CN107144691B - 一种基于多机械臂系统的高通量筛选系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多机械臂系统的高通量筛选系统，属于生物技术领域。本发明所述系统包括有第一机械手、取样机、加样机、洗板机、酶标仪、第二机械手、离心机、深孔板库、浅孔板废料桶、浅孔板库、针板废料桶、针头库、深孔板废料桶、收集盒。本发明是用于高通量筛选微生物菌种的高自动化系统，通过建立微生物菌种库自动化高通量筛选流程，节省人力与能源消耗，有效的完成对目标菌种的筛选。本发明的目的在于实现高通量筛选实验的自动化与智能化，有效提高实验精度、可靠性及实验效率，促进我国微生物、药物高通量筛选技术的进步和发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于多机械臂系统的高通量筛选系统，尤其是立足于微生物选育和机器人技术的基于多机械臂系统的高通量筛选系统，属于生物技术领域。
背景技术
高通量筛选技术是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据并经计算机分析处理，在同一时间对大量样品进行采集实验，获得大量的信息，并从中找到有价值的信息。微生物育种技术不断发展，筛选技术决定了从庞大的菌种库中筛选出目标菌种的效率。
目前国内高通量筛选系统主要依赖于进口设备，在各检测设备之间的样品传送仍需要人工操作，在最终择优的筛选对象和样品之间仍需要人工找寻和匹配。由于高通量筛选时每天要对数以千万的样品进行检测，工作枯燥，步骤单一，操作人员容易疲劳、出错，这在一定程度上也制约了高通量筛选的发展。目前我国微生物筛选大部分依赖进口设备，尚没有利用机器人实现自动化高通量筛选系统。
发明内容
本发明致力于解决国内现有高通量筛选系统存在的样品筛选流程非自动化，样品筛选目标数量较为有限的关键问题，立足于微生物选育和机器人技术的交叉结合，提供一种基于多机械臂系统的高通量筛选系统。
所述基于多机械臂系统的高通量筛选系统包括有第一机械手、取样机、加样机、洗板机、酶标仪、第二机械手、离心机、深孔板库、浅孔板废料桶、浅孔板库、针板废料桶、针头库、深孔板废料桶、收集盒；基于多机械臂系统的高通量筛选分为3部分，其中，第一机械手、第二机械手位于系统的中央，安装在水平工作台上；收集盒、取样机、加样机、洗板机、酶标仪、深孔板库、浅孔板废料桶、针板废料桶、浅孔板库、针头库、深孔板废料桶，按顺时针的方向布置在两台机械手的周围，相互距离适当并固定，均在两台机械手控制范围内。
所述取样机用于吸取深孔板中的待测样品并转移到用于酶标仪检测的浅孔板中，具有大通量取液、移液的功能。
所述洗板机可选用HydroFlex洗板机，具备高效的溢流清洗模式。
所述酶标仪可选用拥有一套系统集成自动数字显微镜和/或微孔板检测仪，具有基于滤光片的高性能检测光路和基于光栅的高灵活检测光路的装置。酶标仪分析得到的数据传送至数据处理系统。
第一机械手、第二机械手相互配合完成孔板的自动上下料、转移。
所述深孔板库是在板材上开设深孔板形状的凹槽得到的。每块板材上所述凹槽的数量可以是48个，每个凹槽对应放置一个深孔板，相邻凹槽之间留有一定的间隙，给机械手夹取留有空间。
所述浅孔板库在板材上开设浅孔板形状的凹槽得到的。每块板材上所述凹槽的数量可以是3*4＝12个，每格凹槽可以堆放4块浅孔板，机械手每次取最上方的浅孔板。
所述浅孔板废料桶、深孔板废料桶、针板废料桶是分别用于收集使用过的废弃浅孔板、深孔板、取样针头。
所述针头库用于存放取样机、加样机所需的针头。
所述收集盒用于收集对应所需要的检测结果的深孔板中液体。
本发明针对现代微生物高通量筛选的迫切需求，多机械臂协作开展高通量筛选。本发明横跨微生物与机械学科，将微生物高通量筛选系统自动化。生产流水线式的微生物高通量智能筛选系统能够扩大筛选目标数量，使筛选流程更加清晰简洁，解放人工劳动力。人工移液到检测一块96孔板需要五分钟，本发明筛选系统每分钟能够处理15块96孔板，能够有效助力于微生物育种技术的发展，从而进一步促进微生物学科的发展。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图；
图2为手爪结构示意图；
图中：1-第一机械手，2-取样机，3-加样机，4-洗板机，5-酶标仪，6-通风口，7-第二机械手，8-离心机，9-深孔板库，10-浅孔板废料孔，11-浅孔板库，12-针板废料桶，13-针头库，14-深孔板废料桶，15-收集盒。
具体实施方式
实施例1
基于多机械臂系统的高通量筛选系统包括有第一机械手1，取样机2，加样机3，洗板机4，酶标仪5，通风口6，第二机械手7，离心机8，深孔板库9，浅孔板废料桶10，浅孔板库11，针板废料桶12，针头库13，深孔板废料桶14，收集盒15。
本套装置，收集盒15、取样机2、加样机3、洗板机4、酶标仪5，按顺序放置在两台机械手的一侧的水平工作台上，相互距离适当并固定，均在两台机械手控制范围内，均由电脑控制。深孔板库9、浅孔板废料桶10、针板废料桶12、浅孔板库11、针头库13、深孔板废料桶14按顺序放置在两台机械手的另一侧，根据系统运行速度，工人每隔一段时间加新的深、浅孔板与针孔版，并取走废料桶废料。
具体工作流程如下：第一机械手1取针头库13的新针头至取样机2，取样机2换新针头，第二机械手7从深孔板库9夹取深孔板放置在离心机8上，离心机的转速为预先设定好的固定值，第二机械手7取离心机8中离心之后的带有发酵上清液的深孔板至取样机2上，取样机2取样，深孔板保持原位不动。第一机械手1从浅孔板库11夹取浅孔板放置在取样机2上，取样机2将从深孔板中吸取的发酵上清液样本放入浅孔板中。第二机械手7夹取浅孔板移开至加样机3，取样机2下废针头，第一机械手1将废针头通过废料槽放入针板废料桶12中。加样机3滴染色液，第二机械手7夹取已染色的浅孔板移开至洗板机4，样品与染色液在洗板机中震荡混匀。酶标仪5开仓，第二机械手夹7取已震荡混匀的浅孔板至酶标仪5仓中，酶标仪5关仓开始分析，酶标仪的开、关仓动作是自动进行的。待酶标仪5分析完毕开仓，第二机械手7夹取浅孔板通过废料槽放入浅孔板废料桶10，酶标仪5关仓。取样机2上新针头，根据分析结果取样机2提取相应液体至收集盒15，取样机2下针头，第一机械手1将已被取样的深孔板通过废料槽放入深孔板废料库14中。
以需要从100株微生物中筛选出能向胞外分泌特定物质的微生物为例，在解决高通量筛选需求时，可将100株微生物经发酵培养，并将各菌株的发酵培养液分别添加到深孔板中，可设置多个平行样，然后，经由机械手将深孔板中的样品由取样机、加样机、离心机、酶标仪输送、检测之后，快速从100株微生物中获得目的菌株。而不必再人工一次次取样、离心、放入酶标仪检测，在高通量筛选系统运行的同时，工作人员可以腾出时间处理其他实务，提高工作效率。当然，添加到深孔板中的液体，除了发酵液，还可以是细胞破碎液等包含了筛选所需标记物的液体。
所述取样机2、加样机3可采用8/16通道自动移液系统Micro Shot 705，满足6/12/24/48/96/384/1536微孔板、深孔板、PCR板的分液要求，分液速度可调，加样速度极快，可选配储板系统进行大通量孔板加样处理，拥有一次性吸头和自动堆板机。
所述洗板机4可选用HydroFlex洗板机，具备高效的溢流清洗模式。
所述酶标仪5可选用美国伯腾仪器有限公司的Cytation3细胞成像多功能检测系统(拥有一套系统集成自动数字显微镜的微孔板检测仪，具有基于滤光片的高性能检测光路和基于光栅的高灵活检测光路)。
所述离心机8，可选用德国Hettich的自动化离心机ROTANTA 460Robotic，是PC控制的自动化冷冻离心机，尤其适用于生物学与药物研究领域。自动化样本处理，免于人工重复操作。
本实施例中，取样机上新针头时，根据取样机型号功能再决定上针头形式。
本实施例中，取样机下废针头时，根据取样机型号功能再决定下针头形式。
本实施例中，酶标仪关仓开始分析后，分析结果传送至数据处理系统。
本实施例中，吸液机头上新针头、根据分析结果提取相应液体至收集盒、吸液机下新针头这三个动作重复两次。
本实施例中，上述2个机械手相互配合完成孔板的自动上下料。
本实施例中，深孔板库是在一块大板上开有48个深孔板形状的凹槽。每个凹槽对应放置一个深孔板。深孔板与深孔板之间留有一定的间隙，给机械手夹取留有空间。
本实施例中，浅孔板库在一块平板上有3*4＝12格料库。每格料库可以堆放4块浅孔板，定位由四个角的L块实现，浅孔板的场边留给机械手夹取位置。机械手每次取最上方的浅孔板。
本实施例中，上述每一次吸取的上清液都是枪头盒中未使用过的枪头，避免样品的污染。
本实施例中，生产线选用机械手品牌为ABB，型号为IRB 1600-10/1.2，此款机器人负重最大为10kg，手臂最长为1.2m，机器人自重250kg。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (5)
1.一种基于多机械臂系统的高通量筛选系统，其特征在于，包括有第一机械手、取样机、加样机、洗板机、酶标仪、第二机械手、离心机、深孔板库、浅孔板废料桶、浅孔板库、针板废料桶、针头库、深孔板废料桶、收集盒；基于多机械臂系统的高通量筛选分为3部分，其中，第一机械手、第二机械手位于系统的中央，安装在水平工作台上，第一机械手、第二机械手相互配合完成孔板的自动上下料、转移，机械手的手爪由平行运动气爪以及手指组成，夹取工件时从两边平行夹紧；收集盒、取样机、加样机、洗板机、酶标仪、深孔板库、浅孔板废料桶、针板废料桶、浅孔板库、针头库、深孔板废料桶，按顺时针的方向布置在两台机械手的周围，相互距离适当并固定，均在两台机械手控制范围内；
系统工作时，第一机械手取针头库的新针头至取样机，取样机换新针头，第二机械手从深孔板库夹取深孔板放置在离心机上，离心机的转速为预先设定好的固定值，第二机械手取离心机中离心之后的带有发酵上清液的深孔板至取样机上，取样机取样，深孔板保持原位不动；第一机械手从浅孔板库夹取浅孔板放置在取样机上，取样机将从深孔板中吸取的发酵上清液样本放入浅孔板中；第二机械手夹取浅孔板移开至加样机，取样机下废针头，第一机械手将废针头通过废料槽放入针板废料桶中；加样机滴染色液，第二机械手夹取已染色的浅孔板移开至洗板机，样品与染色液在洗板机中震荡混匀；酶标仪开仓，第二机械手夹取已震荡混匀的浅孔板至酶标仪仓中，酶标仪关仓开始分析，酶标仪的开、关仓动作是自动进行的；待酶标仪分析完毕开仓，第二机械手夹取浅孔板通过废料槽放入浅孔板废料桶，酶标仪关仓；取样机上新针头，根据分析结果取样机提取相应液体至收集盒，取样机下针头，第一机械手将已被取样的深孔板通过废料槽放入深孔板废料库中；
所述取样机用于吸取深孔板中的待测样品并转移到用于酶标仪检测的浅孔板中，具有大通量取液、移液的功能；
所述收集盒用于收集符合筛选目标的检测结果的深孔板中的液体；
所述高通量筛选系统用于筛选具有特定性能的微生物。
2.根据权利要求1所述的一种基于多机械臂系统的高通量筛选系统，其特征在于，所述酶标仪选用拥有一套系统集成自动数字显微镜的微孔板检测仪，具有基于滤光片的高性能检测光路和基于光栅的高灵活检测光路的装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于多机械臂系统的高通量筛选系统，其特征在于，所述深孔板库是在板材上开设深孔板形状的凹槽得到的，每个凹槽对应放置一个深孔板，相邻凹槽之间留有一定的间隙，给机械手夹取留有空间。
4.根据权利要求1所述的一种基于多机械臂系统的高通量筛选系统，其特征在于，所述浅孔板库在板材上开设浅孔板形状的凹槽得到的。
5.根据权利要求1所述的一种基于多机械臂系统的高通量筛选系统，其特征在于，添加到深孔板中的样品包括微生物的发酵上清液。
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