一種生物樣本自動存取設備的製作方法

2023-05-21 20:20:07

本實用新型涉及生物樣本冷凍存儲設備，具體而言，涉及一種生物樣本自動存取設備。

背景技術：

現有生物樣本庫又稱生物銀行(Biobank)，主要是指標準化收集、處理、儲存和應用健康和疾病生物體的生物大分子、細胞、組織和器官等樣本，包括人體器官組織、全血、血漿、血清、生物體液或經處理過的生物樣本(DNA、RNA、蛋白等)以及與這些生物樣本相關的臨床、病理、治療、隨訪、知情同意等資料及其質量控制、信息管理與應用系統。

生物樣本的長期儲存通常使用儘可能低的溫度來降低樣本內的生化反應，提高樣本內各種成分的穩定性，溫度越低，樣本的保存時間越長。通常是凍存細胞置於試管中，試管置於存儲架上，通過存儲架整體置於液氮中，以實現樣本的長期穩定保存。但樣本的存入和取出時均要從液氮儲存罐中將存儲架整體取出，存取不方便，而且這樣每次提取都會造成同一存儲架上暫不使用的生物樣本也要從-150℃的低溫環境進入室溫環境，因劇烈的溫度變化而影響其活性和質量；生物基因樣本存取設備的內部不能夠準確快速的識別基因樣本試管，從而在對基因試管進行夾取的時候，成功率較低且夾取準確度較低，不夠達到從基因樣本庫內進行準確快速的取出或者存放基因樣本，不利於生物基因樣本冷凍存儲行業的快速發展。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種生物樣本自動存取設備，以解決現有技術中存取不便、需整體取出而影響其他生物樣本活性以及存取倉對基因樣本的取放準確度和效率較低的問題。

為實現本實用新型目的，採用的技術方案為：一種生物樣本自動存取設備，其特徵在於，包括凍存罐、位於凍存罐上方的提取倉室、位於凍存罐內的樣本存儲架、與提取倉室連通的存取倉以及位於存取倉內部的樣本識別系統，所述樣本存儲架包括轉動設置在凍存罐內的底盤和底盤上的多個提升架，提升架上放置有多層存儲盒，提升架配設有提升裝置；所述存取倉內設有向提取倉室滑動設置、承託存儲盒的託架；存取倉內設有位於託架上方的夾取裝置，夾取裝置配設有驅動其移動的驅動機構；存取倉底開設有取樣孔，取樣孔設有密封蓋，密封蓋配設有啟閉裝置，且密封蓋下方設有樣本轉運裝置。

進一步地，所述多個提升架沿底盤周向分布，各提升架設有提升卡鉤；所述凍存罐設有罐蓋，罐蓋分割為固定板、存取提升板和維修提升板，存取提升板和維修提升板下端均設有對應在提升卡鉤下方的吊鉤。

進一步地，所述提取倉室內設有豎向的分隔板，並通過分隔板分隔成提升存取區、維修提升區；提升存取區的倉室底壁開設有存取提升口，維修提升區的倉室底壁開設有維修提升口；提升存取區的倉室側壁設有存取門，維修提升區的倉室側壁設有維修門。

進一步地，提升裝置包括分別與存取提升板和維修提升板連接的存取提升機構和維修提升機構。

進一步地，所述樣本識別系統包括位於存取倉頂部的攝像機、位於取料頭運動軌跡上的二維掃碼器以及程序控制器，所述攝像機、二維掃碼器和驅動機構均與程序控制器電連接。

進一步地，所述託架上設有存儲盒定位結構和驅動託架滑動的動力裝置，定位結構包括位於存儲盒底面的定位銷和設置在託架上與定位銷相匹配的定位孔。

進一步地，所述夾取裝置設有取料頭。

進一步地，取料頭包括套筒、在套筒內依次設置的轉動壓頭和頂料管、以及位於頂料管內的取料杆，所述頂料管在套筒內軸向滑動設置；所述轉動壓頭的一端設為驅動連接端，另一端的端面具有壓頭斜楔面；所述頂料管的一端具有與壓頭斜楔面相匹配的料管斜楔面，另一端伸出套筒；所述取料杆一端連接至轉動壓頭，另一端伸出頂料管；所述頂料管與套筒之間設有復位彈簧；轉動壓頭的驅動連接端連接有連接頭，連接頭連接有電機。

進一步地，所述夾取裝置還包括安裝體，所述取料頭的上端為與安裝體卡接配合的安裝體連接端；存取倉內設有支承架。取料頭的外壁設有放置環槽，支承架具有多個與放置環槽相適配的豁口。

進一步地，所述樣本提取裝置包括滑動設置於存取倉下方的滑板，滑板上放置有與取樣孔相對應的轉運桶，轉運桶配設有驅動其升降的桶體升降機構；所述滑板的端部豎直設置有密封門。

採用本實用新型具有如下優點：

1.通過底盤的旋轉，使所要提取的提升架轉至存取提升口或維修提升口處，提升架的提升卡鉤也相應運動到存取提升板或維修提升板的吊鉤上部，提升存取提升板或維修提升板開啟了凍存罐的同時，也將提升架提升至待提取樣本所在的存儲盒那一層，即可經設備的自動取出機構將該存儲盒取出、或是由人工取出，然後提升架再下降回位、凍存罐封閉，存取非常方便，而且避免了每次提取都需要將整體存儲架取出，避免了同一存儲架上其他生物樣本經受劇烈的溫度變化，很好的保證了樣本內各種成分的穩定性，保證了生物樣本的活性和質量，生物樣本的保存時間長；

2.生物基因樣本存取倉先通過頂部的攝像機進行存儲盒上基因樣本試管定位，然後通過驅動機構對存儲盒內的基因樣片試管進行夾取，夾取後移動至二維掃描器的前方進行掃描確認後，此時密封蓋打開放入取樣孔內，完成取樣過程，整個操作過程均在存取倉內部的低溫環境下進行，取樣的準確度高，操作流程簡單高效；

3.託架通過傳動鏈條的運動而帶動，使託架朝向存儲架運動到兩個相鄰的存儲盒之間，且通過存儲架的升降運動使存儲盒與託架進行相互裝配定位，從而託架滑動便可將存儲盒取出或者存入存儲架，實現了基因樣品便捷存放和取樣，基因樣品的整個抽取過程均在生物樣品存放設備內部進行，保持取樣操作過程均處於低溫環境下，保證了生物基因樣本的活性與質量；

4.本申請所提供的用於快換夾頭的存取倉，通過操控移動機構使夾持體與活動卡接在支承架上的多個不同的套筒進行對接，套筒內部的夾取裝置與連接頭之間也可進行自動對接，實現了基因樣品試管夾取頭的快速更換，移動機構可實現套筒的放置和裝配，可實現生物樣本存儲設備的自動快速更換的目的，提高了生物樣本存儲效率，增加了設備的適用性；

5.操作者可從轉運桶的內部存放基因樣本；當轉運桶放入到框體內部的承載板上時，可通過拉動密封門將轉運桶移出設備進行取放基因樣本，且密封門與冷凍存儲設備的門框配合後，轉運桶與存儲設備內的轉運孔相對應；轉運桶在升降機構的作用下與取樣孔進行密封對接，保證存取倉內部的基因樣本試管以同等環境放入到轉運桶的內部；而且整個密封門與生物存儲設備的配合，保證了設備內部的密封性，防止設備內部的冷卻氮氣大量洩漏，提高操作的便捷度和穩定性。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的一種生物樣本自動存取設備的整體結構示意圖；

圖2是圖1的右側局部結構示意圖；

圖3是圖2的凍存罐內部結構示意圖；

圖4是本實用新型提供的一種生物樣本自動存取設備的內部局部示意圖；

圖5是本實用新型提供的一種生物樣本自動存取設備的存取倉結構示意圖；

圖6是圖5中夾取裝置的結構示意圖；

圖7是圖6的剖視示意圖；

圖8是圖6中取料頭的結構示意圖；

圖9是圖6中安裝體的結構示意圖；

圖10是本實用新型提供的一種生物樣本自動存取設備的存取倉底部結構示意圖；

圖11是圖10中桶體升降機構的結構示意圖；

圖12是圖8內頂料管的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過具體的實施例子並結合附圖對本實用新型做進一步的詳細描述。

圖1至圖12出示了本實用新型出示了一種生物樣本自動存取設備的結構示意圖，其特徵在於，包括凍存罐1、位於凍存罐1上方的提取倉室2、位於凍存罐1內的樣本存儲架、與提取倉室2連通的存取倉4以及位於存取倉4內部的樣本識別系統，所述樣本存儲架包括轉動設置在凍存罐1內的底盤5和底盤5上的多個提升架6，提升架6上放置有多層存儲盒7，提升架6配設有提升裝置；所述存取倉4內設有向提取倉室滑動設置、承託存儲盒7的託架8；存取倉4內設有位於託架8上方的夾取裝置，夾取裝置配設有驅動其移動的驅動機構；存取倉4底開設有取樣孔，取樣孔設有密封蓋9，密封蓋9配設有啟閉裝置，且密封蓋9下方設有樣本轉運裝置。

所述多個提升架6沿底盤5周向分布，提升架6上放置有多層存儲盒7，各提升架6設有提升卡鉤10；所述凍存罐設有罐蓋，罐蓋7分割為固定板、存取提升板38和維修提升板39，存取提升板38和維修提升板39下端均設有對應在提升卡鉤10下方的吊鉤；所述底盤5上設有中心軸40，中心軸40下端轉動支承在凍存罐1內，上端伸出罐蓋並連接有存儲架旋轉電機41，中心軸40下端設置軸承和軸承座，軸承座在凍存罐1底部，存儲架旋轉電機41通過中心軸40帶動底盤5及底盤5上面的提升架6轉動，存儲架旋轉電機41可配設手動驅動手柄，方便人工在設備外部手動旋轉樣本存儲架。

所述提升倉室內設有豎向的分隔板42，並通過分隔板42分隔成提升存取區、維修提升區；提升存取區和維修提升區的倉室底分別開設有存取提升口、維修提升口，且存取提升口和維修提升口分別與存取提升板38和維修提升板39相對應適配；提升存取區的倉室設有存取門43，維修提升區的倉室設有維修門3，存取門43為升降滑門。提升倉室將提升架6提升環境也與外界室溫隔絕，倉室內控制在低溫環境，保證生物樣本的質量，倉室的頂壁、側壁、底壁以及分隔板42均包括內層金屬板、外層金屬板及位於二者間的聚氨酯層，起到很好的保溫作用。

提升裝置包括分別與存取提升板和維修提升板連接的存取提升機構和維修提升機構；存取提升板38和維修提升板39分別連接有存取提升機構44和維修提升機構45，存取提升機構44為自動提升機構；維修提升機構45為手動提升機構。維修提升機構45包括繩索、轉動支承於維修提升區下部的驅動輪、與驅動輪連接的搖柄、設於維修提升區上部的滑輪；維修提升板39上設有提升環，繩索的一端連接至驅動輪，另一端經滑輪連接至提升環。通過人工搖動搖柄、轉動驅動輪，將維修提升板39提起，帶動提升架6提起。存取提升機構44包括立板、固定於立板的豎向滑軌、滑動設於豎向滑軌的提升臂、分別轉動設於立板上部和下部的兩鏈輪、在兩鏈輪上嚙合的鏈條；兩鏈輪間的一側鏈條上固定有卡件，提升臂與卡件固定連接，鏈輪帶動鏈條移動時，提升臂實現升降帶動提升架6升降，同時由豎向滑軌導向，卡件具有插入鏈條鏈節內的插齒，方便通過鏈節中的間隙來固定卡件，存取提升機構和維修提升機構也可以採用其他升降機構。

所述樣本識別系統包括位於存取倉4頂部的攝像機11、位於取料頭12運動軌跡上的二維掃碼器13以及程序控制器，所述攝像機11、二維掃碼器12和驅動機構均與程序控制器電連接。其中：攝像機11用於在存儲盒7將存放待取樣品的凍存罐1取出之後，拍攝所述存儲盒7上的樣品位置圖片，發送至程序控制器；程序控制器用於根據待取樣品的存儲坐標信息以及所述存儲盒7上的樣品位置圖片，判斷所述存儲盒7上在所述存儲坐標處是否有樣品，在判斷獲得有樣品時，生成第一控制指令；驅動機構用於根據第一控制指令，從所述存儲盒7上抓取所述樣品，並移動至二維掃碼器處13；二維掃碼器13用於對所述樣品上的標籤進行掃描，獲取所述樣品的編號信息，並發送至程序控制器；程序控制器還用於判斷所述樣品的編號信息是否為待取樣品的編號信息，在判斷為待取樣品的編號信息時，生成第二控制指令，控制驅動機構將所述樣品移動並置於轉運桶中。

所述託架8上設有存儲盒7定位結構和驅動其滑動的動力裝置，定位結構包括位於存儲盒7底面的定位銷和設置在託架8上與定位銷相匹配的定位孔，當託架8運動到與儲存盒7相對應的位置上時，存儲盒7在提升機構的作用下進行升降，使定位銷與定位孔進行裝配或者分離，從而實現存儲盒7與託架8之間的相互連接或者分離，達到從基因樣本存儲區內對基因樣本進行取放。

所述動力裝置包括傳送鏈條14和與傳送鏈條14相匹配的鏈輪，所述鏈輪連接有電動機。還包括位於託架8滑動方向上的滑軌，所述託架8設有與滑軌相匹配的滑塊；所述滑塊與傳送鏈條14連接，滑塊的側壁與傳送鏈條相連接，託架8位於滑塊的頂部；電動機在控制器的作用下，實現電動機的正反轉，從而對滑塊的位置進行控制，使託架8移動到預定的位置與存儲盒進行裝配。

所述夾取裝置設有取料頭12，還包括安裝體15、驅動安裝體15移動的驅動機構、固定設置的支承架16、卡設於支承架16上的多個取料頭12；所述取料頭12的上端為與安裝體15卡接配合的安裝體連接端；所述取料頭12的外壁設有放置環槽17，支承架16具有多個與放置環槽17相適配的豁口；所述豁口設為與放置環槽17相匹配的U型槽，U型槽便於取料頭12在驅動機構的作用下取出支承架16或者在豎直方向上將取料頭12卡緊，從而安裝體15與取料頭12之間脫離。

所述取料頭12包括套筒18、在套筒18內依次設置的轉動壓頭19和頂料管20、以及位於頂料管20內的取料杆21，頂料管20在套筒18內軸向滑動設置；轉動壓頭19的一端為驅動連接端，另一端的端面具有壓頭斜楔面；頂料管20的一端具有與壓頭斜楔面相匹配的料管斜楔面，另一端伸出套筒18；取料杆21一端連接至轉動壓頭19，另一端伸出頂料管20；頂料管20與套筒18之間設有復位彈簧22；取料頭12實現對基因樣品試管進行夾取，基因樣品試管蓋的蓋頂通常都是具有內凹孔的，取料杆21對應的是插入到試管蓋的內凹孔中，頂料管20相對於取料杆相對運動頂出基因樣品試管，實現對基因樣品試管的取放；所述轉動壓頭19端部的壓頭斜楔面便會在轉動的過程中推動頂料管端部的料管斜楔面，頂料管20便可頂出取料杆端部的基因樣品試管。

所述頂料管20的外壁設有多個軸向的導向滑槽23，套筒18上設有伸入所述導向滑槽23的定位件25，定位件25沿套筒18的徑向方向設置，防止其跟隨轉動壓頭19一起轉動，定位件25可以是彈簧柱塞，或定位柱、定位珠等，實現對頂料管20進行限位，使頂料管20沿軸線方向滑動。

所述安裝體15包括電機27、與電機27連接的連接頭28以及與安裝體連接端相匹配的定位件26；所述取料頭12的安裝體連接端設有卡槽28；所述安裝體15上設有與卡槽28相匹配的定位件26，即可實現卡接配合；所述卡槽28設為圓弧形環槽且位於取料頭12的端部；所述定位件26可採用彈性滾珠、彈性銷軸的結構，當取料頭卡入到安裝體的內部時，定位件26可自動伸入到卡槽28內，對取料頭進行鎖緊；反之，安裝體15在驅動機構的作用下，可從卡在支承架上的取料頭12上脫離，實現不同取料頭12的更換；這只是本申請的一種實施方式，還可以將定位件設置於取料頭12的端部，安裝體15上設有與定位件26相匹配的卡槽28，同樣能實現上述功能；所述的定位件26均位於取料頭12的徑向方向上且可在徑向方向上進行彈性的伸縮，以保證定位件卡入卡槽28內或者與卡槽28相脫離。

所述連接頭28的端部與轉動壓頭19的驅動連接端相匹配；所述轉動壓頭19的驅動連接端具有驅動方頭；所述連接頭28設有與驅動方頭相匹配的裝配槽29；所述驅動方頭與裝配槽29的端部邊緣均設有弧形倒角，當取料頭12與安裝體15裝配時，轉動壓頭在復位彈簧22的作用下，使驅動方頭與裝配槽29相裝配連接。

所述樣本提取裝置包括滑動設置於存取倉4下方的滑板30，滑板30上放置有與取樣孔31相對應的轉運桶，轉運桶配設有驅動其升降的桶體升降機構；所述滑板30的端部豎直設置有密封門32。所述滑板30上設有位於轉運桶周圍的多個定位銷33；定位銷33沿豎直方向固定在滑板30上且具有一定的長度，定位銷33之間形成轉運桶的滑動空間。

所述桶體升降機構在滑板30下方，桶體升降機構包括升降盤34、帶動升降盤34升降的驅動機構；滑板30上開設有對應升降盤34的過孔；所述滑板30下方設有安裝架，驅動機構裝於安裝架上；所述的驅動機構包括位於安裝架上的電動機35；所述電動機35的轉軸上設有螺紋；所述升降盤34的下端面垂直連接有內螺紋管36，內螺紋管與電動機35的轉軸相匹配，電動機35與內螺紋管36之間形成絲杆滑動機構；升降盤34連接有豎直向下的導杆37，且導杆37的下端穿出所述安裝架；所述導杆37為兩個，分別位於驅動機構兩側，安裝架上對應設置與導杆37下端滑動配合的襯套，襯套裝配在安裝架上。

驅動機構包括位於X向橫梁、滑動設置在X向橫梁上的Y向橫梁以及滑動設置在Y向橫梁上的Z向豎梁，所述Z向豎梁上滑動設置有安裝體；所述X向橫梁、Y向橫梁和Z向豎梁均設有驅動Y向橫梁、Z向豎梁和安裝體滑動的絲杆滑塊機構，絲杆滑塊機構均設有驅動其運動的電動機；絲杆轉動從而帶動Y向橫梁、Z向豎梁和安裝體分別在X向橫梁、Y向橫梁和Z向豎梁上滑動，從而形成可沿X向、Y向以及Z向運動的驅動機構。

所述啟閉裝置包括固定於框架上的X向軌道，X向軌道上滑動設置滑塊A，滑塊A固定連接有Z向軌道，Z向軌道上沿豎直方向滑動有滑塊B；所述滑塊B連接有連杆，連杆的端部與密封蓋連接，使密封蓋處於水平的位置上，且可對取樣孔進行封閉或者開啟；所述滑塊A和滑塊B均設有驅動其滑動的動力裝置，滑塊A和滑塊B在動力裝置的作用下進行X向和Z向兩個方向移動，從而將密封蓋打開且防止其與樣本存儲設備內部的機械手發生幹涉的現象。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。