一种全自动样品处理工作站及处理方法与流程

本发明涉及自动化样品处理装置技术领域，尤其涉及一种全自动样品处理工作站及处理方法。

背景技术：

从样品中分离微生物单菌落是微生物实验室的共性技术，这个技术流程中涉及到多个操作步骤。例如，向试管或孔板中分装稀释液、样品在稀释液中进行梯度稀释以及将稀释后的某一梯度的样品转移到培养皿中进行接种。

目前，微生物分离培养实验中的液体操作或接种操作都由手工操作完成，或者在某一操作步骤由自动化或半自动设备完成，但是设备与设备之间的样品转移、混匀等动作离不开手工操作。然而，手工操作则存在工作效率低、人为因素导致的误差大以及结果重复性差等缺陷。

因此，亟需提供一种不需要人为干预、能自动记录样品信息和过程数据并且能调取历史数据并输出报告的全自动化微生物全自动样品处理工作站，以实现由样品获得单菌落的技术流程的完全自动化。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种全自动样品处理工作站和一种微生物样品处理方法。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案。

一种全自动样品处理工作站，具有一操作台，所述全自动样品处理工作站还包括：吸放液单元，具有至少一吸头接口，所述吸头接口连接一吸头以执行液体操作或接种操作；样品处理区，包括样品阵列和容器阵列，用于放置样品及稀释用容器；接种区，与所述样品处理区相邻，用于放置一接种用的目标培养皿并用于进行接种操作；运动单元，能驱动所述吸头接口相对所述样品处理区和所述接种区进行多维度位置调节；以及，控制单元，与所述吸放液单元及所述运动单元分别信号连接，并且，所述控制单元包括数据读取模块、数据处理模块和数据存储模块；其中，所述数据读取模块读取：放置于所述样品处理区内的所述样品及所述稀释用容器以及所述目标培养皿的数据信息和位置信息中的至少一种信息，并向所述数据处理模块发送所获得的信息；所述数据处理模块根据来自于所述数据读取模块的信息产生一控制信号，并向所述吸放液单元或所述运动单元发送所产生的控制信号；以及，所述数据存储模块，存储来源于所述样品、所述稀释用容器以及所述目标培养皿的数据信息和位置信息。

进一步，所述运动单元包括：一移动盘，一体式滑动连接于所述操作台，用于设置所述样品处理区；以及，一运动夹具，用于夹持所述吸头接口；

其中，所述运动单元驱动所述运动夹具进行x和z方向位置调节，并且驱动所述移动盘进行y方向位置调节。

进一步，所述全自动样品处理工作站还包括一数据采集单元，所述数据采集单元设置于所述运动单元上，并且与所述数据读取模块信号连接，以采集所述样品、所述稀释用容器以及所述目标培养皿的数据信息和位置信息并传送至所述数据读取模块。

进一步，所述全自动样品处理工作站还包括一红外检测单元，所述红外检测单元设置在所述运动单元上，并且，所述红外检测单元与所述数据读取模块信号连接，能检测所述吸头接口是否连接有一所述吸头的连接信息，并将所述连接信息传送至所述数据读取模块。

进一步，所述数据处理模块依据所述连接信息确认所述吸头接口是否已经连接或已经更换所述吸头，并向所述吸放液单元或所述运动单元发送所产生的控制信号。

进一步，所述吸放液单元还包括：一注液模块，与一所述吸头接口连接，以进行分液操作；以及，一移液模块，与另一所述吸头接口连接，以进行移液操作；并且，所述注液模块和移液模块分别与所述数据处理模块信号连接，用于接收所述控制信号。

进一步，所述接种区包括：一接种平台，与所述样品处理区相邻设置，用于放置至少一接种用的目标培养皿，所述吸放液单元在所述目标培养皿中注入稀释样品；以及，一培养皿处理单元，与所述接种平台相邻设置，并且所述培养皿处理单元包括传送模块、培养基注入模块以及混匀模块；其中，所述传送模块、培养基注入模块和混匀模块与所述数据处理模块信号连接，所述传送模块将一目标培养皿传送至所述接种平台并在所述目标培养皿接收稀释样品的注入后将其传送至所述培养基注入模块的位置，所述培养基注入模块在所述目标培养皿中注入培养基，所述混匀模块将所述目标培养皿中的培养基和稀释样品振动混匀。

进一步，全自动样品处理工作站还包括一吸头单元，所述吸头单元包括：一吸头阵列，位于所述样品处理区内；以及，一吸头丢弃模块，所述吸管丢弃模块包括吸管卡口和回收箱，所述吸管卡口设置在所述操作台上，并且所述吸管卡口一端的口径小于吸管上径，另一端通过一丢弃通道连接所述回收箱。

进一步，所述稀释用容器、所述样品以及所述目标培养皿均有一对应的识别序列，所述识别序列具有所述稀释用容器或所述样品或所述目标培养皿的位置信息和数据信息。

一种利用权利要求1至9中任一项所述全自动样品处理工作站进行微生物样品处理的方法，包括如下步骤：

(1)排布容器阵列和微生物的样品阵列，并配置稀释液；

(2)读取稀释用容器的数据信息和位置信息，在每一稀释用容器中注入稀释液，形成稀释液阵列；

(3)读取一样品的数据信息和位置信息后吸取所述样品并走位至一稀释液；读取所述稀释液的数据信息和位置信息，在所述稀释液中注入所述样品形成一稀释样品，然后更换吸头后吸取所述稀释样品再走位至另一稀释液；依次重复上述操作，以形成稀释样品阵列；

(4)读取一稀释样品的数据信息和位置信息后吸取所述稀释样品并走位至所述接种区；读取一目标培养皿的数据信息和位置信息，然后在所述目标培养皿中注入所述稀释样品并进行接种操作；重复上述操作，以将每一所述稀释样品接种于一目标培养皿中。

一种利用权利要求1至9中任一项所述全自动样品处理工作站进行微生物样品处理的方法，包括如下步骤：

(1)排布容器阵列和微生物的样品阵列，并配置稀释液；

(2)读取稀释用容器的数据信息和位置信息，在每一稀释用容器中注入稀释液，形成稀释液阵列；

(3)读取一样品的数据信息和位置信息，然后吸取所述样品并走位至一稀释液；

(4)读取所述稀释液的数据信息和位置信息，在所述稀释液中注入所述样品形成一稀释样品，然后更换吸头后吸取所述稀释样品并走位至另一稀释液；读取所述另一稀释液的数据信息和位置信息，在所述另一稀释液中注入所述稀释样品形成另一稀释样品后走位至所述接种区；读取目标培养皿的数据信息和位置信息，在所述目标培养皿中注入所述稀释样品进行接种操作，在执行至少一次上述接种操作后更换吸头并走位至所述另一稀释样品；重复上述操作，以将所稀释样品梯度稀释并接种于所述目标培养皿中。

本发明所述全自动样品处理工作站的有益效果在于：

(1)本发明全自动样品处理工作站能够实现从样品稀释到获得单菌落过程的各个步骤完全自动化，降低了实验人员的工作量；

(2)通过所述数据读取单元、控制单元和后台数据库，本发明所述全自动样品处理工作站能自动记录样品信息和过程数据并且能调取历史数据和输出报告；

(3)通过所述数据采集单元、运动单元以及控制单元，本发明所述全自动样品处理工作站能实现批量处理多个样品数据的功能；

(4)通过所述数据采集单元、控制单元和吸放液单元，本发明所述全自动样品处理工作站能实现液体操作过程中对液体吸取或释放量的精确控制；

(5)通过所述操作间和空气净化单元，所述全自动样品处理工作站能在密封环境中进行，能防止微生物样品被环境污染；

(6)本发明所述全自动样品处理工作站具有结构合理、使用方便、自动化程度高等优点。

附图说明

图1是本发明所述全自动样品处理工作站的外部结构示意。

图2是图1的内部结构示意图。

图3是图2的部分细节放大图。

图4是本发明所述全自动样品处理工作站的内部主视图。

图5是本发明所述全自动样品处理工作站的内部俯视图。

图6是一种利用所述全自动样品处理工作站进行微生物样品处理的流程图。

图7是另一种利用所述全自动样品处理工作站进行微生物样品处理的流程图。

图8是再一种利用所述全自动样品处理工作站进行微生物样品处理的流程图。

图中标号分别为：

1、操作台；

2、运动单元；

20、运动夹具；

21、移动盘；

22、x方向导轨；

23、z方向导轨；

24、y方向滑槽；

3、吸放液单元；

30、吸头接口；

31、储液装置；

32、吸头；

4、控制单元；

5、数据采集单元；

6、样品处理区；

61、容器阵列；

62、样品阵列；

71、吸头阵列；

72、吸头卡口；

73、回收箱；

8、接种区；

81、接种平台；

82、培养皿处理单元；

9、操作间；

91、空气净化单元；

92、控制按钮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3、图4以及图5所示，本发明实施例提供一种全自动样品处理工作站，所述全自动样品处理工作站包括操作台1、运动单元2、吸放液单元3、控制单元4、数据读取单元5、样品处理区6、吸头单元、接种区8以及操作间9。

如图2、图4以及图5所示，所述操作台1设置于一固定位置上，所述操作台1具有x、y和z三个方向。

请继续图2、图4以及图5所示，所述样品处理区6设置在所述操作台1上，所述样品处理区6包括一容器阵列61和一样品阵列62，所述容器阵列61用于放置稀释用容器，所述样品阵列62用于放置样品。每一所述稀释用容器以及每一所述样品均有一对应的识别序列，所述识别序列具有对应稀释用容器或样品的位置信息和数据信息。

请参考图2、图4以及图5。所述接种区8位于所述操作台1上并与所述样品处理区6相邻设置，用于放置一接种用的目标培养皿并用于进行接种操作。

请参考图2、图4以及图5。所述接种区8包括接种平台81和培养皿处理单元82。所述接种平台81与所述样品处理区6相邻设置，用于放置一所述目标培养皿，所述吸放液单元3能走位至所述接种平台81并在所述目标培养皿中注入稀释样品。每一所述目标培养皿具有一识别序列，所述识别序列具有其对应的位置信息和数据信息。

请参考图2、图4以及图5。所述培养皿处理单元82与所述接种平台81相邻设置，并且所述培养皿处理单元82包括传送模块、培养基注入模块以及混匀模块，其中，所述传送模块、培养基注入模块和混匀模块与所述控制单元4信号连接。具体地，所述传送模块将一目标培养皿传送至所述接种平台81上，并在所述目标培养皿接收所述稀释样品的注入后并将所述目标培养皿传送至所述培养基注入模块的位置；所述培养基注入模块在所述目标培养皿中注入培养基；所述混匀模块将驱动所述目标培养皿振动，以将所述目标培养皿中的培养基和稀释样品混匀。

请参考图2、图3、图4以及图5。所述吸放液单元3包括至少一吸头接口30，每一所述吸头接口30连接一吸头32以执行液体操作或接种操作。其中，所述吸头接口30夹持于所述运动夹具20。也就是说，所述运动夹具20能带动所述吸头接口30沿着x和z方向进行位置调节。

请继续参考图2、图3、图4以及图5。所述吸放液单元3还包括一移液模块和一注液模块，所述注液模块与一所述吸头接口30连接以进行分液操作；所述移液模块与另一所述吸头接口30连接以进行移液操作，并且所述注液模块和移液模块分别与所述数据处理模块信号连接用于接收所述控制信号。

具体地，所述移液模块包括一第一驱动装置。即，所述第一驱动装置与一所述吸头接口30连接形成一移液通道。所述注液模块包括一储液装置31以及一第二驱动装置。具体来说，所述第二驱动装置与另一所述吸头接口30以及所述储液装置31连接形成一注液通道。

其中，所述移液通道能用于实现一液体样品的吸取或释放操作或者多个液体样品之间的液体转移操作。所述注液通道适用于将所述储液装置31内的液体分装于多个分装容器内，如试管、小瓶或微孔板中。在进行液体操时，通过控制所述第一驱动装置以及第二驱动装置，能实现对所述吸头32的液体吸取或释放量的精准控制，有利于实现液体操作的高度精准化。

在具体实施时，所述储液装置31为一储液瓶。所述第一驱动装置为一移液泵，所述第二驱动装置为一蠕动泵。

所述吸头32套接在所述吸头接口30的外表面，并通过两者的摩擦力密封连接。需要指出的时，本发明并没有限定所述吸头32具体形状和规格。也就是说，在具体使用时，以保证所述吸头32和所述吸头接口30良好的连接效果为前提，实验人员或工作人员可以根据稀释用容器的规格或操作规格的大小适当调整所述吸头32的形状和规格。

所述运动单元2能驱动所述吸头接口30相对所述样品处理区6或所述接种区8进行多维度位置调节。

请参考图2、图3、图4以及图5。所述运动单元2包括运动夹具20、移动盘21、x方向导轨22、z方向导轨23以及y方向滑槽24。所述运动单元2能驱动所述运动夹具20能沿着x和z方向进行位置调节，并能驱动所述移动盘21沿着y方向位置调节。其中，所述运动夹具20用于夹持至少一所述吸头接口30，所述移动盘21用于设置所述样品处理区6。也就是说，所述运动单元2能带动所述吸头接口30相对所述稀释用容器或样品在x、y和z方向上进行位置调节；所述运动单元2能带动所述吸头接口30相对所述接种区在x和z方向上进行位置调节。

所述x方向导轨22包括一第一电机、一传送带以及一链条。所述z方向导轨23通过所述第一电机、所述传送带以及所述链条一体式滑动连接于所述x方向导轨22。也就是说，所述z方向导轨23沿着所述x方向导轨22进行x方向上的位置调整。

所述z方向导轨23包括一第二电机以及一丝杆。所述运动夹具20通过所述第二电机和所述丝杆一体式滑动连接于所述z方向导轨23。即，所述运动夹具20沿着所述z方向导轨23进行z方向位置调整。

所述y方向滑槽24位于所述操作台1上，所述移动盘21通过所述y方向滑槽24滑动连接于所述操作台1。具体地，在所述操作台1的承载面上具有一对沿着y方向延伸的滑槽，所述移动盘21的一对侧边分别卡合于对应的所述滑槽内并在一第三电机的驱动下沿着所述y方向滑槽24运动。

具体实施时，所述第一电机、第二电机以及第三电机为步进电机。

请参考图2、图4和图5。在所述运动单元2的邻近所述运动夹具24的位置设置有一数据采集单元5。所述数据采集单元5能读取所述样品、所述稀释用容器以及所述目标培养皿的数据信息和位置信息并传送至所述数据读取模块。

具体地，所述数据采集单元5包括一摄像头和一光源。所述摄像头朝向所述移动盘21，所述光源设置在所述摄像头朝向所述移动盘21一侧。所述光源为一环形光源。

在本实施例中，所述数据采集单元5与所述z方向导轨23连接，从而保证所述数据采集单元5能跟随所述z方向导轨23走位至每一所述样品、每一所述稀释用容器以及每一所述目标培养皿，以便于进行数据信息和位置信息的采集。

此外，所述自动化液体操作平台还包括一红外检测单元。所述红外检检测装置设置在在所述运动单元2上，所述红外检测单元与所述数据读取模块信号连接，并且所述红外检测单元的红外线朝向所述吸头32发射，以检测所述吸头接口30是否连接有一吸头32的连接信息，并将检测获得的所述连接信息传送到所述数据读取模块。

通过设置所述红外检测单元，以检测所述吸头32的连接信息，所述控制单元4依据所述连接信息能确认所述吸头接口30是否已经连接有一吸头32或者是否已经丢弃所述吸头32，并能发出所产生的控制信号。

具体地，所述红外检测单元与所述z方向导轨23连接，从而保证所述红外检单元的红外光始终能朝向所述吸头32(所述吸头32连接于所述吸头接口30)的位置发射。

所述控制单元4与所述吸放液单元3及所述运动单元2分别信号连接，并且所述控制单元4包括数据读取模块、数据处理模块和数据存储模块。

所述数据读取模块读取：放置于所述样品处理区6内的所述样品及所述稀释用容器以及所述目标培养皿的数据信息和位置信息中的至少一种信息，并向所述数据处理模块发送所获得的信息；所述数据处理模块根据来自于所述数据读取模块的信息产生一控制信号，并向所述吸放液单元3或所述运动单元2发送所产生的控制信号；以及，所述数据存储模块，存储来源于所述样品、所述稀释用容器以及所述目标培养皿的数据信息和位置信息。

在本实施例中，所述数据读取模块分别与所述数据采集单元5、所述红外检测单元、所述数据存储模块以及所述数据处理模块信号连接，所述数据处理模块分别与所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第一驱动装置、所述第二驱动装置、所述传送模块、所述培养基注入模块以及所述混匀模块信号连接，所述数据存储模块与所述数据读取模块和所述数据处理模块信号连接以供所述控制单元4存储或调用数据信息。

在具体工作中，所述数据读取模块读取所述数据采集单元5采集的位置信息或数据信息以及所述红外检测单元检测的连接信息，并将所获得的上述信息传送至所述数据处理模块；所述数据处理模块根据来自于所述数据读取模块的信息产生一控制信号，并向所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机、所述第一驱动装置、所述第二驱动装置、所述传送模块、所述培养基注入模块或所述混匀模块发送所产生的控制信号，以控制走位动作、液体操作动作或接种操作动作；所述数据存储模块则在整个过程中实时存储所述数据采集单元5采集的信息以及所述数据处理模块发出的各种操作控制信号。

请参考图2、图4和图5。所述吸头单元包括一吸头阵列71和吸头丢弃模块。所述控制单元4能通过控制所述运动单元3的相对所述吸头阵列71和吸头丢弃模块的走位动作，能实现一所述吸头接口30提取或丢弃一所述吸头32。

所述吸头阵列71设置在所述移动盘21上，用于放置多个吸头32。即，所述吸头32跟随所述移动盘21进行y方向位置调节，从而所述吸头接口30相对所述吸头32在x、y和z三个维度上进行相对运动。

所述吸头丢弃模块包括吸头卡口72和回收箱73。所述吸头卡口72设置在所述操作台1上，并且所述吸头卡口72一端的口径小于吸头32上径，另一端通过一丢弃通道连接所述回收箱73。

请参考图1，所述全自动样品处理工作站还具有一操作间9，在所述操作间9上设置有一空气净化单元91和控制按钮92。

通过所述操作间9和所述空气净化单元91，所述全自动样品处理工作站能实现在一密封的环境中进行操作，防止样品被环境污染，提高实验精确度。

在本实施例中，所述空气净化单元91包括离心风机和过滤器。所述控制按钮92包括急停按钮，能实现对所述全自动样品处理工作站的紧急制动，所述全自动样品处理工作站的安全性。

本发明还提供一种利用所述全自动样品处理工作站进行微生物样品处理的方法，其包括如下步骤：

(1)排布容器阵列61和微生物的样品阵列62，并配置稀释液；

(2)读取稀释用容器数据信息和位置信息，并在每一稀释用容器中注入稀释液以形成稀释液阵列；

(3)读取一样品的数据信息和位置信息后吸取所述样品并走位至一稀释液；读取所述稀释液的数据信息和位置信息，在所述稀释液中注入所述样品形成一稀释样品，然后更换吸头32并吸取所述稀释样品并走位至另一稀释液；依次重复上述操作，以形成稀释样品阵列；

(4)读取一稀释样品的数据信息和位置信息后吸取所述稀释样品并走位至所述接种区；读取一目标培养皿的数据信息和位置信息，然后在所述目标培养皿中注入所述稀释样品并进行接种操作；重复上述操作，以将每一所述稀释样品接种于一目标培养皿中。

如图7所示，所述步骤(3)和步骤(4)分别对应第一阶段和第二阶段。在所述第一阶段中，通过所述全自动样品处理工作站的走位和液体操作的控制顺序，能实现对每一个微生物样品的梯度稀释。在所述第二阶段，在每一所述目标培养皿接受所述稀释液样品注入后，所述全自动样品处理工作站能对所述目标培养皿执行后续的接种操作。

需要指出的是：在所述步骤(3)中，执行每一“在所述稀释液中注入所述样品形成一稀释样品”操作动作时，可以通过控制所述吸头32对所述稀释样品进行多次吸取和释放的液体操作动作，实现稀释液和样品充分混合，能减少实验误差。

本发明还提另一种利用所述全自动样品处理工作站进行微生物样品处理的方法，包括如下步骤：

(1)排布容器阵列61和微生物的样品阵列62，并配置稀释液；

(2)读取稀释用容器数据信息和位置信息，并在每一稀释用容器中注入稀释液以形成稀释液阵列；

(3)读取一样品的数据信息和位置信息，然后吸取所述样品并走位至一稀释液；

(4)读取所述稀释液的数据信息和位置信息，在所述稀释液中注入所述样品形成一稀释样品，然后更换吸头后吸取所述稀释样品并走位至另一稀释液；读取所述另一稀释液的数据信息和位置信息，在所述另一稀释液中注入所述稀释样品形成另一稀释样品后走位至所述接种区；读取目标培养皿的数据信息和位置信息，在所述目标培养皿中注入所述稀释样品进行接种操作，在执行至少一次接种操作后更换吸头并走位至所述另一稀释样品；重复上述操作，以将所稀释样品梯度稀释并接种于所述目标培养皿中。

如图7所示，通过调整所述全自动样品处理工作站的动作顺序，所述另一种微生物分离培养方法中能在进行梯度稀释的过程种穿插实现接种操作。在所述步骤(4)中，在每一所述目标培养皿接受所述稀释液样品注入后，所述全自动样品处理工作站能对所述目标培养皿执行后续的接种操作。

图8是再一种利用所述全自动样品处理工作站进行微生物样品处理的流程图。请参考图7和图8，图8中所述微生物样品处理的流程与图7的区别在于：在步骤(4)中的“读取目标培养皿的数据信息和位置信息，在所述目标培养皿中注入所述稀释样品进行接种操作”的操作中，所述全自动样品处理工作站进行了两次所述接种操作，以将所述稀释液样品接种于两个目标培养皿中。

也就是说，在所述步骤(4)中，本发明并没有限定每一所述稀释液样品在所述接种区8执行接种操作的动作次数。也就是说，在所述步骤(4)中，能通过调整所述全自动样品处理工作站的程序，而在步骤(4)中实现，将每一进入所述接种区8内的所述稀释液样品接种于多个目标培养皿中。

针对上述两种利用所述全自动样品处理工作站进行微生物分离培养的方法，需要指出的是：所述接种操作至少应包括提供目标培养皿、将所述目标培养皿传送至所述接种平台、在所述目标培养皿中注入稀释样品、将目标培养皿转送到培养基注入位置、在目标培养皿中注入培养基以及将目标培养皿传送至培养箱等操作过程。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。