一种全自动微生物质谱工作站的制作方法

1.本发明涉及生命科学仪器技术领域，具体是涉及一种全自动微生物质谱工作站。


背景技术：

2.质谱仪是利用电磁学原理把离子依据质荷比不同进行分离，进而测量物质的质量与含量的科学仪器。基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪(maldi-tofms)是质谱仪的一个分支，能够快速、准确的同时对多种样品进行分析与鉴定，通常样品是先被固定在靶板上的靶点上，再送入基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪(maldi-tofms)中进行分析与鉴定。目前，maldi-tofms已广泛用于细菌、真菌、分支杆菌和奴卡菌等微生物的分类鉴定。
3.现有技术的微生物质谱直涂点样仪，功能单一，且对于各步骤往往需要人工参与，效率低。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种全自动微生物质谱工作站，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现从微生物的直涂取样、靶板点样和干燥，到质谱自动进样和鉴定整个流程的全自动化。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供了一种全自动微生物质谱工作站，包括菌落直涂点样机构、自动进舱机构、基质施加机构、真空干燥机构、摄像机构、自动进样机构和自动退样机构，所述自动进样机构用于临时存放多个培养皿，并将所述培养皿进样至处理平台上，所述菌落直涂点样机构用于对所述处理平台上的所述培养皿进行菌落挑取和靶板直涂，且在靶板直涂时，所述摄像机构用于拍摄菌落的图像，并利用机器视觉判断菌落的生长位置，以控制所述菌落直涂点样机构找准菌落位置，所述基质施加机构用于对靶板上的样品施加基质，所述真空干燥机构用于对所述靶板上的样品快速干燥，所述自动进舱机构在将干燥后的所述靶板送入质谱仪后，所述质谱仪用于采集谱图、对微生物进行鉴定，以及鉴定结果的导出，所述自动退样机构用于对采样完成的所述培养皿收集和临时存放。
7.优选的，本发明提供的全自动微生物质谱工作站还包括外框、安装板和底板，所述底板安装于所述外框的下端，所述安装板安装于所述外框的中部，且所述底板与所述安装板均与水平面平行，所述自动退样机构位于所述外框内部且安装于所述底板上，所述菌落直涂点样机构、所述摄像机构、所述真空干燥机构和所述自动进样机构均位于所述外框内部且安装于所述安装板上。
8.优选的，所述自动进样机构包括进样存放机构和驱动机构，所述进样存放机构内用于放置多组待采样的所述培养皿，所述驱动机构用于将所述进样存放机构内的待采样的各所述培养皿依次送至所述处理平台上。
9.优选的，所述进样存放机构包括进样顶盖、进样底盘和进样定位件，所述进样顶盖和所述进样底盘上下排列且平行设置，所述进样定位件安装于所述进样顶盖和所述进样底
盘之间，且所述进样定位件内用于放置多个待采样的所述培养皿，所述进样定位件内的各所述培养皿上下堆叠放置，且所述进样底盘上对应所述进样定位件的位置开设有下进样孔，所述下进样孔能够使所述培养皿通过，通过所述驱动机构将经所述下进样孔落下的所述培养皿推至所述处理平台上。
10.优选的，所述自动退样机构包括退样存放机构和抓取机构，所述抓取机构用于将所述处理平台上采样完成的各所述培养皿依次抓取并转移至所述退样存放机构，所述退样存放机构用于放置多组采样完成的所述培养皿。
11.优选的，所述退样存放机构包括退样顶盖、退样底盘和退样定位件，所述退样顶盖和所述退样底盘上下排列且平行设置，所述退样定位件安装于所述退样顶盖和所述退样底盘之间，所述退样定位件内用于放置多个采样完的所述培养皿，所述退样定位件内的各所述培养皿上下堆叠放置，且所述退样顶盖上对应所述退样定位件的位置开设有上退样孔，所述上退样孔能够使所述培养皿通过，通过所述抓取机构将采样完的所述培养皿经所述上退样孔放入所述退样定位件内。
12.优选的，所述真空干燥机构包括干燥驱动模块、能够放置所述靶板的干燥平台、靶板盖板和真空泵，所述干燥驱动模块能够驱动所述干燥平台移动至所述靶板盖板下方并使所述靶板盖板密封盖设于靶板上，所述靶板盖板和所述靶板之间能够形成一密封腔室，所述真空泵能够穿过所述靶板盖板并与所述密封腔室连接并连通。
13.优选的，所述基质施加机构为喷雾式，且所述基质施加机构用于向所述靶板上喷洒基质。
14.优选的，所述菌落直涂点样机构包括直涂模块和点样模块，所述直涂模块能够在所述摄像机构的辅助下，利用机械视觉判断菌落位置，并通过直涂头粘取菌落，所述直涂头用于将菌落涂到所述靶板上；所述点样模块能够在所述摄像机构的辅助下，利用机械视觉判断菌落位置，并通过点样头对所述靶板上的菌落点样。
15.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
16.本发明提供的全自动微生物质谱工作站，自动进样机构用于临时存放多个培养皿，并将培养皿进样至处理平台上，进而实现多个培养皿的自动进样，菌落直涂点样机构用于对处理平台上的培养皿进行菌落挑取和靶板直涂，且在靶板直涂时，摄像机构用于拍摄菌落的图像，并利用机器视觉判断菌落的生长位置，以控制菌落直涂点样机构找准菌落位置，提高效率，且通过摄像机构辅助找准菌落位置能够避免出现直涂失效，基质施加机构用于对靶板上的样品施加基质，真空干燥机构用于对靶板上的样品快速干燥，自动进舱机构在将干燥后的靶板送入质谱仪后，质谱仪自动开始采集谱图，对微生物进行鉴定，最后导出全部鉴定结果，自动退样机构用于对采样完成的培养皿收集和临时存放，最终实现多个培养皿的自动退样，全自动微生物质谱工作站将多个功能进行集成，实现了从微生物的直涂取样、靶板点样和干燥，到质谱自动进样和鉴定整个流程的全自动化，且整个过程不需要人工手动拿取培养皿，能够避免交叉污染，同时也提高工作效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1是本发明提供的全自动微生物质谱工作站的结构示意图；
19.图2是本发明中自动进样机构和自动退样机构的结构示意图；
20.图3是本发明中驱动机构的结构示意图；
21.图4是本发明中菌落直涂点样机构处的结构示意图；
22.图5是本发明中自动进舱机构和质谱仪处的结构示意图；
23.图中：100-全自动微生物质谱工作站，1-自动进样机构，2-自动退样机构，3-菌落直涂点样机构，4-质谱仪，5-自动进舱机构，6-外框，7-安装板，8-底板，9-摄像机构，10-真空干燥机构，11-靶板，12-培养皿，13-质谱腔体，14-舱门，15-靶板盖板，16-进样存放机构，17-驱动机构，18-退样存放机构，19-抓取机构，20-处理平台，21-直线电机，22-推块，23-进样光电开关。
具体实施方式
24.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，本领域普通技术人员在没有做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。
25.本发明的目的是提供一种全自动微生物质谱工作站，以解决现有的点样仪功能单一，且效率低的技术问题。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.如图1-图5所示，本发明提供一种全自动微生物质谱工作站100，包括菌落直涂点样机构3、自动进舱机构5、基质施加机构、真空干燥机构10、摄像机构9、自动进样机构1和自动退样机构2，自动进样机构1用于临时存放多个培养皿12，并将培养皿12进样至处理平台20上，进而实现多个培养皿12的自动进样，菌落直涂点样机构3用于对处理平台20上的培养皿12进行菌落挑取和靶板直涂，且在靶板直涂时，摄像机构9用于拍摄菌落的图像，并利用机器视觉判断菌落的生长位置，以控制菌落直涂点样机构3找准菌落位置，提高效率，且通过摄像机构9辅助找准菌落位置能够避免出现直涂失效，基质施加机构用于对靶板11上的样品施加基质，真空干燥机构10用于对靶板11上的样品快速干燥，自动进舱机构5在将干燥后的靶板11送入质谱仪4后，质谱仪4自动开始采集谱图，对微生物进行鉴定，最后导出全部鉴定结果，自动退样机构2用于对采样完成的培养皿12收集和临时存放，最终实现多个培养皿12的自动退样，全自动微生物质谱工作站100将多个功能进行集成，实现了从微生物的直涂取样、靶板点样和干燥，到质谱自动进样和鉴定整个流程的全自动化，且整个过程不需要人工手动拿取培养皿12，能够避免交叉污染，同时也提高工作效率。
28.具体地，本发明提供的全自动微生物质谱工作站100还包括外框6、安装板7和底板8，进而提供安装平台和操作空间，底板8安装于外框6的下端，安装板7安装于外框6的中部，且底板8与安装板7均与水平面平行，自动退样机构2位于外框6内部且安装于底板8上，菌落直涂点样机构3、摄像机构9、真空干燥机构10和自动进样机构1均位于外框6内部且安装于
安装板7上，便于进行菌落挑取、靶板直涂以及点样以及干燥等工序，同时，使得自动退样机构2相较于自动进样机构1和处理平台20等低，便于采样完的培养皿12进入自动退样机构2内。
29.自动进样机构1包括进样存放机构16和驱动机构17，进样存放机构16内用于放置多组待采样的培养皿12，进而便于实现连续进样，驱动机构17用于将进样存放机构16内的待采样的各培养皿12依次送至处理平台20上，以便于在操作处对培养皿12进行菌落的挑取和靶板直涂，同时，通过驱动机构17和进样存放机构16的配合实现了自动进样，提高进样效率。
30.进样存放机构16包括进样顶盖、进样底盘和进样定位件，进样顶盖和进样底盘上下排列且平行设置，进而形成培养皿12的存放空间，进样定位件安装于进样顶盖和进样底盘之间，且进样定位件内用于放置多个待采样的培养皿12，以进行连续进样，进样定位件内的各培养皿12上下堆叠放置，且进样底盘上对应进样定位件的位置开设有下进样孔，下进样孔能够使培养皿12通过，通过驱动机构17将经下进样孔落下的培养皿12推至处理平台20上，进而使得培养皿12在自身重力的作用下自动下落，再通过驱动机构17将位于最下层的培养皿12推至处理平台20处，实现自动进样，即，在进样过程中，位于最下层的培养皿12掉落至平台底座上，驱动机构17推动该培养皿12移动至处理平台20处，而此时位于倒数第二层的培养皿12与驱动机构17的上端面接触，当驱动机构17退回并不再对倒数第二层的培养皿12限位，倒数第二层培养皿12连同其上方的培养皿12一同落下，且倒数第二层的培养皿12落至平台底座上，以便于在驱动机构17的推动下移动，以此循环，实现自动进样，效率高。
31.进样定位件为三组，下进样孔为三个，且一组进样定位件对应一个下进样孔，进样顶盖上对应各下进样孔的位置还开设有上进样孔，上进样孔用于将培养皿12放入进样定位件内，以便于培养皿12的进样；各进样定位件均包括三根进样定位棒，三根进样定位棒均匀固定在下进样孔的外周，且三根进样定位棒之间用于放置培养皿12，通过三点定圆的原理实现对培养皿12的限位，初始状态下，每组进样定位件内的培养皿12为32个。但本发明对于进样定位件的数量和初始状态下每组进样定位件内培养皿12的数量均不限于上述限定，本领域技术人员可根据实际需要作适应性调整。
32.本发明提供的全自动微生物质谱工作站100还包括进样电机和进样光电开关23，进样电机位于进样底盘的下端，且进样电机用于带动进样存放机构16转动，进而实现各进样定位件的切换，以使得各进样定位件依次与驱动机构17对准，即当一个进样定位件内的培养皿12进样完成，通过进样电机带动进样存放机构16转动，以便于下一进样定位件与驱动机构17对准并实现培养皿12进样，进样光电开关23安装于平台底座上，且各下进样孔的外缘固定有进样感应片，三个进样感应片所围成的圆与进样底盘同圆心，进样电机带动进样存放机构16转动时，能够使进样光电开关23依次与各进样感应片感应，并在进样光电开关23检测到其中一个进样感应片时，控制进样电机停转，此时位于该进样感应片所对应的进样定位件内的最下层培养皿12能够经下进样孔落下并被驱动机构17推动，另外两个下进样孔被平台底座封堵，避免另外两个进样存放机构16内的培养皿12落下。
33.驱动机构17包括直线电机21、推块22和接触开关，接触开关安装于平台底座上，直线电机21位于平台底座的一侧，推块22位于平台底座的上端，且直线电机21的输出轴与推块22的一侧连接，推块22的另一侧用于将位于最下层的待采样的培养皿12推至处理平台20
处，且推块22移动至位于进样定位件下方时，能够对下进样孔封堵，进而避免在推动位于最下层的待采样培养皿12移动时，倒数第二个培养皿12落下，直线电机21推动培养皿12移动到位后，推块22接触并作用于接触开关，接触开关控制直线电机21反转并带动推块22回位，同时推块22回位后不再对下进样孔封堵，倒数第二个培养皿12落下，以便于倒数第二个培养皿12的进样。
34.自动退样机构2包括退样存放机构18和抓取机构19，抓取机构19用于将处理平台20上采样完成的各培养皿12依次抓取并转移至退样存放机构18，退样存放机构18用于放置多组采样完成的培养皿12，便于实现连续自动抓取，提高退样效率。
35.退样存放机构18包括退样顶盖、退样底盘和退样定位件，退样顶盖和退样底盘上下排列且平行设置，退样定位件安装于退样顶盖和退样底盘之间，退样定位件内用于放置多个采样完的培养皿12，进而便于对多个培养皿12进行退样后的收集，退样定位件内的各培养皿12上下堆叠放置，且退样顶盖上对应退样定位件的位置开设有上退样孔，上退样孔能够使培养皿12通过，通过抓取机构19将采样完的培养皿12经上退样孔放入退样定位件内，进而将退样定位件内的各培养皿12堆叠放置。
36.退样定位件的具体结构与进样定位件的具体结构基本一致。
37.本发明提供的全自动微生物质谱工作站100还包括退样底座、退样光电开关和退样电机，退样底座安装于退样底盘下方并与退样底盘平行，退样电机安装于退样底座上，且退样电机的输出轴穿过退样底座并与退样底盘中部连接，进而能够带动退样底盘转动，以实现各退样定位件的切换，使各退样定位件依次与抓取机构19对准，即当一个退样定位件内的培养皿12达到最大数量，通过退样电机带动推样存放机构转动，以便于下一退样定位件与抓取机构19对准并实现培养皿12进退样。退样光电开关通过一支架安装于退样底座上，即支架的下端安装于退样底座上，支架的上端与退样光电开关，各下退样孔的外缘下端固定有退样感应片，三个退样感应片所围成的圆与退样底盘同圆心，退样电机带动退样存放机构18转动时，能够使退样光电开关依次与各退样感应片感应，并在退样光电开关检测到其中一个退样感应片时，控制退样电机停转，此时抓取机构19能够将采样完的培养皿12抓取至该退样感应片所对应的退样定位件内。
38.为了保证在培养皿12退样堆叠时的稳定性，避免对培养皿12造成破坏，本发明提供的全自动微生物质谱工作站100还包括托盘、光轴、丝杆和限位电机，限位电机安装于退样底座的下端，且限位电机的输出轴与丝杆的下端连接，并能够带动丝杆转动，丝杆的上端向上延伸，光轴的下端安装在退样底座上，光轴的上端向上延伸，且光轴与丝杆平行设置，托盘穿过光轴和丝杆，丝杆用于带动托盘升降，光轴用于对托盘导向，以及提高托盘的稳定性，托盘的一端能够伸入至退样定位件内，并用于托住培养皿12，丝杆的外周套设有滑块，滑块的外周与托盘连接，进而能够将丝杆的转动转换成托盘的上下移动，限位电机能够带动丝杆转动，并使托盘沿丝杆的轴向往复移动，当对培养皿12退样时，先通过限位电机的动作，带动托盘上升至位于退样定位件的最上端，使用抓取机构19抓取培养皿12放入至托盘上，然后限位电机控制丝杆转动，并使托盘下移一个培养皿12高度的距离，再次使用抓取机构19抓取下一培养皿12并放入至上一培养皿12的上端，直至托盘移动至位于退样定位件的最下端，且托盘经下退样孔到达退样底盘下方，进而不会影响退样存放机构18的转动，同时，位于最下层的培养皿12由于被退样电机处的一壳体支撑而不会掉落，通过退样电机控
制退样存放机构18转动，以使下一退样定位件位于抓取机构19的抓取范围内，重复上述操作。
39.抓取机构19包括机械臂和机械爪，机械爪与机械臂的一端连接，且机械臂用于带动机械爪抓取采样完的培养皿12，并将培养皿12经托盘的上方放入至托盘上。
40.真空干燥机构10包括干燥驱动模块、能够放置靶板11的干燥平台、靶板盖板11和真空泵，干燥驱动模块能够驱动干燥平台移动至靶板盖板11下方并使靶板盖板11密封盖设于靶板11上，靶板盖板11和靶板11之间能够形成一密封腔室，真空泵能够穿过靶板盖板11并与密封腔室连接并连通。使用时，当需要对靶托上的样品进行干燥时，驱动干燥驱动模块，带动靶板11移动，使靶托位于真空泵的抽气接口的正下方，然后启动真空泵，通过抽气接口抽走靶板11处的潮湿气体，给靶板11一个干燥且负压的环境，从而能够有效的对靶板11上的样品进行干燥。对于真空干燥机构10的具体结构与原理，在本发明中不作过多的具体限定，只要能够实现相关操作即可。
41.基质施加机构为喷雾式，且基质施加机构用于向靶板11上喷洒基质，对于基质施加机构的具体结构与原理，在本发明中不作过多的具体限定，只要能够实现相关操作即可。
42.菌落直涂点样机构3包括直涂模块和点样模块，直涂模块能够在摄像机构9的辅助下，利用机械视觉判断菌落位置，并通过直涂头粘取菌落，直涂头用于将菌落涂到靶板11上；点样模块能够在摄像机构9的辅助下，利用机械视觉判断菌落位置，并通过点样头对靶板11上的菌落点样，对于菌落直涂点样机构3和摄像机构9的具体结构与原理，在本发明中不作过多的具体限定，只要能够实现相关操作即可。
43.在质谱仪4的下方设有质谱腔体13，且在质谱腔体13上端设置舱门14，通过自动进舱机构5实现舱门14的自动开启及进舱，对于质谱仪4和自动进舱机构5的具体结构与原理，在本发明中不作过多的具体限定，只要能够实现相关操作即可。
44.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。