在化验室自动系统与用来处置在分子生物学领域中的可消耗品和液体的平台之间的接口设备

本发明涉及一种在化验室自动系统与平台之间的接口设备，该平 台用来处置在分子生物学领域中的可消耗品和液体。

分子生物学是生物学的分支，它在基本生理学分子机理水平上研 究生物，特别是集中在大分子，即核蛋白和酸(DNA和RNA)，之间 的相互作用上。分子生物学常常意味着用来提纯、处置、放大(PCR， 聚合酶链锁反应)、探测、化验及拷贝(克隆)核酸的一系列技术。

这样的操作使用复杂设备在高度专业化的化验室中进行，这些复 杂设备对生物材料样本进行操作，这些生物材料样本事先从病人适 当地收集，因而进行以上列出的适当处理操作，以便获得结果和发 布医学报告。

典型地，这种类型的化验循环可能甚至持续几个小时，因为非常 经常必要的是，等待对在检验器之一中的样本进行生物化学反应， 这有时需要非常长的时间完成。

已知系统具有平台，这些平台容纳生物材料样本，并且将内容分 配到特定容器(典型地微量滴定板或反应试管)中，这些容器在行业中 称作“消耗品”，因为它们是一次性器具，这些一次性器具在已经完 成对它们保持的样本的处理操作之后必须扔掉。

分离借助于移液管而发生，联接到适当附件上的这些移液管收集 生物样本，以便将它确定路径到上述板的壳体(叫做井)中，这些附件 连接到机械手臂上。典型地同时来自几个试管的特定移液管组与每 种液体收集操作相关联，该特定移液管组对于任何以后液体收集操 作立即用另一组替换；因而，显然的是，它们也是可消耗的产品， 或者简单地可消耗品。

对于已经转移到板的样本的其它操作可以在这样的平台上进行， 像例如添加试剂(同样借助于移液管)、板的离心分离和密封；这些在 所有情况下是对于化验本身的预备操作。

的确，只有在以后时间处，包含样本的板，在已经便利地借助于 条码阅读器识别之后，才确定路径到特定自动系统，该特定自动系 统用来容纳这样的板，并且将这样的板向布置在下游的其它自动或 化验装置运送。

问题出现在已知技术方案中，因为它们要求操作人员的强制存 在，该操作人员将试管人工加载到平台上，这些试管典型地容纳在 特定多井容器中。

这样的多井容器可以具有不同尺寸，并因而包含任何数量的试 管，但显然的是，在所有情况下需要操作人员的存在，以按照平台 的工作时间，人工地一个接一个地加载容器。这从在化验室中人力 资源管理的观点看效率特别低，因为它强迫操作人员在所有时间都 知道和记住，每当以前容器的处理完成时就加载新容器；因此，操 作人员不能持续地集中在其它化验室活动上。

甚至更显著的缺点由如下事实确定：关于这样一种人工加载，试 管保持阻塞在平台上、在容器中，直到在平台本身中完成在单一多 井容器中包含的全部样本的处理，即直到操作人员可将这样一个容 器用新容器替换。

这样一种处理如提到的那样，可待续甚至几个小时，并且考虑到 一个容器接一个容器，这因而意味着不可忽视的低效率、和时间的 急剧增加；此外，在平台中阻塞的样本，除从它们收集生物材料的 少量瞬间之外，大都正保持在平台上而不经历其它操作。

从人工加载导出的进一步缺点是差错的可能性，这具有例如从 “不正确”样本的化验导出的严重后果。

本发明的目的是，提供一种用来将生物样本自动加载到平台上的 设备，这些生物样本像在分子生物学领域中使用的那些样本，因而 使负责的化验室操作人员解除这项任务，这些化验室操作人员那么 可以集中在其它活动上，因而在寻求较大效率的范围中降低差错的 可能性，即大多数操作的完全化验室自动化(TLA)。

换句话说，目标是一种轻易系统，在这种轻易系统中，操作人员 只需要建立系统的这个部分，该系统包括机器，这些机器进行典型 的分子生物学活动；一旦系统已经启动，系统的上述部分必定能够 自主地管理各种机器的运动，而不需要任何人工干预，这些机器形 成系统。

本发明的另一个目的是提供一种设备，这种设备防止样本在平台 中阻塞数小时，而不顾如下事实：个别地考虑的来自每一个的生物 材料的实际收集事实上只持续几秒。换句话说，必要的是，优化收 集过程，并因而在收集之后几乎瞬间使样本摆脱与平台的相互作用。

这些和其它目的由一种设备实现，这种设备用来自化验室自动系 统的生物材料自动地填充板的井，并且用来将所述板自动地向所述 生物材料的处理模块确定路径，该化验室自动系统用来运送在试管 中包含的生物样本或试剂，这种设备的特征在于，它包括平台，该 平台介入在所述化验室自动系统与消耗产品的处置系统之间，该平 台包括水平过梁，第一机械手和第二机械手滑动地安装在该水平过 梁上，第一机械手设有移液管的抓取装置，这些移液管适于收集和 释放生物材料或试剂，并且第二机械手设有消耗产品的抓取装置， 所述自动系统包括控制板，该控制板与所述平台的控制板相互通信， 从而从自动系统收集生物材料或试剂的操作对于可变数量的试管可 同时进行，该可变数量最多与所述第一机械手的所述抓取装置的数 量相等。

本发明的这些和其它特征由其实施例的如下详细描述将变得更 清楚，该实施例作为非限制性例子表示在附图中，在这些附图中：

图1表示根据本发明的设备的第一实施例的立体图；

图2表示在图1中的设备的平面图；

图3表示在图1中的设备的前视图；

图4表示根据本发明的设备的第二实施例的细节的立体图。

分子生物学平台1布置在化验室中。

平台1包括表面2，该表面2具有用于板4的一系列壳体3；这 样的壳体3不是都相互等效，因为每个壳体可以与对于生物材料的 特定处理操作相对应，该生物材料包含在相应板4中，该相应板4 根据相对于表面2的位置而容纳在壳体3中。在图1中，一些壳体3 容纳板4，而其它是空的。

板4包括一系列壳体或井41，这些壳体或井41适于容纳生物材 料。

平台1同样沿表面2另外设有一些装置5，这些装置5可以对板 4进行各种类型的操作，例如板4本身的密封或离心分离。

平台1顶上有水平过梁6，两个机械手7、8联接在该水平过梁6 上，这两个机械手7、8沿所述过梁6滑动。抓取装置9，即指状物， 连接到第一机械手7上，每个指状物用来与移液管10相联接，这些 移液管10在各种操作步骤期间或者收集或者释放液体，如下面更详 细解释的那样。第二机械手8代之以具有抓取装置11，该抓取装置 11用来联接到移液管10的板4和容器100上，并且因此沿平台1但 也在平台进口和出口处输送这些板4和容器100，即更一般地输送消 耗产品。

与平台1相似的已知设备在专利EP-1627687中描述。

平台1借助于所述过梁6既与化验室自动系统12(类似于在专利 EP-2225567中由本申请人描述的系统)又与系统14接口，该化验室 自动系统12用来处置生物制品容器或试管13，该系统14用来处置 消耗产品4、100。板4可在系统14中运动，这些板4或者是空的， 或者包含生物材料，该生物材料适于由化验模块18处理和化验。

在如下描述中，我们将只检查平台1与系统12和系统14的接口， 考虑到根据每个化验室的操作体积，按照手中生物样本的数量，多 于一个平台1可以使用，并且与多于一个系统12、14接口。

化验室自动系统12包括主巷道15和副巷道16，沿该主巷道15 和副巷道16，如果它们必须与平台1接口，则在试管13中包含的生 物样本转移到第一转向点24的高度。

在图4中表示的第二实施例中，自动系统12包括进一步副巷道 160，该进一步副巷道160容纳进一步试管130，该进一步试管130 在第二转向点240处转移，为了下面更详细解释的目的。超声波传感 器22在这样一种进一步副巷道160附近存在，该超声波传感器22 可鉴别生物样本的液位，该生物样本包含在沿进一步副巷道160的试 管130的每一个中。

可消耗品的处置系统14相对于与自动系统12接口的一侧布置在 平台1的另一侧上，消耗产品的一个或多个存储装置17(图2)，即容 器(在现有技术中常常称作旅店)，连接到该消耗品处置系统上，该一 个或多个存储装置17具有搁架，这些搁架可容纳移液管10的容器 100或以后要填充有生物材料的空板4。一般地，这样的存储装置17 因而包含消耗产品4、100，这些消耗产品4、100当需要时，选择性 地确定路径(借助于绕装置本身的竖直轴线的转动、和用来使形成它 的各种搁架运动的机构)到消耗品处置系统14，然后由第二机械手8 收集，并且定位在平台1上。

可操作地，机械手8从系统14抓取空板4和新移液管10的容器 100，因而将它们定位在平台1上在不同壳体3中。

包含待收集的主要样本的试管13在第一转向点24处，适当地从 自动系统12的主巷道15转移到副巷道16。这样的试管13的第一个 由停止门19(图2)停止，并且以后试管在它之后排队。在已经转移必 需数量的试管13之后，第一机械手7从沿平台1的壳体3致动和抓 取数量与试管13相等的移液管10，这些试管13沿副巷道16排队。

因而，该技术方案可适应同时抓取可变数量的移液管10，同时 考虑到：有由移液管10的数量建立的最大数量，这些移液管10可以 容纳在容器的同一排上，该容器容纳它们；并且这样一个数量也是 试管13的最大数量，从这些试管13可同时收集生物材料。移液管容 器10的标准尺寸，如板4的尺寸那样，通常具有布置在八排上的九 十六个井。适当地，连接到第一机械手7上的抓取指状物9的数量因 而等于最大数量(即，在图1中表示的实施例中的八个)。

如下事实是在自动系统12的控制板20与平台1的控制板21之 间的软件接口的结果，该事实是：沿副巷道16一获得适当数量的试 管13，就致动第一机械手7，以有利于移液管10的抓取。

这样一种接口可以经CAN网络和CANopen型通信协议进行， 并且是双向的，因为在这种情况下，控制板20控制平台1的(并且特 别是第一机械手7的)操作，并且按相同方式，一旦收集已经发生， 控制板21就控制试管13的释放，这些试管13以前沿系统12在停止 门19上阻塞。

更一般地，在系统12与平台1之间，有借助于控制板20和21 的连续信息交换；例如，平台1可能要求生物材料从给定数量的主 要样本的收集，并因而发送使给定数量的试管13转移到自动系统12 和从每一个试管必须收集的样本的体积的请求。

依次，如提到的那样，自动系统12通知平台1何时适当数量的 试管13已经沿副巷道16转移，从而平台1可启动第一机械手7，并 且收集主要样本。详细地说，借助于第一机械手7的指状物9从特定 移液管容器100抓取适当量的移液管10，该特定移液管容器100布 置在壳体3之一中，该第一机械手7竖直地运动，并且耦合移液管 10。以后，第一机械手7定位在竖直线上在副巷道16上方，该副巷 道16容纳具有主要样本的试管13。在这样一种移动期间，指状物9 借助于适当开扇装置91如扇子那样打开，从而每个单一移液管10 也在相对于每个停止试管13的竖直线上。

在这时，指状物9降低，并且从每个试管13中收集适当体积的 样本(图1)。

收集的样本然后由第一机械手7运送，并且卸载到板4的同一排 的各个井41中，以经历新操作(例如，试剂的添加)，这些新操作从 时间的这个瞬间起由平台1部分地或完全地管理。试剂的确包含在 不同壳体3中的不同板42上。

值得注意的是，将移液管10在每个生物材料或试剂收集操作的 结束处更换；更明确地说，机械手7首先将本身定位在平台1的篮筐 71上方，并且通过致动指状物9的抓取装置的释放而卸载用过的移 液管10；机械手7然后将本身定位在容器100上-该容器100包含新 移液管10，并且操作所述新移液管10的指状物9的抓取。

同时，试管13通过缩回停止门19而释放(如提到的那样，由于 从平台1的控制板21到系统12的控制板20发生的传送收集信息)， 并因而可以返回到主巷道15，以向化验室自动系统12的其它点确定 路径，从这些试管13收集了生物材料。

在新试管13的到达时，从这些新试管13必须收集生物材料，这 些新试管13沿副巷道16转移，并且在由指状物9抓取的同时，它们 的内容由新移液管10收集，并且卸载到井41中，这些井41属于板 4的下一排。

如已经提到的那样，在平台1的基座处布置的壳体3之一-在已 知技术方案中-专用于壳体板42，这些壳体板42具有井43，这些井 43包含不同的试剂，该试剂添加到生物材料样本中，这些生物材料 样本新卸载到板4的井41中；这有助于对于生物样本的给定化学反 应的发生，特别是，促进在板4确定路径到适当器具18之后，以后 待分析的DNA分子的分离，这些适当器具18布置在板处置系统14 的下游。

当这样的试剂井43从开始已经定位在平台1上时，在已知技术 方案中只有批量处理是可能的，因为在井43中的试剂量校准成对于 限定数量的样本是足够的，该限定数量便利地是试管13的最大数量 的倍数，生物材料可同时从这些试管13收集，如以上描述的那样。

假定有八个这样的样本，批量处理可能意味着，试剂量例如对于 二十四个样本，即对于三个以后收集循环，是足够的。

这在如下情况下特别不方便：主要试管13的数量高于这个数量， 从这些试管13中收集生物样本，因为在已经完成处理最初二十四个 样本的操作之后，对于以后两个没有试剂，并因此必须等待由操作 人员对试剂井43的新人工填充，这可能仅在平台1的操作循环的结 束处才发生，该操作循环如提到的那样可能持续数小时。

在化验室自动系统12与平台1之间的接口也允许克服这种批量 处理限制，因为可能的是，使也填充有试剂而不是生物材料的试管 13沿系统12行进；因此，通过将适当数量的试剂试管13沿副巷道 16转移，可按以上对于主要样本描述的同一方式收集试剂。由此， 可能的是，将校准的试剂量添加到实际数量的试管13中，而不必按 批量处理，从这些试管13中收集生物样本。

第二实施例(图4)代之以涉及所谓的汇集程序，这意味着使来自 各个个体的生物样本在单一试管中共享。

这有助于创建在少量试管中尽可能收集最多不同样本的血库，对 于这些试管进行最初适当分析，该最初适当分析涉及特定病毒的存 在，如人免疫缺陷病毒(HIV)、人乳头瘤病毒(HPV)、或疱疹单纯病 毒的存在。

除正常化验室分析例行程序之外，这个程序便利地应用于预备化 验，该预备化验对于来自各个供血者的样本(或对于其它生物材料) 进行。

的确，熟知的是，上述病毒的存在一般在正常化验室分析例行程 序中相当少地探测到，并且在表达他们给出血液的意图、并因此相 信是健康的个人中甚至更是如此；因此，优选的是，将试管确定路 径到用来鉴别这样的类型的病毒的特定化验模块，该试管也包含混 合在一起的几个不同个人的生物试样。这通过提供待由模块化验而 化验的共享样本而节省时间和资源，并因而快速地允许达到如下确 定性：在阴性结果的情况下，个人都没有上述病毒(一种或多种)，这 些个人的样本在试管中。

按这种方式，对于这样的给定的病毒的存在的预备筛选比将单一 试管专用于每个样本被迅速得多地确定。自然，在阳性响应的情况 下，必须立即命令这时对单一试管进行更详细化验，对于形成以前 混合试管的那些人的每个样本一个试管，从而发现哪个样本，即哪 个个人，具有探测到病毒。自动系统12通过将待按较大深度分析的 样本向适当模块定路径，可管理这种类型的情形的临界性，这些适 当模块沿系统12本身的路径布置在化验室中。

为了进行这样一种汇集程序，将给定数量的处置装置沿进一步副 巷道160(图4)在第二转向点240处转移，这些处置装置包含空试管 130(“子试管”)。在表明的实施例中，因为下面将说明的原因，这样 一个数量按照平台1的移液管10的数量，同样等于八。显然，也在 这种情况下，这样的空试管130的第一个由停止门190停止，并且以 后试管在它之后排队，这些空试管130沿副巷道160转移。

同时并且按与以上在第一实施例中描述的方式相似的方式，将处 置装置(在这个实施例中同样是八个)沿副巷道16转移，这些处置装 置包含满试管13(“母试管”)，这些满试管13的每一个运送仅来自一 位病人的生物样本。

以后，如以前那样使用移液管10收集生物材料，该生物材料包 含在母试管13中，该生物材料这时卸载到对准的相应子试管130中， 而不是卸载到在平台1上的板4上，这些相应子试管130是空的，并 且沿副巷道160等待。

在这样一种操作的结束处，母试管13通过缩回停止门19而释放。 以后，当八个新处置装置已经沿副巷道16进一步转移，并且已经停 止在门19处正在等待时，内容同样借助于其它移液管10收集，并且 卸载到相同子试管130中，这些子试管130同时没有释放，不像母试 管13的以前批量。

子试管130因此对于每个循环，借助于来自互不相同母试管 13(和因而个人)的给定量的生物材料的每一种的添加而逐渐填充。它 因而导致，每个子试管130包含总样本，该总样本简单地是来自不同 母试管13的相等数量样本的混合物。

在生物材料从母试管13到子试管130的每个卸载操作的结束处 致动超声波传感器22，以每次探测每个子试管130的填充液位，直 到在给定数量的填充操作之后产生“满试管”信号，这以后由停止门 190释放子试管130；试管因此沿自动系统12的主巷道15返回，以 然后确定路径到适当模块，这些适当模块用来识别给定病毒，如提 到的HIV、HPV或HSV，在混合样本中的存在，这些混合样本包含 在这样的每个子试管130中。

假定子试管130只在已经卸载十六个不同母试管13的内容之后 才充满，显然的是，子试管130、90当它们最后从停止门190释放时， 每个包含来自十六个不同个人的样本；此外，由于每个进来样本与 不同个人相关联，所以，在八个子试管130的每个释放处的总量是 16×8＝128个人。因此容易理解，一旦已经将它们定路径到HIV、HPV 或HSV化验模块，如何允许具有混合样本的这样的子试管130组合 对于大量个人的化验(至少就预备筛选而论)，因而节省时间和资源。

因而，根据本发明的革新方面之一是，从试管13收集生物样本 或试剂(待定路径到分子生物平台1，或者只在样本的情况下确定路 径到沿汇集巷道等待的其它试管130)的可能性，这些试管13如果需 要，则沿自动系统12的副巷道16转移，并且然后在少量瞬间之后从 上述收集释放，能够返回到沿系统12的循环中，并且可能立即确定 路径到新自动模块或检验器，这些新自动模块或检验器与系统12本 身接口。

因此，试管13绝不离开自动系统12；这在已知技术方案中不发 生，在这些已知技术方案中，包含生物材料的试管以巨大量容纳在 特定容器中，该特定容器然后由操作人员人工插入在平台1上。不 利地，按这种方式，全部数量的试管在由操作人员再次人工除去并 且用另一个替换之前，必须在平台1上等待操作循环完成。这意味 着，最初试管在所有情况下必须等待对最后试管进行的操作，因而 等待对收集样本进行的以后处理操作，并且不仅仅等待收集操作， 这可能持续数小时，从这些最初试管中收集生物材料，这些最后试 管分配在同一容器中。以相同方式，后者尽管较晚到达，但之前， 即在收集最初试管的同时，保持停止在平台上已经很长时间。简短 地说，除少量瞬间之外-在这些瞬间期间收集样本，试管在已知技术 方案中保持闲置地停止在平台1上。

便利地，平台1与自动系统12的接口允许也包含试剂的试管13 与生物材料样本相组合，从而给定化学反应发生在板4的井41中， 这些板4沿系统行进。使必需试剂仅当需要时在平台1中按这种方式 逐渐可得到。这允许克服由试管的批量处理的约束代表的限制，该 约束由在平台1中具有固定量的试剂的事实导出，该固定量的试剂 对于预定量的样本还是足够的。

一般地，在根据本发明的技术方案中的操作过程的自动化较高， 因为操作人员的存在不再是必要的，该操作人员用待在平台1上处 理的新容器人工替换试管13的容器，对于这些试管13已经完成处理。 因此，这是一种轻易系统，在这种轻易系统中，操作人员可以短暂 地离开涉及的机械，并且集中在化验室的其它任务上。便利地，有 差错的急剧减少、或完全消除，这些差错由操作人员通过人工重复 性操作而引起。

这落在对于完全化验室自动化(TLA)、和因而化验室的较高效率 的日益迫切研究的范围内，因而大体消除人为差错的可能性，在该 化验室中进行分子生物有关活动。

如此设计的本发明易受多种变化和变更，这些变化和变更都落在 本发明概念的范围内。

在实际中，使用的材料以及形状和尺寸根据需要可以是任一种。