958。一旦所有的光學傳感器探測到空腔960內有容器存在，挑 選器控制器指引拾取頭移動到待放置樣品容器的目標架950(在圖9b)的位置。一旦拾取 頭處於目標架950之上的適當位置，就啟動凸輪電動機934，以旋轉飛輪958，從而造成凸輪 947對通路938施加向下的力。通路938連接到拾取頭滑塊935的後側，從而造成滑塊935 沿著導引器936向下移動。頂出杆(ejector bar)943從滑塊935的前側延伸，頂出杆943 具有延伸通過每個膜片952-954的槽的頂出接頭(ejectortab)。當滑塊935向下移動時， 頂出杆促使膜片952-954向下靠著空腔960內的容器的頂部，從而使它們同時從拾取頭頂 出，並進入到目標架內。飛輪958可被加重，以在啟動時提供額外的慣性來保證其遵從其完 整的周期。雖然上面的解釋描述了適合於接收三個容器的拾取頭，但是容易明白的是，可通 過提供從一個空腔_彈簧_膜片_傳感器組合到許多這樣的組合來操作更多或較少的容 器，這可實際用於有效的操作。通過驅動推桿970向上通過託盤920和架922的開口底部，使推動器機構906與 拾取頭904相配合，以升高容器並向上推頂著拾取頭的齒簧(toothed spring) 0推動器機 構906通過安裝板968連接到位移器908，以允許推動器和拾取頭獨立運動。推桿連接到沿 柱973垂直移動的推動器滑塊937，由推動器導引器974穩定，柱973和推動器導引器974 都連接到基座932。通過與如上所描述的用於拾取頭頂出器的類似的凸輪機構開始垂直運 動。凸輪電動機940使飛輪972旋轉，這使凸輪964在通道966內移動，以對通路966施加 向上或向下的力。連接到推動器滑塊937的後側的通路966使推桿970向上或向下移動，這 依賴於飛輪972的旋轉方向。與拾取頭一樣，飛輪972可被加重，以保證其產生足夠的慣性 來完成其完整的周期。推桿970可用需要的用於操作不同長度容器的不同長度的杆取代。凸輪電動機組件934、940中的每個分別包括磁位置傳感器(magneticposition sensor) 941或939，磁位置傳感器941或939提供相應的飛輪958或972的位置上的反饋， 以保證飛輪旋轉通過其完整的周期。控制電子設備位於連接到電動機末端的盒子裡。拾取頭904可被改變成執行衝切功能，因此消除對附加步驟和附加儀器的需要， 附加步驟和附加儀器用於分離用單一片箔或聚合體密封的架內的容器。在這種實施方式 中，切割盤980固定於拾取頭底板931的底部，且切割邊緣982與空腔960的底部對齊。切 割盤980可由鋁或不鏽鋼形成。邊緣982不需要故意銳化，因為通過切割或鑽孔加工板以 形成開口的常規工藝產生足夠尖銳的邊緣，以便當樣品容器被推動器機構向上推時切割樣 品容器的周界周圍的密封件。這允許管被完整無缺地密封儲藏直到需要。典型地，一次只 需要少數樣品，所以當作好選擇準備時，只切割想要的樣品容器周圍的密封件。
16
圖12示出了其中拾取頭每次傳遞單一樣品的移動升降臺的可選擇實施方式。在 這種情形，拾取頭988和推動器985支撐在相同的框架上，並且彼此不能獨立移動。這種結 構特別適合於操作保存非常小的(50-100微升)管的架，管是最普遍的用箔片或聚合物990 密封的類型。這樣的架最多能保存384個管。由於拾取頭內的頂出器每次只需要釋放一個 管，所以頂出機構是由凸輪996驅動的單一的針986，凸輪996在槓桿995上升高以壓縮偏 置彈簧996，以便向拾取頭空腔內的管施加向下的力。如圖13a和13b示出的，圖12的移動升降臺機構特別適合於分離用片990密封的 管。當推動器985向管的底部施力時，其壓緊拾取頭的尖銳邊緣982，從而切割密封件990』 以分離管，管然後被向上推進到空腔裡，與彈簧993和頂出針(ejector pin)986接觸。當 移動升降臺被移動到目標託盤時，啟動頂出針，以向下按在管上，將它推出空腔。這裡描述的樣品儲藏系統能解決現有技術系統的許多缺陷，以實現快速存取環境 可控儲藏室裡的樣品，並且對儲藏室環境的影響最小。當與具有可受低溫儲藏環境不利影 響的最少量的機電部件的機器人託盤穿梭機構一同使用時，可以可互換地和可分離地連接 到儲藏室的柔性模塊能夠連續運轉。移動升降臺機構提供所選樣品的迅速取回，而不會使相同託盤的其它樣品受到環 境的改變。多個移動升降臺模塊可與單一儲藏室和託盤穿梭器相關聯，使得可在相同儲藏 系統內儲藏、操作和管理不同類型和大小的樣品容器。對於本領域技術人員很明顯，可在本發明的系統和設備中做出各種更改和變更， 而不背離本發明的精神和範圍。因此，意味著本發明包含落在所附權利要求和其等效形式 範圍之內的所有這樣的更改和變更。
1權利要求
一種用於儲藏和操作樣品的自動化系統，其包括封閉式冷凍儲藏室；至少一個垂直傳送帶，其布置在所述儲藏室內，所述垂直傳送帶具有圍繞垂直迴路分布的多個運載工具，其中每個運載工具適合於接收保持多個樣品的多個託盤；託盤穿梭室，其鄰接所述儲藏室，所述託盤穿梭室具有接近所述儲藏室的儲藏側和相對於所述儲藏室的模塊側；託盤穿梭器，其布置在所述託盤穿梭室內，位於相對於垂直迴路的固定高度，其中所述託盤穿梭器包括推拉裝置，所述推拉裝置用於拉動和推動託盤以在所述儲藏室和至少一個分立的處理模塊之間轉移託盤，所述分立的處理模塊連接在所述託盤穿梭室的模塊側上，並同所述託盤穿梭器一起布置在公共水平平面內；輸入 輸出模塊，其用於接收託盤以儲藏在所述儲藏室內或從所述儲藏室取回託盤；以及系統控制器，其指引所述儲藏室、所述垂直傳送帶、所述託盤穿梭器和所述輸入 輸出模塊的操作。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述多個託盤中的每個託盤具有託盤厚度和託盤寬 度，並且其中所述垂直傳送帶上的每個運載工具包括多個分隔物，每個分隔物具有多個槽， 用於可滑動地接收和支撐一對分隔物之間的託盤，其中所述槽配置為在垂直相鄰的託盤之 間提供可變範圍的距離。
3.如權利要求1所述的系統，其中所述輸入_輸出模塊包括條形碼閱讀器，所述條形碼 閱讀器用於識別被處理通過所述輸入_輸出模塊的託盤和樣品。
4.如權利要求1所述的系統，其進一步包括至少一個樣品選擇器模塊，所述樣品選擇 器模塊放置在所述託盤穿梭室的模塊側，用於從一個或更多個託盤挑選個別樣品並將所挑 選的樣品存放到目標託盤內。
5.如權利要求4所述的系統，其中所述至少一個樣品選擇器模塊包括拾取頭和推動 器，所述拾取頭具有空腔，以當啟動所述推動器以便通過接觸樣品容器的底部並將樣品容 器向上推動通過託盤中的開口並進到空腔內而從託盤升高樣品容器時，接收樣品容器。
6.如權利要求5所述的系統，其中所述空腔適合於接收多個樣品容器，且所述拾取頭 進一步包括頂出器，所述頂出器用於同時頂出保持在所述空腔內的多個樣品容器。
7.如權利要求5所述的系統，其中所述樣品容器保持在用一片密封件密封的架內，且 所述拾取頭進一步包括在所述空腔的下邊緣附近的密封件切割邊緣，其中在將容器推動到 所述空腔內之前，所述推動器推動樣品容器頂著所述密封件切割邊緣，以切割容器周圍的 密封件。
8.如權利要求5所述的系統，其中所述樣品選擇器模塊進一步包括挑選桌，其放置在x_y平面內，用於支撐一個或更多個源託盤和目標託盤；以及一個或更多個位移器，其用於在χ-y平面內移動所述拾取頭和所述推動器，以接近一 個或更多個源託盤內的所有樣品以及目標託盤內的所有位置。
9.如權利要求8所述的系統，其中所述拾取頭在χ-y平面內獨立於所述推動器移動。
10.如權利要求8所述的系統，其中所述拾取頭和所述推動器在x-y平面內一起移動。
11.如權利要求4所述的系統，其中所述樣品選擇器模塊適合於挑選保持在圓瓶中的樣品，並進一步包括拾取頭，其用於抓取瓶；位移機構，其用於使所述拾取頭在源託盤和目標託盤之間移動；以及 條形碼閱讀器；其中所述拾取頭具有連接至其的至少一個鏡子，用於將讀出束反射到所述條形碼閱讀 器，使得可以讀出瓶的所有側面。11.如權利要求1所述的系統，其中所述託盤穿梭器進一步包括 託盤支撐表面；電動託盤鉤，其放置在滑塊上，所述滑塊在所述託盤穿梭室的儲藏側和模塊側之間在 所述託盤支撐表面上來回移動，其中所述電動託盤鉤旋轉以相對於所述託盤支撐表面延伸 或收回，其中所述電動託盤鉤延伸接合感興趣的託盤上的第一託盤端鉤，並向著模塊側滑 動，使得感興趣的託盤被拉離運載工具並拉到所述託盤支撐表面上。
12.如權利要求11所述的系統，其中所述電動託盤鉤通過以下方式將感興趣的託盤轉 移到至少一個處理模塊旋轉以脫離託盤端鉤，滑動到儲藏側，旋轉以接合第二託盤端鉤， 並向模塊側滑動以將感興趣的託盤推出所述託盤支撐表面並推到至少一個處理模塊的託 盤表面上。
13.如權利要求1所述的系統，其中所述儲藏室跨越多層建築的多個樓層，並且其中分 開的託盤穿梭器和分開的輸入-輸出模塊放置在沿著所述儲藏室的一個或更多個附加的 垂直位置，其中所述垂直位置對應不同樓層。
14.如權利要求1所述的系統，其進一步包括橋模塊，所述橋模塊連接到所述託盤穿梭 室的模塊側，其中所述橋模塊為接近所述儲藏系統放置的分開的儲藏系統的分開的託盤穿 梭室提供接口。
15.一種用於在多個託盤中儲藏多個樣品的儲藏系統，所述系統包括 寒冷儲藏室，其具有多個垂直的託盤支撐架、儲藏室前部和寬度； 託盤穿梭室，其具有接近所述儲藏室前部的後部和託盤穿梭室前部；託盤穿梭器，其放置在所述託盤穿梭室內，所述託盤穿梭器包括用於移動和轉移的裝 置，所述用於移動和轉移的裝置在所述託盤穿梭室內水平和/或垂直移動並將感興趣的託 盤轉移到鄰接所述託盤穿梭室前部的至少一個模塊；輸入-輸出模塊，其用於接收託盤以儲藏在所述儲藏室內或從所述儲藏室取回託盤；以及系統控制器，其指引所述儲藏室、所述垂直傳送帶、所述託盤穿梭器和所述輸入-輸出 模塊的操作。
16.如權利要求15所述的系統，其中所述儲藏室維持在超冷溫度，並進一步包括設置 在所述儲藏室和所述託盤穿梭室之間的絕緣牆，所述絕緣牆包括可滑動地堆疊在多個垂直 導引器內的可分離的多個磚，以界定多個柱，其中每塊磚具有形成在其前部面中的凹口。
17.如權利要求16所述的系統，其中所述託盤穿梭器進一步包括裝置，所述裝置用於 使提升針與所述多個磚中的最接近所感興趣的託盤的一塊磚內的凹口對齊；將提升針插入到凹口內，並升高所述一塊磚和堆疊在所述一塊磚的上部的任何磚，以 在絕緣牆上打開缺口；穿過缺口從所述架取回感興趣的託盤；以及降低升高的磚，以閉合缺口。
18.如權利要求17所述的系統，其中所述多塊磚中的每塊磚由絕緣泡沫形成。
19.如權利要求15所述的系統，其中所述託盤穿梭器通過以下方式取回感興趣的託盤將電動託盤鉤延伸到所述儲藏室內；使感興趣的託盤上的託盤端鉤與所述電動託盤鉤接合；滑動所述電動託盤端鉤以遠離所述儲藏室，使得所述感興趣的託盤被拉離所述架，並 被拉到所述託盤穿梭器的託盤支撐表面上。
20.如權利要求15所述的系統，其進一步包括至少一個樣品選擇器模塊，所述樣品選 擇器模塊放置在所述託盤穿梭室的前側，用於從一個或更多個源託盤挑選個別樣品並將所 挑選的樣品存放到目標託盤裡，所述樣品選擇器模塊包括挑選桌，所述挑選桌放置在χ-y 平面內，用於支撐所述一個或更多個源託盤和目標託盤；以及一個或更多個位移器，其用於在χ-y平面內移動樣品選擇器機構，以接近所述一個或 更多個源託盤內的所有樣品以及目標託盤內的所有位置。
21.如權利要求20所述的系統，其中至少一個樣品選擇器機構包括拾取頭和推動器， 所述拾取頭具有至少一個空腔，以當啟動所述推動器以便通過接觸樣品容器的底部並將樣 品容器向上推動通過託盤的開口並推到空腔內而從託盤升高樣品容器時，接收樣品容器。
22.如權利要求21所述的系統，其中所述至少一個空腔適合於接收多個樣品容器，且 所述拾取頭進一步包括頂出器，所述頂出器用於同時頂出保持在所述至少一個空腔內的多 個樣品容器。
23.如權利要求21所述的系統，其中樣品容器保持在用一片密封件密封的架內，且所 述拾取頭進一步包括密封件切割邊緣，其中在將容器推動到所述至少一個空腔內之前，所 述推動器推動樣品容器頂著所述密封件切割邊緣，以切割容器周圍的密封件。
24.如權利要求20所述的系統，其中所述樣品選擇器機構適合於挑選保持在圓瓶中的 樣品，並進一步包括拾取頭，其用於抓取瓶；位移機構，其用於使所述拾取頭在源託盤和目標託盤之間移動；以及條形碼閱讀器；其中所述拾取頭具有連接至其的至少一個鏡子，用於將讀出束反射到所述條形碼閱讀 器，使得可以讀出瓶的所有側面。
25.如權利要求15所述的系統，其中所述多個託盤中的每個託盤具有託盤厚度和託盤 寬度，且其中每個託盤支撐架具有多個水平槽，所述多個水平槽用於可滑動地接收和支撐 託盤，其中所述槽配置為在垂直相鄰的託盤之間提供可變範圍的距離。
26.如權利要求15所述的系統，其中所述輸入-輸出模塊包括條形碼閱讀器，所述條形 碼閱讀器用於識別被處理通過所述輸入_輸出模塊的託盤和樣品。
27.如權利要求15所述的系統，其進一步包括橋模塊，所述橋模塊連接到所述託盤穿 梭室的模塊側，其中所述橋模塊對接近所述儲藏系統放置的分開的儲藏系統的分開的託盤 穿梭室提供接口。
全文摘要
一種用於儲藏託盤中大量樣品的自動化儲藏系統，其包括儲藏室、在一側鄰接儲藏室的託盤穿梭室和在另一側的多個獨立模塊。模塊處理由託盤穿梭器從儲藏室取回的樣品，包括從取回的源託盤中取出挑選的樣品並將挑選的樣品轉移到分開的目標託盤中，為了使用，分開的目標託盤可被進一步處理或從系統中移走。當託盤穿梭器在儲藏室內存取另外的樣品時，模塊的獨立運轉允許由不同模塊同時執行操作和處理。在一種實施方式中，當託盤穿梭器在水平平面內運轉時，垂直傳送帶用來使想要的託盤與託盤穿梭器垂直對齊。
文檔編號B01L9/00GK101970115SQ200780025505
公開日2011年2月9日 申請日期2007年1月23日 優先權日2006年1月23日
發明者約翰·E·利裡柯, 羅伯特·K·尼珀爾, 雷特·L·阿弗萊克 申請人:紐克塞斯生物系統公司