本發(fā)明涉及配制溶液的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種標(biāo)準(zhǔn)溶液的自動(dòng)配制工作站及其配制方法。

背景技術(shù)：

標(biāo)準(zhǔn)溶液是指一系列已知濃度的溶液，廣泛用于生化分析、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)等定量分析。在定量分析中，通過(guò)配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再通過(guò)儀器測(cè)量各標(biāo)準(zhǔn)溶液某理化性質(zhì)感應(yīng)強(qiáng)度，并繪制與濃度間的標(biāo)準(zhǔn)曲線，用以對(duì)未知溶液的濃度進(jìn)行定量檢測(cè)。標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方法主要分為：直接配制法和標(biāo)定法。直接配制法是先準(zhǔn)確稱(chēng)取定量的基準(zhǔn)物質(zhì)，溶解后定容成為準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，且低濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液可由較高濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋而成。標(biāo)定法是針對(duì)不能直接配制成準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，可先配制成近似需要的濃度，選后用基準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)定，根據(jù)基準(zhǔn)物的量及被標(biāo)定溶液用去的體積，計(jì)算被標(biāo)定溶液的濃度。傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制都是基于以上兩種方法，人工采用分液器或移液器完成，配制過(guò)程還需要人工設(shè)計(jì)配制流程并計(jì)算稀釋配比，操作過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且由于個(gè)人的操作手法及所用的設(shè)備存在的誤差或操作失誤，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)確度和精密度不能很好的滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)需求，從而大大影響工作效率。另外，由于一些溶液為有毒有害揮發(fā)性液體，人工操作過(guò)程具有較高的危險(xiǎn)性，極易對(duì)操作人員身體造成傷害。

為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有市售的多為半自動(dòng)稀釋配制儀，通過(guò)連接高精度注射泵或蠕動(dòng)泵的導(dǎo)管，手持導(dǎo)管在不同試劑瓶?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)溶液的分液和稀釋操作。市售的全自動(dòng)溶液稀釋儀器，則是通過(guò)連接高精度注射泵或蠕動(dòng)泵的不銹鋼針進(jìn)行吸液和分液，用載有試劑瓶架的圓形托盤(pán)通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)試劑瓶的切換。上述儀器在溶液配制過(guò)程中都需用戶(hù)首先設(shè)計(jì)配制流程，并在儀器中設(shè)置各種溶液的稀釋量及分配比例；且在配制過(guò)程中需對(duì)槍頭或不銹鋼針的內(nèi)外壁進(jìn)行清洗，殘留溶液也勢(shì)必會(huì)影響溶液的準(zhǔn)確度和精密度，特別是對(duì)于濃縮液濃度較高而需要配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液較低時(shí)，就更加難以保證配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液的精確度。而且需要配制多種濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)需要針對(duì)每種濃度單獨(dú)設(shè)置配制流程進(jìn)行單獨(dú)配制，工作效率不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種標(biāo)準(zhǔn)溶液的自動(dòng)配制工作站，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配制多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液，而且配制溶液的準(zhǔn)確度和精密性高，工作效率高。

本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種標(biāo)準(zhǔn)溶液的自動(dòng)配制工作站，所述工作站包括：

功能性分區(qū)的工作臺(tái)，工作臺(tái)的頂部設(shè)有耗材區(qū)，所述耗材區(qū)內(nèi)設(shè)有若干一次性吸液槍頭，工作臺(tái)的右側(cè)設(shè)有廢棄區(qū)，所述廢棄區(qū)內(nèi)設(shè)有用于放置吸液槍頭的廢棄盒，工作臺(tái)的底部設(shè)有試劑區(qū)，所述試劑區(qū)內(nèi)設(shè)有試劑容器；

所述工作臺(tái)上設(shè)有機(jī)械臂，所述機(jī)械臂通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置控制，所述機(jī)械臂的行程覆蓋工作臺(tái)上的功能區(qū)；

所述機(jī)械臂的手部連接有移液模塊，所述移液模塊上設(shè)有可拆卸的一次性吸液槍頭；

控制系統(tǒng)，包括用戶(hù)界面和微處理器。

優(yōu)選的，所述移液模塊為集成移液模塊?，F(xiàn)有技術(shù)中的集成移液模塊均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，例如集成Z軸控制的hamilton ZEUS移液模塊。

優(yōu)選的，所述機(jī)械臂為直角坐標(biāo)型、圓柱坐標(biāo)型、極坐標(biāo)型、關(guān)節(jié)型機(jī)械臂中的任一種。

更優(yōu)選的，所述機(jī)械臂為二軸直角坐標(biāo)型機(jī)械臂，由相互垂直的X軸機(jī)械臂和Y軸機(jī)械臂組成。以伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置，以單軸機(jī)械臂為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪齒條為常用的傳動(dòng)部件，通過(guò)程序控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制和指令發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的移動(dòng)。機(jī)械臂在工作臺(tái)上移動(dòng)，控制手部的移液模塊移動(dòng)至工作臺(tái)上都是各功能區(qū)，完成更換一次性吸液槍頭、移液、分液、吹打混勻以及丟棄吸液槍頭等操作。

優(yōu)選的，所述用戶(hù)界面為觸摸屏，所述微處理器為單片機(jī)。用戶(hù)通過(guò)觸摸屏可定義設(shè)置溶液參數(shù)，且可在溶液配制過(guò)程中實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)測(cè)工作站各模塊當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和溶液的配制流程。單片機(jī)可以通過(guò)設(shè)定程序，根據(jù)用戶(hù)自定義參數(shù)自動(dòng)設(shè)計(jì)生成溶液配制流程，如過(guò)渡溶液的設(shè)置、濃縮液和稀釋液的配比、槍頭規(guī)格的選型等，并控制移液模塊和機(jī)械臂進(jìn)行相關(guān)的操作動(dòng)作，如移液模塊對(duì)一次性槍頭的更換、吸液/分液操作、吹打混勻操作，機(jī)械臂在樣品臺(tái)不同功能區(qū)的移動(dòng)。

優(yōu)選的，所述耗材區(qū)的一次性吸液槍頭呈矩陣排列于槍頭盒中。一次性吸液槍頭可以為多種規(guī)格型號(hào)，例如10μL、50μL、300μL、1000μL等，每個(gè)槍頭盒中排列有一種型號(hào)規(guī)格的一次性吸液槍頭。

優(yōu)選的，所述試劑區(qū)內(nèi)的試劑容器按豎排從左到右依次分為濃縮液容器、過(guò)渡液容器、標(biāo)準(zhǔn)液容器和溶劑容器。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種利用上述工作站的配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的方法，是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：其步驟包括：

S1.獲取濃縮液濃度S₀、待配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度T₁～T_n和待配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，其中待配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液中的最小濃度為T(mén)_n，設(shè)置濃度位于S₀至T_n之間的多級(jí)過(guò)渡液，所述過(guò)渡液濃度為G₁～G_m，所述每級(jí)過(guò)渡液具有相同的稀釋倍數(shù)；

S2.將濃度為S₀的濃縮液、濃度為T(mén)₁～T_n的標(biāo)準(zhǔn)溶液和濃度為G₁～G_m的過(guò)渡液按照濃度從大至小的順序排序，相同的濃度按任意順序排列；

S3.上述排序好的各溶液中，計(jì)算配制各濃度的過(guò)渡液所需要的體積以及需要的溶劑體積，得到包括過(guò)渡液、標(biāo)準(zhǔn)溶液和溶劑各自的濃度、體積的配制方案，其中在后溶液由前一濃縮液或過(guò)渡液通過(guò)溶劑稀釋后得到；

S4.按照上述配制方案，通過(guò)機(jī)械臂和驅(qū)動(dòng)裝置控制移液模塊配制濃度從大到小的過(guò)渡液和標(biāo)準(zhǔn)溶液。

優(yōu)選的，步驟S1中，所述過(guò)渡液的級(jí)數(shù)m是指小于log_a[(S₀/T_n)]的最大整數(shù)，其中a表示稀釋倍數(shù)。

優(yōu)選的，步驟S1中，所述稀釋倍數(shù)為2～10倍。稀釋倍數(shù)可以根據(jù)濃縮液和需要配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液之間濃度相差值來(lái)確定，如果相差較大，則稀釋倍數(shù)可以增多，如果相差較小，則稀釋倍數(shù)可以減少。

由于一次性吸液槍頭中不可避免的會(huì)殘留一定的溶液，為了保證過(guò)渡液的體積能夠充足的配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，一般過(guò)渡液、濃縮液和溶劑的體積均應(yīng)略大于需要的體積。本發(fā)明優(yōu)選的，步驟S3中，配制方案中過(guò)渡液和濃縮液的體積不小于所需要的體積的1.2倍，溶劑體積不小于所需要的體積的1.3倍。

優(yōu)選的，步驟S4中，機(jī)械臂和驅(qū)動(dòng)裝置控制移液模塊進(jìn)行的配制操作包括移動(dòng)、裝載/卸載一次性吸液槍頭、移液/分液的操作和對(duì)過(guò)渡液和標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行吹打混勻。

優(yōu)選的，通過(guò)用戶(hù)界面輸入和輸出數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)微處理器計(jì)算得到所述配制方案以及控制驅(qū)動(dòng)裝置。

用戶(hù)界面，優(yōu)選為觸摸屏，用戶(hù)通過(guò)觸摸屏可以輸入濃縮液濃度、待配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度和待配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液體積等溶液參數(shù)以及稀釋倍數(shù)等數(shù)據(jù)。并且在溶液配制的過(guò)程中，觸摸屏可以輸出設(shè)計(jì)的配制方案待用戶(hù)確認(rèn)，也可以實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)測(cè)工作站各模塊當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)和溶液的配制過(guò)程等數(shù)據(jù)。微型處理器，優(yōu)選為單片機(jī)，可根據(jù)通過(guò)用戶(hù)界面輸入的數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算設(shè)計(jì)生成溶液配制方案，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置控制機(jī)械臂和移液模塊進(jìn)行相關(guān)的操作動(dòng)作。

進(jìn)一步的，控制系統(tǒng)根據(jù)溶液類(lèi)型及體積，還可以建立和自動(dòng)選取移液模塊的移液模式，如不同的一次性吸液槍頭類(lèi)型，移液/分液中一次性吸液槍頭的高度、速率，吹打混勻次數(shù)和速率等，并可自動(dòng)保存和打印溶液的配制流程，且連接實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)保證實(shí)驗(yàn)的溯源性。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供了一種標(biāo)準(zhǔn)溶液的自動(dòng)配制工作站以及利用該工作站配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的方法，該自動(dòng)配制工作站在工作臺(tái)上設(shè)置不同的功能性分區(qū)，通過(guò)機(jī)械臂控制移液模塊至不同的分區(qū)實(shí)現(xiàn)不同的功能。并且，本發(fā)明通過(guò)用戶(hù)界面定制需要的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并通過(guò)微處理器計(jì)算得到配制方案，從而可以自動(dòng)設(shè)計(jì)一次性配制多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方案。同時(shí)本發(fā)明通過(guò)設(shè)置過(guò)渡液，來(lái)實(shí)現(xiàn)濃縮液和標(biāo)準(zhǔn)溶液之間的濃度階梯，即使要配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度很低，也可以通過(guò)濃度相差不大的過(guò)渡液完成配制，提高了配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的工作站的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成性強(qiáng)、使用方便，同時(shí)用該工作站可以完成全自動(dòng)的配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，不僅精確而且方便，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的工作臺(tái)示意圖；

圖3為本發(fā)明的工作流程示意圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例配制方案示意圖；

其中，1-工作臺(tái)、2-X軸機(jī)械臂、3-Y軸機(jī)械臂、4-移液模塊、5-槍頭盒、6-廢棄盒、7-濃縮液容器、8-過(guò)渡液容器、9-標(biāo)準(zhǔn)液容器、10-溶劑容器。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明：下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，按照常規(guī)方法和條件，或按照商品說(shuō)明書(shū)選擇。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)溶液的自動(dòng)配制工作站包括功能性分區(qū)的工作臺(tái)1、X軸機(jī)械臂2、Y軸機(jī)械臂3、移液模塊4和控制系統(tǒng)(圖中未畫(huà)出)。其中，功能性分區(qū)的工作臺(tái)1頂部設(shè)有耗材區(qū)，耗材區(qū)內(nèi)設(shè)有若干一次性吸液槍頭，這些一次性吸液槍頭呈矩陣排列于槍頭盒5中。根據(jù)需要配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液的量，可以設(shè)置一次性吸液槍頭為10μL、50μL、300μL、1000μL等規(guī)格型號(hào)。工作臺(tái)1的右側(cè)設(shè)有廢棄區(qū)，廢棄區(qū)內(nèi)設(shè)有用于放置吸液槍頭的廢棄盒6。通過(guò)設(shè)置耗材區(qū)和廢棄區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)一次性吸液槍頭的更換。工作臺(tái)1的底部設(shè)有試劑區(qū)，試劑區(qū)內(nèi)設(shè)有試劑容器，試劑容器按豎排從左到右依次分為濃縮液容器7、過(guò)渡液容器8、標(biāo)準(zhǔn)液容器9和溶劑容器10，分別用于存放濃度呈階梯狀的濃縮液、過(guò)渡液、標(biāo)準(zhǔn)液和溶劑。

X軸機(jī)械臂2和Y軸機(jī)械臂3通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置控制，以伺服電機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置，以單軸機(jī)械臂為基本工作單元，以齒輪齒條為傳動(dòng)部件，通過(guò)程序控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制和指令發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)X軸機(jī)械臂2和Y軸機(jī)械臂3的移動(dòng)。X軸機(jī)械臂2和Y軸機(jī)械臂3的手部連接有移液模塊4，移液模塊4上設(shè)有可拆卸的一次性吸液槍頭。通過(guò)保證X軸機(jī)械臂2和Y軸機(jī)械臂3的行程可以覆蓋工作臺(tái)1上的所有功能區(qū)，從而使移液模塊4可以移動(dòng)到所有區(qū)域，完成一次性吸液槍頭的更換以及溶液的移液、分液等動(dòng)作?？刂葡到y(tǒng)包括觸摸屏和單片機(jī)，與驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)電連接。

配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的流程如圖3所示，其中橢圓框表示人工操作，虛線方框表示控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。首先，操作人員首先通過(guò)觸摸屏輸入數(shù)據(jù)，對(duì)溶液的配制的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定義。包括濃縮液的選擇(如甲醇、乙腈、血清等)，溶劑類(lèi)型的選擇(如去離子水、PBS等)，再自定義濃縮液濃度、標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度及所需體積量。若工作站無(wú)用戶(hù)所用的樣品溶液類(lèi)型，則可基于工作站內(nèi)相近的溶液參數(shù)，對(duì)吸液/分液修正曲線、速率等參數(shù)進(jìn)行修改并驗(yàn)證，建立新的溶液類(lèi)型后再進(jìn)行選取。然后啟動(dòng)工作站設(shè)計(jì)階段，通過(guò)程序自動(dòng)設(shè)計(jì)并生成配制方案，包括過(guò)渡液的級(jí)數(shù)及濃度，標(biāo)準(zhǔn)溶液、濃縮液、過(guò)渡液和溶劑的體積量，每個(gè)吸液/分液操作過(guò)程中一次性槍頭規(guī)格的選取，濃縮液和溶劑的總需求體積及各類(lèi)溶液的試劑瓶的排布需求等，然后在觸摸屏上輸出顯示該配制方案。然后操作人員根據(jù)觸摸屏提示，確認(rèn)該配制方案后，再進(jìn)行濃縮液、稀釋液、一次性槍頭和試劑瓶的準(zhǔn)備，并放置到相應(yīng)的位置。啟動(dòng)工作站，工作站開(kāi)始進(jìn)行自動(dòng)化、一站式的溶液配制過(guò)程，對(duì)X軸機(jī)械臂2和Y軸機(jī)械臂3進(jìn)行指令控制移液模塊4在工作臺(tái)1上移動(dòng)，具體控制動(dòng)作包括：機(jī)械臂和移液模塊4的位置初始化，移液模塊4上吸液槍頭的裝載/丟棄、移液/分液、吹打混勻。同時(shí)在工作站運(yùn)行過(guò)程中，觸摸屏實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)測(cè)各模塊的運(yùn)行狀態(tài)和配制流程。最后，操作人員即可取出配制好的標(biāo)準(zhǔn)溶液，同時(shí)對(duì)配制流程進(jìn)行保存和打印，并可將數(shù)據(jù)傳送至實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)中，便于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的溯源性。

以下通過(guò)一個(gè)具體的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明設(shè)計(jì)配制方案的流程，配制流程如圖4所示：通過(guò)1mg/mL的濃縮溶液(S₀)配制濃度分別為1μg/mL、0.5μg/mL、0.1μg/mL、50ng/mL、10ng/mL、5ng/mL、1ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液(T₁、T₂、T₃、T₄、T₅、T₆、T₇)為例進(jìn)行說(shuō)明，稀釋倍數(shù)為10。首先，對(duì)濃縮液和標(biāo)準(zhǔn)溶液按照濃度由大到小依次排序，溶液分別標(biāo)識(shí)為S₀>T₁>T₂>T₃>T₄>T₅>T₆>T₇。然后，通過(guò)S₀和T₇的標(biāo)準(zhǔn)溶液，設(shè)計(jì)過(guò)渡液級(jí)數(shù)m及濃度，如級(jí)數(shù)m為小于log₁₀[(S₀/T_n)]的最大整數(shù)5，則過(guò)渡液(G)的濃度為濃縮液濃度的10^-1、10^-2、10^-3、10^-4、10^-5倍，即每一級(jí)過(guò)渡液的濃度G₁、G₂、G₃、G₄、G₅分別為0.1mg/mL、10μg/mL、1μg/mL、0.1μg/mL、10ng/mL。接著，對(duì)所有溶液按濃度由大到小進(jìn)行排序，如有標(biāo)準(zhǔn)溶液和過(guò)渡液的濃度一致，則按任意順序排列，但是需要分別進(jìn)行配制，如S₀>G₁>G₂>T₁＝G₃>T₂>T₃＝G₄>T₄>T₅＝G₅>T₆>T₇。然后按照上述各溶液的濃度設(shè)計(jì)配制方案：當(dāng)前溶液由前一濃縮液或過(guò)渡液通過(guò)溶劑稀釋后得到，如G₂由G₁稀釋配制得到，T₁由G₂稀釋配制得到，G₄由G₃稀釋配制得到，T₄由G₄稀釋配制得到。再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度和所需體積，計(jì)算所需濃縮液或過(guò)渡液和溶劑的配比以及各自所需的體積，例如需要配制1mL的T₄溶液，需要500μL的G₃溶液和500μL的溶劑混合配制得到。最后，按濃度由低到高，反推計(jì)算所需相應(yīng)的過(guò)渡液/濃縮液所需的總體積量和所需溶劑的總體積量。優(yōu)選的，通常情況下過(guò)渡液和濃縮液的體積可設(shè)為所需體積量的1.2倍以上，稀釋液的總體積為總體積量的1.3倍以上。具體配制方案如圖4所示。

以上詳細(xì)說(shuō)明僅為本發(fā)明之較佳實(shí)施例的說(shuō)明，非因此局限本發(fā)明的專(zhuān)利范圍，所以，凡運(yùn)用本創(chuàng)作說(shuō)明書(shū)及圖示內(nèi)容所為的等效技術(shù)變化，均包含于本發(fā)明的專(zhuān)利范圍內(nèi)。