一种轨道式样本前处理系统的制作方法

本实用新型属于细胞学技术领域，公开了一种轨道式样本前处理系统。

背景技术：

流式细胞术(Flow Cytometry，FCM)是一种可以对细胞或亚细胞结构进行快速测量的新型分析技术和分选技术。其特点是：①测量速度快，最快可在1秒种内计测数万个细胞；②可进行多参数测量，可以对同一个细胞做有关物理、化学特性的多参数测量，并具有明显的统计学意义；③是一门综合性的高科技方法，它综合了激光技术、计算机技术、流体力学、细胞化学、图像技术等从多领域的知识和成果；④既是细胞分析技术，又是精确的分选技术。影响流式细胞术分析成败的关键因素之一是细胞样本制备质量。通常，这样的细胞预处理主要以更多的时间和劳动力为成本手动地执行。由于不可避免的人为错误以及从一个个体操作者到另一个个体操作者的操作者非一致性的原因，手动预处理也是不可取的。因此，能够全自动化进行细胞预处理的设备的出现已经被细胞学家期待很久，以消除人类辛劳并获得所涉及操作的稳定和恒定。因为细胞预处理过程的复杂性，这样的系统或设备不是众所周知。

本实用新型寻求提供在流式细胞仪和类似细胞学研究之前能够以完全自动化和现代化方式自动执行样本制备的系统。该系统适于全血样本的制备和(预)处理。

样本前处理系统项目能够很好的克服人工处理带来的缺点，完美解决流式细胞仪上机前血样本的细胞制备工作；既能大量节省人工又能提高血样本处理效果。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种在流式细胞仪和类似细胞学研究之前能够以完全自动化和现代化方式自动执行样本制备的系统，且能够实现XYZ轴的任意移动，进行加注样本、抗体以及进行运输反应管。

为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种轨道式样本前处理系统，包括试剂仓，包括间隔设置在样本抗体模块和反应模块，所述样本抗体模块包括样本盒和抗体盒，所述样本盒内间隔设置有用于放置样本管的样本管槽；所述抗体盒内间隔设置有用于放置抗体管的抗体管槽；所述抗体盒设置在所述样本盒的一侧；

所述反应模块，用于实现样本和抗体的孵育和混匀，包括反应盒，所述反应盒内间隔设置有用于放置反应管的反应管槽，所述反应盒下方设置有第一驱动机构，所述反应盒在第一驱动机构的驱动下旋转；

进样运动模组，包括第一单轴驱动器，所述第一单轴驱动器上设置有用于向所述反应管中加注样本和抗体的进样针，所述进样运动模组带动所述进样针沿XYZ轴任意方向上移动，将所述样本和抗体加注至所述反应管中；

第一移液臂模块，包括第一探针和用于固定所述第一探针的第一机械臂，所述第一机械臂带动所述第一探针旋转和移动，所述第一探针用于加注溶血素和PBS溶液；

离心盘模块，包括离心盘和用于带动所述离心盘旋转的第二驱动机构，所述离心盘沿圆周等间距排列有多个反应管支架，每个所述反应管支架上设置有至少一个用于放置反应管的反应管槽，所述离心盘用于实现所述反应管中已加注液体的离心，所述第二驱动机构用于带动所述离心盘实现顺时针或逆时针转动及精确定位；

运输运动模组，设置在所述进样运动模组的上方，包括第二单轴驱动器，所述第二单轴驱动器上设置有用于夹持反应管的夹紧机构；所述运输运动模组带动所述夹紧机构沿XYZ轴任意方向上移动，将所述反应管运输至所述离心盘中；

第二移液臂模块，包括第二探针和用于固定第二探针的第二机械臂，所述第二机械臂带动所述第二探针旋转和移动，所述第二探针用于抽吸离心后的上清液。

具体的，所述样本管中用于盛装所述样本，所述抗体管中用于盛装所述抗体，所述反应管中的已加注液体为所述样本、所述抗体和所述溶血素或所述样本、所述抗体、所述溶血素和所述PBS溶液形成的反应液。

进一步的，所述样本抗体模块上设置有第一温控器，温度控制范围为 2℃-8℃；所述反应模块上设置有第二温控器，温度控制值为37℃。

进一步的，所述进样运动模组还包括第三单轴驱动器和第四单轴驱动器，所述第三单轴驱动器设置在所述第四单轴驱动器上，通过第四单轴驱动器驱动沿X轴方向移动，所述第一单轴驱动器设置在所述第三单轴驱动器上，通过所述第三单轴驱动器驱动沿Y轴方向移动，所述第一单轴驱动器驱动所述进样针沿Z轴方向移动。

进一步的，所述运输运动模组还包括单轴机器人和第五单轴驱动器，所述第五单轴驱动器设置在所述单轴机器人上，通过所述单轴机器人驱动沿X轴方向移动，所述第二单轴驱动器设置在所述第五单轴驱动器上，通过所述第五单轴驱动器驱动沿Y轴方向移动，所述第二单轴驱动器驱动所述夹紧机构沿Z轴方向移动。

作为优选的，所述第一移液臂模块和第二移液臂模块设置在所述离心盘的一侧，运动时其上的所述第一机械臂和第二机械臂互不干涉。

进一步的，所述进样运动模组上还设置第一液面感应器，用于检测所述样本、抗体和反应管中反应液的液面高度。

进一步的，所述第二机械臂上设置有第二液面传感器，用于检测离心后反应管中上清液的液面高度。

进一步的，所述系统还包括清洗模块，所述清洗模块包括清洗泵、注射泵、电磁阀、液路管道、清洗池和清洗液桶，所述第一探针和所述第二探针分别与所述注射泵连接，所述注射泵通过所述电磁阀与所述清洗泵连接，所述清洗泵入口与所述清洗液桶连接，所述清洗泵出口通过所述液路管道与所述清洗池连接。

具体的，所述清洗池包括第一清洗池、第二清洗池和第三清洗池，所述一清洗池设置在所述试剂仓中，所述第二清洗池设置在所述离心盘的一侧，靠近所述第一探针；所述第三清洗池设置在所述离心盘的另一侧，靠近所述第二探针。

采用上述技术方案，本实用新型所述的轨道式样本前处理系统具有如下有益效果：

1)本实用新型提供的轨道式样本前处理系统能够很好的克服人工处理带来的缺点，在流式细胞仪和类似细胞学研究之前能够以完全自动化和现代化方式自动执行样本制备；

2)本实用新型提供的轨道式样本前处理系统具有进样运动模组，能够实现XYZ轴任意方向上的移动，带动进样针将样本和抗体加注到反应管中；

3)本实用新型提供的轨道式样本前处理系统具有运输运动模组，能够实现XYZ轴任意方向上的移动，带动夹紧机构将反应管运输到离心盘中进行离心。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型所述的轨道式样本前处理系统的结构示意图；

图2是本实用新型所述的轨道式样本前处理系统的内部结构示意图；

图3是进样运动模组的结构示意图；

图4是运输运动模组的结构示意图；

图5是第一移液臂模块的结构示意图；

图6是样本抗体模块模块的结构示意图；

图7是反应模块的结构示意图；

图8是离心盘模块的结构示意图；

图中，1-试剂仓，11-样本抗体模块，111-样本盒，112-抗体盒，1111- 样本管槽，1121-抗体管槽，12-反应模块，121-反应盒，1211-反应管槽，122-第一驱动机构，123-第一缓冲支座，2-离心盘模块，21-离心盘，211 反应管支架，2111-反应管槽，22-第二驱动机构，23-第二缓冲支座，3-进样运动模组，31-第一单轴驱动器，311-进样针，32-第三单轴驱动器，33- 第四单轴驱动器，4-运输运动模组，41-第二单轴驱动器，42-单轴机器人， 43-第五单轴驱动器，411-夹紧机构，5-第一移液臂模块，51-第一探针， 52-第一机械臂，53-第一旋转驱动机构，54-第一移动驱动机构，55-第一转轴，6-第二移液臂模块，61-第二探针，62-第二机械臂，63-第二旋转驱动机构，64-第二移动驱动机构，65-第二转轴，7-第一清洗池，8-第二清洗池，9-第三清洗池，10-仪器主机，11-光电传感器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本实用新型至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“顶”、“底”、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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

实施例一：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种在流式细胞仪和类似细胞学研究之前能够以完全自动化和现代化方式自动执行样本制备的系统，且能够实现XYZ轴任意方向上的移动，进行加注样本、抗体以及进行运输反应管。

为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种轨道式样本前处理系统，如图1和图2所示，所述样本前处理系统包括仪器主机10，所述仪器主机 10内设置有试剂仓1，所述试剂仓1包括间隔设置的样本抗体模块11和反应模块12，作为优选的，所述反应模块12设置在所述样本抗体模块11的右侧。进一步的，如图8所示，所述样本抗体模块11包括样本盒111和抗体盒112，所述样本盒111内间隔设置有用于放置样本管的样本管槽1111；所述抗体盒112内间隔设置有用于放置抗体管的抗体管槽1121；所述抗体盒112设置在所述样本盒111的一侧，作为优选的，所述样本盒111和抗体盒112均为长方形，并拼接组成一个大的长方形，所述样本管槽1111在所述样本盒111上横向方向的间隔与纵向方向上的间隔相同；所述抗体管槽1121之间的间隔与所述样本管槽1111之间的间隔相同。作为优选的，所述样本盒111中设置有18个样本管槽1111，每个样本管槽1111中放置一个样本管，每个所述样本管中盛装50-150μL的血样本；所述抗体盒112 中设置有18个抗体管槽1121，每个抗体管槽1121中放置一个抗体管，每个所述抗体管中盛装5-25μL的抗体，

进一步的，所述样本抗体模块11上设置有第一温控器(图中未示出)，温度控制范围为2℃；所述反应模块12上设置有第二温控器(图中为示出)，温度控制值为37℃。

进一步的，如图7所示，所述反应模块12用于实现样本和抗体的孵育和混匀；所述反应模块12包括反应盒121，所述反应盒121内间隔设置有用于放置反应管的反应管槽1211；作为优选的，每个反应管槽1211中放置一个反应管，所述反应管中用于盛装所述样本和所述抗体的反应液。所述反应盒121下方设置有第一驱动机构122和第一缓冲支座123，作为优选的，所述第一驱动机构122为伺服电机。作为优选的，所述伺服电机以300r/min 的速度旋转，使反应盒121在此转速下并在第一缓冲支座123的作用下平稳震动，将样本和抗体在反应管中混匀。

进一步的，所述试剂仓1的上方设置有进样运动模组3；所述进样运动模组3能够实现XYZ轴任意方向上的移动。具体的，如图3所示，所述进样运动模组3包括第一单轴驱动器31、第三单轴驱动器32和第四单轴驱动器33，所述第四单轴驱动器33设置在仪器主机10的侧壁上，所述第三单轴驱动器32设置在所述第四单轴驱动器33上，所述第四单轴驱动器33用于驱动所述第三单轴驱动器32沿X轴方向移动，所述第一单轴驱动器31 设置在所述第三单轴驱动器32上，所述第三单轴驱动器32用于驱动所述第一单轴驱动器31沿Y轴方向移动；进一步的，所述第一单轴驱动器31 上设置有进样针311，所述进样针311通过连接件设置在第一滑块上，所述第一单轴驱动器通过驱动滑块移动进而带动所述进样针311沿Z中方向移动。具体的，所述进样运动模组3通过带动所述进样针311在XYZ轴方向上移动将所述样本管中的血样本和抗体管中的抗体加注到反应管中，以便在反应管中进行样本和抗体的孵育和混匀。

进一步的，所述第一单轴驱动器31、第三单轴驱动器32和第四单轴驱动器33均通过步进电机驱动。所述第一单轴驱动器31、第三单轴驱动器 32和第四单轴驱动器33上均对称设置有光电传感器11，作为优选的，每个单轴驱动器上均对称设置有2个光电传感器11。

进一步的，所述系统还包括清洗模块，所述清洗模块包括清洗泵(图中未示出)、注射泵(图中未示出)、电磁阀(图中未示出)、液路管道 (图中未示出)、清洗池和清洗液桶(图中未示出)，所述第一探针和所述第二探针分别与所述注射泵连接，所述注射泵通过所述电磁阀与所述清洗泵连接，所述清洗泵入口与所述清洗液桶连接，所述清洗泵出口通过所述液路管道与所述清洗池连接。

具体的，如图1和图2所示，所述清洗池包括第一清洗池7、第二清洗池8和第三清洗池9，所述第一清洗池7设置在试剂仓1中，作为优选的，所述第一清洗池7设置在所述样本抗体模块11和反应模块12的间隔空间内。所述进样针311在吸取完样本加注到反应管中后，通过进样运动模组3 运动到第一清洗池7中进行清洗后再进行抗体的吸取加注，每完成一次加注都样进行进样针311的清洗，避免交叉污染，作为优选的，将所述交叉污染率控制在0.05％以内。

作为优选的，所述进样针311具有防碰撞功能，当所述进样针311受到垂直方向的阻力或撞击时会自动停止，并发出报警信号。值得注意的是，所述进样针311的内径不宜太大也不宜太小，若过大，会导致吸吐所述抗体的精度不准；若过小，会导致吸吐所述血样本后清洗不到位而堵针。为了避免所述血样本和抗体的浪费，所述进样运动模组3靠近所述进样针311 的位置上设置有第一液面传感器(图中未示出)，用于自动检测所述样本管和抗体管中的样本和抗体的液面高度，保证所述抗体最大程度吸干。

进一步的，所述系统还包括第一移液臂模块5，具体的，如图5所示，所述第一移液臂膜块5也设置在所述仪器主10机上，包括第一探针51和用于固定所述第一探针51的第一机械臂52；具体的，所述第一机械臂52 通过第一转轴55设置在第一旋转驱动机构53上，通过第一滑动模组设置在第一移动驱动机构54上。所述第一机械臂52带动所述第一探针51在所述第一旋转驱动机构55的驱动下旋转，在所述第一移动驱动机构54的驱动下移动；优选的，所述第一机械臂52具有位置错误报警功能，当所述第一机械臂52运动过程中发生位置错误时，发出报警信号。所述第一探针51 用于加注溶血素和PBS溶液。优选的，所述第一探针51具有防碰撞功能，当所述第一探针51受到垂直方向的阻力或撞击时会自动停止，并发出报警信号。

进一步的，所述系统还包括离心盘模块2，所述离心盘模块2用于实现所述反应管已加注液体的离心。具体的，如图8所示，所述离心盘模块2 也设置在所述仪器主机10上，包括离心盘21和用于带动所述离心盘21旋转的第二驱动机构22，作为优选的，所述第二驱动机构22为伺服电机，将伺服电机的转速控制在23000r/min，带动所述离心盘21旋转，并通过设置在离心盘21底部的第二缓冲支座23控制震动幅度，避免开机和关机时的速度变化大而导致剧烈震动。所述离心盘21沿圆周等间距排列有18个反应管支架211，每个所述反应管支架211上设置有2个用于放置反应管的反应管槽2111，每个反应管槽2111中放置一个反应管。

进一步的，所述系统改包括运输运动模组4，设置在所述进样运动模组 3的上方；具体的，如图4所示，所述运输运动模组4包括单轴机器人42、第二单轴驱动器41和第五单轴驱动器43，所述单轴机器人42设置在所述仪器主机10的侧壁上，所述第五单轴驱动器43设置在所述单轴机器人42 上，所述单轴机器人42驱动所述第五单轴驱动器43沿X轴方向移动，所述第二单轴驱动器41设置在所述第五单轴驱动器43上，所述第五单轴驱动器43驱动所述第二单轴驱动器41沿Y轴方向移动；进一步的，所述第二单轴驱动器41上设置有用于夹持反应管的夹紧机构411，所述第二单轴驱动器41驱动所述夹紧机构411在Z轴方向上移动。具体的，所述运输运动模组4带动所述夹紧机构411在XYZ轴任意方向上移动，将反应管运输至离心盘21中。具体的，在本实施例中，通过运输运动模组4将盛装有样本和抗体混匀液的反应管移动到离心盘21后，通过第一移液臂5上的第一探针51加注溶血素，加注后，开启离心盘离心。

进一步的，所述单轴机器人42、第二单轴驱动器41和第五单轴驱动器 43均通过步进电机驱动。所述单轴机器人42、第二单轴驱动器41和第五单轴驱动器43上均对称设置有光电传感器11，作为优选的，每个单轴驱动器上均对称设置有2个光电传感器11。

进一步的，所述系统还包括第二移液臂模块6，具体的，所述第二移液臂膜块6也设置在所述仪器主机10上，包括第二探针61和用于固定所述第二探针61的第二机械臂62；具体的，所述第二机械臂62通过第二转轴 65设置在第二旋转驱动机构63上，通过第二滑动模组设置在第二移动驱动机构64上。所述第二机械臂62带动所述第二探针61在所述第二旋转驱动机构62的驱动下旋转，在所述第二移动驱动机构64的驱动下移动；优选的，所述第二机械臂62具有位置错误报警功能，当所述第二机械臂62运动过程中发生位置错误时，发出报警信号。所述第二探针64用于抽吸离心后的上清液。具体的，上述血样本、抗体和溶血素混合液离心后的上清液经所述第二探针抽吸后，继续通过第一探针51加注PBS溶液，加注后继续离心抽吸上清液。优选的，所述第二探针61具有防碰撞功能，当所述第二探针61受到垂直方向的阻力或撞击时会自动停止，并发出报警信号。

作为优选的，通过多次加注PBS溶液，并离心后抽吸上清液来纯化液体。

作为优选的，所述第一移液臂模块5和第二移液臂模块6设置在所述离心盘21的一侧，运动时其上的所述第一机械臂52和第二机械臂62互不干涉。

进一步的，所述第二机械臂62上设置有第二液面传感器(图中未示出)，用于自动检测所述反应管中上清液的液面高度，保证所述第二探针62在吸上清液时具备边下探边抽吸功能，避免所述第二探针62和上清液接触太深，导致所述第二探针62在清洗池不好清洗。

进一步的，所述第二清洗池8设置在所述离心盘21的一侧，靠近所述第一探针51；所述第三清洗池9设置在所述离心盘的另一侧，靠近所述第二探针61；所述第一探针51在每次使用后都要回所述第二清洗池8清洗一次，所述第二探针61在每次使用后都要回所述第三清洗池9清洗一次，从而最大限度的避免交叉污染，作为优选的，将交叉污染率控制在0.05％范围内。

所述样本处理系统还包括操作控制模块，所述操作控制模块用于控制所述样本抗体模块模块、所述离心盘模块、所述进样运动模块、所述运输运动模块、所述第一移液臂模块和所述第二移液臂模块的动作。具体的，所述操作控制模块包括触摸屏和控制计算机(图中未示出)，所述控制计算机为所述样本前处理系统中的各模块提供控制程序，并通过触摸屏实现操作控制，来控制整个样本处理过程。

具体的，上述实施例中的样本处理过程可总结为如下步骤：加抗体→加血样本→孵育→混匀→加溶血素→离心→抽上清液→加PBS溶液→离心→抽上清液→加PBS溶液→离心→抽上清液→加PBS溶液。可以理解的是，可以多次加注PBS溶液。

实施例二：

本实施例公开了一种轨道式样本前处理系统，与实施例一不同的是，本实施例中，如图1和图2所示，所述样本前处理系统包括试剂仓1，所述试剂仓1设置在仪器主机10上，包括间隔设置的样本抗体模块11和反应模块12；

所述样本抗体模块11包括样本盒111和抗体盒112，所述样本盒111 内间隔设置有用于放置样本管的样本管槽1111；所述抗体盒112内间隔设置有用于放置抗体管的抗体管槽1121；所述抗体盒112设置在所述样本盒 111的一侧；作为优选的，所述样本盒111中设置有12个样本管槽1111，每个样本管槽1111中放置有一个样本管，每个样本管中盛装有60-120μL 血样本；所述抗体盒112中设置有12个抗体管槽1121，每个抗体管槽1121 中放置一个抗体管，每个抗体管中盛装有10-20μL的抗体。作为优选的，所述样本抗体模块11上设置有第一温控器(图中未示出)，温度控制在8℃，所述反应模块12上设置有第二温控器(图中未示出)，温度控制在37℃。

进一步的，所述反应模块12用于实现样本和抗体的孵育和混匀，包括反应盒121，所述反应盒121内间隔设置有用于放置反应管的反应管槽 1211，作为优选的，所述反应盒121中设置有24个反应管槽1211，每个反应管槽1211中放置一个反应管。进一步的，所述反应盒121下方设置有第一驱动机构122，作为优选的，所述第一驱动机构122为伺服电机，转速为 250r/min，所述反应盒121在第一驱动机构122的驱动下旋转，并在第一缓冲支座123的作用的平稳震动。

进一步的，所述系统还包括离心盘模块2，所述离心盘模块2包括离心盘21和用于带动所述离心盘21旋转的第二驱动机构22，所述离心盘21 沿圆周等间距排列有24个反应管支架211，每个所述反应管支架211上设置有1个用于放置反应管的反应管槽2111，每个反应管槽2111中放置1 个反应管，所述离心盘21用于实现所述反应管中已加注液体的离心，作为优选的，所述第二驱动机构22为伺服电机，转速为2500r/min；通过所述第二驱动机构22用于带动所述离心盘21实现顺时针或逆时针转动及精确定位，并在第二缓冲支座23的作用下实现平稳震动。

在本实施例中，所述样本处理过程包括如下步骤：加抗体→加血样本→孵育→混匀→加溶血素→离心→抽上清液→加PBS溶液→离心→抽上清液→加PBS溶液→离心→抽上清液→加PBS溶液。

具体的，在本实施例中，首先通过进样运动模组3中的进样针311将样本管中的血样本和抗体管中的抗体加注到反应和中的反应管中，并通过运输运动模组4中的夹紧机构411将反应管运输到离心盘21中；将反应管运输到离心盘21后再通过第一移液臂5中的第一探针51加注溶血素至反应管中，随后开启离心盘21离心。离心后通过第二移液臂6中的第二探针 61抽吸离心后的上清液，随后再通过第一探针51加注PBS溶液。可以理解的是，上述步骤中，通过多次加注PBS溶液后离心取上清液来纯化液体。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。