实验室液体处理器头部检查平面性引导件的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年7月17日提交的题为“实验室液体处理器头部检查平面性引导件”的美国临时专利申请号62/699511的优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此。

背景技术：

实验室中使用液体处理工具将选定数量的试剂、样品或其他液体分配到在液体处理工具上按x-y平面排列的指定容器中。液体处理器包括带有x-y阵列移液管接收轴的头部。可以将按相同x-y阵列布置的移液管吸头从吸头装载站处的存储托盘装载到轴上。然后，头部可以使移液管吸头在孔板站处排列在孔板中的容器或孔上方移动来吸取液体样品以转移到另一位置。

所有液体处理器共有的问题是，他们需要正确地“框住”。也就是说，当液体处理器的头部到达给定位置(吸头装载站或孔板站)时，头部需要在x和y方向上以及旋转地在x-y平面上相对于下面的目标位置正确定位(或“框住”)。机器框住不良会导致各种问题，比如移液管吸头未正确安装在处理器轴上、吸头未正确进入孔板的目标孔或者当从液体处理器撤出吸头时孔板从其平台抬起。一个相关问题是，在使用移液管吸头时，吸头本身必须是直的，并且它们需要安装成直的，如果在吸头装载站处未正确将头部框到移液管吸头上的话，通常不会发生这种情况。

技术实现要素：

本技术涉及一种用于测量液体处理器中的头部框住和吸头笔直度的系统。本系统使用可压印的测试板，其上表面由粘土或其他无弹性可压印材料形成。可以将测试板放置在液体处理站处。然后可以将移液管吸头装载到头部上，并将头部定位在包括测试板的站处。头部可以在z方向上被致动，以使吸头在测试板的上表面留下印记。然后可以使用包括视觉测量机(vmm)或坐标测量机(cmm)的多种测量技术中的任何一种来分析吸头在测试板上的印记，以确定头部框住对准或未对准。

在实施例中，本技术涉及一种用于液体处理器的测试板，该测试板包括：刚性基座，其配置为具有装配在液体处理器的站处的尺寸；以及柔韧性层，其包括配置为接收位于液体处理器的头部上的移液管吸头印记的表面，所述印记保留在该表面中，用于分析移液管吸头的分配端的位置。

在另外的实施例中，本技术涉及一种用于分配液体样品的液体处理器，包括：用于接收配置成接收液体样品的实验室器具的站；头部，其配置成接收移液管吸头并且朝向和远离所述站平移；以及测试板，包括：刚性基座，其配置为具有装配在液体处理器的站处的尺寸；以及柔韧性层，其包括配置为接收位于液体处理器的头部上的移液管吸头印记的表面，所述印记保留在该表面中，用于分析移液管吸头的分配端的位置。

在另一实施例中，本技术涉及一种用于在液体处理器的站处测量移液管吸头对准的系统，包括：用于接收安装在液体处理器的头部上的多个移液管吸头的分配端印记的测试板；以及执行代码的一个或多个处理器，其配置为：接收移液管吸头印记的位置，确定所述头部相对于所述站的位置误差，以及确定移液管吸头的分配端相对于所述头部的位置误差。

提供本发明内容以简化形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。所要求保护的主题不限于解决背景技术中指出的任何或所有缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了常规液体处理器的视图，其包括头部上的移液管吸头和站上的一件实验室器具。

图2是根据本技术实施例的用于在测试板上获得印记的操作的流程图。

图3示出了根据本技术实施例的站上的测试板的视图。

图4示出了根据本技术实施例的向下降低以与测试板的表面接触的头部上的移液管吸头的视图。

图5示出了根据本技术实施例的测试板，其包括成组移液管吸头的分配端的印记。

图6是示出根据本技术实施例的分析测试板上的印记图案的步骤的流程图。

图7是示出根据本技术实施例的步骤610的附加细节的流程图。

图8是示出根据本技术实施例的与测试板上的印记相对应的点数据集中的每个点的头部/测试板框住误差的图。

图9是示出图8的头部/测试板框住误差的矢量值的图。

图10是示出根据本技术实施例的与测试板上的印记相对应的点数据集中的每个点的头部/吸头误差的图。

图11是示出图10的头/测试板框住误差的矢量值的图。

图12是示出头部/吸头误差的频率/分布图。

图13是示出头部/吸头误差的累积频率/分布图。

图14是能够执行本技术的分析的计算环境的示例的框图。

具体实施方式

大致描述的本技术涉及一种用于测量液体处理器中的头部框住和吸头笔直度的系统。液体处理器可以具有一个或多个站，在该站处定位有一件实验室器具，比如微板，以从安装在液体处理器头部上的移液管吸头接收液体样品。站可以包括用于接收和定位具有由生物分子科学协会(sbs)标准定义的占用空间的一件实验室器具的引导件。本技术提供了包括可压印表面的测试板。可以将测试板放置在站处，并且可以将移液管吸头装载到该站处的吸头上。头部可以在z方向上被致动，以使吸头在测试板的上表面留下印记。然后可以使用包括视觉测量机(vmm)或坐标测量机(cmm)的多种测量技术中的任何一种来分析吸头在测试板上的印记，以确定头部框住对准或未对准。

应该理解的是，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将本发明充分传达给本领域技术人员。实际上，本发明旨在覆盖这些实施例的替代、修改和等同物，其包括在由所附权利要求书限定的本发明的范围和精神内。此外，在本发明的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员将清楚的是，可以在没有这种具体细节的情况下实践本发明。

本文中可能使用的术语“顶部”和“底部”、“上部”和“下部”以及“竖直”和“水平”仅是示例性和说明性目的，并且由于可以在位置和定向上交换所参考的项目，因此并不意味着限制本发明的描述。同样，如本文所用，术语“基本”和/或“大约”是指在给定应用的可接受的制造公差内可以改变指定的尺寸或参数。在一实施例中，可接受的制造公差为±0.25％。

图1示出了常规的液体处理器100，其包括定位在站104处的一件实验室器具102，在该示例中是微板。应该理解，实验室器具可以是多种其他件实验室器具中的任何一种，例如包括具有移液管吸头的实验室架、其他类型的板等。另外，尽管图1示出了具有特定sbs占用空间的实验室器具102和站104，但应当理解，在另外的实施例中，实验室器具102和站104可以具有其他占用空间(sbs或其他)。

液体处理器100还包括头部106，其上定位有多个移液管吸头108，用于将液体样品分配到实验室器具102的孔110中。特别地，头部106安装在驱动器(未示出)上，该驱动器使头部106和移液管吸头沿z方向向下平移，直到移液管吸头的底端与实验室器具102的表面相邻。移液管吸头的底端在本文中称为移液管吸头的分配端。在移液管吸头的分配端位于实验室器具处的情况下，在移液管吸头108的上端施加压力(或去除负压)，以将液体从移液管吸头108分配到实验室器具102的各个孔110中。

如在背景技术部分中指出，相对于移液管吸头108正确地对准或框住实验室器具102是重要的。头部106与实验室器具102的未对准或者移液管吸头108的分配端与头部106的未对准会导致液体分配到错误的孔110中或者分配到孔110之间的侧壁上。

因此，根据本发明，可以执行校准过程以确定头部106与实验室器具102的任何未对准和/或移液管吸头108与头部106的任何未对准。现在将参照图2的流程图和图3-5的视图来解释校准过程。在步骤200，可以准备测试板。在图3中示出了测试板120的示例，该测试板可以包括刚性基座122，在其上设置有柔软的可压印层124。

刚性基座可以具有与在特定站104处使用的实验室器具102相同的sbs占用空间。不同尺寸的基座122可以用于不同的sbs占用空间站104。在实施例中，基座122本身可以是一件实验室器具102，在其顶部上形成柔软的柔韧性层124。在另外的实施例中，基座122可以简单地是具有配置用于站104的占用空间的板。

柔软的柔韧性层124可以具有无弹性可变形的表面126，这意味着，当在表面126中制成一个或多个印记时，这些印记会保留，直到执行平滑处理以再次平坦化表面126。柔韧性层的一种合适材料是粘土，尽管可以考虑使用其他材料。基座122和柔韧性层126可以一起具有在0.25到1.0英寸之间的厚度，但是可以比其他实施例中的厚度更厚或更薄。

在步骤202，可以将测试板120定位在如图3所示的站104处。可以将测试板120对准到站104上的已知位置，例如将测试板的一个角正方形地定位成与站104的一个角接触。虽然图3-5示出了具有特定sbs占用空间的测试板120和站104，但应当理解，在另外的实施例中，测试板120和站104可以具有其他占用空间(sbs或其他)。站104可以包括引导件130，其在附图中示意性地示出，用于使测试板120(和实验室器具102)在站104处的适当位置处居中。引导件130可以具有一些公差(即可以稍微大于站104的sbs占用空间)，这可能是未对准的原因。

在步骤204，可以用移液管吸头108装载头部106，并且在将测试板120定位在站104处的情况下，可以在步骤208降低头部106和移液管吸头108，如图4所示。头部可以降低到直至移液管吸头108的分配端接触表面126并在其中留下印记132。然后在步骤210可以升高头部106和移液管吸头108，如图5所示。头部106的运动可以由软件算法控制，其控制头部的降低和升高以相对于测试板120的表面126留下所需深度的印记。在实施例中，该深度可以是1/16至1/8英寸，但在其他实施例中，该深度可以更大或更小。

在步骤200-210完成时，印记提供移液管吸头108的分配端到测试板120并延伸到站104的位置的实际指示。如果使用标准数量的移液器吸头，可能会有384或96个这种印记的矩形网格。

接下来可以在步骤212分析印记的位置，以确定移液管吸头的分配端的实际位置与移液管吸头的分配端的期望位置的对准/未对准。该分析可以进一步指示给定的移液管吸头与预期位置的任何未对准是否是由于头部/站未对准或头部/吸头翘曲引起的。现在将参考图6-7的流程图和图8-13的图表和曲线图来解释步骤212的分析的更多细节。

在步骤600，光学测量测试板的位置和占用空间。步骤600和随后的步骤中的光学测量可以通过包括视觉测量机(vmm)或坐标测量机(cmm)的各种测量技术来执行。站的中心是已知的。使用测试板的测量的占用空间，在步骤604确定测试板参考系统的中心和定向，并将其指定为原点(坐标(0，0))。测试板参考系统的中心可以任意地定位在某个其他点，比如在测试板参考系统的左下角。

在步骤606，相对于测试板参考系统光学地确定每个单独印记的位置。这些位置表示测试板120的表面126的平面中每个印记的x，y位置的2d数据集。作为示例，在384通道的情况下，在al(图5中的板的左上角)处的印记相对于测试板的中心应位于[-51.75mm，+33.75mm]处。其右侧(位置a2)的印记应位于[-47.25mm，+33.75mm]。依此类推，如果在384格式的环境中，每个移液管吸头都遵循吸头(或孔)之间的理想4.5mm间距。印记132的实际位置可以并且可能将与理想的预期位置不同。作为另一示例，在96通道的情况下，位于a1处的印记应位于[-49.5mm，+31.5mm]，位于a2处的印记应位于[-40.5mm，+31.5mm]，依此类推，在96通道的环境中遵循理想的9mm间距。

在步骤610，使用数据集中的所有2d数据点，开发新的参考系统，其独立于测试板并且仅参考印记数据点。该参考系统在本文中称为点参考系统。每个数据点代表测试板120上的每个印记的(x，y)坐标。点参考系统的确定是基于这样的假设，即在整个吸头架上的任何吸头翘曲均是随机定向的。也就是说，在一组移液管吸头上，任何给定的移液管吸头在架中“向北”翘曲的可能性与“向南”(或“向东”或“向西”等)翘曲的可能性一样。如本文所用，吸头翘曲可以包括所述移液管吸头和/或以一定角度偏斜固定到头部的直移液管吸头的弯曲。使用该假设，可以在步骤610确定点参考系统。现在将参考图7的流程图来说明步骤610的更多细节。

在步骤700，确定数据点集的中心。这可以通过获取数据集中的所有数据点的平均x坐标位置和平均坐标位置来完成。如果所有数据点都完全对准其理想位置，则这些点将相对于sbs测试板占用空间全部在几何上平均为(0,0)。实际上，这是不可能的。

在步骤702，例如使用回归最佳拟合分析来确定数据集的实际x和y轴。目的是数据点不太可能与测试板的x和y轴完全对正。实际轴将旋转一定量。在步骤702确定该量。

再次参考图6的流程图，在步骤612确定测试板参考系统(步骤606)和点参考系统(步骤610)之间的差异。该差异提供了头部/测试板框住误差。头部/测试板框住误差包括x位置、y位置以及相对于给定头部位置的理想位置围绕测试板的x，y平面旋转的误差。也就是说，测试板120相对于头部106偏离位置(相对于理想位置)有多远。

头部/测试板框住误差可被视为“系统”框住误差，因为它不仅包括头部本身的框住误差(通常的“头部框住”)，还包括测试板位置误差。滤除测试板定位误差并隔离/识别真实头部框住误差的简单方法是完全消除板定位误差。这可以通过制造定制的测试板来完成，该测试板的sbs占用空间与站104处的引导件130提供的sbs袋尺寸相匹配。具有该sbs占用空间的测试板在站处的游隙为零且理论上板位置误差为零。因此，由于头部位置的错误，识别出的任何头部/板框住误差都是真正的头部位置误差。

通过多次运行图6的上述步骤，将测试板推入sbs袋的一个角，然后再次多次运行图6的上述步骤，将测试板推入相对的角，并平均出头部/板框住误差结果，可以在不制成定制装配板(即使使用松装配板)的情况下实现类似的效果。

在确定头部/测试板框住误差的情况下，接下来可以确定每个移液管吸头相对于头部的个体误差(翘曲)。该确定提供头部/吸头误差(步骤616)。在步骤616，相对于点参考系统确定每个数据点(每个印记)的位置。特别地，当在步骤606最初测量数据点的位置时，相对于测试板参考系统测量它们的位置。在步骤616相对于点参考系统确定这些位置。

这样做可以滤除头部框住误差。也就是说，相对于整个数据集的预期理想位置，正在检查每个数据点的各个实际印记位置。头部/吸头误差提供了每个单独移液管吸头的实际翘曲。测试板相对于头部的位置不影响该分析。

作为示例，如上所述，相对于点参考系统，在a1(在图5的384吸头环境中)的印记预期为处于[-51.75mm，+33.75mm]，并且预期a2的印记在x方向上为4.5mm等。例如，如果确定al的实际位置位于[-51.69mm，+33.78](相对于点参考系)，则确定al处的移液管吸头的分配端偏离位置[+0.06mm，+0.03mm]。使用三角学和勾股定理，可以确定矢量，给出吸头在al处的翘曲的角度和大小。

对其余数据点执行步骤616，以确定测试板120上的剩余印记132的头部/吸头误差。有了头部/测试板误差和头部/吸头误差，可以确定和/或推断各种信息。例如，从统计角度来看，除了各个移液管吸头的翘曲外，还可以确定所有移液管吸头上的平均翘曲、哪些移液管吸头的翘曲最差，并且可以将数据分解为分布图以表征给定的移液管吸头架的翘曲。此外，可以绘制所有误差矢量图，以确定是否存在任何图案。

图8是示出在测试板120上的印记132的一个示例中的头部/板框住误差的数值的图表。在每个点处的头部/板框住误差包括头部框住误差、板定位误差和头部/吸头误差。除了示出的数值外，数据集中较暗的阴影点还表示较高的头部/板框住误差。图9是另一图表，其示出了图8的示例中的头部/板框住误差的矢量值。

图10是使用与图8相同的数据的图表，但仅示出了头部/吸头误差(即滤除了头部/板框住误差)。如上所述，除了所示的数值外，数据集中的较暗阴影点还表示较高的头部/吸头框住误差。图11是另一图表，其示出了图10的示例中的头部/吸头框住误差的矢量值。可以对图8-11的图表进行图案分析，从而可能会产生有关头部/吸头框住误差结果的信息。

图12和13示出了可以从图8-11的图表中收集的附加信息。图12示出了由翘曲引起的吸头位置误差的频率/分布。在图12的图表中，头部框住和板定位误差被滤除。图13还示出了由翘曲引起的吸头位置误差的频率/分布，但在数据集中的所有点上都是累积的。

由测试板120提供的信息和图6-13所示的分析可以为技术人员提供相对于液体处理器站104处的实验室器具102更好地定位移液管吸头108的能力。例如，头部/测试板框住误差可以用于校正头部106相对于站104的位置。另外，在测试板印记132指示头部/吸头翘曲误差的一致图案的情况下，这可以用于校正将移液管吸头装载到头部上的过程。

在完成对测试板120上的印记132的位置的分析之后，可以例如使用辊将测试板的上表面压平，使得测试板120可以在进一步的框住分析中重新使用。

图14示出了能够执行如上所述的测试板120的分析的计算环境300的细节。在实施例中，计算环境300可以被合并到视觉测量机(vmm)或坐标测量机(cmm)中，用于确定头部框住对准或未对准。在另外的实施例中，计算环境300可以与vmm和/或cmm分离，并且可以从vmm和/或cmm接收信息。

计算环境300的部件可以包括但不限于处理器302、系统存储器304、计算机可读存储介质306、各种系统接口和联接各种系统部件的系统总线308。系统总线308可以是多种类型的总线结构中的任何一种，包括使用各种总线架构中的任何一种的存储器总线或存储器控制器、外围总线和局部总线。

计算环境300可以包括计算机可读介质。计算机可读介质可以是计算环境300可以访问的任何可用的有形介质，并且包括易失性和非易失性介质、可移除和不可移除介质。计算机可读介质不包括有形介质中未包含的瞬态、调制或其他传输的数据信号。系统存储器304包括易失性和/或非易失性存储器形式的计算机可读介质，比如rom310和ram312。ram312可以包含用于计算环境300的操作系统313。ram312还可以执行一个或多个应用程序314，包括例如策略代理140。计算机可读介质还可以包括存储介质306，比如硬盘驱动器、光盘驱动器和闪存驱动器。

计算环境300可以包括用于数据和信息的输入和输出的各种接口。输入接口316可以从包括触摸(在触敏屏的情况下)、鼠标324和/或键盘322的不同源接收数据。可以提供视频接口330以与触摸屏331和/或监视器332(比如显示器160)接口。可以提供外围接口336以支持外围设备，包括例如打印机338。

计算环境300可以使用与一台或多台远程计算机344、346的逻辑连接，通过网络接口340在联网的环境中操作。与计算机344的逻辑连接可以是局域网连接(lan)348，并且与计算机346的逻辑连接可以经由因特网350。其他类型的联网连接也是可能的，包括如上所述的宽带通信。应当理解，以上对计算环境300的描述仅是示例性的，并且除了或代替以上描述的那些部件之外，还可以包括多种其他部件。

已经出于说明和描述的目的给出了本发明的前述详细描述。并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。根据以上教导，许多修改和变化是可能的。选择所描述的实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够在各种实施例中以适于预期的特定用途的各种修改来最好地利用本发明。本发明的范围旨在由所附的权利要求书限定。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于液体处理器的测试板，该测试板包括：

刚性基座，其配置为具有装配在液体处理器的站处的尺寸；以及

柔韧性层，其包括配置为接收位于液体处理器的头部上的移液管吸头印记的表面，所述印记保留在该表面中，用于分析移液管吸头的分配端的位置。

2.根据权利要求1所述的测试板，其中，所述基座具有与生物分子科学协会标准的占用空间一致的占用空间。

3.根据权利要求1所述的测试板，其中，所述基座是配置为在所述液体处理器处接收液体样品的一件实验室器具。

4.根据权利要求1所述的测试板，其中，所述柔韧性层由粘土形成。

5.根据权利要求1所述的测试板，其中，所述柔韧性层配置为接收384个印记。

6.根据权利要求1所述的测试板，其中，所述柔韧性层配置为接收96个印记。

7.根据权利要求1所述的测试板，其中，所述柔韧性层配置为在接收到所述印记之后被卷成平坦的。

8.一种用于分配液体样品的液体处理器，包括：

用于接收配置成接收液体样品的实验室器具的站；

头部，其配置成接收移液管吸头并且朝向和远离所述站平移；以及

测试板，包括：

刚性基座，其配置为具有装配在液体处理器的站处的尺寸；以及

柔韧性层，其包括配置为接收位于液体处理器的头部上的移液管吸头印记的表面，所述印记保留在该表面中，用于分析移液管吸头的分配端的位置。

9.根据权利要求8所述的液体处理器，其中，所述基座具有与生物分子科学协会标准的占用空间一致的占用空间。

10.根据权利要求8所述的液体处理器，其中，所述基座是配置为在所述液体处理器处接收液体样品的一件实验室器具。

11.根据权利要求8所述的液体处理器，其中，所述柔韧性层由粘土形成。

12.根据权利要求8所述的液体处理器，其中，所述柔韧层配置成在接收到所述印记之后被卷成平坦的。

13.根据权利要求1所述的液体处理器，还包括：

执行代码的一个或多个处理器，其配置为：

接收移液管吸头印记的位置，

确定所述头部相对于所述站的位置误差，以及

确定移液管吸头的分配端相对于所述头部的位置误差。

14.根据权利要求13所述的液体处理器，其中，为了确定所述头部相对于所述站的位置误差，所述一个或多个处理器还配置为：

确定所述站处的测试板的中心和x，y轴，所述x，y轴彼此正交，

确定所述测试板上的点的中心和x，y轴，所述x，y轴彼此正交，

确定所述测试板的中心与测试板上的点的中心之差，以确定测试板的中心与测试板上的点的中心的线性偏移，以及

确定所述测试板的x，y轴与测试板上的点的x，y轴之间的角度差，以确定测试板的x，y轴与测试板上的点的x，y轴的旋转偏移。

15.根据权利要求14所述的液体处理器，其中，为了确定所述移液管吸头的分配端相对于所述头部的位置误差，所述一个或多个处理器还配置为使用所述测试板上的点的确定位置来确定测试板上的每个点相对于测试板上的每个点的预期位置的偏移。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述测试板上的成组点的偏移的图案指示所述移液管吸头使在成组点中的点的翘曲。