全自动移液工作站和其用途
【专利摘要】本发明提供了一种全自动移液工作站，其包括移液机构支架和数个移液机构，其中移液机构包括移动基座，可移动地装配于所述移动基座的移动杆；移动杆驱动机构；直线导轨固定座；以及安装在移动杆下端的移液头。本发明还提供了所述移液工作站在实施液体加样、液体转移等方面的用途。本发明的移液工作站大大缓冲运行过程中的冲击和振动，传动噪音小，传动平稳可靠，使得在工作站中移液机构能够运行得更加灵活，移液头能够运行到更多的板位。
【专利说明】全自动移液工作站和其用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动化液体处理设备。更具体的，本发明涉及一种全自动移液工作站和其中的移液机构，及其在实施液体加样、液体转移等方面的用途。
【背景技术】
[0002]随着生命科学技术的飞速发展，生化实验室的研究工作面对的是更为复杂的研究对象和不断增多的样品数量，传统的手工操作方式已经不能满足高通量样品处理过程中所要求的高效性、准确性和安全性，实验操作流程中部分或整体过程的自动化运行已成为必然趋势。
[0003]全自动液体处理工作站是将自动化操作与液体处理巧妙融合在一起的生物医药实验室自动化操作平台，可实现样品的自动加样、试剂分配、超微量移液以及与液体处理相关的振动、孵育等操作。可广泛应用于核酸纯化、基因蛋白质测序、克隆快速筛选、细胞培养、生物芯片样品制备等领域。
[0004]移液机构是全自动液体处理工作站的核心机构之一，用于实现液体在标准液体容器之间输送、抽提、转移等动作。在现代全自动液体处理工作站的使用中，最常用的标准液体容器是例如8孔板、96孔板等标准液体容器。其中，实验室常用的96孔板等标准液体容器相邻孔间距最小为9mm，容积约0.5ml，单列分布8个孔。因此，自动液体处理工作站，特别是其中的移液机构，需要在很小的空间范围内，高精度和高重复性地实现多个，例如八个移液通道的同时或分别的移液动作。
[0005]现有技术的自动液体处理工作站以及移液机构存在机构磨损大、噪音大、运动平稳性不高，移动基座滑槽的加工精度要求较高，装配过程调试繁杂，工作量大的缺陷，以及日常运作和维护繁琐，且容易在仪器内部产生污染和腐蚀的问题。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种新型的全自动工作站，克服了现有技术中移液机构磨损大、装配调试繁杂且机构整体运行噪音大的问题，并且提供了维护简单，不产生污染的内部环境。
[0007]本发明提供了一种移液工作站，包括:
[0008](a)移液机构支架；
[0009](b)数个移液机构，其中，所述移液机构具有:
[0010]移动基座；
[0011]可移动地装配于所述移动基座的移动杆，所述移动杆可在竖直方向做相对所述移动基座的移动；
[0012]移动杆驱动机构，包括与所述移动杆平行设置的丝杆以及所述丝杆的驱动机构，所述丝杆通过驱动连接件与所述移动杆固定连接；
[0013]基座水平移动机构，包括水平设置的基座传动带和固定在移动基座边框上(例如边框内侧或外侧，优选外侧)的带传动夹紧件，基座通过所述带传动夹紧件与传动带固定，传动带的转动可带动基座水平移动；固定在移动基座上(例如边框内侧或外侧，优选外侧)的直线导轨固定座；以及
[0014]安装在移动杆下端的移液头；
[0015]和
[0016](C)沿水平方向设置，与所述基座传动带平行的直线导轨，所述直线导轨的滑块与所述移液机构的直线导轨固定座连接和固定，由此移动基座可随直线导轨的滑块沿直线导轨的轨道进行水平方向的移动。
[0017]在本发明移液工作站的上述移液机构中，所述基座传动带水平设置，在其两端各自具有基座带传动主动轮和基座带传动从动轮，基座带传动主动轮可在电机(优选为步进电机)驱动下，带动基座传动带运行，由此通过所述带传动夹紧件带动基座水平移动。出乎意料地，所述基座的驱动机构采用带传动驱动方式，即使是采用步进电机作为驱动电机，也可有效地缓冲运行过程中的冲击和振动，特别明显地比现有技术中采用其它驱动方式(例如齿轮齿条副)传动噪音小。而且，采用步进电机能够大大降低生产成本，简化控制算法。
[0018]在本发明的移液工作站的移液机构中，所述直线导轨固定座可与直线导轨的滑块连接和固定。所述直线导轨沿水平方向设置，与前述基座传动带平行。所述直线导轨的滑块与所述直线导轨固定座连接和固定，由此直线导轨固定座以及与直线导轨固定座连接和固定的移动基座可随直线导轨的滑块沿直线导轨的滑轨进行水平方向的移动。
[0019]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站的基座传动带，以及直线导轨固定座和直线导轨的位置设置方式使得当传动带运行时，可实现驱动与直线导轨的滑块固定的移动基座沿传动带和直线导轨的滑轨方向水平移动。例如，带传动夹紧件以及直线导轨固定座设置在边框的同一侧，传动带和直线导轨上下平行并置。
[0020]在本发明的其中一个方面，所述直线导轨固定座具有与直线导轨的滑块的表面相同或类似形状和大小的四方形表面。例如，所述直线导轨固定座的高度Hl大于25mm，优选大于30mm。所述直线导轨固定座可配合或使用的直线导轨为具有滑块宽度w大于25mm，优选大于30mm的直线导轨。
[0021]在本发明的其中一个方面，所述移液机构中所述直线导轨固定座固定在移动基座边框的直线导轨固定区。所述直线导轨固定区位于移动基座边框上所述带传动夹紧件的正下方。所述直线导轨固定区可以为移动基座边框的一部分，或为可通过螺纹等方式固定在移动基座上的独立部件。所述直线导轨固定区具有与直线导轨固定座的高度比较不低于两倍的高度(通常指竖直方向的长度)。例如，所述直线导轨固定区的高度H2大于或等于50mm,优选大于或等于60mm。
[0022]在本发明的其中一个方面，所述移液机构的移动基座具有四边形的外框，其四个边分别为上梁、下梁和两个边框。
[0023]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站的移液机构中所述移动杆可移动地装配于所述移动基座一侧边框。
[0024]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站的移液机构中所述用于装配移动杆的边框具有凹槽，所述凹槽开口向移动基座的内侧，所述移动杆可移动地装配在所述凹槽内，移动杆的一部分处于凹槽外，即突出左边框内侧表面，该移动杆的突出部分可用于与移动杆驱动机构的驱动连接件进行固定连接。[0025]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站的移液机构中所述移动杆通过设置在边框的移动杆滑套可移动地装配在所述移动基座上的边框内，其中所述移动杆滑套与边框固定连接，所述移动杆可在移动杆滑套内移动。
[0026]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站的移液机构中所述移动杆滑套为高分子聚合物材料制备的滑套。例如易格斯(Igus)公司的iglidur?系列，如iglidur? Ci> iglidur? W300、iglidur? J、iglidur? Xflliglidur? 1^1250^ 这些聚
合物材料制备的零件具有免润滑(自润滑)的特性，以及具有优良的酸碱抗性，吸震性能好，无需密封或刮油环，方便安装和替换。优选的，本发明的移液机构中所述移动杆滑套不为金属材料部件。
[0027]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站的移液机构中所述移动杆为空心管。空心管内可用于安装电线或移液导管。
[0028]在本发明的其中一个方面，所述移液机构中所述丝杆的驱动机构包括与所述丝杆顶端固定连接的丝杆带传动从动轮，丝杆带传动主动轮和丝杆转动传动带，以及与所述丝杆带传动主动轮连接的丝杆驱动电机。优选的，所述驱动电机为步进电机。在本发明的其中又一个方面，所述丝杆转动传动带水平设置，所述丝杆带传动从动轮和丝杆带传动主动轮分别位于所述传动带两端，可固定在基座顶部的顶板上。所述丝杆带传动从动轮与所述丝杆顶端固定连接，可位于基座顶部的顶板的上方。所述带传动主动轮与所述丝杆驱动电机的转轴固定连接。所述丝杆驱动电机可位于基座顶部的顶板的下方。在本发明的其中一个方面，所述带传动驱动电机与编码器连接，例如在所述电机下方安装所述编码器。编码器可以实时反馈带传动驱动电机运动的步数，从而能够计算和协助控制丝杆的转动距离，由此可计算和协助控制移动杆的移动距离。
[0029]出乎意料地，所述丝杆的驱动机构采用带传动驱动方式，即使是采用步进电机作为驱动电机，也可有效地缓 冲运行过程中的冲击和振动，特别明显地比现有技术中采用其它驱动方式(例如齿轮齿条副)传动噪音小。而且，采用步进电机能够大大降低生产成本，简化控制算法。另外，采用步进电机能够大大降低生产成本，控制算法简单。在本发明的其中一个方面，所述丝杆通过丝杆螺母和驱动连接件与移动杆固定连接。例如，丝杆螺母旋装在丝杆上，驱动连接件的一端与移动杆固定连接，另一端固定在所述丝杆螺母外侧。优选的，其中所述丝杆螺母为高分子聚合物制备。优选的，本发明的移液机构中所述丝杆螺母不为金属材料部件。
[0030]在本发明的其中一个方面，所述移液机构还具有基座定位件，例如安装在基座边框上的基座定位件，其与光学位置传感器配合，可用于判断和控制基座的水平坐标，例如可用于复位等操作。
[0031]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站还包括沿水平方向设置，与所述基座传动带平行的直线导轨，所述直线导轨的滑块与所述直线导轨固定座连接和固定，由此移动基座可随直线导轨的滑块沿直线导轨的轨道进行水平方向的移动。在本发明的其中一个方面，所述移动基座是通过直线导轨固定座与直线导轨的滑块连接和固定。
[0032]在本发明的其中一个方面，其中所述基座传动带以及直线导轨固定座的位置设置方式使得当基座传动带运转(转动)时，带动移动基座沿直线导轨的滑轨方向水平移动。移动基座是通过直线导轨固定座与直线导轨的滑块连接和固定。例如，基座传动带以及直线导轨固定座设置在其中一个边框的同一侧，对应的基座传动带和直线导轨上下平行并置。
[0033]在本发明的其中一个方面，所述移液机构中所述移液头具有限位块，以及移液管架，连接在移液管架下方的导管，所述导管可连接可更换移液枪头。在本发明的其中又一个方面，所述导管上设置有脱管套筒。在本发明的其中又一个方面，其中所述移液头具有液面探测器。所述液面探测器可设置在移液管架下方。
[0034]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站具有数个(例如四个或八个)前述移液机构，其中所述数个移液机构中的两个或两个以上并列装配，所述并列装配的两个或两个以上移液机构的移动杆排列在一条直线上，并且所述并列装配的两个或两个以上移液机构的基座传动带上下平行排列，优选为排列在同一平面内。在本发明的其中又一个方面，所述并列装配的两个或两个以上移液机构中每两个移液机构的移动基座的直线导轨固定座与一个直线导轨的两个滑块连接，优选的，所述其直线导轨固定座与一个直线导轨的两个滑块连接的两个移液机构之间间隔一个同一组中的其它移动基座。例如，通过相邻两个移动基座上的直线导轨固定座分别固定在移动基座的直线导轨固定区上的上半部分或是下半部分，由此所述并列装配的数个移液机构中的间隔一个移液机构的两个移动基座可与同一个直线导轨的两个滑块连接。所述基座传动带和带传动夹紧件，以及直线导轨固定座和直线导轨的位置设置方式使得当基座传动带运转时，可实现驱动与直线导轨的滑块固定的移动基座沿基座传动带和直线导轨的滑轨方向水平移动。
[0035]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站包括四个或八个所述移液机构。在包括八个所述移液机构的移液工作站中，所述八个移液机构分成平行设置的两组，每组四个移液机构并列装配，每组四个移液机构的基座传动带上下平行排列，优选为排列在同一平面内。在本发明的其中又一个方面，所述每组四个移液机构中两个间隔的移液机构的移动基座的直线导轨固定座与同一个直线导轨的两个滑块连接。例如，通过相邻两个移动基座上的直线导轨固定座分别固定在移动基座的直线导轨固定区上的上半部分或是下半部分，由此所述并列装配的四个移液机构中的两个间隔的移动基座可分别与同一个直线导轨的两个滑块连接。所述基座传动带和带传动夹紧件，以及直线导轨固定座和直线导轨的位置设置方式使得当基座传动带转动时，可实现驱动与直线导轨的滑块固定的移动基座沿基座传动带和直线导轨的滑轨方向水平移动。在本发明的移液工作站中，所述每组四个移液机构的移动杆排列在一条直线上，与另一组四个移液机构的移动杆交错设置，使得八个所述移液机构的移液枪头可排列在一条直线上。
[0036]在本发明的其中一个方面，所述移液工作站还包括其它检测装置或容器，例如注射泵、加热板、振荡器、酶标仪、PCR仪、抓手机构，以及各种容纳样品或试剂的容器，如微量离心管、离心管，PCR微孔板、深孔板、微孔过滤板、管架等。
[0037]在本发明的其中一个方面，还提供了一种前述的移液机构。在本发明的其中一个方面，还提供了一种采用所述移液机构的多通道移液装置，所述多通道移液装置装配有二个、四个或八个所述移液机构。
[0038]本发明的移液机构、装置和仪器可实现在运作中各移液机构独立地进行竖直或水平的移动，以及整体结构的布局更加合理，运动空间更加明确，其装配调试的难度以及复杂性也得以大大的降低。另外，本发明的移液机构采用自润滑、免维护的高分子聚合物材料来制备用于固定和使其在其中滑动的移动杆的滑套，空心方管在高分子聚合物滑套内的滑动平顺、柔和、噪音小，并且避免或减少了对其进行润滑的操作，避免了油脂类润滑物对移液操作有可能造成的污染。特别是在丝杆的转动和/或基座的水平移动中采用同步带机构，大大缓冲运行过程中的冲击和振动，特别明显地比现有技术中采用其它驱动方式(例如齿轮齿条副)传动噪音小。而且，采用步进电机能够大大降低生产成本，简化控制算法。本发明的移液机构和仪器结构更加紧凑，使得移液臂能够运行的更加灵活，使得移液头能够运行到更多的板位。出乎意料的，本发明的移液机构和仪器采用的结构设计和使用方式，使得同步带部件能够达到很高的传动效率，经测试，可高达98%，节能效果明显，而且能够有效降低成本，装配调试简单，维护保养方便。同时，采用步进电机能够大大降低生产成本，控制算法简单。另外，本发明的移液机构使用的用于实现移液头竖直方向运动的丝杠副，以伺服电机驱动丝杠，能克服现有技术中机械振动大，不稳定的缺陷。并且其中丝杠螺母采取消隙结构，可消除丝杠螺母与丝杠之间运动的大部分机械间隙，可进一步实现更精密的传动，从而实现移液头更精细的移液操作。其中，丝杠螺母也可为聚合物材料制备，由此，驱动移液头竖直方向移动的机构可避免或减少了对其进行润滑的操作，避免了油脂类润滑物对移液操作有可能造成的污染。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为本发明优选实施例的移液工作站的局部内部装置第一方向不意图；
[0040]图2为本发明优选实施例的移液工作站的局部内部装置第二方向示意图；
[0041]图3为本发明优选实施例的移液工作站的移液机构的立体图；
[0042]图4为本发明优选实施例的移液工作站的移液机构的局部装配示意图。
[0043]附图中各标记分别为:
[0044]I 移动基座
[0045]2 方管滑套
[0046]201方管滑套凸起
[0047]4 丝杆
[0048]6 丝杆螺母
[0049]7 移动杆
[0050]9 丝杆带传动驱动电机
[0051]10丝杆带传动主动轮
[0052]11丝杆带传动从动轮
[0053]12丝杆转动传动带
[0054]17驱动连接件
[0055]18 顶板
[0056]19 底板
[0057]21 上梁
[0058]22 下梁
[0059]23左边框
[0060]231左边框凹槽
[0061]24右边框[0062]25移液管架
[0063]26 导管
[0064]28脱管套筒
[0065]30移液枪头
[0066]31限位块
[0067]33 电机框
[0068]34直线导轨固定座
[0069]35直线导轨固定区
[0070]36编码器
[0071]37 侧板
[0072]38 背板
[0073]40直线导轨
[0074]41直线导轨滑轨
[0075]42直线导轨滑块
[0076]43带传动夹紧件
[0077]44基座传动带
[0078]45基座带传动驱动电机
[0079]46基座带传动主动轮
[0080]47基座带传动从动轮
[0081]48定位件
【具体实施方式】
[0082]为了更好地理解和阐释本发明，下面将参照附图对本发明作进一步的详细描述。
[0083]图1是根据本发明的一个优选实施例的移液工作站的局部内部装置第一方向示意图。图2是根据本发明的一个优选实施例的移液工作站的局部内部装置第二方向示意图。
[0084]本发明的移液工作站一般具有八个用于实施液体加样、液体转移的移液机构38。所述八个移液机构分成平行设置的两组，每组四个移液机构并列装配。图1示出本发明的移液工作站的内部部分装置示意图，其包括上述两组移液机构中的一组并列装配的四个移液机构的装置。所述移液机构具有移动基座1，所述移动基座具有四边形的外框。所述移液机构还具有可移动地竖直装配于移动基座的一侧边框上的移动杆7和安装在该移动杆下端的移液头。所述移动杆可在竖直方向上在所述边框内做相对所述移动基座的上下移动。移液头是用于液体感应、输送、吸取等功能的机构，可随所述移动杆的上下移动发生上下移动，实现处理设置在移液头下方的盛器皿中的液体样品的功能。
[0085]所述移液机构还具有基座水平移动机构，其包括水平设置的基座传动带44和固定在移动基座I边框外侧的带传动夹紧件43，所述基座可通过所述带传动夹紧件与基座传动带固定，基座传动带的运行可带动基座水平移动。所述移液机构还具有固定在移动基座上，用于与直线导轨的滑块进行连接和固定的直线导轨固定座34，由此移动基座可沿水平设置的直线导轨的滑轨41滑动实现水平移动。[0086]本发明的移液工作站的每组四个移液机构的移动杆排列在一条直线上，与另一组四个移液机构的移动杆交错设置，使得八个所述移液机构的移液枪头可排列在一条直线上。
[0087]在如图所述的优选实施例中，本发明的移液工作站的每组四个移液机构中相邻两个移动基座上的直线导轨固定座34分别与同一个直线导轨的两个滑块连接，由此每组四个移液机构与两条直线导轨连接，其中，所述并列装配的四个移液机构中，间隔一个移液机构的两个移液机构的移动基座可与同一个直线导轨的两个滑块连接。每组四个移液机构的所述并列装配的四个移液机构的四条基座传动带44上下平行排列，同时可以和所述两条直线导轨上下平行设置。
[0088]本发明的移液工作站还可具有机壳(未示出)和支撑前述移液机构的支架。支架可包括用于支撑和/或架设移液机构的支柱、横梁、侧板和背板等。如图2所示，所述两条直线导轨40的滑轨41上下平行设置，固定在背板38上。背板9可固定在机壳侧壁或是固定在架设在机体内部的侧板37上。支架上还可包括用于架设和容纳基座带传动驱动电机45的电机框33。
[0089]图3是根据本发明的一个优选实施例的移液机构的立体示意图。图4为本发明的一个优选实施例的移液机构的内部剖视图。
[0090]如图3所示,该移液机构具有移动基座I,所述移动基座具有四边形的外框；所述移液机构还具有可移动地竖直装配于移动基座的一侧边框上(如图示左边框23)的移动杆7和安装在该移动杆下端的移液头，所述移动杆可在竖直方向上在所述边框内做相对所述移动基座的上下移动，移液头是用于液体感应、输送、吸取等功能的机构，可随所述移动杆的上下移动发生上下移动，实现处理设置在移液头下方的盛器皿中的液体样品的功能。所述移液机构还具有用于驱动所述移动杆做相对所述移动基座的上下移动的驱动机构，包括装配于所述移动基座上，与所述移动杆平行的丝杆4以及所述丝杆的驱动装置，所述丝杆通过驱动连接件17与所述移动杆7固定连接；所述移液机构还具有基座水平移动机构，其包括水平设置的基座传动带44和固定在移动基座I边框外侧的带传动夹紧件43，所述基座可通过所述带传动夹紧件与传动带固定，传动带的转动可带动基座水平移动；所述移液机构还具有固定在移动基座上，用于与直线导轨的滑块进行连接和固定的直线导轨固定座34，由此移动基座可沿水平设置的直线导轨的滑轨41滑动实现水平移动。
[0091]在图3所示的本发明优选实施例的移液机构中，所述移动基座为长方体部件，具有四边形的外框，其四个边分别为上梁21、下梁22，左边框23和右边框24。所述基座通常由可减轻装置重量并减少液体附着的金属材料如铝材或不锈钢等材料制成。所述边框具有一定厚度，以对电机、用于容纳控制电机等设备的电路板的电路板盒等装置提供支持作用，以及可以用于容纳和支撑前述移动杆。例如，所述边框可具有与电机宽度(例如圆柱型电机的直径或长方体型电机的宽度等)相似的厚度，或是具有大于所述移动杆的宽度(例如圆柱形移动杆的直径或方型移动杆的宽度等)的厚度。在本发明的其中一个方面，所述边框具有大于0.5cm的厚度。采用具有边框的设计，可以减小部件重量等优点。在其它实施方式中，移动基座也可以为不具有中空部分的长方体部件。此时，其四个边的部分也等同于前述四边形的外框，即“上梁、下梁，左边框和右边框”。
[0092]在图示本发明优选实施例中，左边框23用于设置前述在所述边框内做相对所述移动基座的上下移动的移动杆7。在图示优选的实施例中，左边框23具有凹槽，所述凹槽开口向移动基座的内侧(即面对右边框的一侧)，所述移动杆可移动地装配在所述凹槽内，移动杆的一部分处于凹槽外，即突出左边框内侧表面，该移动杆的突出部分可用于与驱动移动杆上下运动的驱动机构进行固定连接。
[0093]如图3所示，用于驱动所述移动杆在左边框内做相对所述移动基座的上下移动的驱动机构包括装配于所述移动基座上，与所述移动杆平行的丝杆4以及所述丝杆的驱动机构。所述驱动机构包括与所述丝杆顶端固定连接的丝杆带传动从动轮11，丝杆带传动主动轮10和丝杆转动传动带12,以及与所述带传动主动轮连接的丝杆带传动驱动电机9。优选的，所述驱动电机9为步进电机。在本发明的其中又一个方面，所述丝杆转动传动带水平设置，所述丝杆带传动从动轮和丝杆带传动主动轮分别位于所述丝杆转动传动带两端，可固定在基座顶部的顶板18上；所述丝杆带传动从动轮与所述丝杆顶端固定连接，可位于基座顶部的顶板的上方；所述丝杆带传动主动轮与所述丝杆带传动驱动电机的转轴固定连接；所述丝杆带传动驱动电机可位于基座顶部的顶板的下方。在本发明的其中一个方面，所述丝杆带传动驱动电机与编码器连接，例如在所述电机下方安装所述编码器36。编码器可以实时反馈带传动驱动电机运动的步数，从而能够计算和协助控制丝杆的转动距离，由此可计算和协助控制移动杆的移动距离。在优选实施例中，所述丝杆带传动驱动电机9为步进电机。所述丝杆的上下两端通过轴承限制在移动基座的上梁21和下梁22之间。在图示本发明的优选实施例中，所述移动基座的上梁具有顶板18，所述丝杆带传动从动轮11，丝杆带传动主动轮10和丝杆转动传动带12架设在所述顶板18上方。所述顶板可具有与上梁相同或相似的长度和宽度。所述顶板还可具有较上梁大的长度，除了可用于架设所述丝杆带传动从动轮和丝杆带传动主动轮，还可用于架设容纳控制电机等设备的电路板的电路板盒等装置。这种设计可大大节省采用本发明的移液机构的自动化移液仪器的内部空间，便于电线、移液导管的架设。
[0094]所述丝杆4通过丝杆螺母6和驱动连接件17与移动杆7固定连接。其中，丝杆螺母6旋装在丝杆上，驱动连接件17的一端通过螺丝等方式与移动杆7固定连接，另一端可通过旋装方式固定在丝杆螺母6外侧。当丝杆在丝杆带传动驱动机构驱动下发生转动时，驱动连接件17可在移动基座的上下梁高度范围内上下移动，从而带动移动杆发生上下移动。在本发明的其中一个方面，所述丝杠螺母可采取消隙结构，消除丝杠螺母与丝杠之间运动的大部分机械间隙。在本发明的其中一个方面，所述丝杠螺母采用高分子聚合物材料制备。例如易格斯(Igus)公司的iglidur?系列，如iglidur? G、iglidur? W300、
iglidur? J、iglidur? X和iglidur? M250等。这些聚合物材料制备的零件具有免润滑
(自润滑)的特性，以及具有优良的酸碱抗性，吸震性能好，无需密封或刮油环，方便安装和替换。
[0095]本发明的移液机构的所示移动杆可移动地沿竖直方向(即与边框平行的方向)固定在移动基座上。优选的，所示移动杆可移动地固定在移动基座的其中一个边框内。例如，通过设置在边框上下两端的移动杆滑套可移动地装配在所述移动基座上的边框内，其中所述移动杆滑套与边框固定连接，所述移动杆可在移动杆滑套内移动。在图示实施例中，所述移动杆为方形杆7，通过方管滑套2与左边框23在移动基座的上下两端可移动地固定。图3为所述方形杆7，方管滑套2与左边框23的连接关系示意图。如图3所示，方管滑套固定在左边框23其中一端(例如图示的上端，其在下端也具有同样的结构)的内部(例如通过方管滑套上的凸起201与左边框边缘的凹槽231配合)，方形杆7可滑动地装配在方管滑套2内。在本发明的其中一个方面，所述方管滑套采用自润滑的聚合物材料制备。例如易格斯(Igus)公司的iglidur?系列，如iglidur? G、iglidur? W300、iglidur?.丨、iglidur? X 和 iglidur? M250 等。这些聚
合物材料具有优良的酸碱抗性，吸震性能好，无需密封或刮油环，方便安装和替换。
[0096]在图示实施例中，所示移动杆为中空的方形杆7。所述移动杆采用空心管，可用于安装电线或移液导管等。例如，可用于走线，包括与导管相连，用于液体的输送和抽提的导液管，以及各个部件和机构使用的电线，例如液面探测器的线缆，电机的电线等。在方形杆7的顶端，可设置走线走管接头。
[0097]本发明的移液机构还具有设置在移动基座上(例如边框内侧或外侧)的带传动夹紧件43。在图示实施例中，所述带传动夹紧件设置在于装配所述移动杆7的边框的另一侧边框的外侧，可与水平设置的基座传动带44固定，由此实现基座传动带44转动时，驱动移动基座水平移动。基座传动带的转动由其一端的基座传动带主动轮46带动，基座传动带主动轮的转动由基座带传动驱动电机45驱动。
[0098]本发明的移液机构还具有固定在移动基座上，用于与直线导轨的滑块进行固定的直线导轨固定座34。在本发明的其中一个方面，所述直线导轨固定座34固定在移动基座边框(例如图示的右边框24)外侧。直线导轨固定座具有与直线导轨的滑块的表面相同或类似的尺寸的四方形表面。在本发明的其中一个方面，所述直线导轨固定座的高度Hl不小于25mm，优选不小于30mm。本发明的移液机构或采用所述移液机构的自动化移液仪器可配合或使用的直线导轨为具有滑块宽度w (即直线导轨的滑块在与直线导轨的滑轨竖直的方向上的长度)不小于25mm，优选不小于30mm的直线导轨。采用具有上述滑块宽度的直线导轨和/或上述高度的直线导轨固定座，出乎意料地大大提高了本发明移液机构运行的稳定性。本发明的移液机构的所述直线导轨固定座与直线导轨的滑块可通过螺钉等方式进行固定，由此移动基座可沿直线导轨滑动移动。在本发明的移液机构或采用本发明的移液机构的移液仪器中，直线导轨水平设置，由此实现移动基座沿直线导轨方向水平移动。
[0099]本发明的移液机构的基座的边框上设有直线导轨固定区35。所述直线导轨固定座34可通过固定在所述直线导轨固定区上而与移动基座连接。所述直线导轨固定区位于移动基座边框上所述带传动夹紧件的正下方，用于固定所述直线导轨固定座34。所述直线导轨固定区可为移动基座边框的一部分，或为可通过螺纹等方式固定在移动基座上的独立部件。在其中一种实施方式中，直线导轨固定区35可以是边框的一部分。在本发明的其中一个方面，所述直线导轨固定区的高度Hl大于或等于两倍的直线导轨固定座的高度H2。优选的，所述直线导轨固定区的高度不小于50mm,优选不小于60mm。直线导轨固定座34可固定在直线导轨固定区35的上半部分或是下半部分。
[0100]本发明优选实施例的移液机构中，例如附图所示的优选实施例中，带传动夹紧件43以及直线导轨固定座34设置在移动基座的边框同一外侧，如图示的右边框外侧。如图所示，基座传动带44和与直线导轨固定座34连接的直线导轨40可平行设置。带传动夹紧件43以及直线导轨固定座34的位置设置方式使得当基座传动带转动时，可实现驱动与直线导轨的滑块固定的移动基座沿直线导轨的滑轨方向水平移动。优选的，带传动夹紧件43以及直线导轨固定座34设置在边框的同一侧，对应的基座传动带44和直线导轨40上下平行并置。由此，可大大节省采用本发明的移液机构的自动化移液仪器的内部空间。在其它实施方式中，带传动夹紧件43以及直线导轨固定座34也可以设置在移动基座的其它合适的位置，可实现驱动与直线导轨的滑块固定的移动基座沿基座传动带和直线导轨的滑轨方向水平移动。
[0101]在本发明的其中一个方面，所述移液机构还具有基座定位件，例如安装在基座边框上的基座定位件48，其与光学位置传感器配合，可用于判断和控制基座的水平坐标，例如可用于复位等操作。
[0102]所述本发明优选实施例的移液机构还具有固定安装在移动杆7下端的移液头。移液头是用于液体感应、抽提等功能的机构，包括了实现这些功能的部件。在图示实施例中，该移液头包括移液管架27、脱管套筒28、导管26、限位块31、移液枪头30和液面检测器25。其中，移液管架27用于架设液面检测器25和导管26，导管26用于连接移液枪头，限位块31。脱管套筒28用于实现移液枪头与导管的分离从而达到自动更换的目的。由于移液枪头与导管的结合非常紧密，脱管套筒需要在很小的距离范围内实现移液枪头与导管的分离。本发明的移液机构移液头的设计使得脱管套筒能够达到这个目的。液面检测器可用于感测移液头下方的标准液体容器(例如8孔板、96孔板)中液体与移液枪头之间的距离，将信号反馈到自动工作站，并按照需要在程序控制下把信号反馈给操控移液机构的仪器。
[0103]本发明的全自动移液工作站可装配四个或八个所述移液机构。所述四个或八个所述移液机构可独立水平或竖直方向的移动，也可同步发生水平或竖直方向的移动，且相邻的两个移液机构发生相同的水平距离变化，使得相邻的移液枪头发生相同的水平距离变化。
[0104]本发明的全自动移液工作站通常装配四个或八个所述移液机构，所述八个移液机构分成平行的两组，每组四个移液机构并列装配，每组四个移液机构的移动杆排列在一条直线上，相邻两个移液机构的移动基座上的直线导轨固定座34分别固定在直线导轨固定区35上的上半部分或是下半部分，由此同一组四个移液机构中的两个的移动基座可分别与同一个直线导轨的两个滑块连接(通过直线导轨固定座和直线导轨固定位)，从而大大节省采用本发明的移液机构的自动化移液仪器的内部空间。本发明的全自动移液工作站中每组四个移液机构的移动杆排列在一条直线上，与另一组四个移液机构的移动杆交错设置，使得八个所述移液机构的移液枪头可排列在一条直线上。
[0105]八个移液机构形成的多通道移液装置可以方便地处理8孔板、24孔板、96孔板等标准液体容器。其中每个移液机构可以独立地上下移动。
[0106]上述本发明移液工作站可用于对液体进行感应、探测、吸取和排出等操作，从而实现液体的转移。
[0107]本发明还提供了上述本发明的移液机构、多通道移液装置或全自动移液工作站用于对液体进行感应、探测、吸取和排出，从而实现液体的转移的用途。
[0108]在操作中，上述本发明优选实施例的移液工作站的整个工作流程如下:
[0109]在需要对移液头下方的标准液体容器(例如8孔板、96孔板)进行液体的吸取或放出动作时，在程序控制下使移液机构移动到标准液体容器上方。液面检测器感测移液头下方的标准液体容器中液体与移液枪头之间的距离，将信号反馈到控制系统，丝杆带传动驱动电机9可通过丝杆带传动从动轮11，丝杆带传动主动轮10和丝杆转动传动带12令丝杆发生转动，丝杆通过驱动连接件17使移动杆7在移动基座左边框的竖直孔内做竖直上下移动，从而实现吸液头的上下移动。当移液基座需要进行水平方向上的移动时，基座带传动驱动电机45驱动基座传动带44发生转动，由此驱动移动基座通过与直线导轨的滑块固定,可沿直线导轨水平移动。
[0110]本发明的移液机构的结构设计大大缓冲运行过程中的冲击和振动，特别明显地比现有技术中采用其它驱动方式(例如齿轮齿条副)传动噪音小。而且，采用步进电机能够大大降低生产成本，简化控制算法，传动平稳可靠。本发明的移液机构和仪器结构更加紧凑，使得移液臂能够运行的更加灵活，使得移液头能够运行到更多的板位。本发明的移液机构的设计使得在采用其的移液工作站中各个移液机构可完全独立地进行竖直或水平的移动，互相之间没有连接关系.这样的结构设置使得整体结构的布局更加合理，运动空间更加明确，其装配调试的难度以及复杂性也得以大大的降低。在进行移液机构的维护时，只需对其中某个损坏的移液通道维修更换即可，无需涉及其他通道的拆卸。
[0111]另外，本发明的移液工作站中控制移液头移动的机构中的部件多采用自润滑、免维护的高分子聚合物制备，避免或大大减少了对其进行润滑的操作，避免了油脂类润滑物对移液操作有可能造成的污染。
[0112]虽然关于本发明的示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
[0113]此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。
【权利要求】
1.一种移液工作站，包括: (a)移液机构支架； (b)数个移液机构，其中，所述移液机构具有: 移动基座(1)， 可移动地装配于所述移动基座(1)的移动杆(7)，所述移动杆可在竖直方向做相对所述移动基座的移动；优选的，所述移动杆为空心管； 移动杆驱动机构，包括与所述移动杆(7)平行设置的丝杆(4)以及所述丝杆的驱动机构，所述丝杆(4)通过驱动连接件(17)与所述移动杆(7)固定连接； 基座水平移动机构，其包括水平设置的基座传动带(44)和固定在移动基座(1)上的带传动夹紧件(43)，基座通过所述带传动夹紧件与传动带固定，传动带的转动可带动基座水平移动； 固定在移动基座(1)上的直线导轨固定座(34);以及 安装在移动杆(7)下端的移液头； 和 (C)沿水平方向设置，与所述基座传动带平行的直线导轨，所述直线导轨的滑块与所述移液机构的直线导轨固定座(34)连接和固定，由此移动基座可随直线导轨的滑块沿直线导轨的轨道进行水平方向的移动，· 优选的，其中所述移动基座具有四边形的外框，所述移动杆(7)可移动地装配于所述移动基座(1) 一侧边框， 例如，其中所述用于装配移动杆(7)的边框具有凹槽，所述凹槽开口向移动基座的内侧，所述移动杆可移动地装配在所述凹槽内，移动杆的一部分处于凹槽外，即突出左边框内侧表面，该移动杆的突出部分可用于与移动杆驱动机构的驱动连接件(17)进行固定连接。
2.权利要求1所述的移液工作站，其中所述移动杆通过设置在边框内的移动杆滑套可移动地装配在所述移动基座上的边框内，其中所述移动杆滑套与边框固定连接，所述移动杆可在移动杆滑套内移动，优选的，所述移动杆滑套为高分子聚合物滑套。
3.权利要求1的移液机构，其中所述基座传动带水平设置，其两端各自具有带传动主动轮和带传动从动轮，带传动主动轮在基座传动带驱动电机驱动下，带动基座传动带运行，由此通过所述带传动夹紧件带动基座水平移动，优选的，所述基座传动带驱动电机为步进电机。
4.权利要求1所述的移液机构，其中所述丝杆的驱动机构包括与所述丝杆顶端固定连接的丝杆带传动从动轮(11)，丝杆带传动主动轮(10)和丝杆转动传动带(12),以及与所述丝杆带传动主动轮(10)连接的丝杆驱动电机(9)，优选的，所述驱动电机为步进电机。
5.权利要求1所述的移液机构，其中所述丝杆转动传动带(12)水平设置，其中所述丝杆带传动从动轮和丝杆带传动主动轮分别位于所述传动带两端，固定在基座顶部的顶板上，所述丝杆带传动从动轮与所述丝杆顶端固定连接，位于所述顶板的上方，所述丝杆带传动主动轮与所述丝杆驱动电机的转轴固定连接，所述丝杆驱动电机位于基座顶部的顶板的下方。
6.权利要求1所述的移液工作站，其中所述丝杆(4)通过丝杆螺母(6)和驱动连接件(17)与移动杆(7)固定连接，其中，丝杆螺母(6)旋装在丝杆上，驱动连接件(17)的一端与移动杆(7)固定连接，另一端固定在所述丝杆螺母(6)外侧，优选的，其中所述丝杆螺母为高分子聚合物丝杆螺母。
7.权利要求1所述的移液机构，其中所述直线导轨固定座(34)固定在基座边框的直线导轨固定区(35), 优选的，其中所述直线导轨固定座(34)的高度Hl大于25mm,较优选大于30mm, 更优选的，其中所述直线导轨固定区的高度H2大于或等于50mm，较优选大于或等于60mmo
8.权利要求1-7中任一项所述的移液工作站，其中所述数个移液机构中的两个或两个以上并列装配，所述并列装配的两个或两个以上移液机构的移动杆排列在一条直线上，并且所述并列装配的两个或两个以上移液机构的基座传动带(44)上下平行排列。
9.权利要求8所述的移液工作站，其中所述并列装配的两个或两个以上移液机构中每两个移液机构的移动基座的直线导轨固定座(34)与同一个直线导轨的两个滑块连接，所述其直线导轨固定座与一个直线导轨的两个滑块连接的两个移液机构之间间隔一个所述并列装配的两个或两个以上移液机构中的其它一个移液机构， 优选的，其中所述并列装配的两个或两个以上移液机构中相邻两个移液机构的移动基座的直线导轨固定座(34)分别固定在其直线导轨固定区(35)上的上半部分或是下半部分。
10.权利要求1-9中任一项所述的移液工作站，其包括四个或八个所述移液机构， 例如，所述移液工作站包括八个所述移液机构，所述八个移液机构分成平行设置的两组，每组四个移液机构并列装·配，每组四个移液机构的基座传动带上下平行排列，以及所述每组四个移液机构中每两个间隔的移液机构的移动基座的直线导轨固定座与同一个直线导轨的两个滑块连接。
11.权利要求10所述的移液工作站，其中相邻两个移动基座上的直线导轨固定座(34)分别固定在直线导轨固定区(35)上的上半部分或是下半部分。
12.权利要求10或11中任一项所述的移液工作站，其中每组四个移液机构的移动杆排列在一条直线上，与另一组四个移液机构的移动杆交错设置，使得八个所述移液机构的移液枪头可排列在一条直线上。
【文档编号】B01L3/02GK103846114SQ201410109314
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】刘丹, 赵海峰 申请人:北京自由度科学机器有限公司