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实验室器具对准系统和液体处理系统以及包括它们的方法与流程

2022-08-21 20:48:19 来源:中国专利 TAG:
实验室器具对准系统和液体处理系统以及包括它们的方法
1.相关申请本技术要求2020年1月17日提交的美国临时专利申请号62/962,357和2020年1月22日提交的美国临时专利申请号62/964,441的权益和优先权,上述专利申请的公开内容通过引用整体地结合于本文中。
技术领域
2.本技术涉及实验室器具,并且更具体而言,涉及用于处理实验室器具的设备和方法。


背景技术:

3.实验室液体处理系统用于输送和操作大量液体。可在液体处理系统中的实验室器具容器(例如,微孔板或样品管保持器)中提供一种或多种液体样品。液体处理系统可包括一个或多个移液器,其用于从实验室器具移除(例如,通过抽吸)部分的样品和/或向实验室器具中的样品添加(例如,通过分配)材料。在某些情况下,可能期望或有必要在系统内移动实验室器具或工具。可能期望或有必要以机器人方式移动和放置实验室器具,和/或以机器人方式并且在某些情况下以自动和编程方式在实验室器具上执行过程。也可能期望或有必要将移液器吸头安装在移液器上和/或从移液器移除移液器吸头。


技术实现要素:

4.根据一些实施例,一种用于与实验室器具一起使用的实验室器具对准系统包括框架和固定系统。该框架包括座。该固定系统包括推动器和推动器致动器。该推动器可相对于框架在打开位置和闭合位置之间移动。该推动器致动器包括致动器连杆和偏压机构。该致动器连杆被构造成:当致动器连杆被移位时,将推动器从闭合位置移向打开位置;并且当致动器连杆未被移位时,允许推动器移向闭合位置。该偏压机构操作以当致动器连杆未被移位时,朝向闭合位置促动推动器,并且由此,使推动器将实验室器具在座中对准。
5.在一些实施例中,该偏压机构包括弹簧。
6.在一些实施例中,该框架包括与座相邻并与推动器相对的屏障,并且当实验室器具定位在座中并且致动器连杆允许推动器从打开位置移向闭合位置时,该偏压机构促使推动器将实验室器具推靠该屏障。
7.根据一些实施例,当所述实验室器具被定位在所述座中并且所述致动器连杆允许所述推动器从所述打开位置移向所述闭合位置时,所述推动器将所述实验室器具移位成与所述座对准。
8.在一些实施例中,所述推动器包括倾斜的支承表面,所述倾斜的支承表面横向向内面向所述座并且向上背离所述座。
9.根据一些实施例,所述致动器连杆包括接合构件,其被构造成由操作者移位,以使所述致动器连杆移位,从而将所述推动器从所述闭合位置移向所述打开位置。
10.在一些实施例中,所述致动器连杆被构造成当所述操作者释放所述接合构件时,允许所述推动器从所述打开位置移向所述闭合位置。
11.在一些实施例中,所述接合构件被机械地连结到所述推动器。
12.在一些实施例中,所述接合构件包括杠杆构件,并且将所述操作者沿第一方向的移动重定向为所述推动器沿横向于所述第一方向的第二方向的平移移动。
13.在一些实施例中,所述第一方向是竖直的,并且所述第二方向是水平的。
14.根据一些实施例,所述致动器连杆包括引导特征部,所述引导特征部将所述推动器的移动限于沿推动器行进轴线的线性平移。
15.根据一些实施例,所述实验室器具对准系统还包括检测器系统,所述检测器系统操作以确定所述推动器的位置。
16.在一些实施例中,所述检测器系统包括产生光束的光电发射器和构造成接收所述光束的光电探测器。当所述推动器处于所述闭合位置时,所述推动器阻止所述光束到达所述光电探测器。当所述推动器被所述座中的所述实验室器具移位时,所述推动器允许所述光束到达所述光电探测器。
17.根据一些实施例,所述实验室器具是吸头盒、移液器吸头盒、孔板、微孔板和构造成保持多个流体接收器的架中的至少一种。
18.还公开了方法,包括一种用于对准实验室器具的方法,该方法包括提供包括框架和固定系统的实验室器具对准系统。该框架包括座。该固定系统包括推动器和推动器致动器。该推动器可相对于框架在打开位置和闭合位置之间移动。该推动器致动器包括:偏压机构,其操作以将推动器从打开位置朝向闭合位置促动;以及致动器连杆。所述方法还包括:使所述致动器连杆机械地移位,从而使所述致动器连杆将所述推动器从所述闭合位置移向所述打开位置;在所述推动器处于所述打开位置的情况下,将所述实验室器具定位在所述座中;以及释放所述致动器连杆,以允许所述偏压机构促使所述推动器移向所述闭合位置,并且由此,使所述推动器将所述实验室器具在所述座中对准。
19.根据一些实施例,所述方法还包括提供能够操作以移动所述实验室器具的输送系统,所述输送系统包括构造成可释放地保持所述实验室器具的载体;使所述致动器连杆机械地移位包括利用所述载体使接合构件移位;所述方法还包括从所述实验室器具移除所述载体;以及释放所述致动器连杆包括从所述致动器连杆撤回所述载体。
20.根据一些实施例,一种用于与实验室器具一起使用的液体处理系统包括对准系统和液体处理器。该对准系统包括框架和固定系统。该框架包括座。该固定系统包括推动器和推动器致动器。该推动器可相对于框架在打开位置和闭合位置之间移动。该推动器致动器包括致动器连杆和偏压机构。该致动器连杆被构造成:当致动器连杆被移位时,将推动器从闭合位置移向打开位置;并且当连杆未被移位时,允许推动器移向闭合位置。该偏压机构操作以当致动器连杆未被移位时,朝向闭合位置促动推动器,并且由此,使推动器将实验室器具在座中对准。
21.在一些实施例中,所述液体处理系统还包括能够操作以移动所述实验室器具的输送系统,其中:所述输送系统包括构造成可释放地保持所述实验室器具的载体;以及所述输送系统被构造成使所述致动器连杆移位,以将所述推动器从所述闭合位置移向所述打开位置,并且将所述实验室器具放置在所述座中。
22.根据一些实施例,一种用于与实验室器具一起使用的实验室器具处理系统包括输送系统和对准系统。该输送系统可操作以移动实验室器具。所述输送系统包括构造成可释放地保持所述实验室器具的载体。该对准系统包括框架和固定系统。该框架包括座。该固定系统包括推动器和推动器致动器。该推动器可相对于框架在打开位置和闭合位置之间移动。该推动器致动器包括致动器连杆和偏压机构。该致动器连杆被构造成:当致动器连杆被载体移位时,将推动器从闭合位置移向打开位置;并且当致动器连杆未被移位时,允许推动器移向闭合位置。该偏压机构操作以当致动器连杆未被移位时,朝向闭合位置促动推动器,并且由此,使推动器将实验室器具在座中对准。
23.根据一些实施例,所述致动器连杆包括接合构件,当所述载体移向所述座以将所述实验室器具存放在所述座中时,所述接合构件被所述载体移位。
24.在一些实施例中,所述致动器连杆被构造成当所述载体远离所述接合构件移动并释放所述接合构件时,允许所述推动器从所述打开位置移向所述闭合位置。
25.在一些实施例中,所述接合构件被机械地连结到所述推动器。
26.在一些实施例中,所述接合构件包括杠杆构件,所述杠杆构件将所述载体沿第一方向的移动重定向为所述推动器沿横向于所述第一方向的第二方向的平移移动。
27.在一些实施例中,所述第一方向是竖直的,并且所述第二方向是水平的。
28.根据一些实施例,所述载体包括构造成保持所述实验室器具的抓持器。
29.在一些实施例中,所述载体包括载体臂、从所述载体臂延伸的支撑特征部和载体致动器;所述支撑特征部被构造成接合所述实验室器具,以支撑所述实验室器具;以及所述载体致动器能够操作以使所述支撑特征部从所述实验室器具脱离,以将所述实验室器具从所述载体释放并释放到所述座中。
30.根据一些实施例,所述输送系统包括机械臂,并且所述载体是所述机械臂上的末端执行器。
31.根据一些实施例,所述实验室器具处理系统还包括控制器,所述控制器构造成自动地和以编程方式操作所述输送系统,以将所述实验室器具存放在所述座中,以及从所述座移除所述实验室器具。
附图说明
32.构成说明书的一部分的附图图示了本技术的实施例。
33.图1是包括实验室器具处理系统的例示性实验室液体处理系统的前视图。
34.图2是根据图1的实验室器具处理系统的局部顶部后部透视图。
35.图3是根据图1的实验室器具处理系统的局部分解顶部前部透视图。
36.图4是形成根据图1的实验室器具处理系统的一部分的实验室器具保持器的局部分解顶部后部透视图。
37.图5是形成根据图4的实验室器具保持器的一部分的推动器的侧视图。
38.图6是图1的实验室器具处理系统的局部顶视图,其中推动器处于打开位置。
39.图7是根据图1的实验室器具处理系统的局部侧视图,其中推动器处于打开位置。
40.图8是根据图1的实验室器具处理系统的局部底部透视图,其中推动器处于打开位置。
41.图9是根据图1的实验室器具处理系统的局部顶视图,其中实验室器具被放置在实验室器具保持器中,载体的臂处于打开位置,并且推动器处于打开位置。
42.图10是根据图4的实验室器具保持器的顶视图,其中实验室器具被安置在实验室器具保持器中,并且推动器处于固定位置。
43.图11是根据图1的实验室液体处理系统的局部侧视图,其中实验室器具被安置在实验室器具保持器中,推动器处于固定位置,并且移液器吸头已从实验室器具移除。
44.图12是根据图1的实验室液体处理系统的局部侧视图,其中替代性实验室器具被安置在实验室器具保持器中,并且移液器与安置在图4的实验室器具保持器中的实验室器具中的小瓶对准。
45.图13是呈现了形成例如根据图1的系统的实验室液体处理系统的一部分的控制器的示意图。
具体实施方式
46.现在将在下文中参考附图更全面地描述本技术,附图中示出了本技术的例示性实施例。在附图中,为清楚起见,可能夸大了区域或特征的相对尺寸。然而,本技术可按照许多不同的形式来实施,并且不应被解释为限于在本文中阐述的实施例;相反,提供这些实施例是为了使得本公开将透彻和完整,并将本技术的范围充分传达给本领域技术人员。
47.将会理解的是,尽管本文可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部段,但是这些元件、部件、区域、层和/或部段不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分。因此,在不脱离本技术的教导的情况下,下面论述的第一元件、部件、区域、层或部段可被称为第二元件、部件、区域、层或部段。
48.为便于描述,在本文中可使用空间相对术语,例如“在下方”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”等,以描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。将会理解的是,空间相对术语旨在涵盖除了图中描绘的定向之外的装置在使用或操作中的不同定向。例如,如果图中的装置翻转,则被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件将被定向为在该其他元件或特征“之上”。因此,示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的两个定向。装置可按照其他方式定向(旋转90
°
或以其他定向),并据此解释本文使用的空间相对描述语。
49.如本文所用的,单数形式“一”、“一个”和“一种”意在也包括复数形式,除非另有明确陈述。还将理解的是,当在本说明书中使用时,术语“包括”、“包含”和/或“含有”指定陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。将理解的是,当元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时,它可被直接连接或耦接到另一元件,或者可存在介于中间的元件。如本文所用的,术语“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。
50.术语“自动”意味着操作基本上并且可完全地在没有人或手动输入的情况下执行,并且可编程地引导或执行。
51.术语“以编程方式”是指由计算机程序模块、代码和/或指令以电子方式引导和/或主要执行的操作。
52.术语“电子地”包括部件之间的无线和有线连接两者。
53.参考图1,其示出了根据本技术的某些实施例的示例性实验室器具处理系统101。图示的实验室器具处理系统101形成根据本技术的图示实施例的液体处理系统10(图1)的一部分,然而应当理解,所公开的方法、系统和设备不限于液体处理系统和/或应用,并且本公开适用于期望对准实验室器具的其他系统和应用。对于图1的实施例,实验室器具处理系统101在系统10内输送和定位实验室器具50。
54.如下文更详细论述的,示例所示的实验室器具处理系统101包括实验室器具输送系统70以及实验室器具对准系统或实验室器具保持器100(下文中称为实验室器具保持器100)。在一些实施例中,实验室器具输送系统70输送实验室器具50,并将实验室器具50放置在实验室器具保持器100中。在其他实施例或用途中,不设置或不使用实验室器具输送系统70来输送实验室器具50和/或将实验室器具50安装在实验室器具保持器100中。
55.参考图1,所示系统10包括平台或台板12、框架14、控制器20、分析仪器16、液体处理器30、移液模块40和移液模块定位器49。
56.为了论述的目的并且如图1和图6中所示,工作空间定义了对应于竖直线的z轴,以及正交的x轴和y轴,该x轴和y轴一起限定了水平面。
57.在所示实施例中,实验室器具50是可在工作区域(相对于台板12)输送的容器,但本公开不限于一种类型的实验室器具。所示的实验室器具包括托盘、架、载体或盘52(图3)以及安装在盘52中的多个目标单元或物体60(图3)。在诸如所示实施例的一些实施例中,物体60是移液器吸头。
58.然而,根据本技术的实施例,实验室器具可采用其他形式。在一些实施例中,实验室器具50是构造成保持待由系统10操作的一个或多个液体样品的容器。实验室器具50可包括多个接收器,其各自构造成保持相应的液体样品。该接收器可以是单独的小瓶或其他器皿,其可移除地安置在盘52中以代替移液器吸头60。作为进一步的示例,实验室器具50可以是或包括孔板或微孔板,其包括一体式凹部或接收器,以直接容纳液体样品。然而,将会理解的是,所公开的方法、系统和设备不限于与保持物体(例如,移液器吸头)或液体样品的实验室器具一起使用。
59.实验室器具50可以是或包括另一种构造的盘或架,其保持移液器吸头、小瓶或其他合适类型的液体容器或器皿。
60.图3所示的盘52包括载体接合特征,其呈沿盘52的任一侧水平延伸的凹槽54的形式。图示的盘52还包括多个接收器或槽57,其各自可从盘52的顶侧接近。在这样的系统中,移液器吸头60可各自被安装在槽57中的相应一个中。在一些实施例中,槽57被布置成规定的x-y阵列。例如,图示的盘52包括槽57的8
×
12阵列(总共96个槽)。
61.对于根据图1的本公开的实施例,液体处理器30可被理解为可从容器吸取期望量的液体和/或分配期望量的液体到容器中的任何设备。例如,示例性液体处理器30可包括注射器或泵,其通过一段或多段管道30a流体连接到移液模块40。图示的液体处理器30可由控制器20控制。
62.所示移液模块40可包括壳体或基部42以及安装在基部42上的多个移液器44。例如,移液器44可被布置成单排或规定的x-y阵列。
63.在这样的实施例中可设置移液模块定位器49,以绕台板12移动移液模块40。移液
模块40可包括一个或多个移液器致动器49a,以选择性地相对于基部42降低和升高(伸出和缩回)移液器44和/或相对于台板12升高和降低基部42。移液模块定位系统49和致动器49a可由控制器20控制。
64.参考图11,并继续参考图1的例示性实施例,每个移液器44可理解为具有纵向轴线t-t和远端部分46。类似地,每个移液器44可理解为包括轴向延伸的通道48b,其终止于其远端部分46处的开口48a。在按照根据图1的系统的使用中,每个移液器44可通过移液器致动器49a沿其纵向轴线t-t升高和降低。在一些实施例中,轴线t-t基本上平行于竖直轴线z-z。在一些实施例中,移液器44中的一个或多个通过管道30a流体连接到液体处理器30。
65.每个移液器44还可包括移液器吸头排出机构47(在图11中示意性地图示)。
66.继续参考图11,每个图示的移液器吸头60是管状的,并且具有远端60a和相对的近端60b。每个移液器吸头60包括完全延伸穿过移液器吸头60并终止于其远端60a处的终端开口64处的贯穿通道66。每个移液器吸头60还包括处于其近端60b上的耦接基部62。每个移液器吸头60被安置在槽57中相应的一个中,使得其耦接基部62面朝上。
67.移液器44的远端部分46和耦接基部62协作地适于或构造成可释放或可分离地将每个移液器吸头60固定到相应的远端部分46。在一些实施例中,移液器44和移液器吸头耦接基部62被构造成使得当远端部分46被轴向插入到耦接基部62中时,耦接基部62将抓持(例如,通过过盈配合和/或通过安装在远端部分46或耦接基部62上的o形环(例如,弹性体o形环))远端部分46或与远端部分46互锁。在一些实施例中,在如本文所述的操作期间,所述抓持或互锁足以将移液器吸头60保持在端部部分46上,而且当在移除操作中被故意地作用时,还允许移液器吸头60从端部部分46分离和移除。在一些实施例中,移液器吸头排出机构47被构造成选择性地和强制地将每个移液器吸头60推离其相关联的移液器44。
68.参考图3,在一些实施例中,实验室器具50被设置为包括盘52的吸头盒或移液器吸头盒,并且移液器吸头60可由例如制造商预先安装在其中。
69.所示的输送系统70(图1)包括关节式机器人输送臂72、载体80(设置为输送臂72上的末端执行器)以及一个或多个输送臂致动器74。输送臂致动器74可操作以绕台板12移动载体80,包括升高和降低载体80。
70.在一些实施例中,载体80是机器人抓持器。图示的载体80(图3)包括载体基部82和安装在基部82上的一对相对的载体指或臂84。图示的载体臂84从载体基部82悬臂伸出并且沿纵向轴线a-a延伸。图示的臂84绕轴线a-a隔开,以在它们之间限定开放空间。每个臂84设置有朝向相对的臂84横向向内突出的支撑特征部或突出部86。在图示实施例中,支撑臂84和突出部86限定了载体座81,但是提供这样的示例是为了说明而不是限制。
71.示例性载体80还包括载体致动器83,其构造成选择性地使臂84沿横向轴线a-a朝向彼此(沿会聚方向dg)横向移位和横向分开(沿发散方向dr)。以这种方式,载体致动器83可用于将载体80置于打开位置(图9),其中臂84分开第一距离,以及可替代地,置于闭合位置(图6),其中臂84横向分开第二距离,该第二距离小于该第一距离。
72.从本文的公开将领会到的是,输送系统70和载体80可具有与本文所示的不同的构造。例如,代替输送臂72或者除了输送臂72之外,输送系统70可包括轨道和龙门架机构。
73.液体处理器30、移液模块40、移液模块定位器49和实验室器具输送系统70的构造和功能仅是示例性的,并且将领会到的是,这些系统和部件可根据本技术的实施例以其他
方式构造和操作。
74.图示的实验室器具保持器100包括框架110和固定系统131,它们限定了实验室器具保持器座102,但是本公开不限于这样的实施例。实验室器具保持器100还可包括实验室器具存在检测系统178(图8)。
75.图3的框架110包括框架基部112和三个刚性止动件116a、116b、116c。
76.示例性框架110具有第一或主轴线m-m(图10)、第二或横向轴线l-l以及第三或高度轴线h-h(图7)。在一些实施例中,高度轴线h-h基本上竖直,并且主轴线m-m和横向轴线l-l基本上彼此垂直并且垂直于高度轴线h-h。
77.返回到图10,图示的框架基部112包括平面的、水平定向的支撑表面114(图3),其由前端侧112a、相对的后端侧112b、第一横向侧112c和相对的第二横向侧112d界定。凹部118(图4)被限定在基部112的一个角部中。支撑表面114限定了基本上水平的保持器基平面。
78.止动件116a位于后端侧112b的边缘处,靠近侧112b和112d之间的角部。在该实施例中,止动件116b位于横向侧112d的边缘处,靠近侧112b和112d之间的角部,使得止动件116a和116b彼此垂直定向并且共同限定角部座117。止动件116c也位于横向侧112d的边缘处并且与止动件116b轴向隔开。止动件116b和116c共同形成横向侧屏障。止动件116a形成端部屏障。可使用止动件的其他构造,并且本公开不限于提供用于说明而非限制的所示实施例。
79.参考图4,图示的固定系统131包括推动器130、安装组件150、推动器致动器连杆160和弹簧156。致动器连杆160和弹簧156共同形成推动器致动器。
80.出于本公开的目的,推动器可被理解为负责和/或能够将实验室器具部件推入到框架的座中的机构。图4和图5的图示推动器130包括主体或基部132,其具有平面的、水平定向的支撑表面132a。图示的推动器130还包括从支撑表面132a向上突出并具有支承表面136的一体式的止动件、柱或支承特征部134。支承表面136(图5)包括下部面136a和倒角或倾斜的上部面136b。如下文所论述的,推动器130被可滑动地耦接到基部112,以沿基本上水平的滑动或推动器行进轴线p-p在向内方向dc和相反的向外方向do上滑动。该推动器行进轴线p-p基本上平行于主轴线m-m。
81.参考图5,推动器130的下部面136a是基本上平面的并且限定推动器下部面平面。该推动器下部面平面基本上平行于竖直线z-z(即,基本上垂直于支撑表面114的水平基平面)延伸。该推动器下部面平面与推动器行进轴线p-p形成倾斜角a1(图10)。
82.图示的推动器130的上部面136b是基本上平面的并且限定推动器上部面平面。该推动器上部面平面相对于竖直线z-z以倾斜角a2(图5)延伸。上部面平面136b与推动器行进轴线p-p形成倾斜角a3(图10)。支承表面136的上部面136b横向向内面向座102并且向上背离座102。
83.将领会到的是,推动器130的形状和构造是示例性的,并且根据本技术的其他实施例,推动器可具有不同的构造。
84.杠杆导槽140(图4)限定在图示推动器130的外部横向侧。杠杆导槽140基本上竖直地延伸。
85.一体式线性导轨142(图5、8)沿推动器130的内部横向侧延伸。导轨142沿基本上水
平的轴线延伸。
86.一体式检测突出部144(图5、8)从推动器130的前端向前突出。
87.安装组件150(图4)包括固定块152和引导轨道154。固定块152被固定到基部112,并且引导轨道154又被固定到固定块152。引导轨道154限定引导凹槽154a,导轨142被可滑动地接收在该导槽154a中。图示的导轨142以及由此的推动器130由此被耦接到基部112,以沿推动器行进轴线p-p滑动。引导轨道154和导轨142(图5、8)之间的接合将推动器130限于沿推动器行进轴线p-p的线性移动。
88.弹簧156可用作偏压机构,但这仅仅是偏压机构的一个示例。对于所示实施例,弹簧156可以是任何合适类型的弹簧。在一些实施例中并且如所示,弹簧156是缠绕的螺旋弹簧。弹簧156的一端156a被锚固到推动器130(例如,通过弹簧销)。弹簧156的相对端156b被锚固到基部112(例如,通过附接特征部或紧固件)。
89.参考图4和图6-8,推动器致动器连杆160包括接合构件或杠杆构件170、杠杆保持器162、枢轴销164和导销166。杠杆构件170包括上腿172、下腿174、枢轴孔173和接合特征部176。杠杆保持器162被刚性地安装在基部112上。杠杆构件170通过枢轴销164可枢转地耦接到杠杆保持器162,以便绕水平枢转轴线q-q(图6)旋转。上腿172与枢转轴线q-q横向偏置。
90.导销166被固定到下腿174并横向向内延伸。导销166被可滑动地安置在推动器130的导槽140(图7、8)中,并将杠杆构件170机械连结到推动器130。
91.接合特征部176位于上腿172的上端上。接合特征部176包括处于其顶侧上的接合表面,并且其具有朝向基部112延伸的内部部段176a和远离基部112延伸的外部部段176b。
92.现在参考图8,检测系统178包括接合构件或光电发射器178a以及光电传感器178b,这两者可隔开以在其间限定槽179。如下所述,当推动器130向内滑向闭合位置时,检测突出部144被接收在槽179中,并且当推动器130向外滑向打开位置时,检测突出部144从槽179移除。
93.参考图10,图示的座102由基部112、止动件116a-c、杠杆保持器162和推动器130界定。座102具有靠近基部前端112a的前端102a、靠近基部后端112b的后端102b、靠近基部侧112c的第一横向侧102c以及靠近基部横向侧112d的第二横向侧102d。所示座102还包括顶部开口102e(图3)。
94.现在将参考图6-11来描述根据本技术的方法的系统10和实验室器具处理系统101的示例性操作以及保持器100的用途。将领会到的是,以下过程是示例性的并且可根据操作者的期望来修改。
95.最初,实验室器具保持器100是空的,并且没有实验室器具被设置在载体座81中。弹簧156将推动器130保持在闭合位置(如图2和图3中所示)。推动器130的前端邻接凹部118的边缘(图4)。在一些实施例中,当推动器130处于其闭合位置时,弹簧156处于紧张状态(即,从其松弛状态拉伸),使得弹簧156施加将推动器130沿向前方向dr牵拉的持续负载。
96.继续参考图1,实验室器具50可被设置在台板12上或其他地方。例如,实验室器具50可以是在输送系统70可到达的位置叠置在一个或多个其他吸头盒上的吸头盒。输送系统70被操作以抓持实验室器具50,将实验室器具50输送到保持器100,将实验室器具50存放在保持器100中,并释放实验室器具50。这些操作可由控制器20执行。
97.更具体而言,并且如图2和图3中所例示,载体80的臂84通过载体致动器83沿方向
dr分开到打开位置。在该打开位置,臂84隔开规定距离。在该打开位置,支撑突出部86之间的间距大于实验室器具50的对应宽度。
98.如图1中所示,对于所示实施例,输送臂72随后由输送臂致动器74驱动,以将支撑突出部86定位成与实验室器具凹槽55对准(图7和图8)。载体致动器83(图3)随后将臂84向内移位到抓持位置。在该抓持位置,臂84隔开小于第一臂间隔距离的距离,并且支撑突出部86被接收在凹槽55中。实验室器具50由此被载体80抓持。支撑突出部86位于实验室器具50的一部分下方,使得实验室器具50的重量由支撑突出部86支撑。
99.图1的输送臂72随后由输送臂致动器74驱动,以将载体80和抓持的实验室器具50定位在座102上并且大致(但通常不精确地)与座102对准(例如,如图2中所示)。例如,在一些实施例中,实验室器具50相对于座102的横向侧边界102a-d(图10)基本上居中。
100.输送臂72随后由输送臂致动器74驱动,以将载体80(沿方向d4,图7)和抓持的实验室器具50降低到座102中。随着载体80下降,左臂84接触图4的杠杆臂接合特征部176的内部部段176a。随着臂驱动器74进一步向下移动载体80,臂84将向下的竖直力施加于接合特征部176。该力使杠杆构件170机械地移位,以绕枢转轴线q-q(图6)沿方向d5(图7)旋转。杠杆构件170的旋转使图4的导销166向后(方向do,图7)并且向上移位,使得导销166在导槽140中向上滑动,同时沿向后方向do推动推动器130。连杆160由此将载体臂84在第一方向上的移动重定向为推动器130在横向于第一方向的第二方向上的平移移动。更具体而言,连杆160由此将载体臂84的竖直向下平移移动重定向或转换成推动器130的水平向外平移移动。在一些实施例中,推动器行进轴线p-p(图7)基本上垂直于臂84的向下移动轴线。推动器130的移位拉伸弹簧156,并且弹簧156的回复力保持杠杆构件170与臂84牢固接触。
101.图示的图1的输送臂致动器74将载体80降低到座102中,直到推动器130移位到打开位置(图6-8),并且实验室器具50搁置在基部112的支撑表面114(图3)上。
102.图6的杠杆构件170、臂84和实验室器具50被相对地构造和布置成使得防止实验室器具50和推动器130之间的接触。在实验室器具50进入由处于闭合位置的推动器130占据的容积之前,臂84(经由连杆160,图4和图6-8)使推动器130向外移位,并且将推动器130保持在这个更打开的位置,直到实验室器具50搁置在支撑表面114上。也就是说,连杆170将推动器130放置并保持在如下位置,即:当实验室器具50被降低到座102中时,该位置避免推动器130和实验室器具50之间的接触或干涉。在推动器130的打开位置,弹簧156从其松弛位置被拉伸。
103.推动器130从其闭合位置(图2;即,其中杠杆构件170处于其直立的准备好的位置)行进距离l2(图7)到其打开位置(图7;即,其中载体臂84处于其在杠杆构件170上的最低位置)。
104.在实验室器具50放置在支撑表面114(图3)上的情况下,致动器83使臂84向后分开移动到载体打开位置。这样做时,左臂84沿杠杆构件接合特征部176从内部部段176a向外滑动(方向d6;图9)到外部部段176b(图4)。支撑突出部86由此从实验室器具凹槽55撤回并且横向定位为离开实验室器具50。左臂84的竖直位置在该过渡期间保持相同,使得杠杆构件170的位置不改变,并且推动器130由此保持在其打开位置。
105.在载体臂84处于打开位置的情况下,输送臂致动器74将载体80远离座102和杠杆构件170竖直升高。随着左载体臂84升起,接合特征部176不再被左载体臂84移位,并且被允
许向上移动。结果,杠杆构件170沿与方向d5相反的方向旋转。杠杆构件170的这种释放允许弹簧156促使推动器130沿闭合方向dc(图10)朝向其闭合位置滑动。
106.弹簧156的回复力由推动器130施加于实验室器具50。随着推动器130朝向其闭合位置移动,推动器130接合实验室器具50的接近角部。随着推动器130继续朝向其闭合位置移动,弹簧156的力使推动器130将实验室器具50在座102中对准。更具体而言,弹簧加载的推动器130将实验室器具移位到与座102对准。
107.尽管推动器130的移位是沿方向dc,但被偏压的支承面136a朝向角部座117向前(方向df1;图10)和横向(方向df2)两者在实验室器具50上分配力。实验室器具50的离推动器130最远的角部和侧面由此被向上推靠并加载抵靠止动件116a-c。
108.如图11中所示,所示的推动器130沿方向dc行进距离l3,直到它采取固定位置,其中实验室器具50阻止推动器130进一步行进。在该固定位置(图10和图11),杠杆构件170部分地朝向其直立的准备好的位置返回。返回行进距离l3小于打开行进距离l2(图7)。在该固定位置推动器130和座后端102b(图10)之间的距离小于在打开位置推动器130和座后端102b之间的距离,但大于在闭合位置推动器130和座后端102b之间的距离。
109.弹簧加载的推动器130将实验室器具50夹持在推动器130和止动件116a-c之间。以这种方式,实验室器具50被强制地在保持器100和座102中对准、定位,并与保持器100和座102配准。实验室器具50被捕获在推动器130的支承面136a(图10)和止动件116a-c之间。在一些实施例中,弹簧156在固定位置保持拉伸,使得其经由推动器130继续对实验室器具50施加负载,从而将实验室器具在座102中固定就位。
110.然后,实验室器具50可由系统10操作,同时固定在保持器100中。在一些实施例中,系统10使用移液模块40来执行操作,同时实验室器具被固定在座102中。
111.在一些实施例中,移液模块40用于在实验室器具50被固定在座102中时执行移液器吸头装载操作。例如,在一些实施例中,移液模块定位器49将移液模块40移动成与实验室器具50竖直对准或配准,如图11中所示。然后,移液器致动器49a将移液器远端部分46降低到移液器吸头60的耦接基部62中相应的耦接基部62中。移液器吸头60由此被固定到移液器远端部分46。然后,移液器致动器49a升高移液器44,以将固定的移液器吸头60从槽57移除。在图11中:最左侧的移液器44-1被示出为在插入到其移液器吸头60中后被升起,其中移液器吸头60安装在移液器44-1的远端部分46上并准备好使用;下一个相邻的移液器44-2被示出为下降到仍安置在其槽57中的移液器吸头60中;并且剩余的移液器44被示出为处于它们的升高位置,而没有取回移液器吸头60。
112.其上安装有移液器吸头60的移液器44其后可用于执行进一步的操作。这种进一步的操作可包括使用液体处理器30通过移液器吸头60抽吸和/或分配液体(例如,如下所述)。
113.图11的图示排出机构47其后可用于将移液器吸头60从移液器44排出。例如,移液模块定位器49(图1)可再次将移液模块40移动到与实验室器具50竖直对准或配准,如图11中所示。在移液模块40如此对准的情况下,排出机构47可将移液器吸头60推离移液器44并推入到槽57中相应的槽中。
114.在另外的实施例中,实验室器具50可设置有空槽57(即,其中没有设置移液器吸头60的槽57)并且安装在保持器座102中,如本文所述。然后,移液模块定位器49和排出机构47可用于将移液器吸头60(其以其他方式安装在移液器44上)存放在槽57中。例如,实验室器
具50可以是用于收集待丢弃的用过的移液器吸头60的空托盘。
115.当其后期望从保持器100移除实验室器具50时,载体80可通过输送臂致动器74(图1)定位在座102上方并且大致与座102对准(例如,如图2中所示)。如果载体臂84尚未处于其打开位置,则载体致动器83(图3)将臂84置于打开位置。输送臂72随后由输送臂致动器74驱动,以将载体80(沿方向d4)朝向座102下降。随着载体80下降,左臂84接触杠杆臂接合特征部176的外部部段176b(图6)。随着输送臂致动器74进一步向下移动载体80,臂84对接合特征部176施加向下的竖直力。在图示的实施例中,该力使杠杆构件170绕枢转轴线q-q沿方向d5旋转,并抵抗弹簧156的回复力沿打开方向do推动推动器130,如上所述。在这样的实施例中,实验室器具50由此被释放(即,不再被夹持在推动器130和止动件116a-c之间)。输送臂致动器74将载体80降低到座中,直到推动器130移位到完全打开位置(图7),并且载体支撑突出部86与实验室器具凹槽55对准。
116.致动器83随后将臂84向内移位到抓持位置。这样做时,左臂84沿接合特征部176的杠杆构件表面从外部部段176b向内(方向dg,图3)滑动到内部部段176a。支撑突出部86由此被插入到实验室器具凹槽55中,并且实验室器具50由此被载体80抓持。左臂84的竖直位置在该过渡期间保持相同,使得杠杆构件170的位置不改变,并且推动器130由此保持在其打开位置。
117.在载体臂84抓持实验室器具50并且推动器130处于打开位置的情况下,输送臂致动器74将载体80(和实验室器具50)竖直远离座102和杠杆构件170升起。随着左载体臂84升起,接合特征部176被允许向上移动,并且杠杆构件170沿与方向d5(图7)相反的方向旋转。这允许弹簧156促使推动器130沿闭合方向dc(图10)滑动。因为实验室器具50已从座移除,所以在所示实施例中,推动器130被允许返回到其完全闭合位置(图2)。然后,实验室器具50可通过载体80输送到另一个位置。
118.检测系统178的光电传感器178b(图8)可由控制器20(图1)监测,并且控制器20使用光电传感器的输出来确定保持器100(图1)是否被占用(即,实验室器具是存在还是不存在)。例如,光电发射器178a(图8)将光束引导至光电传感器178b,以形成跨越槽179的光屏障。当推动器130处于闭合位置时,检测突出部144将被设置在槽179中并且将阻挡从光电发射器178a到光电传感器178b的光,从而向控制器20指示座是空的。当实验室器具50被固定在座102中时,实验室器具50的宽度将推动器130保持在固定位置,其中检测突出部144从槽179撤回。在这种情况下,检测突出部144不会遮挡从光电发射器178a到光电传感器178b的光,从而向控制器20指示座被占用。
119.因此,将领会到的是,推动器致动器连杆160被构造成当推动器致动器连杆160被操作者(例如,通过载体80或手动地)移位时,将推动器130从其闭合位置(图2和图3)移动到打开位置(图7)。推动器致动器连杆160还被构造成当推动器致动器连杆160不再被操作者移位时,允许推动器130从打开位置朝向闭合位置移回。当推动器致动器连杆160未被操作者移位时,弹簧156可操作以将推动器130推向闭合位置,并且由此使推动器130将实验室器具50对准在座102中。当实验室器具50被定位在座102中并且推动器致动器连杆160允许推动器130从打开位置向闭合位置移动时,推动器130将实验室器具移位成与座102对准(例如,如图10中所示)。
120.参考图12,在更进一步的实施例中,实验室器具50可用替代性实验室器具50'代
替。除以下之外,实验室器具50'可按照与实验室器具50相同的方式构造和使用。
121.实验室器具50'包括与盘52相对应的盘52'并具有与槽57相对应的槽57'。实验室器具50'还包括小瓶或其他器皿或接收器68,其构造成保持一种或多种液体样品以供系统10操作。小瓶68各自被可移除地安置在槽57'中的相应一个中,以代替移液器吸头60。每个小瓶68在其近端68a处具有开口并且该开口面朝上。
122.移液器44可具有安装在其上的移液器吸头60。移液模块定位器49(图1)将图12的移液模块40移动到与实验室器具50'竖直对准或配准,如图12中所示。然后,移液器致动器49a(图1)将移液器吸头60降低到小瓶68中的相应小瓶中。
123.在一些实施例中,系统10随后将液体从小瓶68抽吸到插入的移液器44中。在一些实施例中,系统10随后将液体从插入的移液器44分配到小瓶68中。
124.可使用液体处理器30实现所述抽吸和/或分配。例如,在一些实施例中,液体处理器30产生真空,以将一定体积的液体从每个小瓶68抽吸到对应的移液器44中。抽吸的液体可通过管道30a传送到另一个装置,例如分析仪器16,或者可随后从移液器44分配。在一些实施例中,一定体积的液体通过管道30a从液体处理器30供应到移液器44并且从移液器44分配到小瓶68中。
125.作为进一步的示例,实验室器具50'可以是或包括孔板或微孔板,其包括一体式凹部或接收器,以容纳液体样品。在这种情况下,液体样品被直接分配到槽57'中或直接从槽57'抽吸,这些槽57'不包含单独的小瓶。
126.前述示例并非详尽无遗,并且系统10可对固定的实验室器具50、50'或其他合适的实验室器具执行任何合适的操作。
127.本文所述的操作可由控制器20或通过控制器20执行。可电子地控制系统10的致动器49、49a、74、83和其他装置。根据一些实施例,控制器20以编程方式执行所描述的步骤中的一些,并且在一些实施例中执行全部。根据一些实施例,致动器49、49a、74、83的移动由控制器20全自动地和以编程方式执行。控制器20可设置有hmi 22以接收用户命令。
128.在一些实施例中,控制器20自动地且以编程方式执行以下步骤:用载体80抓持实验室器具50、50',将载体80中的实验室器具50、50'输送到保持器100,并将实验室器具50、50'放置到座102中(包括如上所述经由连杆160打开推动器130)。
129.在一些实施例中,控制器20自动地并以编程方式执行以下步骤:将移液模块40定位在安装在保持器100中的实验室器具50、50'上方,将移液器44插入到移液器吸头60或小瓶68中。在一些实施例中,控制器20还自动地和以编程方式执行从小瓶68抽吸液体或将液体分配到小瓶68中的步骤,如上所述。
130.在一些实施例中,控制器20自动地并以编程方式执行以下步骤:将载体80插入到座102中(包括如上所述经由连杆160打开推动器130),用座102中的载体80抓持实验室器具50、50',将实验室器具50、50'从保持器100中提起,并且将载体80中的实验室器具50、50'远离保持器100输送。
131.在一些实施例中,实验室器具50、50'被手动放置在保持器100中和/或从保持器100移除,而不是使用载体80或其他机器人机构。这可使用两种技术中的任何一种来完成。实验室器具50在下文中被提及;然而,将领会到的是,该论述同样适用于其他实验室器具(例如,实验室器具50')。
132.根据第一种技术,操作者(即,人类用户)向下(方向d4;图7)和/或侧向(方向d5;图7)压在杠杆构件170的上腿172上,以由此促使推动器130进入到其打开位置。操作者可用这种方式手动地使用操作者的手指或手直接或间接地使用例如手持工具来按压或移位杠杆构件170。操作者或用户然后将实验室器具50放置在座102中的基部支撑表面114上,同时将杠杆构件170保持在打开位置。一旦实验室器具50被放置或定位在座102中,操作者就手动释放杠杆构件170,这允许推动器130(在弹簧156的力下)缩回并以与本文所述相同的方式将实验室器具50正向地(positively)定位在座中。
133.根据另一种技术,人类操作者手动将实验室器具50放置或压入到座102中,而不按压杠杆构件170。在这种情况下,实验室器具50的一角接触推动器130的斜面136b(图5)。来自实验室器具50的竖直向下定向的负载被该斜面136b重定向并且促使推动器130抵抗弹簧156的回复力向外(方向do)滑动,直到实验室器具50离开斜面136b的下边缘。当实验室器具50被安置在支撑表面114上并由操作者释放时,推动器130(在弹簧156的力下)将以与上述相同的方式将实验室器具50正向地定位在座中。
134.可通过简单地用手将实验室器具从座102中提起而从保持器100移除实验室器具50,从而允许推动器130返回到其闭合位置。如果期望,可用手按压杠杆构件170(图7),以在提升之前促使推动器130远离实验室器具50,以便于移除。
135.在包括诸如输送系统70的输送系统的系统中,可以机器人方式和用手将实验室器具装载到保持器100中和/或从保持器100移除。
136.根据另外的实施例,保持器100可用于不包括或不采用输送系统或载体的系统、设备或过程中。在这种情况下,可仅用手将实验室器具安装在保持器中或从保持器移除。
137.在实施例中,保持器100和移动的、弹簧加载的固定机构131可提供许多益处和优点。例如,保持器100使得能够实现精确的实验室器具放置和定位。实验室器具的精确定位对于诸如取出移液器吸头60或使用自动定位的移液器44从接收器68移液的连续操作可能是重要的,并且甚至是关键的。移液器可能需要高定位精度,以使得能够实现移液器44和移液器吸头60或接收器68之间的准确配准。当期望从保持器100移除实验室器具时,这种精确对准还使得能够精确地转移回到载体。
138.通过将推动器130推离座102很远,保持器100为最初将实验室器具放置在座102中提供了增加的容差。尽管如此,作为所公开的定位系统和方法的结果,在实验室器具最初被放置在座102中之后,实验室器具随后被精确地对准。在实施例中,实验室器具在移入和移出保持器100期间不受外力影响,并且在载体80移出时被锁定在保持器100中。因此,也可减少或消除在转移期间倾斜或倾倒实验室器具50、50'的风险。将推动器130移出很远允许在初始放置期间实验室器具和座102之间的不精确或粗略的对准。
139.弹簧加载的固定机构可使得不同尺寸的实验室器具能够插入并有效地固定在给定的保持器100中,而不需要操作者调整。
140.弹簧加载的固定机构131是被动的并且其操作不是电子的。所示的固定机构131不包括或不需要单独的主动致动器、传感器或开关来打开和关闭定位机构。结果,无需将保持器致动器的动作或致动时机与载体80或实验室器具50、50'的移动相协调。保持器100可不依赖于通过机器人或手动操作者对载体的精确定位或对保持器100的精确操纵。不必为了操作固定机构131而改变机器人、其末端执行器或其典型的移动路径。
141.实验室器具保持器100可容纳在其中间部段处或附近被抓持的实验室器具。当使用机器人载体装载保持器100时,固定机构131在不装载实验室器具50、50'的情况下操作,直到实验室器具被载体释放。载体抓持力不受限制,因为在实验室器具被抓持时弹簧力不施加于实验室器具。因此,载体能够以很小或有限的抓持力来保持实验室器具。固定机构131可被设计成在推动器上使用一定量的弹簧力来优化固定,而不用担心影响载体在实验室器具上的抓持。
142.实验室器具在保持器100中的精确、一致和可重复的定位可确保保持器100、实验室器具50、50'和移液器44的x-y定向之间的适当匹配。
143.例如,根据本技术的实施例的系统和保持器可用于实验室中的样品的生化和化学处理、液体处理和分析中。分析仪器16可以是任何合适的设备或仪器。
144.控制器20的逻辑的实施例可采取完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式,它们在本文中全部统称为“电路”或“模块”。在一些实施例中,这些电路包括软件和硬件两者,并且软件被构造成与具有已知物理属性和/或构造的特定硬件一起工作。此外,控制器逻辑可采用计算机可用存储介质上的计算机程序产品的形式,该计算机可用存储介质具有在该介质中实施的计算机可用程序代码。可利用任何合适的计算机可读介质,包括硬盘、cd-rom、光存储装置、诸如那些支持互联网或内联网的传输介质或其他存储装置。
145.图13是可在控制器20中使用的电路或数据处理系统202的示意图。这些电路和/或数据处理系统可被结合在任何合适的一种或多种装置中的数字信号处理器210中。处理器210经由地址/数据总线211与hmi 22和存储器212通信。处理器210可以是任何市售的或定制的微处理器。存储器212代表包含用于实现数据处理系统的功能的软件和数据的存储器装置的整体层次结构。存储器212可包括但不限于以下类型的装置:高速缓存、rom、prom、eprom、eeprom、闪速存储器、sram和dram。
146.图13图示了存储器212可包括在数据处理系统中使用的几类软件和数据:操作系统214;应用程序216;输入/输出(i/o)装置驱动器218;以及数据220。
147.数据220可包括特定于设备的数据。图13还图示了数据220可包括实验室器具数据222、实验室器具保持器数据224、移液模块数据226和过程数据228。
148.实验室器具数据222可包括与实验室器具50、50'相关或表示其特性的数据。例如,该数据可包括实验室器具50、50'的唯一标识符(例如,序列号)和/或名称、实验室器具50、50'的名称、移液器吸头60的唯一标识符和/或名称、每个小瓶68的唯一标识符和/或名称,和/或包含在实验室器具50、50'或每个小瓶68或槽/接收器57中的一种或多种分析物的描述。实验室器具数据222可包括实验室器具50、50'、移液器吸头60、小瓶68和/或槽或接收器57的尺寸。实验室器具数据222可包括表示槽57、移液器吸头60或小瓶68相对于实验室器具50、50'的外边界的空间或几何布局或位置的位置数据。
149.实验室器具保持器数据224可包括座102相对于台板12或系统10的另一个参考结构的位置的识别。
150.移液模块数据226可包括表示移液器44相对于基部42的空间或几何布局或位置的移液器位置数据。
151.过程数据228可包括表示用于执行本文描述的过程的协议或步骤序列的数据。该
步骤序列可包括如由控制器20执行的上述所有或一些步骤。例如,该步骤序列可包括分析序列。
152.图13还图示了应用程序216可包括:载体定位控制模块230(以控制致动器74、83);移液器定位控制模块234(以控制致动器49、49a);和液体处理器控制模块236,以控制液体处理器30;以及分析仪器控制模块238,以控制分析仪器16的操作。
153.如本领域技术人员将领会到的,操作系统214可以是适合与数据处理系统一起使用的任何操作系统。i/o装置驱动器218通常包括由应用程序216通过操作系统214访问以与诸如i/o数据端口、数据存储和某些存储器部件的装置通信的软件例程。应用程序216说明了实现数据处理系统的各种特征的程序并且可包括至少一个应用程序,该应用程序支持根据本技术的实施例的操作。最后,数据220表示由应用程序216、操作系统214、i/o装置驱动器218以及可能驻留在存储器212中的其他软件程序使用的静态和动态数据。
154.如本领域技术人员将领会到的,还可利用其他构造,同时仍受益于本技术的教导。例如,模块中的一个或多个可被结合到操作系统、i/o装置驱动器或数据处理系统的其他此类逻辑划分中。因此,本技术不应被解释为限于图13的构造,其旨在涵盖能够执行本文描述的操作的任何构造。此外,模块中的一个或多个可与其他部件通信或者被完全或部分地结合在其他部件中,所述其他部件例如控制器20。
155.在不脱离本发明的精神和范围的情况下,本领域普通技术人员在受益于本公开的情况下可做出许多改变和修改。因此,必须理解的是,所示实施例仅出于示例的目的而阐述,并且其不应被视为限制由所附权利要求限定的本发明。因此,所附权利要求应被理解为不仅包括按字面阐述的元件的组合,而且包括用于以基本上相同的方式执行基本上相同的功能以获得基本上相同的结果的所有等同元件。因此,权利要求应被理解为包括上面具体说明和描述的内容、概念上等同的内容以及结合本发明的基本构思的内容。
再多了解一些

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