在非常低的温度下操纵和储存生物样本的装置的制作方法

本发明涉及通常被称为“生物库”的装置的领域，其允许在非常低的温度下并且特别是在冷冻条件下(特别是基于使用液氮作为冷源)储存生物样本。

更具体地，本发明涉及自动生物库，也就是说，在没有操作人员干预的情况下操纵所储存的样本的生物库。

本发明更具体地旨在特别是通过允许使用已经商业上可获得的样本储存容纳件来改进这种类型的生物库。

尽管参照使用商用冷冻储存容纳件的优选应用进行了描述，但是本发明可以应用于所有类型的储存容纳件。

此外，尽管参考其中生物样本包含在保存管中的优选应用进行了描述，但本发明也可以应用于任何类型的生物样本容纳件，特别是血袋。

背景技术：

在常规的生物库中，生物样本容器储存在由液氮冷却的容纳件中(通常在-150℃至-200℃的温度范围内)，并且，操纵它们，即装载/卸载容纳件，是由操作人员手动完成的。这种生物库的优点是投资成本最低、使用灵活、几乎不需要维护。

然而，它们有较多的缺点，包括：样本的管理通过手动定义实现，伴随着操纵错误的风险，样本的可跟踪性不是100％确定的，并且最后，对于操作人员而言面临着与冷冻环境(液氮的存在)有关的缺氧、差的人体工程学设计以及从储存容纳件(沉重、由冰冷引起的粘附现象)提升所储存的物品所需的力的风险。

已经进行了各种尝试以使生物库自动化。

可以引用专利申请wo2014001184a1、ep2232175a2、cn102269667a、us2012309297a1、jp2002205804a1和ep1012515a1，它们公开了自动化生物库解决方案。

尽管自动化带来了显著的优点，诸如借助于数据库保证样本的跟踪、操纵操作和操作人员的安全性，但是已经提出的自动生物库具有较多缺点。

首先，由于对于每种构造都有定制的设计，特别是无法重复使用现有的标准设备，诸如标准储存容纳件，因此他们需要在购买、操作和维护方面进行非常高的投资。

其次，它们的设计意味着它们的温度范围受到限制，在许多情况下，不可能达到通常低于-150℃的冷冻温度。

最后，如上所述，他们的定制设计意味着他们专注于唯一的构造，这不允许它们改进。

因此，需要改进用于操纵和储存生物样本的装置或生物库，特别是通过避免手动操纵样本的常规生物库和已经提出的自动生物库两者的缺点的方式做出改进。

本发明的目的是至少部分地响应这种需要。

技术实现要素：

为此，本发明涉及用于在非常低的温度下(特别是在冷冻条件下)操纵和储存生物样本的装置，该装置包括：

-具有多个隔室的多个储存盒，每个隔室适于容纳各自适于容纳一个或更多个生物样本的容器；

-多个储存立柱，每个储存立柱沿着纵向轴线延伸并且被分成多个被称为架的储存抽拉件，每个储存抽拉件适于通过横向于纵向轴线平移接收多个盒中的一个；

-至少一个具有隔热性能的储存容纳件，其内部适于承受非常低的温度，在所述储存容纳件上部包括单元栅格，其中，每个单元适于竖向地接收所述多个立柱中的一个；

-传送站点，其包括传送台，操作人员可在传送台上放置一个或更多个具有多个隔室的盒，所述盒被称为传送盒，所述盒的每个隔室还适于容纳多个容器中的一者，每个所述容器适于容纳一个或更多个生物样本；

-用于逐个装载/卸载所述储存盒的站点，包括：被称为等待台的台；至少一个提取装置，其用于从所述站点中的立柱位置的架提取任一储存盒并将其移动到放置在等待台上的位置；以及至少一个推动装置，其用于将盒从其放置在等待台上的位置推动到位于所述站点中的立柱的空的架中；

-用于逐个装载/卸载容器的站点，包括被称为操纵台的台，其适于支撑至少两个带隔室的盒，其中一个盒是传送盒，另一个盒是选定的一个储存盒；

-至少一个机械臂，其包括适于夹持储存立柱或储存盒或容器的上端的夹持构件，所述机械臂(多个机械臂)适于使夹持构件或构件能够以六个自由度移动。

根据本发明，装置被构造成使得机械臂的夹持构件可以同时地：

i/将传送盒从传送台移动到操纵台上；

ii/从储存容纳件的所述栅格的所述单元中的一者提取任一立柱，且接着将其移动到台中以将所述盒装载/卸载到位，使得提取装置能够提取等待台上的选定储存盒；

iii/将所选定的储存盒从等待台移动到操纵台上；

iv/从定位在所述操纵台上的所选定的储存盒的一个隔室中逐个提取任一容器，并且将其移动到所述传送盒的一个隔室中，

反之亦然，其中，推进装置将选定的储存盒推动到定位在站点中的立柱的空的架中以装载/卸载盒。

这里的表达“反之亦然”意味着由六轴机械臂及其夹持构件执行的步骤i/至iv在与传送相反的装载/卸载方向上被执行，仅推动装置代替提取装置(步骤ii)而操作。

“非常低的温度”在这里和在本发明的上下文中是指温度低于-100℃，优选低于-150℃。

根据一个有利实施例，该装置包括称为六轴机械臂的具有六个移动自由度的单个机械臂。

因此，本发明主要地包括使用并仔细地布置至少一个机械臂，所述机械臂具有相对于一个或更多个储存容纳件以及用于逐个传送容器的站点的六个移动轴，由此开发由机械臂的臂及其(它们的)夹持构件提供的运动灵活性和夹持灵活性，以使在传统生物库中由操作人员手动进行的所有操作自动化。

因此，(一个或更多个)机械臂的(一个或更多个)臂以及它的(它们的)夹持构件仅靠自己实现了在现有技术的生物库中通常手动执行的操作。这些操作可概括如下：

-从传送站点提取储存盒和将储存盒置入传送站点；

-从储存容纳件提取储存立柱和将储存立柱插入储存容纳件；

-从立柱提取储存盒和将储存盒插入立柱；

-从盒中提取生物样本容器以及将生物样本容器插入盒中。

令人意外的是，尽管过去已经进行了许多尝试来使生物库自动化，但是没有设想利用由六轴机械臂的臂及其夹持构件提供的移动灵活性。

根据本发明的装置的许多优点包括：

-比现有技术的自动化生物库低的成本，现有技术的自动化生物库尽管具有其固有的优点，即样本的可追溯性(条形码读取、数据库等)、安全性和自动化、操作人员的安全性，但是必须进行定制；

-可以将装置的所有部件安装在环境受控的外壳中，这保证了样本的完整性(温度、结霜等)；

-可能重复使用常规生物库中已有的储存容纳件，特别是在冷冻条件下操作的容纳件；

-模块化布局，特别是可以使用更多或更少的储存容纳件，在轨道上移动机械臂以获取非常大量的对准的储存容纳件。

-能够手动继续装置操作的可能性，这使得可以确保连续操作，同时便于维护操作，并保持一定的灵活性。

–可以对装置进行改进；

-已经在使用中的传统生物库的自动化的容易性和速度。

根据一个有利的实施例，所述装置包括环境受控的外壳，所述环境受控的外壳为外部的操作人员提供通向所述传送站点的安全入口，所述外壳被构造成容纳所述多个储存盒、所述多个储存立柱、所述储存容纳件(多个所述储存容纳件)、所述传送站点、所述装载/卸载站点以及所述六轴机械臂。

通向传送站点的入口可以包括气密气锁或气密抽拉件。

为了保证可跟踪性，每个储存立柱和/或每个储存盒和/或传送盒可以有利地包括由机械臂所承载的识别读取器识别的装置，优选为(一维或二维)条形码。

由于机械臂的移动和夹持的灵活性，可以设想装置的布局的多个构造，特别是以下有利的构造：

多个储存容纳件，其被布置成基本上形成圆的一部分，其中，所述机械臂被固定并布置在圆的所述部分内，用于逐个装载/卸载盒的站点布置在所述圆的内部，用于逐个装载/卸载容器的站点布置在所述圆形上；

多个储存容纳件，其基本上布置成形成至少一行，其中所述机械臂安装于在沿着所述行的轨道上移动的托架上。

根据一个有利的变型，储存容纳件或容纳件各自包括用于封闭容纳件的盖，在从所述容纳件中提取立柱或者相反地在将立柱插入容纳件中时，所述盖被从储存构造移除。

根据该变型，机械臂的控制和命令单元优选地适于命令每个储存容纳件的打开和相反的闭合。

可以有利地提供一个或更多个缸，作为当立柱定位于等待台上时立柱的盒的提取装置和/或推动装置。

根据有利的变型，可以提供多个缸作为提取装置，当缸定位在操纵台上时，每个缸定位成面向储存立柱的架。

机械臂的夹持构件也可代替缸而构成推动装置。

储存盒和传送盒有利地适于容纳保存管或柔性封套，诸如作为生物样本容器的血袋。

储存盒可以各自包括盖，机械臂的操纵构件因此适于在逐个提取容纳在所述盒中的容器之前从对应的盒移除盖，反之亦然。

储存容纳件或容纳件优选在冷冻条件(特别是使用液氮作为冷源)下操作。

根据一个有利实施例，用于逐个装载/卸载容纳件的站点被构造为处于非常低的温度的环境受控的隔绝外壳。这样可以有效防止因干燥环境导致的霜冻并使生物样本保持冷。

本发明还包括使用上述的装置以在环境受控的外壳中储存处于冷冻条件下的生物样本。

附图说明

通过阅读参考以下附图以非限制性说明的方式给出的本发明实施例的详细描述，本发明的其他优点和特征将更清楚地显现，在附图中：

图1是根据本发明的用于操纵和储存生物样本的装置的一部分的一个示例的立体图；

图1a是图1的立体图的详细视图，示出了来自装置外部的传送站点；

图2是图1的平面图；

图3是示出了根据本发明的用于逐个装载/卸载储存盒的装置的站点的立体图，其中，盒储存立柱位于站点的适当位置；

图4是示出根据本发明的装置的六轴机械臂的夹持构件的立体图；

图5是根据本发明的装置的用于逐个装载/卸载样本容纳件的站点的立体图；

图6是适合作为适用于根据本发明的装置的容纳件的生物样本保存管的立体图。

具体实施方式

在此指出，在整个本申请中，术语“下”、“中心”、“更高”、“上方”、“下方”、“内部”、“外部”应参考根据本发明的装置的竖向布置的储存容纳件和储存立柱来理解。

在图1和图2中示出了根据本发明的用于在非常低的温度下(特别是在冷冻条件下)操纵和储存生物样本的装置1的所有主要部件。

生物样本包含在容器中。

在所示的示例中，使用的样本容器10是如已经使用的保存管。在图6中示出了保存管10：其包括盲管部分11，具有中空内部13的止动件12被可移除地固定到该盲管部分11。

多个管10各自独立地容纳在具有多个隔室的储存盒2的隔室20中。图5中示出了容纳在隔室20中的管10。在图5中，进一步看到盒2的盖21，盖21从盒2移除以便能够将管10逐个地从盒2的隔室20取出或插入盒2的隔室20中。

装置1包括具有抽拉件或架的储存立柱3。如图3所示，储存立柱3沿纵向轴线x延伸并且被分成多个储存架30。每个架30可以通过横向于纵向轴线x的平移来接收储存盒2。

提供了具有隔热性能的两个相同的储存容纳件4，其内部适于经受非常低的温度，特别是当使用液氮作为冷源时。容纳件可以是双壁类型的，其中的真空保证了与外部隔热。容纳件4优选地固定到地板上。

每个容纳件4在其上部包括单元栅格40，单元栅格40的每个单元41可以竖向地接收储存立柱3。每个容纳件4由可移除的盖42闭合。

根据本发明的装置1包括环境受控的外壳(未示出)，在该外壳中容纳所有的主要部件。

为了逐个传送来自外壳外部的储存盒2，安装了包括传送台50的传送站点5，操作人员可以接近传送台50并且将传送盒2t移动至传送台50，传送盒2t具有与其他盒的隔室相同的隔室20。入口优选地经由环境受控的绝缘的抽拉件或气锁系统实现，使得能够保证操作人员的安全。

该装置还包括用于逐个装载/卸载盒2的站点6，站点6是在储存容纳件4与站点7之间的用于逐个装载/卸载容器的中间站点。

如图3所示，站点6包括在其每个纵向边缘上具有缸61或62的等待台60。一个缸61使得能够从立柱3的定位在所述站点6中的架30提取出任一储存盒2，并且将储存盒2移动到放置在等待台60上的位置。另一缸62使得盒2能够从其放置在等待台60上的位置被推动到立柱3的定位在所述站点6中的空架30中。

为了逐个装载/卸载7样本管10，站点7布置在站点6的附近。如图5所示，该站点7包括操纵台70，其适于支持至少两个盒2，其中一个盒是传送盒2t，另一个盒是选定的一个储存盒。该站点7有利地构造在受控的冷环境中。

最后，在装置1的中心处，固定到地板上的六轴机械臂8包括臂，臂上安装有夹持构件80、81、82。夹持构件适于夹持储存立柱3、或储存盒2、或样本管10的上端。

在图4中详细示出了夹持构件80：其包括夹具81，夹具81具有能够相对于彼此移动的两个分支部以及元件82，元件82以相对于夹具81的轴线成90°的方式固定地安装以用于逐个地夹持管10。

夹具81在其每个分支部的内侧上承载夹持楔83，并且在其每个分支部的外侧上承载夹持凸耳84。

就其部件而言，夹持元件82包括一个或更多个夹持指状部85，有利地是，三个同心的指状部设置成彼此成120°。

夹持构件如下操作：

-为了夹持储存立柱3，夹具81的分支部彼此远离地移动，然后夹持凸耳84被锁定到立柱的上部中的相对应的凹部中；

-为了夹持盒2，夹具81的分支部朝向彼此移动，然后，在分支部抵靠在盒的侧面上的同时，夹持楔83靠抵盒的底部；

-为了夹持管10，指状部85朝向彼此移动并且插入到管的止动件12的凹部13中，然后，指状部85移动远离彼此以便锁定到止动件12上。

现在描述根据本发明的装置1的操作中的各个步骤，其分别由机械臂8和储存容纳件4的控制和命令单元执行，以用于将一个或更多个样本管从储存装置收回到装置的外壳的外部以及相反地用于将来自外壳的外部的一个或更多个样本管存放在储存容纳件中的操作。

1/收回

使用人机界面，操作人员选定收回的样本管10。

然后，控制单元在其数据库中验证立柱3和储存盒2以及所选定的样本管10存在。

如果响应是肯定的，则操作人员随后在进入气密抽拉件或气锁90中放置具有至少一个空隔室20的传送盒2t。

然后，经由控制和命令单元及机械臂8的夹持构件80，机械臂8执行以下接续的步骤：

-将传送盒2t定位在站点7的操纵台70上，用于逐个装载/卸载管；

-打开其中一个储存容纳件4的盖42；

-用夹具81夹持储存立柱3，并随后将储存立柱从储存容纳件4提取出；

-将由夹具81保持的储存立柱3放置在装载/卸载站点6上；

-如果必要的话，通常借助于读取条形码来读取已被放置的立柱3的识别装置；

-通过提取缸61将所选定的盒2从立柱3提取到等待台60上的能够由夹具81达到的位置，并且立柱3仍然由夹具81保持；

-如果必要的话，通常借助于读取条形码来读取所选定的盒2的识别装置；

-将储存立柱3装载在容纳件4中；

-闭合容纳件4；

-将所选定的盒2定位在操纵台70上；

-如果必要的话，借助于夹具81夹持传送盒2t的盖21和选定的盒2的盖21，并且然后将它们定位在站点7中；

-借助于夹具的夹持元件82夹持所选定的盒2中的一个或更多个样本管10，并将其定位在传送盒2t中；

-如果必要的话，通常借助于读取条形码来读取所选定的样本管或管10的识别装置；

-如果必要的话，夹持在站点7中的盖21，并将它们重新定位在传送盒2t的底部和选定的储存盒2的底部；

-借助于夹具81夹持在操纵台70上的所选定的盒2并将其定位在等待台70上；

-打开其中一个储存容纳件4的盖42；

-借助于夹具81夹持储存立柱3，并随后将储存立柱3从储存容纳件4提取出；

-借助于推动缸62将所述盒2重新插入立柱3中；

-如果必要的话，夹持同一容纳件4或另一个容纳件的另一立柱中的另一个选定的盒，并传送另一个盒中包含的其他样本管；

-闭合容纳件4的盖42。

-然后，操作人员通过通向传送站点5的入口回收填充有所选定的样本管或管10的传送盒2t。

2/储存

经由人机界面，操作人员选定存放样本管10。

然后，控制单元在其数据库中验证在立柱3中和在储存盒2中存在可用位置。

如果响应是肯定的，则操作人员在进入气密抽拉件或气锁90中放置具有至少一个空隔室20的传送盒2t。

经由控制和命令单元，随后机械臂8使用其夹持构件80实现以下接续的步骤：

-将传送盒2t放置在站点7的操纵台70上，用于逐个装载/卸载管；

-打开其中一个储存容纳件4的盖42；

-借助于夹具81夹持储存立柱3，并随后将储存立柱3从储存容纳件4提取出；

-将由夹具81保持的储存立柱3放置在装载/卸载站点6上；

-如果必要的话，通常借助于读取条形码来读取所放置的立柱3的识别装置；

-借助于提取缸61将具有空的隔室(多个隔室)20的选定的盒2从立柱3中提取到等待台60上的能够由夹具81达到的位置，并且立柱3仍然由夹具81保持；

-如果必要的话，通常借助于读取条形码来读取所选定盒2的识别装置；

-将储存立柱3装载在容纳件4中；

-闭合容纳件4；

-将所选定的盒2放置在操纵台70上；

-如果必要的话，借助于夹具81夹持传送盒2t的盖21和选定的储存盒2的盖21，然后将它们放置在站点7中；

-借助于夹具的操纵元件82操纵来自传送盒2t的一个或更多个采样管10，并将其放在所选定的盒2中；

-如果必要的话，通常借助于读取条形码来读取所选定的样本管或管10的识别装置；

-如果必要的话，夹持在站点7中的盖21，并将它们重新定位在传送盒2t的底部和所选定的储存盒2的底部；

-借助于夹具81夹持在操纵台70上的所选定的盒2并将其放置在等待台70上；

-打开其中一个储存容纳件4的盖42；

-借助于夹具81夹持储存立柱3，然后将储存立柱3从储存容纳件4提取出；

-借助于推动缸62将所述盒2重新插入立柱3中；

-如果必要的话，夹持相同的立柱中的另一个盒并传送新的样本，如果必要的话，夹持同一立柱中的另一个选定的盒，并传送包含在另一个盒中的其他样本管10；

-借助于夹具81夹持储存立柱3，然后将其重新插入到储存容纳件4内；

-如果必要的话，从同一容纳件或从另一容纳件夹持另一立柱，并传送包含在另一个盒中的其他样本管10；

-闭合容纳件4的盖42。

-然后，操作人员从通向传送站点5的入口回收空的传送盒2t。

一般而言，根据本发明的装置可用于操纵和储存包含在各种不同的容器中的处于非常低的温度下的生物样本。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以获得本发明的其他变型和优点。

特别地，虽然在所示的实施例中存在单个六轴机械臂8，但是可以非常好地设想两个机械臂，每个机械臂具有三个自由度并且独立于另一个机械臂。

本发明不限于刚刚描述的示例；值得注意的是，所示示例的特征可以在未示出的变型中彼此组合。