专利名称：自动液体操控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自动液体操控系统，例如，用于分配在药品代谢试验中使用的要检查的对象、试剂或酶类。
背景技术：
不仅在药品代谢试验而且在其他试验中经常会执行给要检查的对象分配试剂等。每一个试验涉及大量的工作，并且必须消除由于人为错误造成的任何过失。为了这个目的，人为操作趋向于由自动机械操作所替代。在自动机械操作中，必须消除将分配尖端附加到分配头上以及从分配头上卸下分配尖端中的任何错误。如果这样的错误最终发生，需要准确地检测该错误。
日本专利申请公开No.2001-59848公开了一种自动液体操控系统，其中包括具有在其上可拆卸地安装单个的分配尖端的末端的三维可移动机器人。将传感器安装在分配尖端的安装和放置位置，以感知分配尖端的存在与否。
日本专利申请公开No.11-295323公开了另一类型的自动液体操控系统，能够检测在头上安装在分配尖端容器中排列的分配尖端的故障。将传感器设置在分配尖端容器中以检测在分配尖端安装操作完成之后分配尖端是否仍留在容器中。
在日本专利申请公开No.2001-59848中公开的自动液体操控系统的缺点在于不能够利用单个的分配尖端进行大量的试验。特别地，其中公开的系统不适用于其中将药品同时分配到排列在微型板上的多个井中的药品代谢试验。为了进行药品代谢试验等，需要系统能够同时在头上安装和从头中拆卸多个分配尖端。
此外，当利用这样的操控系统进行此类试验时，操作员必须确定分配尖端在容器中的排列位置，并且将分配尖端实际排列到容器中的相关位置。已经提出了一种自动液体操控系统，便于由操作员进行分配尖端排列操作。在该系统中，计算在分配尖端容器中排列了分配尖端的位置，并且操作员在参考计算的结果的同时，将分配尖端排列在容器中。
在日本专利申请No.11-295323中公开的自动液体操控系统能够在头上安装和从头上拆卸多个分配尖端，并且如果在容器中未留下任何分配尖端，则确定适当地进行了分配尖端在头上的安装。因此，即使分配尖端未排列在容器中的相关位置，如果在容器中未保留任何分配尖端，也断定适当地进行了分配尖端的安装。结果，可能对于不期望的井进行了分配操作，或者对于期望的井可能未进行分配操作。此外，在尖端的拆卸操作之后，未检测所有的分配尖端是否已经成功地从头上卸下。因此，当在尖端的拆卸操作之后，一个或多个分配尖端偶然留在头中时，针对其中留下一些分配尖端未拆卸的头进行后续的分配尖端安装操作，造成了对尖端的毁坏或对系统的损害。

发明内容
为了解决伴随传统液体操控系统出现的前述的缺陷，已经提出了本发明。出于这个目的，本发明提出了一种自动液体操控系统(automatic liquid handling system)，所述系统包括分配尖端容器、分配头(dispensing head)、头移动机构、试剂容器、微型板和控制设备。分配尖端容器具有用于容纳分配尖端的多个容纳部分。分配头具有在其上附加至少一个分配尖端的附加部分。当将一个或多个分配尖端附加到附加部分上时，分配头能够进行吸取和排出操作，用于将液体吸入所述的一个或多个分配尖端、或者从所述的一个或多个分配尖端中排出液体。移动机构移动分配头。当所述头相对于传感器移动时，所述传感器感知一个或多个分配尖端是否附加到分配头的附加部分上。传感器产生表示分配尖端附加到分配头的附加部分上的状态的输出。试剂容器容纳试剂。微型板由多个用于容纳试样的井形成。控制设备控制由分配头进行的吸取和排出操作，并且还控制移动机械以控制分配头的移动。控制设备具有输入装置，用于输入要由分配头执行的一个或多个过程。
优选地，传感器是光学类型的，具有诸如光发射单元、以及离光发射单元预定距离分离设置的光接收单元。在光发射单元和光接收单元之间形成光路径。移动机构移动分配头以使其横穿所述光路径，从而感知附加到分配头上的分配尖端。
提供了一种存储器，用于存储与要附加到分配头的附加部分上的分配尖端的数量有关的信息、以及表示分配尖端要附加到其上的容纳部分的位置数据。控制设备将传感器的输出与存储器中所存储的信息进行比较。利用该比较，可以感知多余或缺失的分配尖端。具体地，当控制设备产生用于表示传感器的输出和在存储器中所存储的信息彼此不一致的比较结果时，控制设备确定已经发生了错误，从而控制移动机构以停止分配头的移动。


在附图中，图1是根据本发明实施例的自动液体操控系统的透视图；图2是示出了分配尖端容器、试剂容器、微型板和处理容器的排列；分配尖端检测器的结构；以及当检测到分配尖端时的分配头的参考位置的示意图；图3是分配尖端检测器的透视图；图4示出了根据本发明实施例，用于创建过程和计时器的屏幕实例；图5是示出了本发明实施例的自确定功能的流程图；图6是示出了机器人的移动的图示；图7是示出了从过程的输入到过程的执行的操作序列的流程图；图8是示出了根据本发明的实施例，为了确定分配尖端排列所要执行的操作序列的流程图；图9是示出了根据本发明的实施例，分配尖端和试剂的排列以及试剂量的指示的示意图；以及图10示出了用于代谢试验的过程表的实例。
具体实施例方式
将参考附图对本发明的优选实施例进行详细地描述。图1示出了根据本发明优选实施例的自动液体操控系统1。图2示出了从上面所看到的自动液体操控系统1的主体2中所容纳的每一个容器的排列。自动液体操控系统1包括由诸如LAN(局域网)电缆的通信电缆4连接在一起的主体2和控制设备3。将通用个人计算机用作控制设备3。自动液体操控系统1的主体2包括机器人5，能够在3D空间中移动和停止；分配头6，设置在机器人5的末端；以及驱动电路7，用于根据输入到控制设备3中的条件来驱动主体2。
机器人具有三个正交轴X、Y和Z，并且能够由步进电动机(未示出)移动到预定位置。可以使用伺服电动机来替代步进电动机。可以将以等间距对齐的多个分配尖端8可拆卸地附加到分配头6上。附加到分配头上的分配尖端能够吸取或排出液体。具体地，分配头6可以诸如容纳由一个步进电动机驱动的十二个注射器(在图中未示出)。在注射器之间的间隔是9mm的间距，与微型板11的井之间的间隔相等。当将一个或多个分配尖端8附加到分配头6上时，可以通过驱动注射器来吸取或排出液体。
在机器人的分配头6的下方设置有分配尖端容器9、试剂容器10、微型板11和处理容器14。分配尖端容器9具有以与微型板11的井间距相同的间距即9mm的间距设置的分配尖端容纳部分。试剂容器10容纳在试验中所使用的试剂。微型板11容纳受到试验的试样。处理容器14容纳使用过的分配尖端8。以n乘m的矩形排列在微型板11中形成多个井。例如，8乘12排列将具有96个井。此外，分配头6能够旋转90度，从而其能够给两个垂直方向上的微型板11进行分配。
在处理容器14的上部的位置上，设置了分配尖端传感器19，用于感知在分配头6上安装的分配尖端8。在本实施例中所使用的分配尖端传感器19是光电传感器，包括光发射单元19a和光接收单元19b，并且当其横穿从光发射单元19a到光接收单元19b的光路径时，对分配尖端8进行感知。分配头6能够安装在分配头容器9中的按照X轴或Y轴方向对齐的分配尖端8的阵列。在所示出的实施例中，八个分配尖端8按照X轴的方向排列，而十二个分配尖端8按照Y轴的方向排列。分配头6能够同时安装按照两个方向中的任一个方向排列的分配尖端8。与分配头6安装分配尖端8的哪一个阵列无关，对光发射单元19a和光接收单元19b进行设置，以便随着分配头6在X-Y平面上移动，使分配尖端8中的每一个连续地横穿光发射单元19a和光接收单元19b之间的光路径。
更具体地，如图2所示，将光发射单元19a和光接收单元19b设置在处理容器14的对角线的两个相对角的上部和附近，从而使从光发射单元19a发出和在光接收单元19b处接收的光路径相对于X轴或Y轴形成大约45度。利用这样设置的分配检测器19，可以感知安装在头6上的每一个分配尖端8，而与分配头6是朝向X轴还是朝向Y轴的方向无关。光发射单元19a和光接收单元19b之间的距离19d可以与单个分配尖端8能够通过其的距离同样短。
光发射单元19a和光接收单元19b可以设置在处理容器14的上部和相对侧，从而使从光发射单元19a到光接收单元19b的光路径按照X轴或Y轴的方向延伸。在这种情况下，根据光路径向哪一个方向延伸，头6所指向的方向限于X轴和Y轴方向之一。
将来自分配尖端传感器19的输出通过主体2的驱动电路7和通信电缆4，施加到控制设备3。应该注意，分配尖端传感器19不局限于上述的传感器，而可以使用其他任何类型的传感器，例如，利用激光束或超声波的传感器。
再次参考图1，将盖子15设置到自动液体操控系统1的主体2的顶部和侧面。此外，将门(在图中未示出)设置到主体2的前面。当准备试剂或试样时打开所述的门，并且在进行试验期间，关闭该门，并且操作自动液体操控系统1。为了操作员的安全考虑，设置了簧片开关16来检测门是开启的还是关闭的。当门是开启的时，使簧片开关16的触点断开，从而使到电动机的电源线中断，因而使机器人5停止。
在图2所示的排列中，分配尖端容器9a和9b设置在左侧，用于容纳按照阵列排列的分配尖端8。将试剂容器10a和10b设置在中心，而将微型板11和处理容器14设置在右侧。将试剂容器10a中用于容纳试剂的区域划分为列“A”到“H”。此外，将试剂容器10b中用于容纳试剂的区域划分为行“1”到“12”。可以将不同的试剂分配到试剂容器10a和10b的每一个行或列。当分配头6a处于使头6a的长度方向与列延伸的方向一致的方向时，使用分配尖端容器9a和试剂容器10a。当将分配头6b旋转90度并且其长度方向与行延伸的方向一致时，则使用分配尖端容器9b和试剂容器10b。处理容器14充分大以处理使用过的分配尖端，而与分配头6是朝向列还是朝向行的方向无关。
图2所示的排列仅仅作为实例，并且可以任意地改变容器的排列，以满足试验的需要。然而，需要将与容器的排列有关的信息预先保存到控制设备3的存储器中(未示出)。
当执行试剂反应试验时，通常，冷却所述试剂。在本实施例中，如图1所示，冷却设备12a和12b分别设置在试剂容器10a和10b之下，以便将试剂保持在诸如4℃。此外，为了在将试剂分配到微型板之后摇晃微型板11，将微型板11设置在摇晃器13上，从而在保持固定温度的同时对其进行摇晃。该操作被称为温育。
控制设备3控制机器人5以使分配头6到达所需的位置，并且控制分配头6执行液体吸入或排出操作。此外，控制设备3控制机器人6，从而使安装在分配头6上的分配尖端8连续地横穿分配尖端传感器19的光路径。向控制设备3施加来自分配尖端传感器19的输入，并且确定是否感知到分配尖端8。
此外，可以将诸如图4所示的试剂反应的过程(协议)输入到控制设备3。为了将过程输入到控制设备3，使用键盘17或鼠标18。
图4示出了用于输入试验过程的输入屏幕的实例。当构造试验过程时，从在输入屏幕左侧的编辑菜单32中选择要执行的每一步，并且将选择的步骤输入到过程列33中。如果从编辑菜单32中选择了“分配”并将其输入到过程列33中，则在过程列33的右侧出现了信息输入屏幕34，用于输入分配操作所需的所有信息。利用信息输入屏幕34，可以输入各种信息，包括要选择的试剂37、分配量38、分配目的地井35的范围、以及分配方向36。例如，符号→表示在微型板11中按照从列“A”到列“H”的方向执行分配操作。此外，符号↑表示按照从微型板11的行“1”到行“12”的方向执行分配操作。
图4所示的信息输入屏幕34用于跟随温育步骤之后要执行的反应停止溶液分配步骤。信息输入屏幕34包括时间设置部分30，用于设置从分配试剂到之后分配反应停止溶液的时间段(之后，称之为“预定时间段”)。可以在单个的基础上或者在行或列的基础上指定要向其中分配停止溶液的微型板11中的井35的范围。此外，控制设备3包括计时器31，用于测量从紧接在将试剂分配到微型板11的每一行或每一列算起的时间段。当控制设备3正在执行过程时，控制设备3将由计时器31测量到的时间段与在时间设置部分30中设置的预定时间段进行比较。直到由计时器31测量到的时间段已经到达在时间设置部分30中所设置的预定时间段，才将执行分配反应停止溶液。
此外，控制设备3具有分配尖端排列计算功能70(稍后将要描述)和试剂量/排列计算功能80(稍后将要描述)。利用分配尖端排列计算功能70，可以根据与微型板11中的分配井以及分配方向36有关的输入信息，确定分配尖端容器9a和9b中的分配尖端8的排列。为了操作员方便，显示这样确定的分配尖端8的排列。
控制设备3的存储器存储与由分配尖端排列计算功能70确定的分配尖端8的排列有关的信息。当控制设备3根据来自分配尖端传感器19的输出确定要安装在分配头6上的分配尖端8留在分配尖端容器9a或9b中时，使用在控制设备3的存储器中所存储的信息。
试剂量/排列计算功能80计算要使用的试剂37的量并确定在试剂分配容器10a或10b中的试剂37的排列。根据每一微型板11的井的试剂分配量38、其中要分配试剂37的井35的数量、以及与分配方向36有关的信息，计算要使用的试剂37的量。为了操作员方便，显示计算得到的试剂37的量和这样确定的试剂37的排列，并且还将其存储在控制设备3的存储器中。使用所存储的信息可以消除对相同条件的再次计算，从而减少了计算所需的时间。
此外，控制设备3具有自确定功能40。自确定功能40可以仿真用于执行针对试剂反应试验预先输入的步骤的时间，并且确定自动液体操控系统1可以在时间设置部分30处所指定的时间段内执行这些操作，而且向操作员通知该结果。
接下来，将参考图7所示的流程图来描述用于执行上述的控制设备3的每一个功能的时间顺序。在步骤61，操作人员输入要执行的一系列过程步骤。接下来，执行分配尖端排列计算功能70和试剂量/分配计算功能80。然后，自确定功能40确定自动液体操控系统1是否能够在时间设置部分30处所指定的时间段内执行所述的一系列步骤。如果自动液体操控系统1不能够在指定的时间段内执行所述步骤，则激活警告，并且指示操作员重新输入所述的一系列步骤。如果自动液体操控系统1能够在执行的时间内执行这些步骤，则如图9所示，将分配尖端和试剂排列与试剂量一起显示。操作员根据在屏幕上的显示建立这些项中的每一个。当完成这些准备时，操作员使这些过程被执行(步骤62)。
接下来，参考图8中的流程图和图10中的过程表，将描述分配尖端排列计算功能70的细节。应该注意，分配尖端8要按照逐列的方式排列在第一分配尖端容器9a中。即，将分配尖端8首先设置在列“A”中的某处，并且从列“A”到列“H”顺序地执行该基于列的分配尖端排列。此后，出于描述的目的，从列“A”到列“H”的方向(图中向左的方向)将被称为“第一方向”。另一方面，分配尖端8按照逐行的方式排列在第二分配尖端容器9b中。即，将分配尖端8首先设置在行“1”中的某处，并且从行“1”到行“12”顺序地进行该基于行的分配尖端排列。此后，出于描述的目的，从行“1”到行“12”的方向(在图中向上的方向)将被称为“第二方向”。
在初始化步骤71中，将行计数器设置为“1”而将列计数器设置为“A”。在步骤72中，确定分配尖端8是否要按照第一方向排列。如果肯定的话，则分配尖端8将被设置在第二分配尖端容器9b中的行“1”上，而如果否定的话，则分配尖端8将被设置在第一分配尖端容器9a中的列“A”上。参考图10的表中所示的过程号1，分配方向由向上方向的箭头指示，表示按照第二方向进行分配操作。因此，在步骤72进行的确定为“否”，并且程序进行到步骤76，其中，从图10所示的过程表中读取微型板11的井上的分配范围。过程表指示在微型板11的井上的分配范围是从行“1”上的列“A”到列“E”。因此，如图9所示，相对于第二分配尖端容器9b的分配尖端排列位置，标记从行“1”上的“A”到“E”的范围。应该注意，设置到第二分配尖端容器9b上的上述位置上的分配尖端8用于从行“1”的列“A”到列“E”在微型板11的井上分配试剂1。
接下来，在步骤77，将行计数器递增1以使其变为“2”。然后，在步骤75，确定所有过程步骤是否完成。如果一个或多个过程步骤仍保持为未处理，则程序返回到步骤72以确定下一个过程步骤。在过程步骤2中的分配方向由图10的过程表中的向左方向的箭头表示，因此，程序进行到步骤73。在过程步骤2中要进行的过程是将试剂2分配在由其对角线由点(A，2)和(E，12)定义的矩形所围住的微型板井中。因此，如图9所示，相对于第一分配尖端容器9a的分配尖端排列位置来标记在列“A”中从“2”到“12”的范围。应该注意，设置到第一分配尖端容器9a的上述位置上的分配尖端8用于在每一列“A”到“E”的微型板11的行“2”到“12”上的11个井上分配试剂2。
接下来，在过程步骤74中，将列计数器递增1，以使其从“A”变为“B”。然后，在过程步骤75中，程序检查所有过程步骤是否完成，并且如果另外的过程步骤仍保持为未处理，则程序针对过程号3的细节进行检查。然后，执行如上所述的程序，并且将用于执行过程号3中的过程的尖端8排列在第二分配尖端容器9b的行“2”中从列“A”到“E”的位置上。按照这种方式，同时对微型板11的井上的一列或一行进行处理，直到完成了过程号10中的过程。如图9所示，屏幕显示了分配尖端8的排列。
分配尖端排列90的标记可以针对在每一个过程中所需的分配尖端8，使用不同的颜色。如果采用这样类型的显示，则进一步减小了在排列分配尖端8时的错误可能性。此外，显示每一个过程的方法可以使用符号、数字、字母等。
控制设备3在其存储器中存储与这样获得的分配尖端8的排列有关的数据。该数据用于确定在将分配尖端8安装在头6上之后，一个或多个分配尖端8留在分配尖端容器9a或9b中。用于此目的的数据不局限于通过执行分配尖端排列计算功能70所获得的数据，而还可以使用通过其他测量所获得的相同的数据。例如，可以通过使用控制设备3的键盘17或鼠标18来创建该排列数据。也将这样创建的数据存储在控制设备3的存储器中。
接下来，将描述用于计算要使用的试剂量和试剂排列的试剂量/试剂排列计算功能80。要使用的试剂的量是每一井的指定分配量和指定的井的数量的乘积。例如，在过程号1中，分配量是144μl(微升)并且井的数量是5，这两者的乘积是720μl。在过程号2，分配量是100μl并且井的数量是11×5，这两者的乘积是5500μl。如果在不同的过程中使用相同的试剂，则可以求它们的量的总和。
接下来，为了确定试剂布局，执行与图8所示相似的处理。具体地，程序根据分配方向确定是将试剂设置在试剂容器10a中还是10b中，并且根据指定的试剂顺序地确定其排列。特别地，为了避免其他试剂受到停止溶液的污染，操作员可以专门地将停止溶液与其他试剂分离地设置。
按照这种方式，计算试剂的量并确定试剂的排列。图9示出了如由参考符号91所表示的作为结果的试剂1到8的排列，并且每一个试剂的计算量由参考符号92表示。参考试剂量，操作员可以分配略微多一点的试剂以考虑损耗量(dead volume)。
同时，在试剂排列的显示中，可以按照不同的颜色示出在每一个过程中要使用的试剂。如果采用了该类型的形式，则进一步减小了在排列试剂时犯错误的可能性。此外，显示每一个过程的方法可以使用符号、数字、字母等。此外，如果多次使用相同的试剂，则可以在屏幕上的不同位置处显示该试剂。
接下来，将描述自确定功能40。如上所述，操作员准备列出了要执行的一系列过程的过程表，例如图10所示的过程表。将过程输入到控制设备3。控制设备3具有根据输入到控制设备3中的过程，计算执行在过程表中所列出的所有过程所需要的估算时间的功能。具体地，机器人5以按照如图6所示的梯形形式变化的速度进行移动。这样，根据加速期或减速期的梯度、最大速度、行进距离等，可以计算移动的时间和分配时间。自然地，当机器人5在由两个轴定义的平面上移动或者在由三个轴定义的3D空间中移动时，则选择具有最长移动时间的轴用于计算总的移动时间。
在图6所示的实例中，机器人5首先以相同的速度同时沿X和Y轴移动。当确定了机器人5在Y轴上的位置时，使机器人5按照Z轴的方向移动。即，将机器人5移动到预定的高度。然后，驱动注射器的轴，以便吸入、或者将试剂排入或排出分配尖端8。计算用于这些移动的时间。由于每一个移动由控制设备3控制，需要考虑数据传输时间，以便获得执行所有操作所需的总时间。根据数据量和传输速度，能够计算数据的传输时间。因此，能够通过总计执行过程中的每一个操作所需的时间和数据传输时间，能够仿真每一个过程所需的时间。例如，在图10的过程号1的情况下，可以计算附加分配尖端、吸入试剂1和在微型板11中分配试剂、将分配尖端8放置到处理容器14中所需要的时间、以及传输用于这些操作的每一个的命令所需的时间，并且对其进行总计。总计这些时间的结果是执行过程号1所需的时间。按照这种方式，如图10的“所需时间”列所示，控制设备3可以计算执行每一个过程所需的时间。
控制设备3的自确定功能40确定计算得到的操作时间是否与在时间设置30处输入的所需时间一致，并且通知操作员。具体地，如图5的流程图所示，在输入过程(步骤41)之后执行自确定功能40。首先，执行操作时间仿真(步骤42)。然后，程序确定这些过程可以在时间设置30处输入的时间内完成(步骤43)。如果能够在时间设置30处输入的时间内执行这些过程，则将消息“OK”输出到屏幕上(步骤44)。如果不能够这样，则显示“警告”(步骤45)，以警告操作员不能够在时间设置30处输入的时间内执行这些过程。
接下来，参考图2和10，将描述安装在头6上的分配尖端8的感知方法。在感知分配尖端8时，使用分配尖端传感器19。为了感知安装在头6上的分配尖端8，需要设置头6的参考位置。参考位置是机器人5从其移动到预定方向上的起始位置，从而安装在头6上的所有分配尖端8可以中断分配尖端传感器19的光路径。头6或机器人5的参考位置由在X、Y和Z轴上的位置定义。参考位置需要是这样的位置使在头6上的最末端的分配尖端8中断分配尖端传感器19的光路径，而与头6是朝向第一方向还是朝向第二方向无关。
将如图2所示的头6的位置6a和6b设置为参考位置。针对朝向第二方向的头6，设置了参考位置6a，而针对朝向第一方向的头6，设置了参考位置6b。参考位置6a是这样的位置使对应于行“1”的最末端的分配尖端中断了分配尖端传感器19的光路径19C，并因而被感知为安装在头6上。同样，参考位置6b是这样的位置使对应于列“A”的最末端的分配尖端中断分配尖端传感器19的光路径19C，并因而被感知为安装在头6上。
头6的参考位置6a、6b并不局限于图2所示的位置。在图2的两个参考位置中，最末端的分配尖端中断了光路径6C的位置是相同的。然而，在头6朝向第一方向和第二方向这两种情况下，在光路径6C上的光路径中断位置可以不必是相同的。
利用所述的头6和分配尖端传感器19的光路径19C之间的几何关系，当传感器19的光路径19C被中断时，控制设备3确定分配尖端8安装在头6上，而当光路径19C未被中断时，控制设备3确定分配尖端8未安装在头6上。分配尖端8以9mm的间隔安装在头6上。因此，通过从参考位置6a或6b开始按照在头6上分配尖端8对齐的方向以9mm来移动机器人5，可以检测到与最末端的尖端相邻的第二分配尖端8。从参考位置开始每隔9mm进行机器人5的移动，直到可以检测到安装在头6上的所有分配尖端8为止。头6最大可以安装12个分配尖端，并且可以对每一个分配尖端进行感知，同时识别其位置。
在两个情况下进行分配尖端8的感知。一个是在完成将分配尖端安装在头6上之后感知分配尖端8。另一个是在将分配尖端8从头6上卸下之后，感知可能留在头6上的分配尖端8。根据头6所朝向的方向，按照两种方式来进行这两个感知操作的每一个。
为了在将分配尖端8安装在头6上之后感知分配尖端8，利用在控制设备3中所存储的分配尖端排列数据。当进行试剂反应试验时，分配尖端8未排列在分配尖端容器9a或9b的所有尖端接收位置，而根据试验的每一个过程中的条件设置在所选择的尖端接收位置。通过执行如先前所述的分配尖端排列计算功能70来实现分配尖端8的排列。将由分配尖端排列计算功能70创建的数据存储在控制设备3的存储器中。在将排列在分配尖端容器9a或9b上的分配尖端8安装在头6上之后，在从分配尖端传感器19中获得的数据和在控制设备3的存储器中所存储的数据进行比较，以确定分配尖端8是否安装在头6上的相关位置。
例如，在图10的过程表中所示的过程1中，在利用旋转机构(未示出)旋转头6以使其朝向第一方向时，头6在其上安装分配尖端容器9b的行“1”上的列“A”到“E”中所设置的5个分配尖端9。虽然头6最大能够安装12个分配尖端8，将5个分配尖端8安装在头6上从图2所示的头6的最左边的位置算起从第三个到第七个位置上。应该注意，第三个到第七个位置是刚好用于安装分配尖端8的位置。在完成了将分配尖端8安装在头6上时，由机器人5将头6移动到参考位置6b上。
在参考位置6b处，确定分配尖端8是否安装在头6的最左端的位置上。当确定分配尖端8安装在该位置上时，控制设备3显示警告以使操作员注意该不适当的情况，并且停止操作。另一方面，当确定分配尖端8未安装在头6的最左端的位置处，则机器人5按照图2所示的第一方向或向左的方向将头6移动6mm，以便确定分配尖端8不存在于从头6的最左端位置算起的第二位置上。如果在第二位置处感知到分配尖端8，则控制设备3显示警告以使操作员注意该不合适的情况并停止操作。如果正确地确定了分配尖端8未存在于第二位置处，则机器人5进一步按照第一或向左的方向将头6移动9mm以便确定分配尖端8存在于第三位置上。如果在第三位置上未感知到分配尖端8，则控制设备3显示警告以使操作员注意该不合适的情况并停止操作。如果正确地确定了分配尖端8存在于第三位置上，则机器人5进一步按照第一或向左的方向将头6移动9mm以便确定分配尖端8存在于第四位置上。
按照如上所述的方式，获得了诸如分配尖端8存在于头6的第三到第七位置上且未存在于头6的其余位置上的检查结果。如果未获得想要的检查结果，则控制设备3显示警告以引起操作员的注意并停止操作。当获得了想要的检查结果时，将头6移动到试剂容器10a或10b上的位置处，以便将试剂1吸入到安装在头6上的分配尖端8中。虽然以上的描述涉及分配头6朝向第一方向的情况，但是，通过按照图2所示的示意图的第二或向下方向移动头6，同样可以感知朝向第二方向的头6上所安装的分配尖端8。
为了在将分配尖端8从头6上卸下之后感知可能保留在头6上的分配尖端8，当进行了分配尖端卸下操作时，根据头6所朝向的方向，机器人5将头6移动到参考位置6a或6b。利用尖端卸下机构(未示出)，在处理容器14上部的位置处，从头6上卸下使用过的分配尖端8。在卸下分配尖端8之后，控制设备3检查是否从头6上卸下了所有的分配尖端8。
现在，假定在头6朝向第二方向的情况下卸下了分配尖端8。在完成了分配尖端卸下操作之后，机器人5将头6移动到参考位置6a。在参考位置6a，确定分配尖端8是否安装在图2所示的示意图中的头6的最末端位置上。当确定分配尖端8安装在该位置上时，控制设备3显示警告以使操作员注意该不合适的情况并停止操作。另一方面，当确定分配尖端8未安装在头6的最末端位置上时，则机器人5按照图2所示的第二方向或向下方向将头6移动9mm以便确定分配尖端8未存在于从头6的最末端位置算起的第二位置上。
与如上所述的操作相似，获得了诸如分配尖端8未存在于头6的其余位置上的检查结果。如果未获得想要的结果，则控制设备3显示警告以引起操作员的注意并停止操作。当获得了想要的检查结果时，控制设备3执行下一个工作。
虽然以上的描述涉及分配头6朝向第二方向的情况，但是，通过按照图2所示的示意图中的第一或向左的方向，同样可以感知安装在朝向第一方向的头6上的分配尖端8。
在以上描述中，当未获得想要的检查结果时，控制设备3显示警告并停止操作。然而，可以不停止操作而继续操作直到过程号的结束，即使在操作期间显示了警告。在这种情况下，可以预先设置控制序列，从而在所有过程完成之后，显示异常处理的过程号和异常的内容。
可以设置具有置于其中的分配尖端8的附加分配尖端容器来辅助分配尖端8。将在附加分配尖端容器中的分配尖端8安装到其上发生错误而未安装分配尖端8的头6的一些位置上。当过多数量的分配尖端8安装在头6上，利用尖端卸下器，逐一地从头6上卸下多余的分配尖端8。
在上述的实施例中，分配每隔9mm对头6进行移动以感知安装在头6上的分配尖端8。然而，如果分配尖端8与试剂容器10a或10b或者微型板11冲突，则不必按照这种方式来移动头6。可以驱动机器人5以移动头6，从而使单个的分配尖端8中断传感器19的光路径19c。
此外，在上述实施例中，间歇地移动头6以感知每一个分配尖端8的存在与否。然而，为了实现相同的目标，可以跨越覆盖头6上的所有分配尖端安装位置的距离、以恒定的速度来连续地移动头6。如果这样做，分配尖端传感器19输出脉冲串，表示当头6横穿光路径19C时与头6的位置有关的分配尖端8的存在与否。将从分配尖端传感器19输出的脉冲串存储在控制设备3的存储器中，并且与表示想要的分配尖端排列的预定脉冲串进行比较，从而提供与分配尖端的安装或拆除错误有关的信息。
以下将利用图10所示的过程作为实例来解释实际操作。首先，操作员用手将6μl的试样预先加入微型板11的行1的井A到E中。微型板11设置在摇晃器13上，并且关闭所述的门。然后，操作员启动输入到控制设备3中的过程。
在过程号1中，头6安装在分配尖端容器9b的行“1”的列“A”到“E”中所设置的5个分配尖端8。之后，进行检查以确定5个分配尖端8是否适当地安装在头6的预定位置上。接下来，吸入试剂容器10b中的144μl的试剂1，并且将其分配到设置于摇晃器13上的微型板11的行“1”的列“A”到“E”的井中。摇晃器13进行摇晃的幅度大约为+/-1mm，这与井的直径8mm相比足够小。因此，即使在温育操作期间，可以执行分配操作。在完成了分配操作之后，在处理容器14中处理分配尖端8，以便避免污染。因此，进行检查以确定在处理操作之后，在头6中是否存在一个或多个处理分配尖端8。
在过程号2中，头6安装在分配尖端容器9a中的列“A”的行“2”到“12”中设置的11个分配尖端8。然后，检查以确定这11个分配尖端8是否适当地安装在头6的预定位置上。在该操作之前，将分配头6旋转90度。然后，吸入在试剂容器10a的部分“A”中所存储的100μl试剂2，并且将其分配到置于摇晃器13的顶部的微型板11的列“A”的井“2”到“12”中。然后，再次吸入试剂容器10a的部分“A”中的100μl试剂2，并且将其分配到列“B”的井“2”到“12”中。重复该操作，直到执行了在列“E”中的操作并且将分配尖端8处理到处理容器14中为止。因此，进行检查以确定在头6中是否未保留任何分配尖端8。
例如，利用步进电动机或螺线管或其他类型的驱动机构，可以实现分配头的旋转。可选地，可以将盘设置在分配头上，并且将支座(abutment)设置在自动液体操控系统1的主体2上，从而使底座件能够与分配头6上的盘接触。当盘正与支座接触时，使分配头6沿X或Y轴方向移动，从而使分配头6旋转。分配头6的旋转轴对应于分配头6的中心。
对于过程号3中的稀释操作，首先，旋转分配头6，并且将在分配尖端容器9b中的行“2”的列“A”到“E”中所设置的分配尖端8安装在分配头6上。然后，检查以确定这5个分配尖端8是否适当地安装在头6的预定位置上。将分配头6移动到摇晃器13顶部的微型板11的行“1”上，并且将分配尖端8浸入行“1”的井“A”到“E”的液体中。重复进行5次由吸入和排出液体构成的搅拌操作。然后，吸入50μl液体，并且将这50μl液体分配到行“2”的相邻井“A”到“E”中。将该液体吸入和排出5次。按照相同的方式，将50μl液体从行“2”分配到行“3”中，然后搅拌和稀释。重复此类操作直到行“8”为止。在处理容器14中处理分配尖端8以及与从行“8”中吸入的50μl分配液体。然后，检查以确定在头6上是否未保留任何分配尖端8。在上述过程中，在微型板11的行“1”到行“8”中产生稀释过的试样。
在过程号4中，通过以固定温度例如37℃将微型板11摇晃10分钟来执行温育操作。在完成10分钟的温育时间之后，控制设备3执行以下过程。
过程号5到9是用于将试剂分配到微型板11的列“A”到“E”的井中的过程。以下是针对每一个微型板11的列设置的定时器A到E测量从分配试剂算起的时间的说明。
在过程5中，分配头6旋转90度以使其朝向第二方向，并且将分配尖端容器9a的列B的行“1”到“12”中所设置的分配尖端8安装到分配头6上。然后，检查以确定这12个分配尖端8是否应当安装在头6的预定位置上。接下来，吸入在试剂容器10a的部分B中所包含的100μl的试剂3，并且将其分配到在摇晃器13顶部的微型板11的列“A”的井“1”到“12”中。紧接在此之后，控制设备3使计时器A清零，并开始计数。计时器A以诸如一个毫秒为单位进行计数。在分配之后，在处理容器14中处理这12个分配尖端8，据此，检查在头6中是否未保留任一个分配尖端8。
在过程号6中，与过程号5相似，吸入在试剂容器10a的部分“C”中所包含的100μl的试剂4，并将其分配到微型板11的列B的井“1”到“12”中。紧接在此之后，控制设备3使计时器B清零并开始计数。
之后，执行相似的过程直到过程号9，其中，将试剂5到7分配到微型板11的列“C”到“E”中，并且启动计时器C、计时器D和计时器E。
每一个分配操作所需的时间是50秒。因此，计时器B比计时器A迟50秒，而计时器C比计时器B迟50秒，对于计时器D和E类似。
在过程10中，在37℃，将已经分配了试剂的微型板11温育30分钟，随后将35μl的停止溶液分配到微型板11的列“A”到“E”中。首先，将来自分配尖端容器9a的列“G”的分配尖端8安装在分配头6上。之后，检查以确定12个分配尖端8是否适当地安装在头6的预定位置上。然后，在试剂容器10a的部分“H”中吸入作为反应停止溶液的75μl的试剂。执行温育操作，同时，将在时间设置30处输入的所期望的反应时间即30分钟或1800秒与计时器A上的时间进行比较。当计时器A上的时间到达1800秒时，将试剂8分配到微型板11的列“A”中。在分配之后，再次吸入试剂，并且分配头6在微型板11的列B处进行等待。当计时器B到达1800秒时，将试剂B分配到列B中。之后，执行相似的操作，直到试剂分配到列“E”中并且在每一个列“A”到“E”中停止了试剂反应为止。控制设备3测量计时器“A”到“E”上的时间，换言之，紧接在分配试剂之后直到分配了停止溶液时的时间。可以在屏幕上显示该时间，或者将其记录在图中未示出的存储介质或打印机中。分配头6等待反应时间完成的位置不必在井的上方，而可以是其中即使吸入分配尖端8的停止溶液的液滴从分配尖端8中落下，其将不会引起对试验的妨碍的适当位置。此外，可以刚好在反应时间结束之前，将其温度控制较为关键且如果其保留在分配尖端8中其温度将改变为周围温度的停止溶液从试剂容器10a的列“H”中吸入。
随后的操作包括操作员移开微型板11，并且利用荧光板读取器(未示出)测量反应产物的荧光强度。
在“温育→分配停止溶液”信息输入屏幕34中提供了上述的时间设置30。然而，还可以设置针对时间控制较为重要的分配试剂过程的信息输入屏幕34。设置了计时器31，用于测量针对微型板11的每一列，从分配反应开始试剂算起的时间，这样可以容易地理解，可以进行与上述操作相似的操作。
在上述作为实例所采用的过程中，直到分配停止溶液为止的时间是30分钟。然而，如果该时间是诸如三分钟，则在执行过程号5和过程号9之间的时间期间，时间将会结束。在这种情况下，上述的自确定功能40将会仿真针对创建的过程的实际过程时间，并且确定这些操作是否可行。换言之，自确定功能将确定诸如在从过程号5开始时到分配停止溶液时期间，是否存在足够的时间来执行另外的过程。
此外，在上述过程中，将针对不同试剂的反应时间设置为相同的持续时间。然而，还可以执行其中将相同的试剂加入到试样中并且针对每一列设置不同时间的试验。在这种情况下，在将试剂分配到井的范围中时，在“温育→分配停止溶液”处设置的时间对于每一列将是不同的。在这种试验中，即使在执行过程期间在设备中发生故障、或者出于一些原因必须停止设备时，则由于计时器31将已经测量了紧接在分配试剂之后直到分配了停止溶液为止的实际时间，可以使用针对该试验的测试结果。
在上述的本发明实施例中，给出了其中处理了分配尖端8的实例。然而，还可以使用清洁过的固定尖端。此外，在描述中将具有96个井的微型板11用作实例。然而，本发明还可以容易地应用于针对具有包含384个井或1536个井的更少数量的井的微型板11的分配头6。
权利要求
1.一种自动液体操控系统，包括分配尖端容器，具有用于容纳分配尖端的多个容纳部分；分配头，具有在其上附加至少一个分配尖端的附加部分，其中，当将一个或多个分配尖端附加到附加部分上时，分配头能够进行吸取和排出操作，用于将液体吸入所述的一个或多个分配尖端、或者从所述的一个或多个分配尖端中排出液体；移动机构，用于移动分配头；传感器，当所述头相对于传感器移动时，所述传感器感知一个或多个分配尖端是否附加到分配头的附加部分上，其中，传感器具有按照相对于头移动的方向倾斜的方向延伸的感测区，以及传感器产生表示分配附加到分配头的附加部分上的分配尖端状态的输出；以及控制设备，用于控制由分配头进行的吸取和排出操作，并且控制移动机构以控制分配头的移动。
2.根据权利要求1所述的自动液体操控系统，其特征在于传感器光学地感测一个或多个分配尖端。
3.根据权利要求2所述的自动液体操控系统，其特征在于传感器包括发光单元、以及离发光单元预定距离分离设置的光接收单元，在发光单元和光接收单元之间形成光路径，其中，移动机构移动分配头以使其横穿所述光路径。
4.根据权利要求1所述的自动液体操控系统，其特征在于还包括存储器，用于存储与要附加到分配头的附加部分上的分配尖端的数量有关的信息、以及表示分配尖端要附加到其上的容纳部分的位置数据，其中，控制设备将传感器的输出与存储器中所存储的信息进行比较。
5.根据权利要求4所述的自动液体操控系统，其特征在于还包括调节装置，当控制设备产生用于表示传感器的输出和在存储器中所存储的信息彼此不一致的比较结果时，所述调节装置调节如由存储器中所存储的信息所表示的附加到分配头的附加部分上的分配尖端的数量、以及分配尖端的附加位置。
6.根据权利要求4所述的自动液体操控系统，其特征在于当控制设备产生了用于表示传感器的输出和在存储器中所存储的信息彼此不一致的比较结果时，控制设备控制移动机构停止分配头的移动。
7.根据权利要求6所述的自动液体操控系统，其特征在于每一次当针对分配头的一个附加部分进行比较时，控制设备产生比较结果。
8.根据权利要求6所述的自动液体操控系统，其特征在于在针对分配头中的所有附加部分进行比较之后，控制设备产生比较结果。
9.根据权利要求3所述的自动液体操控系统，其特征在于移动机构按照由X轴、Y轴和Z轴的定义的三维空间中移动分配头，并且在由X轴和Y轴定义的平面上旋转分配头，其中，发光单元和光接收单元按照光路径相对于X轴和Y轴形成45度的位置关系设置在由X轴和Y轴定义的平面中，并且移动机构按照X轴或Y轴的方向移动分配头以横穿所述光路径。
全文摘要
为了消除在与向自动液体操控系统中所设置的分配头和从自动液体操控系统中所设置的分配头附加或拆卸分配尖端有关的任何错误，设置了分配尖端传感器来感知分配尖端是否附加到头上，其中所述自动液体操控系统用于将要检查的对象、试剂、酶类等分配到微型板的井中。所述传感器包括发光单元和光接收单元，设置在其中处理使用过的分配尖端的处理容器的上部和对角线的相对位置上。对其上附加了一些分配尖端的分配头进行移动以使其横穿传感器的光路径，从而能够感知附加到所述头上的分配尖端。
文档编号G01N35/10GK1538178SQ20041003485
公开日2004年10月20日 申请日期2004年4月16日 优先权日2003年4月16日
发明者户井宽厚, 山田健二, 大泽秀隆, 大河原正, 二, 正, 隆 申请人:日立工机株式会社