多管同啟PJ-1自動試管開蓋機的結構與功能

楊威

新民市人民醫院 器械科，遼寧 沈陽 110141

醫學及化學等領域進行分析檢驗的試管開蓋過程采用試管開蓋機，是取代試管開蓋手工作業、提高工作效率的現代自動化控制技術的展現。目前試管開蓋機開蓋過程的常規模式是鏈帶傳動試管,每次逐個單只開蓋。本文所述的PJ-1自動試管開蓋機為多支試管同時開蓋，并將與試管分離的管帽自動收集。

1 設備結構與組成

1.1 主體與功能機構

設備結構的主體為試管蓋開啟倉，其倉壁設有帶排齒的滑道供試管架載車受控移動。試管架載車起著盛放試管架和將試管架由管蓋開啟倉移入移出的作用，架載車安有傳動驅動裝置。其他功能結構如蓋體分離器、管蓋收集器、氣溶膠引排倉等，全部安裝在試管蓋開啟倉中。多只帶蓋試管架中，可穩固地在架載車上移入移出試管蓋開啟倉。安裝在開啟倉中的蓋體分離器，在密閉條件下同時打開多只試管蓋，并將試管蓋送入管蓋收集器。氣溶膠引排倉自動排出開蓋瞬間在開啟倉產生的氣溶膠。其結構示意圖,見圖1。

1.2 試管架載車

試管架載車包括載車體、驅動電機、減速變換器、傳動齒輪。帶蓋試管的試管架裝入架載車時試管架穩固地卡在車上，驅動電機驅動架載車將試管送入開啟倉進行開蓋。開蓋完成后試管架載車自動移出倉外。

圖1 自動試管開蓋機結構示意圖

1.3 蓋體分離器

蓋體分離器主要由位置檢測器、管蓋開啟器和試管鎖緊器等部件組成。位置檢測器檢測到架載車移入管蓋開啟倉的準確位置，為控制電路提供管蓋開啟命令信號。試管鎖緊器的功能是在管蓋開啟前將試管牢固鎖緊，保證管體不受管蓋開啟過程隨動。管蓋開啟器完成管蓋開啟動作，將分離后的管蓋保持在開啟器上。架載車將開蓋后的試管移出倉外后，分離器整個機構復位并將管蓋撥入管蓋收集器。

1.4 管蓋收集器

試管開啟過程中所打開的管帽，由管蓋收集器收集。管蓋收集器為已被開啟試管蓋的盛裝容器，收集器裝有驅動電機、減速變換器、傳動齒輪，可以受控移動。

1.5 氣溶膠引排倉

設備的引排過濾系統設計在氣溶膠引排倉。引排倉下部設有新鮮空氣入口。底部設有引排風機。上部設置混合氣濾網和消毒回氣濾網。濾網上部裝有消毒用紫外線燈。根據流體力學的原理，自動開蓋機引排過濾系統正常運轉情況下，氣體流向引排倉出口，引排倉內由于氣流作用產生負壓，而引排倉外形成正壓。設備在開蓋時產生的有毒生物氣溶膠被倉內與倉外的壓差吸進引排倉。新鮮空氣入口流入的新鮮空氣與有毒氣溶膠被引排風機的流動氣流，送到混合氣濾網過濾。混合氣濾網將有毒生物氣溶膠過濾后，紫外線對濾后氣體殺毒，形成無毒氣體[1]。處理后的氣體一部分由頂部排出，一部分由回氣濾網回氣到開啟倉。開啟倉相對于引排倉始終為正壓狀態，引排倉內被引排的氣溶膠無法直接擴散到開啟倉。實驗結果表明，引排倉防氣溶膠擴散的性能和濾網濾菌及紫外線殺菌的效果好。氣溶膠的分散介質是氣體，氣體的粘度小，分散相與分散介質的密度差很大，質點相碰時極易粘結，在氣溶膠和混合氣體攜帶的粒子通過濾網時，形成小粒子間的碰撞、凝聚、聚合吸附在過濾網上從而排出過濾后的氣體。引排倉濾網上部空間的紫外線消毒燈可將過濾后的氣體進一步潔凈。過濾網是一種一次性使用的過濾設施,根據設備使用情況需定期檢測更換,否則,就會造成生物危險。

2 開蓋機的控制流程

本機為典型的順序控制系統,動作周期由可編程序控制器PLC進行。PLC具有可靠、抗擾能力強、編程簡單等優點，已成為替代傳統繼電接觸器控制線路的升級換代產品。本系統采用可編程控制器PLC為控制核心，電動機執行驅動，磁電傳感器、光電傳感器為檢測元件的電子控制系統，實現了開蓋機多只試管同時開啟的自動控制。

設備設有“啟動/關閉”按鈕。按動“啟動/關閉”按鈕設備啟動，啟動以后開關自鎖，一直保持到再次按動“啟動/關閉”按鈕設備關閉。設備啟動至關閉的整個過程中，氣溶膠引排倉引排電機連續保持運轉使引排倉始終處于引排工作狀態。設備進入啟動狀態后，首先檢測蓋體分離器是否處于復位狀態。如果蓋體分離器為非復位，設備將重復使分離器復位或排除設備故障。蓋體分離器被檢測確定處于復位狀態后，設備自動將管蓋開啟倉倉門打開，架載車由倉內移出，并由檢測器檢測移出是否到位。移出到位的定位，必須保證架載車位置絕對移出試管開啟倉，避免設備清除試管蓋動作時污染架載車上已開蓋的試管。到位后設備進入試管裝入等待狀態。

系統中順序執行元件每完成一個動作都會通過傳感器發給PLC一個確定信號，以確認該動作已經完成。如當試管架放入試管架載車并自動穩固后，檢測裝載的傳感器通過檢測電路會發出已經裝載信號。只有在確定已裝載狀態下，按動移入按鈕設備才會在后續動作中實施對試管的自動開蓋。架載車移入進倉到位時，位置傳感器發出確定到位的信號，蓋體分離器才置位將帶蓋試管的管部鎖緊，執行對管蓋的開啟。試管開蓋完成后自動解鎖，啟動架載車外移。架載車外移到位時，外移到位檢測傳感器發出到位信號，蓋體分離器將已分離的試管蓋撥落至設備下方的管蓋收集器中。收集器設置獨立的手動按鈕,以方便對管蓋隨時清理。架載車為空時，傳感器發出空載信號。此時按動移入按鈕無效，設備不執行后續自動開蓋動作。如果需要關閉設備，只有在傳感器發出載車空載的信號時，按動“啟動/關閉”按鈕才能有效將設備關閉。否則關機按鈕無效。其程序流程，見圖2。

開蓋機工作時序圖，見圖3。多管同啟自動試管開蓋機開啟后的啟動復位時間2 s，是設備工作初始熱機。開蓋執行與復位執行總時間為5.6 s，是設備工作的時序周期。關機延時8 s自動斷電。設備的平均開蓋能力40～60只/8s，平均工作效率6只/s，工作效率極高。設備的控制完全處于自動控制狀態，并設有臨時出錯或故障提示處理電路。

圖3 開蓋工作時序圖

3 設備的用途及功能

實驗室中許多操作過程可以產生微生物氣溶膠，并隨空氣擴散而污染實驗室的空氣，當工作人員吸入了污染的空氣，便可以引起實驗室相關感染[2]。多管同啟自動試管開蓋機應用于醫院檢驗科、實驗室、血庫采血等，其重要作用是將試管開蓋操作過程中產生的氣溶膠等危險粒子過濾掉，達到保護樣品、避免樣品間的交叉污染和防止生物危險粒子危害試驗操作者的目的。同時也避免試驗操作過程中樣品產生的氣溶膠等危險粒子直接排放到環境中。

氣溶膠是由懸浮于氣體介質中的固態或液態微小粒子形成的相對穩定的分散體系，其粒徑一般為0.001～100 μm[3]。微生物氣溶膠對人類的生命健康有極大影響,全球因微生物氣溶膠引起的呼吸道感染率高達20%,世界上約有500多種致病菌,經氣溶膠傳播的至少有100多種，（Hedenl%7），占首位[4]。實驗室生物氣溶膠中可能有存活的細菌、病毒、真菌或其他有機病原體。目前使用的逐個單只開蓋的試管開蓋機,雖然脫離了手工開蓋操作，減少了手工操作的污染，但卻無法防止開蓋執行的過程污染。因其鏈帶傳動的未開蓋與已經開蓋試管處于同一個封閉罩中，執行開蓋過程時試管蓋帽非同時一次分離。氣溶膠釋放于開蓋的瞬時，已開蓋的試管會受到未開蓋試管的開蓋過程污染。PJ-1自動試管開蓋機的自動開蓋過程，是在密閉的試管蓋開啟倉中將多只試管的管體和蓋帽全部一次分離，開蓋過程氣溶膠被同時引排，避免交叉感染、氣溶膠損害。這種功能效果，無論手工開蓋或逐個單只開蓋機都遠遠無法達到。開蓋過程中產生的氣溶膠和混合氣體通過濾網和消毒處理，確保引排倉口的氣體達到一定的潔凈度再放回空氣中，使設備外部空間得到保持。

4 結論

生物氣溶膠在大氣中的擴散、傳播會引發人類的急慢性疾病以及動植物疾病。SARS的爆發，使得有關氣溶膠病毒的研究大大增加[5]，并且成為國際研究的熱點。試管開蓋產生的生物氣溶膠是不可忽視的污染物。實驗室生物安全管理隱患造成的現實損害,給各類生物安全實驗室及生物醫學實驗室的安全防護問題敲響了警鐘[6]。而血液、體液等都是病毒、細菌等多種病原體的傳播載體，具有極大生物危險的感染性致病因子，無論是直接感染，還是間接地散播到環境中去，對人類社會、動物或植物都是一個現實的或潛在的危險。PJ-1自動試管開蓋機在實驗室常規操作中的應用可極大防止或減少危險的產生。PJ-1自動試管開蓋機的功能實現，是電子自控技術在現代醫學分析檢驗領域新應用，不僅提高工作人員的安全和環境污染的安全，同時防止了帶有多種病原體生物氣溶膠對試管分析樣品的相互污染。采用PJ-1自動試管開蓋機與之逐個單只開蓋的試管開蓋機相比大大提高了工作效率。平均工作效率6只/s，大幅度沖破了單只秒級開蓋時間。現代醫學分析檢驗試管開蓋操作量迅速增加，開發與其發展所適合的高效率安全化的自動化試管開蓋技術勢在必行。

[1]李盟軍,梁顯剛,袁征,等.紫外線殺菌燈的應用研究[J].中國醫學裝備,2010,7(10):29-31.

[2]車鳳翔.生物醫學實驗室操作中生物氣溶膠的產生及其危害控制[A].第八屆中國國際潔凈技術論壇暨展覽論壇文集[C].2005:99-106.

[3]陳嵐,車紅,任麗麗,等.用安德森空氣生物采樣器采集病毒氣溶膠的研究[J].中國醫藥生物技術,2010,5(5):342-347.

[4]于璽華.微生物氣溶膠的感染與控制-兼論SARS病毒預防[J].潔凈與空調技術,2003,(4):25-29.

[5]黃啟慧.病毒實驗室生物氣溶膠的產生、暴露評估及預防[J].內蒙古中醫藥,2012,31(6):58.

[6]王鑫,周安壽,陳永青,等.實驗室生物安全及其防護措施[J].衛生研究,2007,36(2):252-254.