适用于单分子POCT设备的样本调度系统和使用其的样本调度方法与流程

适用于单分子poct设备的样本调度系统和使用其的样本调度方法
技术领域
1.本技术涉及样本调度领域，尤其涉及适用于单分子poct设备的样本调度系统和使用其的样本调度方法。


背景技术：

2.即时诊断(point of care testing，poct)也称为现场快速诊断、床旁诊断，随着免疫技术和分子生物技术的发展，具有使用便捷、应用范围广泛的特点，在检验医学中的新领域不断受到人们的关注和重视。近年来，为满足超敏检测的需求，开发了单分子免疫检测方法(参见专利文献1)。但目前尚未开发出针对单分子免疫检测的poct设备。
3.目前自动分析装置中的样本传输方法，常见的有样本盘进样方式和样本架轨道进样方式。样本盘因其结构简单且成本低，被广泛应用在中低端机型。但采用样本盘传输方式，不方便用户在测试开始后随时加载样本或者随时卸载吸样完成的样本。现有技术中的样本架轨道进样传输方案，普遍具有结构复杂，占空间大，成本高的特点，但由于它可支持随时加载样本或取走已吸样完成的样本，保证了大样本量应用模式下的连续高效测试，因此被广泛应用于中高端的分析装置中。本领域迫切需要一种结构简单、所占空间小、成本低的样本架轨道进样传输装置。
4.专利文献2中公开了一种样本分析装置，其包含样本存放区、运输机构和吸样通道，其中的运输机构包含用于驱动卡槽和拨动机构沿第一方向运动的第一运动机构、用于驱动拨动器沿平行于存放通道轴向的第二方向运动的第二运动机构和用于驱动拨动器升降的第三运动机构，动力源较多，需要占用较大的空间，此外，所述第三运动机构需要设置复杂的齿轮结构。因此，上述样本分析装置无法合适地用于poct设备。
5.关于样本调度方法和调度系统，现有技术中，在生化诊断、免疫诊断中的基于化学发光法的诊断中，提出了一些适用于各自的应用场景的调度方法和系统。如专利文献3，其涉及适用于血细胞分析设备中的调度系统和调度方法，所述调度系统包含进样装置、抓取装置、中转机构和用于微量试管混匀的混匀装置。专利文献3所公开的调度系统的组件较多，需要另设混匀装置，且流程较为复杂，并不适用于poct设备。
6.现有技术文献
7.专利文献1：cn111771126a；
8.专利文献2：cn107533074a；
9.专利文献3：cn114152765b。


技术实现要素：

10.针对上述问题，本技术的目的在于提供能够有效减少模块体积、结构简单且紧凑的适用于单分子poct设备的样本调度系统和使用其的样本调度方法。所谓单分子poct设备，是指基于对标记分子进行良好的成像及计数这一原理来检测待测物浓度的单分子免疫
检测所适用的即时诊断设备，除了通常的即时诊断设备所要求的便携化、快速化以外，还要求其整体设计更好地符合
″
对标记分子进行良好的成像及计数
″
这一原理。因此，在设计单分子poct设备时对各组件提出了更高的要求。
11.本技术包括以下的技术方案。
12.第一方面，本技术涉及一种适用于单分子poct设备的样本调度系统，其包含样本仓组件、样本调度小车组件和取样组件，
13.所述样本仓组件包含x轴运动机构、样本仓室和设置有样本架判断传感器的竖板，
14.所述样本调度小车组件包含样本架抓手、z轴运动机构、y轴运动机构、试管判断光耦、样本架判断光耦和扫码器，其中，所述z轴运动机构为基于偏心轮的运动机构，
15.所述取样组件包含取样针、y轴驱动机构、z轴驱动机构、防撞机构和液面探测机构。
16.在一个实施方式中，上述样本调度小车组件不含x轴运动机构。
17.在一个实施方式中，上述样本仓组件包含2～5个样本仓室，上述样本仓室由样本隔离板和样本仓底板构成，每个样本仓室的长度为50～100mm，宽度为15～25mm。
18.在一个实施方式中，上述x轴运动机构包含步进电机、同步带、直线导轨、同步轮和零位光耦。
19.在一个实施方式中，上述样本仓室通过滑块与x轴运动机构连接并设置于上述x轴运动机构的上方，借助上述x轴运动机构在x轴方向上移动，上述竖板设置在上述样本仓室的后部、即与x轴运动机构对置的一侧。
20.在一个实施方式中，上述样本调度小车组件设置在与上述x轴运动机构对置的一侧。
21.在一个实施方式中，样本架抓手、z轴运动机构设置在上述样本调度小车组件的内部，上述试管判断光耦、样本架判断光耦和扫码器竖立地设置在样本调度小车组件的表面。
22.在一个实施方式中，上述z轴运动机构通过连接件与样本架抓手连接，设置于样本架抓手的下部，用于使样本架抓手在z轴方向上运动，且包含第1步进电机、偏心轮、偏心轨道、偏心连杆和z轴直线导轨；上述y轴运动机构用于使样本架抓手在y轴方向上移动，且包含第2步进电机、同步带、同步轮和y轴直线导轨，上述第2步进电机设置在样本调度小车组件的外侧面。
23.在一个实施方式中，所述取样组件的防撞机构包含防撞光耦、弹簧、防撞挡片和防撞杆，
24.所述弹簧套于所述防撞杆上，
25.所述防撞挡片与所述防撞杆连接且前端处于所述防撞光耦中，在取样针发生碰撞时防撞挡片的前端从防撞光耦中突出，
26.所述防撞光耦设置于液面探测机构上。
27.另一方面，本技术涉及样本调度方法，其使用了上述中任一项所述的样本调度系统，且包括下述工序：
28.(1)将装有待测样本的样本架放入样本仓室内；
29.(2)在检测系统的控制下，样本架判断光耦开始检测所对应的样本仓室内是否有样本架；
30.(3)根据样本架判断光耦的检测信息，在样本仓组件的x轴运动机构的驱动下，将含有样本架的样本仓室运送至与样本调度小车组件的样本架抓手在y轴上对齐的位置；
31.(4)样本架抓手将样本架从样本仓室转移至样本调度小车组件的轨道上，然后，利用样本调度小车组件的样本架判断传感器来判断是否成功转运样本架，接着，利用样本调度小车组件的试管判断传感器来判断样本架上的多个试管位的哪个位置装载有样本试管；
32.(5)根据工序(4)中的传感器的判断信息，扫码器对记录有试管信息的条码进行扫描，并记录在检测系统中，完成扫码后将样本架上的试管运送至与取样组件对应的取样位，停止；
33.(6)取样组件对处于取样位的试管进行取样并转移至反应杯中；
34.(7)取样完成后，样本调度小车组件通过其y轴运动机构、样本架抓手和z轴运动机构将完成取样的样本架返回至原来的样本仓室的仓位内或者运送至与样本仓组件分开设置的样本回收仓内；
35.(8)重复上述工序，直至样本仓室内的所有样本均被取样，样本仓组件沿x轴返回至零位，更换新的一批样本架。
36.在一个实施方式中，在工序(2)中，若检测到2个以上的样本仓室内含有样本架，则在工序(4)中，样本架抓手按照样本仓室与样本调度小车组件之间的距离，从近至远依次抓取样本架。
37.在一个实施方式中，样本回收仓包含多个仓室，各仓室各自设置有对应的样本架判断传感器，通过所述样本架判断传感器来判断各仓室内是否已装载有完成取样的样本架。
38.本技术与现有技术相比，能够获得以下优异效果：
39.(1)通过本技术的样本调度系统的特定构造，特别是样本仓组件、样本调度小车组件和取样组件的具体构成及它们的驱动方式和配置关系，使得所需的x轴运动机构的体积较小，能够在保证良好地进行进样的情况下将样本调度系统整体的体积控制在尽可能小的范围内，缩小设备体积，良好地适用于单分子poct设备；
40.(2)所需的动力源较少，且无需混匀设备，减少组件数目；
41.(3)通过设置基于偏心轮的z轴运动机构，在小的空间范围内实现z轴方向上的运动，使设备体积更为紧凑；
42.(4)本技术的调度方法的工序较少，无需混匀工序，缩短调度时间，从而在从开始进样起尽可能迅速地实现对标记分子的成像及计数，保证单分子免疫检测的稳定性，适于单分子检测。
附图说明
43.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
44.图1为本技术一实施例示出的样本调度系统的立体图。
45.图2为本技术一实施例示出的包含样本仓组件和样本调度小车组件的立体图。
46.图3为样本仓组件的立体图，其中的(a)为示出样本仓的初始状态的立体图，(b)为示出样本仓移动至与样本调度小车组件的样本架抓手相连的一侧位置的立体图。
47.图4为样本调度小车组件的整体立体图。
48.图5为样本调度小车组件的与样本架抓手及z轴运动机构有关的局部立体图。
49.图6为样本调度小车组件的与y轴运动机构有关的局部立体图。
50.图7为取样组件的立体图。
51.图8为样本调度方法的一个技术方案的示意图。
52.图9为样本调度方法的另一个技术方案的示意图。
53.附图标记：
54.1-样本仓组件；2-样本调度小车组件；3-取样组件；
55.11-x轴运动机构；12-样本仓室；13-设置有样本架判断传感器的竖板；111-步进电机；112-同步带；113-直线导轨；114-同步轮；115-零位光耦；121-样本隔离板；122-样本仓底板；131-单独竖板；132-样本架判断传感器；
56.21-样本架抓手；22-z轴运动机构；23-y轴运动机构；24-试管判断光耦；25-样本架判断光耦；26-扫码器；221-第1步进电机；222-偏心轮；223-偏心轨道；224-偏心连杆；225-z轴直线导轨；231-第2步进电机；232-y轴直线导轨；233-同步带；
57.31-样本针；32-z轴运动机构；33-防撞机构；34-液面探测机构；321-步进电机；322-同步带；323-主动轮；324-从动轮；325-单直线导轨；331-防撞光耦；332-弹簧；333-防撞挡片；334-防撞杆。
具体实施方式
58.此外，术语
″
水平
″
、
″
竖直
″
、
″
悬垂
″
等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如
″
水平
″
仅仅是指其方向相对
″
竖直
″
而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
59.在本技术的描述中，需要说明的是，术语
″
内
″
、
″
外
″
、
″
左
″
、
″
右
″
、
″
上
″
、
″
下
″
等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
60.在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语
″
设置
″
、
″
安装
″
、
″
相连
″
、
″
连接
″
应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
61.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。
62.图1为本技术一实施例示出的样本调度系统的立体图，其包含样本仓组件1、样本调度小车组件2和取样组件3，样本仓组件1和样本调度小车组件2在y轴方向上前后地排列，取样组件3设置于样本仓组件1和样本调度小车组件2的上方。
63.图2为本技术一实施例示出的包含样本仓组件和样本调度小车组件的立体图，样本仓组件1主要用于放置和移动样本，样本调度小车组件2主要用于记录样本信息和将样本从样本仓转移至取样位置。所述样本调度小车组件2设置在样本仓组件1的y轴方向上的后
部，与样本仓组件1的x轴运动机构对置。
64.上述样本仓组件1主要包含x轴运动机构11、样本仓室12和设置有样本架判断传感器的竖板13。所述样本仓室12通过滑块与v轴运动机构11连接并设置于上述x轴运动机构11的上方，借助上述x轴运动机构11在x轴方向上移动，在初始位置(即与样本架判断器对应的位置)和与样本调度小车组件2的样本架抓手相连的位置之间移动。上述设置有样本架判断传感器的竖板13设置在上述样本仓室12的后部、即与x轴运动机构11对置的一侧，所述设置有样本架判断传感器的竖板13不与样本仓室12直接连接。
65.上述x轴运动机构11包含步进电机111、同步带112、直线导轨113、同步轮114和零位光耦115，还包含供上述部件安装的安装板。所述x轴运动机构11的宽度大致为样本仓室12的宽度与样本调度小车组件2的宽度之和。所述x轴运动机构11设置在样本仓室12的下部，通过滑块与样本仓室12连接，带动样本仓室12在x轴方向上移动。上述零位光耦115设置在x轴运动机构11的与竖板13相对的一端，用于良好地对样本仓室12进行定位。上述直线导辊为单导辊，设置于x轴运动机构11的上部并位于样本仓室12的正下方，长度与同步带112的长度接近。
66.所述样本仓室12由样本隔离板121和样本仓底板122构成。样本仓组件1可以包含2～5个样本仓室，每个样本仓室的长度为50～100mm，宽度为15～25mm。本实施方式中，含3个样本仓室12，但不限于此。上述样本隔离板121的形状没有限定，优选为图1所示的阶梯状。样本仓组件1的各样本仓室12的总宽度在x轴方向上的宽度比样本调度小车组件2在x轴方向上的宽度窄。
67.所述设置有样本架判断传感器的竖板13包含多个样本架判断传感器132和单独竖板131，所述样本架判断传感器132的数目与样本仓组件1所包含的样本仓室12的数目相同，用于判断各样本仓室中是否存在样本架。各样本架判断传感器132大致设置于与样本仓室12的中央部位(x轴方向上)对应的位置，以便良好地监测样本架是否存在。
68.图3为样本仓组件1单独的立体图，以便示出样本仓组件1的运动方式。其中的图3(a)为示出样本仓室12处于初始状态(未与样本架抓手21相连的状态)时的立体图，图3(b)为示出样本仓室12在x轴运动机构11的驱动下移动至与样本调度小车组件2的样本架抓手21相连的一侧位置的立体图。图3(a)和(b)中，有3个样本架判断传感器132，与3个样本仓室12各自对应。当样本仓室12从初始状态移动至即将与样本调度小车组件2的样本架抓手21相连的一侧位置时，样本架判断传感器132将获取的样本架存在与否的信息传递至控制器，控制器控制样本架抓手21移动至存在样本架的样本仓室12进行抓取。
69.图4为样本调度小车组件2的整体立体图，图5为样本调度小车组件的与样本架抓手及z轴运动机构有关的局部立体图。样本调度小车组件2包含样本架抓手21、z轴运动机构22、y轴运动机构23、试管判断光耦24、样本架判断光耦25和扫码器26。其中，重要的是，z轴运动机构22为基于偏心轮的运动机构，且所述样本调度小车组件2不包含x轴运动机构，其无需x轴运动机构。
70.上述样本架抓手21大致呈长条状，在抓取样本架的一侧(前侧)设置有倾斜的凸起，以使得样本架从样本仓室12良好地转移至样本调度小车组件2，另外，在远离抓取样本架的一侧也设置有竖直的凸起。上述样本架抓手21通过连接件与位于其下部的z轴运动机构连接，具体而言，设置在z轴运动机构的直线导轨225上，在z轴运动机构的驱动下实现z轴
方向上的运动，并且与z轴运动机构一同设置在y轴运动机构的直线滑轨上，从而实现y轴方向上的运动。需要说明，上述样本架抓手21不在x轴方向上运动。
71.上述z轴运动机构22为基于偏心轮的运动机构，设置在所述样本调度小车组件的内部，包含第1步进电机221、偏心轮222、偏心轨道223、偏心连杆224和z轴直线导轨225。上述第1步进电机221通过偏心连杆224与偏心轮222连接，向偏心轮222提供驱动力。上述偏心轮222设置在呈中空状的偏心轨道223中。所述偏心轨道向偏心轮222提供供其运动的轨道，其中空部分可以呈扁圆形。通过连接件(即样本架抓手21与z轴运动机构22相连的连接件)，上述偏心轨道223设置在z轴直线导轨225上，实现z轴方向上的移动。考虑到样本架抓手21在z轴方向上的运动幅度及运动方式，同时兼顾较小的占用体积，本技术的发明人经过反复尝试，选择了上述基于偏心轮的z轴运动机构，与基于齿轮的运动结构等相比，能够以尽可能小的体积实现z轴方向上的小幅度运动。
72.上述试管判断光耦24、样本架判断光耦25和扫码器26均设置在样本调度小车组件2的上表面且均位于z轴运动结构22的后部，分别用于判断样本架的试管位是否装载有试管、用于判断样本架抓手21上是否有样本架和用于识别样本架上的条码，三者共同作用，以使得整个样本调度系统良好地工作，缺一不可。
73.图6为样本调度小车组件2的与y轴运动机构23有关的局部立体图。上述y轴运动机构23用于使样本架抓手21在y轴方向上移动，包含第2步进电机231、y轴直线导轨232、同步带233(见图6)和同步轮(未图示)。上述第2步进电机设置在样本调度小车组件2的外侧面，以减少样本调度小车组件2内部的宽度，相应地也缩小了样本仓组件1的x轴运动组件所需的宽度，降低整个装置的占用体积。
74.以下，对进样的具体流程进行举例说明。
75.进样时，当样本仓组件1运动至最右端(见图3(b))而与样本调度小车组件2的通道对应之后，样本调度小车组件2的第1步进电机221使偏心连杆224转动，借助偏心轮222带动样本架抓手21下降，第2步进电机231通过同步轮-同步带传动结构将样本架抓手21运送到样本仓组件1的样本架的正下方。然后，第1步进电机221驱动样本架抓手21上升而使样本架从样本仓底板122脱离，之后，第2步进电机231将样本架运送至指定取样位置。在运送样本架的途中，扫码器26识别样本架上的条码，样本架判断光耦25识别样本架抓手21上是否有样本架，试管判断光耦24识别样本架上的四个试管位是否装载有试管。
76.图7为本技术的取样组件3的立体图。需要说明，图7是从与图1不同的角度截取的取样组件3的立体图，以便更好地观察其具体结构，另外，省略了其他与取样组件无关的部件。所述取样组件其包含样本针31、z轴运动机构32、防撞机构33和液面探测机构34。所述z轴运动机构32包含步进电机321、同步带322、主动轮323、从动轮324、单直线导轨325和z轴零位光耦(未示出，可以位于最上端)。
77.所述防撞机构33包含防撞光耦331、弹簧332、防撞挡片333和防撞杆334，弹簧332套于所述防撞杆334上，防撞挡片333与防撞杆334连接且前端处于防撞光耦331中，在样本针31发生碰撞时防撞挡片333的前端从防撞光耦331中突出，从而防撞光耦331感应到信号而报警。防撞光耦331可以设置于液面探测机构34的电路板上，以使结构紧凑。
78.所述液面探测机构34和防撞机构33设置于同一l型安装板35上，且液面探测机构34设置于防撞机构23的上方。该l型安装板35通过滑块与z轴运动机构32的单直线导轨325
连接。样本针31设置于l型安装板的下方，以吸取及添加试样。
79.以下，对样本调度方法的具体工序进行举例说明，图8所示的调度方法中包括下述工序：
80.(1)将装有待测样本的样本架放入样本仓室内；
81.(2)在检测系统的控制下，样本架判断光耦开始检测所对应的样本仓室内是否有样本架；
82.(3)根据样本架判断光耦的检测信息，在样本仓组件的x轴运动机构的驱动下，将含有样本架的样本仓室运送至与样本调度小车组件的样本架抓手在y轴上对齐的位置；
83.(4)样本架抓手将样本架从样本仓室转移至样本调度小车组件的轨道上，然后，利用样本调度小车组件的样本架判断传感器来判断是否成功转运样本架，接着，利用样本调度小车组件的试管判断传感器来判断样本架上的多个试管位的哪个位置装载有样本试管；
84.(5)根据工序(4)中的传感器的判断信息，扫码器对记录有试管信息的条码进行扫描，并记录在检测系统中，完成扫码后将样本架上的试管运送至与取样组件对应的取样位，停止；
85.(6)取样组件对处于取样位的试管进行取样并转移至孵育仓的反应杯(孔2)中；
86.(7)取样完成后，样本调度小车组件通过其y轴运动机构、样本架抓手和z轴运动机构将完成取样的样本架返回至原来的样本仓室的仓位内；
87.(8)重复上述工序，直至样本仓室内的所有样本均被取样，样本仓组件沿x轴返回至零位，更换新的一批样本架。
88.其中，在工序(2)中，若检测到2个以上的样本仓室内含有样本架，则在工序(4)中，样本架抓手按照样本仓室与样本调度小车组件之间的距离，从近至远依次抓取样本架。
89.图9所示的样本调度方法包括下述工序：
90.(1)将装有待测样本的样本架放入样本仓室内；
91.(2)在检测系统的控制下，样本架判断光耦开始检测所对应的样本仓室内是否有样本架；
92.(3)根据样本架判断光耦的检测信息，在样本仓组件的x轴运动机构的驱动下，将含有样本架的样本仓室运送至与样本调度小车组件的样本架抓手在y轴上对齐的位置；
93.(4)样本架抓手将样本架从样本仓室转移至样本调度小车组件的轨道上，然后，利用样本调度小车组件的样本架判断传感器来判断是否成功转运样本架，接着，利用样本调度小车组件的试管判断传感器来判断样本架上的多个试管位的哪个位置装载有样本试管；
94.(5)根据工序(4)中的传感器的判断信息，扫码器对记录有试管信息的条码进行扫描，并记录在检测系统中，完成扫码后将样本架上的试管运送至与取样组件对应的取样位，停止；
95.(6)取样组件对处于取样位的试管进行取样并转移至孵育仓的反应杯(孔2)中；
96.(7)取样完成后，样本调度小车组件通过其y轴运动机构、样本架抓手和z轴运动机构将完成取样的样本架运送至与样本仓组件分开设置的样本回收仓内；
97.(8)重复上述工序，直至样本仓室内的所有样本均被取样，样本仓组件沿x轴返回至零位，更换新的一批样本架。
98.其中，在工序(2)中，若检测到2个以上的样本仓室内含有样本架，则在工序(4)中，
样本架抓手按照样本仓室与样本调度小车组件之间的距离，从近至远依次抓取样本架。
99.其中，样本回收仓包含多个仓室，各仓室各自设置有对应的样本架判断传感器，通过所述样本架判断传感器来判断各仓室内是否已装载有完成取样的样本架。
100.与图8所示的调度方法相比，图9所示的调度方法能够将更换样品和取走使用完的样本架在两个区域进行，各自独立地完成，两者不易互相影响，缩短调度时间。
101.以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。