DE10122913A1

DE10122913A1 - For the manipulation of bio-technical samples, a robot acts on tools coupled to tool holders, to perform a variety of actions with feed supplies of reagents

Info

Publication number: DE10122913A1
Application number: DE2001122913
Authority: DE
Inventors: Urban Liebel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2003-02-06

Abstract

Manipulation of bio-technical samples, involves using a robot (5) with a number of tools (2-4) to manipulate and/or work the samples. Manipulation of bio-technical samples, involves using a robot (5) with a number of tools (2-4) to manipulate and/or work the samples. A coupling gives a mechanical link between the robot and at least one of the tools. A further coupling between the tools and their tool holders (6-8) gives the supplies to the samples e.g. reagents. The samples can be given a variety of actions for heating and/or cooling and/or mixing and/or shaking. A mobile microscope table (11), with a microscope (13) is moved by a central control unit (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bearbeiten biotechnologischer Proben. Typische Bearbeitungsvorgänge biotechnologischer Proben sind beispielsweise Pipettieren, Mikroinjizieren, Sortieren, Schütteln, Temperieren, Inkubieren sowie das Identifizieren bestimmter Zellen oder Zellen mit bestimmten Eigenschaften (z. B. Mutationen). The present invention relates to an apparatus and a method for processing biotechnological samples. Typical machining processes in biotechnology Examples are pipetting, microinjection, sorting, shaking, Tempering, incubating and identifying specific cells or cells with specific ones Properties (e.g. mutations).

Aus der WO 94/08759 ist ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung bekannt, bei welchem bzw. bei welcher ein Roboter zum Durchführen von Sanger Dideoxynucleotid DNA Sequenzierreaktionen verwendet wird. Der Roboter weist einen Roboterarm mit einer Kupplung auf, an welcher verschiedenartige Werkzeuge zum Bearbeiten der Proben gehalten werden können. Soll beispielsweise ein bestimmtes Reagenz zu der in einer Kavität oder einem Well befindlichen Probe pipettiert werden, so ist es erforderlich, dass der Roboterarm mit dem Pipettierwekzeug zunächst eine Reagenzienstation anfährt, in welcher die Reagenzien lagern. Dort holt er mit dem Pipettierwerkzeug das für eine spezifische Probenbearbeitung ausgewählte Reagenz ab, fährt anschließend zu einer Arbeitsstation, an welcher sich die Mikrotiterplatte mit den Proben befindet, und pipettiert schließlich das Reagenz in die betreffende Kavität der Mikrotiterplatte. Diese Art der Vorgehensweise bei der Probenbearbeitung ist verhältnismäßig zeitaufwendig, da zusätzlich zu dem Anfahren des für die spezifische Probenbearbeitung benötigten Werkzeugs von dem Roboterarm diejenige Stelle der Vorrichtung angefahren werden muß, an welcher das Reagenz aufgenommen werden kann. Dieser Nachteil fällt vor allem dann ins Gewicht, wenn mit der bekannten Vorrichtung eine Vielzahl von Proben auf unterschiedlichste Weise bearbeitet bzw. untersucht werden soll. From WO 94/08759 a method or a device is known in which or a robot for performing Sanger dideoxynucleotide DNA Sequencing reactions is used. The robot has a robot arm with one Coupling on which various tools for processing the samples can be held. For example, if a certain reagent is to be added to the Well or a well located sample must be pipetted, so it is necessary that the robot arm with the pipetting tool is initially a reagent station in which the reagents are stored. There he gets that with the pipetting tool selected reagent for a specific sample processing, then runs to a work station where the microtiter plate with the samples is located, and finally pipettes the reagent into the relevant cavity of the microtiter plate. This type of procedure for sample processing is proportional time consuming because in addition to starting up for the specific Sample processing required tool from the robot arm that point of Device must be started, on which the reagent is taken up can. This disadvantage is particularly significant when using the known one Device processes or processes a large number of samples in the most varied of ways to be examined.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Bearbeiten biotechnologischer Proben zu schaffen, welche bzw. welches eine zeitoptimierte Bearbeitung einer Vielzahl biotechnologischer Proben ermöglicht, wobei gleichzeitig eine möglichst hohe Bearbeitungsflexibilität im Hinblick auf die Manipulation der Zellproben gewährleistet werden soll. It is therefore the object of the present invention, a device or a To create methods for processing biotechnological samples, which or which is a time-optimized processing of a large number of biotechnological samples enables, while at the same time the greatest possible flexibility in processing to ensure the manipulation of cell samples.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung bzw. mit einem Verfahren mit den Ansprüchen 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. This task is accomplished with a device or with a method with the Claims 1 and 10 solved. Advantageous refinements of the invention result from the subclaims.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Vorrichtung zum Bearbeiten biotechnologischer Proben, welche mehrere gleich- und/oder verschiedenartige Werkzeuge zum Handhaben und/oder Bearbeiten der Proben, einen Roboter zum Handhaben der Werkzeuge und/oder der Proben sowie erste Kupplungseinrichtungen zwischen jedem Werkzeug und dem Roboter, mittels welchen der Roboter wenigstens eines der Werkzeuge mechanisch ergreifen und handhaben kann, aufweist, derart zu gestalten, dass mehrere Werkzeughalteeinrichtungen zum Halten der Werkzeuge vorzugsweise bei deren Nichtgebrauch vorgesehen sind und zweite Kupplungseinrichtungen zwischen jedem Werkzeug und der jeweils zugeordneten Werkzeughalteeinrichtung gewährleisten, dass über diese Kupplungseinrichtungen dem jeweiligen Werkzeug werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifische Ressourcen zuführbar sind. According to the invention, a device for processing is proposed biotechnological samples, which have several identical and / or different types Tools for handling and / or processing samples, a robot for Handling of tools and / or samples as well as first coupling devices between each tool and the robot, by means of which the robot at least one of the tools can grip and handle mechanically, has such design multiple tool holding devices to hold the tools are preferably provided when not in use and second Coupling devices between each tool and the associated one Tool holding device ensure that the respective Tool-specific and / or sample processing-specific resources can be supplied are.

Unter werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifischen Ressourcen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung alle Stoffe, Substanzen, Fluide, Hilfsmittel sowie Werkzeugbetriebsmittel und -stoffe zu verstehen, welche für eine bestimmte Zellprobenbearbeitung in einer bestimmten Art und Weise erforderlich sind. Ein Beispiel für eine probenbearbeitungsspezifische Ressource bildet ein bestimmtes Reagenz, welches einem Pipettierwerkzeug über die Kupplungseinrichtung zwischen diesem und der dem Pipettierwerkzeug zugeordneten Werkzeughalteeinrichtung aus einem Reagenzienreservoir automatisch zugeführt wird. Weitere Beispiele für werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifische Ressourcen sind Zellkulturen, Gewebeproben, Trenngele, Proteingemische, DNA-Lösungen und Bakterienkulturen. Im einfachsten Fall handelt es sich bei der werkzeugspezifischen Ressource um vorzugsweise elektrische Energie, mit welcher ein werkzeugseitig vorgesehener Energiespeicher, beispielsweise ein Akku, aufgeladen wird. Among tool and / or sample processing specific resources are in mind the present invention, all substances, substances, fluids, auxiliaries and To understand tool resources and materials, which for a particular Cell sample processing in a certain way is required. An example for a sample processing-specific resource forms a certain reagent, which a pipetting tool over the coupling device between this and the tool holding device assigned to the pipetting tool from a Reagent reservoir is automatically supplied. More examples of tool and / or sample processing-specific resources are cell cultures, Tissue samples, separating gels, protein mixtures, DNA solutions and bacterial cultures. in the In the simplest case, the tool-specific resource is preferably electrical energy with which an energy storage device provided on the tool, for example, a battery.

Erfindungsgemäß wird der Vorteil erreicht, dass jedes Werkzeug in der Vorrichtung zum Bearbeiten biotechnologischer Proben zu einer autonomen Einheit wird, welche nur noch von dem Roboter lagegenau an einer Arbeitsstation positioniert werden muß, an welcher sich die zu bearbeitenden Proben befinden. Ein Abholen von Reagenzien oder sonstigen Stoffen von für diese vorgesehenen Lagerstationen oder ein Vorbereiten von Werkzeugen an bestimmten Vorbereitungsstationen, beispielsweise an einer Reinigungsstation zum Reinigen eines Werkzeuges nach dessen Verwendung, wird erfindungsgemäß vollständig vermieden. Die im Stand der Technik für derartige Vorgänge aufzubringende Zeit wird erfindungsgemäß somit gespart. According to the invention, the advantage is achieved that each tool in the device for processing biotechnological samples becomes an autonomous unit which only needs to be positioned by the robot in a precise position on a workstation, on which the samples to be processed are located. Collecting reagents or other substances from storage stations provided for this or a Prepare tools at specific preparation stations, for example at a cleaning station for cleaning a tool after its use, is completely avoided according to the invention. The prior art for such The time to be spent on processes is thus saved according to the invention.

Vorzugsweise wird wenigstens eines der Werkzeuge der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Aufbereitungseinrichtung zum Aufbereiten eines dem Werkzeug zugeführten Reagenzes für eine vorbestimmte Zellprobenbearbeitung ausgebildet. Hierzu kann das Werkzeug beispielsweise Heiz-, Kühl-, Misch- oder Schütteleinrichtungen aufweisen, die in entsprechender Weise auf das in einem Hohlraum des Werkzeugs befindliche Reagenz einwirken. Auch eine Kombination zweier oder mehrerer der vorgenannten Einrichtungen an einem Werkzeug ist denkbar. Preferably at least one of the tools of the invention Device as a processing device for processing a tool supplied reagent for a predetermined cell sample processing. For this purpose, the tool can be, for example, heating, cooling, mixing or Have shaking devices, which in a corresponding manner on the in a cavity of the Reagent in the tool. Also a combination of two or Several of the above-mentioned devices on one tool are conceivable.

Besonders vorteilhaft ist die Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hilfe einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung, die eine zentrale Steuereinheit aufweist. Diese Steuereinheit umfaßt vorzugsweise wenigstens einen Prozessor sowie wenigstens einen Probenbearbeitungsspeicher, in welchem eines oder mehrere Programme zur Durchführung der Probenbearbeitung speicherbar sind. Jedes Probenbearbeitungsprogramm enthält oder verarbeitet insbesondere Informationen darüber, welche Werkzeuge für eine vorbestimmte Probenbearbeitung erforderlich sind und welche werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifischen Ressourcen diesen erforderlichen Werkzeugen zuzuführen sind. Darüber hinaus ist jedes Werkzeug mit einer eigenen Werkzeugsteuereinheit versehen, die einen Werkzeugprozessor und einen Werkzeugarbeitsprogrammspeicher umfaßt. In Abhängigkeit von dem gewählten Probenbearbeitungsprogramm steuert die zentrale Steuereinheit sowohl den Roboter als auch die Werkzeugsteuereinheiten der erforderlichen Werkzeuge an. Die Kommunikation zwischen zentraler Steuereinheit, den Werkzeugsteuereinheiten und dem Roboter erfolgt vorzugsweise drahtlos, beispielsweise mittels Infrarot oder Funk (Blue Tooth). Bei Bedarf ist auch eine drahtgebundene Kommunikation denkbar. The control of the device according to the invention with the aid is particularly advantageous an electronic data processing device, which is a central control unit having. This control unit preferably comprises at least one processor and at least one sample processing memory, in which one or more Programs for performing sample processing can be saved. each Sample processing program contains or processes information in particular about which tools are required for a predetermined sample processing and which tool and / or sample processing specific resources this necessary tools must be supplied. In addition, every tool is included provided with its own tool control unit, which has a tool processor and a tool work program memory. Depending on the chosen one The central control unit controls both the robot and the sample processing program as well as the tool control units of the required tools. The Communication between the central control unit, the tool control units and the robot is preferably wireless, for example by means of infrared or radio (Blue Tooth). If necessary, wired communication is also conceivable.

Aufgrund der erfindungsgemäß autonomen Auslegung der Werkzeuge ist es besonders einfach, neue Werkzeuge in die erfindungsgemäße Vorrichtung zu integrieren. Für ein neues Werkzeug ist lediglich eine Werkzeughalteeinrichtung zur Verfügung zu stellen. Über vorzugsweise drahtlose Kommunikation zwischen der Werkzeugsteuereinheit des neuen Werkzeugs und der zentralen Steuereinheit kann eine softwaremäßige Anmeldung des neuen Werkzeuges mit seinen spezifischen Werkzeugparametern bei der zentralen Steuereinheit erfolgen. Im Rahmen einer derartigen Anmeldung speichert die zentrale Steuereinheit die hierfür von der Werkzeugsteuereinheit übertragenen Daten. Ein einmal datenmäßig von der zentralen Steuereinheit erfaßtes Werkzeug steht danach jederzeit für Probenbearbeitungsprozeduren zur Verfügung. It is special because of the autonomous design of the tools according to the invention easy to integrate new tools in the device according to the invention. For a new tool is only a tool holder device available. Via preferably wireless communication between the tool control unit of the new tool and the central control unit can be a software Registration of the new tool with its specific tool parameters at the central control unit. As part of such a registration saves the central control unit transmits the data from the tool control unit Data. A tool once recorded in terms of data by the central control unit is then available at any time for sample processing procedures.

Die Untersuchung der bearbeiteten Zellproben erfolgt vorzugsweise mittels mikroskopischer Bildaufnahmen die mit Hilfe eines als Arbeitsstation dienenden Mikroskops aufgenommen werden. Dabei ist der Mikroskoptisch, auf welchem sich die zu untersuchenden Proben befinden, in an sich bekannter Weise in der Mikroskoptischebene beliebig verfahrbar. Die mikroskopischen Bildaufnahmen sowie das Verfahren des Mikroskoptischs erfolgen in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch die zentrale Steuereinheit und somit von dem gewählten Probenbearbeitungsprogramm. The processed cell samples are preferably examined by means of microscopic image recordings with the help of a serving as a workstation Microscope can be recorded. Here is the microscope stage on which the samples to be examined are located in a manner known per se in the Microscope stage can be moved as required. The microscopic images as well The microscope stage is moved depending on the control by the central control unit and thus by the selected one Sample processing program.

Die Werkzeugsteuereinrichtung des gerade von dem Roboter zur Probenbearbeitung eingesetzten Werkzeugs kann drahtlos Daten über den aktuell von ihm durchgeführten Probenbearbeitungsvorgang an die zentrale Steuereinheit übermitteln. Denkbar ist auch, dass solche werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifischen Daten über die erste Kupplungseinrichtung zwischen dem Werkzeug und dem Roboter an letzteren sowie anschließend drahtgebunden oder drahtlos von dem Roboter an die zentrale Steuereinheit übertragen werden. Vorzugsweise erfolgt auch die Übertragung von werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifischen Daten zwischen einem in einer Werkzeughalteeinrichtung gehaltenen Werkzeug und der zentralen Steuereinheit drahtlos. Alternativ kann diese Datenübertragung erfindungsgemäß drahtgebunden über die zweiten Kupplungseinrichtungen zwischen dem Werkzeug und der zugeordneten Werkzeughalteeinrichtung erfolgen. The tool control device of the robot just used for sample processing The tool used can wirelessly record data about the tool it is currently carrying out Send the sample processing process to the central control unit. Is conceivable also that such tool and / or sample processing specific data about the first coupling device between the tool and the robot on the latter and then wired or wireless from the robot to the central Control unit are transmitted. Preferably, the transmission of Tool and / or sample processing specific data between one in one Tool holding device held tool and the central control unit wireless. Alternatively, this data transmission can be wired according to the invention via the second coupling devices between the tool and the assigned tool holder.

Falls ein Werkzeug verhältnismäßig große Fluidvolumina transferieren soll, die nicht mehr im Werkzeug selbst deponiert werden können, so kann erfindungsgemäß vorgesehen werden, dass über die ersten Kupplungseinrichtungen dem von dem Roboter ergriffenen Werkzeug probenbearbeitungsspezifische Fluide zu- oder von diesem abführbar sind. If a tool is to transfer relatively large volumes of fluid, that is not more can be deposited in the tool itself, according to the invention be provided that the first of the coupling devices Robots grab the sample processing-specific fluids to or from this can be removed.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bearbeiten biotechnologischer Proben wird mit Hilfe einer elektronischen Datenverarbeitungseinrichtung durchgeführt, welche eine zentrale Steuereinheit mit einem Prozessor und einem Speicher umfaßt, in welchem Probenbearbeitungsprogramme speicherbar sind. Zunächst erfolgt die Identifizierung von für eine vorbestimmte Probenbearbeitung benötigten Werkzeugen unter einer Vielzahl von insgesamt zur Verfügung stehenden Werkzeugen, wobei jedes zur Verfügung stehende Werkzeug eine eigene Werkzeugsteuereinheit aufweist und in einer Werkzeughalteeinrichtung gehalten ist, mittels welcher ihm werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifische Ressourcen zuführbar sind. Anschließend erfolgt das Initialisieren der identifizierten Werkzeuge durch vorzugsweise drahtlose Übertragung von werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifischen Daten von der zentralen Steuereinheit an die Werkzeugsteuereinheiten der identifizierten Werkzeuge sowie das Vorbereiten der identifizierten Werkzeuge durch Zuführen der werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifischen Ressourcen entsprechend der an die Werkzeugsteuereinheiten übertragenen Daten. The method according to the invention for processing biotechnological samples is included in the With the help of an electronic data processing device, which a Central control unit comprising a processor and a memory in which Sample processing programs can be saved. The first step is identification of tools required for a predetermined sample processing under one Variety of tools available in total, each for Available tool has its own tool control unit and in a tool holding device is held, by means of which tool and / or sample processing-specific resources can be supplied. Then this is done Initializing the identified tools by preferably wireless transmission of tool and / or sample processing specific data from the central Control unit to the tool control units of the identified tools as well as the Prepare the identified tools by feeding the tool and / or sample processing-specific resources according to the Tool control units transmitted data.

Daraufhin werden die initialisierten Werkzeuge aus den Werkzeughalteeinrichtungen mit Hilfe eines Roboters entnommen und die vorbestimmte Probenbearbeitung wird gemäß der Steuerung durch die zentrale Steuereinheit sowie durch die Werkzeugsteuereinheiten der initialisierten Werkzeuge durchgeführt. Nach Beendigung der vorbestimmten Probenbearbeitung werden die initialisierten Werkzeuge mit Hilfe des Roboters in den Werkzeughalteeinrichtungen abgestellt. The initialized tools are then removed from the tool holding devices removed with the help of a robot and the predetermined sample processing according to the control by the central control unit as well as by the Tool control units of the initialized tools performed. After completing the the initialized tools are processed using the Robot parked in the tool holder.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: In the following, an embodiment is exemplified with reference to the attached one Described drawings. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung und Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of the invention and

Fig. 2 ein Flußdiagramm derjenigen Programme, die in der zentralen Steuereinheit sowie in jeder Werkzeugsteuereinheit ablaufen. Fig. 2 is a flow chart of those programs that run in the central control unit and in each tool control unit.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist einen Roboter 5 mit wenigstens einem Roboter- oder Werkzeugarm 12 auf. Der Roboter 5 ist vorzugsweise als Knickarmroboter ausgebildet. Die schematisch gezeigten Werkzeuge 2, 3, 4 zum Handhaben und/oder Bearbeiten der biotechnologischen Proben sind in ebenso schematisch gezeigten Werkezeughalteeinrichtungen 6, 7, 8 gelagert. Mit Hilfe des Roboterarms 12 können die Werkzeuge 2, 3, 4 nach Bedarf aus den Werkzeughalteeinrichtungen 6, 7, 8 entnommen und in diesen wieder abgestellt werden. The device 1 shown in Fig. 1 comprises a robot 5 with at least one tool arm robot or 12th The robot 5 is preferably designed as an articulated arm robot. The schematically shown tools 2 , 3 , 4 for handling and / or processing the biotechnological samples are stored in likewise schematically shown tool holding devices 6 , 7 , 8 . With the aid of the robot arm 12 , the tools 2 , 3 , 4 can be removed from the tool holding devices 6 , 7 , 8 and placed in them again as required.

Bei den erfindungsgemäß autonomen Werkzeugen 2, 3, 4 kann es sich beispielsweise um ein 96 × Pipettenwaschwerkzeug, ein 8 × Wasch-/Dilutorwerkzeug, ein Zellkollektorwerkzeug (Mikropipette zur Aufnahme von Zellen) für die Erstellung von Konzentrationsgradienten, ein Elektroporationswerkzeug, mit welchem Zellen permeabel für DNA gemacht werden können, ein Phasenextraktionswerkzeug zur Trennung heterogener Flüssigkeitsgemische, ein Beleuchtungswerkzeug zur Durchlichtbeleuchtung von Zellen, ein Temperierungswerkzeug zur lokalen Erwärmung von Proben in verhältnismäßig kurzer Zeit, so dass Streßgene aktiviert werden, ein Schüttelwerkzeug, ein Greiferwerkzeug zum Öffnen der unterschiedlichsten Gefäße, ein Spülungswerkzeug zur Erzeugung eines gleichmäßigen Flüssigkeitsstromes in einer Probe oder ein Tiefeninjektorwerkzeug handeln. Darüber hinaus sind weitere, von der spezifischen Art der Probenbearbeitung abhängige Werkzeuge denkbar. The autonomous tools 2 , 3 , 4 according to the invention can be, for example, a 96 × pipette washing tool, an 8 × washing / diluting tool, a cell collector tool (micropipette for holding cells) for creating concentration gradients, an electroporation tool with which cells are permeable for DNA, a phase extraction tool for the separation of heterogeneous liquid mixtures, an illumination tool for transmitted light illumination of cells, a temperature control tool for local heating of samples in a relatively short time so that stress genes are activated, a shaking tool, a gripper tool for opening a wide variety of vessels Use a flushing tool to create a steady flow of liquid in a sample or a deep injector tool. In addition, other tools depending on the specific type of sample processing are conceivable.

Die erfindungsgemäß autonomen Werkzeuge 2, 3, 4 sind vorzugsweise über eine Flanschverbindung mit dem Roboterarm 12 verbindbar. Diese Flanschverbindung umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform wenigstens einen, vorzugsweise vier, Positionierstift sowie gefederte Kontaktanschlüsse für die Stromversorgung. Zusätzlich können die Flanschplatten mit einem oder mehreren Flüssigkeits- oder Gasadapter versehen sein, falls bestimmte Werkzeuge verhältnismäßig große Volumina transferieren sollen, die nicht mehr in dem betroffenen Werkzeug selbst deponiert werden können, sondern über den Roboterarm 12 zugeführt werden müssen. In Fig. 1 sind die werkzeugseitigen Flansche 19, 20, 21 der Werkzeuge 2, 3, 4 angedeutet. The autonomous tools 2 , 3 , 4 according to the invention can preferably be connected to the robot arm 12 via a flange connection. In a preferred embodiment, this flange connection comprises at least one, preferably four, positioning pins and spring-loaded contact connections for the power supply. In addition, the flange plates can be provided with one or more liquid or gas adapters if certain tools are to transfer relatively large volumes that can no longer be deposited in the tool concerned itself, but must be supplied via the robot arm 12 . In Fig. 1, the tool-side flanges 19 , 20 , 21 of the tools 2 , 3 , 4 are indicated.

Der werkzeugseitige Flansch wird vorzugsweise mit zwei winklig zueinander stehenden, ebenen Flächen, beispielsweise würfel- oder quaderförmig, ausgebildet. Jedes Werkzeug 2, 3, 4 kann somit an wenigstens zwei Flächen bzw. Seiten ergriffen werden, wobei sämtliche Kupplungseinrichtungen, insbesondere Strom und Flüssigkeitskontakte, an wenigstens diesen beiden Flächen bzw. Seiten vorgesehen sind. Auf diese Weise kann ein Werkzeug 2, 3, 4 über erfindungsgemäß erste Kupplungseinrichtungen mit dem Roboterarm 12 gekuppelt werden, wobei über erfindungsgemäß zweite Kupplungseinrichtungen eine Verbindung mit den in bzw. an den Werkzeughalteeinrichtungen vorgesehenen Versorgungskontakten für die werkzeug- und/oder probenbearbeitungsspezifischen Ressourcen möglich ist. Auch die Übergabe der Werkzeuge 2, 3, 4 an einen weiteren Roboterarm ist denkbar. The tool-side flange is preferably formed with two planar surfaces at an angle to one another, for example cubic or cuboid. Each tool 2 , 3 , 4 can thus be gripped on at least two surfaces or sides, all coupling devices, in particular current and liquid contacts, being provided on at least these two surfaces or sides. In this way, a tool 2 , 3 , 4 can be coupled to the robot arm 12 via first coupling devices according to the invention, wherein a connection to the supply contacts provided in or on the tool holding devices for the tool and / or sample processing-specific resources is possible via the second coupling devices according to the invention , The transfer of tools 2 , 3 , 4 to another robot arm is also conceivable.

Die Werkzeughalteeinrichtungen 6, 7, 8 dienen vorzugsweise bei Nichtgebrauch der Werkzeuge als Basisstation für letztere. Die Werkzeughalteeinrichtungen 6, 7, 8 sind insbesondere in der Lage, das jeweils zugeordnete Werkzeug 2, 3, 4 selbständig zu waschen oder in einen vorgegebenen Grundzustand zu überführen. Die Werkzeughalteeinrichtungen 6, 7, 8 selbst können beispielsweise karussell- oder kettenförmig ausgebildet werden. The tool holding devices 6 , 7 , 8 preferably serve as a base station for the latter when the tools are not in use. The tool holding devices 6 , 7 , 8 are in particular able to wash the respectively assigned tool 2 , 3 , 4 independently or to bring them into a predetermined basic state. The tool holding devices 6 , 7 , 8 themselves can for example be carousel-shaped or chain-shaped.

Über die Kupplungseinrichtungen zwischen den Werkzeugen 2, 3, 4 und dem Roboterarm bzw. zwischen den Werkzeugen 2, 3, 4 und den Werkzeughalteeinrichtungen 6, 7, 8 können die Werkzeuge 2, 3, 4 insbesondere mit der erforderlichen Betriebsspannung versorgt werden. Ansonsten werden sämtliche Steuersignale vorzugsweise drahtlos über Bluetooth-Schnittstellen an die in Fig. 1 dargestellte, zentrale Steuereinheit übermittelt. Wahlweise können die Werkzeuge 2, 3, 4 auch mit einer eigenen Energieversorgungseinrichtung, beispielsweise einem Akku, versehen werden, was deren energiemäßig unabhängigen Betrieb von dem Roboterarm 12 oder den Werkzeughalteeinrichtungen 6, 7, 8 ermöglicht. The tools 2 , 3 , 4 can in particular be supplied with the required operating voltage via the coupling devices between the tools 2 , 3 , 4 and the robot arm or between the tools 2 , 3 , 4 and the tool holding devices 6 , 7 , 8 . Otherwise, all control signals are preferably transmitted wirelessly via Bluetooth interfaces to the central control unit shown in FIG. 1. Optionally, the tools 2 , 3 , 4 can also be provided with their own energy supply device, for example a rechargeable battery, which enables their energy-independent operation by the robot arm 12 or the tool holding devices 6 , 7 , 8 .

Fig. 1 zeigt des weiteren ein als Arbeitsstation ausgebildetes Mikroskop 13 mit einem in der Tischebene verfahrbaren Mikroskoptisch 11 (x-y Tisch). Auf dem Mikroskoptisch 11 können von dem Roboterarm 12 Mikrotiterplatten 14 lagegenau positioniert werden. Die Mikrotiterplatten 14 werden in einer Mikrotiterplattenlagereinrichtung 15, auch Mikrotiterplattenhotel genannt, bereitgehalten. In den Kavitäten bzw. Wells 16 der Mikrotiterplatten 14 befinden sich in bekannter Weise die zu bearbeitenden bzw. zu untersuchenden Zellproben. Fig. 1 is further designed as a workstation 13 with a microscope can be moved in the plane of the table microscope stage 11 (xy table). On the microscope stage 11 , 12 microtiter plates 14 can be positioned in an exact position by the robot arm. The microtiter plates 14 are kept ready in a microtiter plate storage device 15 , also called a microtiter plate hotel. In the cavities or wells 16 of the microtiter plates 14 are the cell samples to be processed or examined in a known manner.

Die zentrale Steuereinheit 10 kommuniziert vorzugsweise drahtlos mit den übrigen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1. Entsprechend den vorgegebenen Probenbearbeitungsprogramm steuert die Steuereinheit 10 den Roboter 5 an, der aus der Mikrotiterplattenlageeinrichtung 15 eine Mikrotiterplatte 14 abholt und auf den Mikroskoptisch 11 legt. anschließend erfolgt die Probenbearbeitung indem der Roboter 5 mit seinem Roboterarm 12 mit Hilfe der ersten Kupplungseinrichtungen auf die benötigten Werkzeuge 2, 3, 4 zugreift. Während die Bearbeitung der Proben mit einem ersten Werkzeug 2 erfolgt, kann beispielsweise in dem zweiten, benötigten Werkzeug 3 bereits die Aufbereitung eines für einen der weiteren Arbeitsschritte benötigten Reagenzes erfolgen. Nach Beendigung des Arbeitsschritts mit dem Werkzeug 2 steht dieses Reagenz sofort durch einfachen Zugriff des Roboters 5 auf das Werkzeug 3 zur Verfügung. The central control unit 10 preferably communicates wirelessly with the other components of the device 1 according to the invention. In accordance with the predetermined sample processing program, the control unit 10 controls the robot 5 , which picks up a microtiter plate 14 from the microtiter plate storage device 15 and places it on the microscope stage 11 . Then the sample processing takes place in that the robot 5 accesses the required tools 2 , 3 , 4 with its robot arm 12 with the aid of the first coupling devices. While the processing of the samples is carried out with a first tool 2 , the preparation of a reagent required for one of the further work steps can take place, for example, in the second, required tool 3 . After completion of the work step with the tool 2 , this reagent is immediately available by the robot 5 simply accessing the tool 3 .

Bei der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Datenübertragung zwischen der zentralen Steuereinheit 10 und dem Mikroskop 13 aufgrund der Vielzahl der Daten über Datenleitungen 17, 18. Das Mikroskop 13 kann mit einer Kamera ausgerüstet sein, welche eine Steuerung der Werkzeuge 2, 3, 4 durch optische Rückkopplung ermöglicht. Die Kamera lenkt dabei die Werkzeuge 2, 3, 4, beispielsweise eine Mikroinjektionsnadel, in eine vorgegebene Kavität 16 der Mikrotiterplatte 14. In the embodiment shown, the data transmission between the central control unit 10 and the microscope 13 takes place due to the large number of data via data lines 17 , 18 . The microscope 13 can be equipped with a camera which enables the tools 2 , 3 , 4 to be controlled by optical feedback. The camera directs the tools 2 , 3 , 4 , for example a microinjection needle, into a predetermined cavity 16 of the microtiter plate 14 .

Fig. 2 zeigt beispielhaft die in der zentralen Steuereinheit 10 und in den Werkzeugsteuereinheiten 9 ablaufenden Basisprogramme. Die linke Hälfte der Figur zeigt das Basisprogramm der zentralen Steuereinheit 10 und die rechte Hälfte der Figur zeigt das Basisprogramm der Werkzeugsteuereinheiten 9. Fig. 2 shows an example of the processes taking place in the central control unit 10 and in the tool control unit 9 based programs. The left half of the figure shows the basic program of the central control unit 10 and the right half of the figure shows the basic program of the tool control units 9 .

Das der Steuereinheit 10 zugeordnete Basisprogramm zur Steuerung des Roboter- oder Werkzeugarms 12 startet in Schritt 100, woraufhin in Schritt 101 abgefragt wird, ob der benötigte Zellträger, beispielsweise in Form einer Mikrotiterplatte, verfügbar ist. Falls nicht, wird die Verfügbarkeit eines anderen Zellträgers abgefragt. Ist der abgefragte Zellträger verfügbar, so wird er in Schritt 102 ausgewählt und in Schritt 103 werden anschließend die für eine vorgegebene Probenbearbeitung benötigten Werkzeuge identifiziert. Daraufhin wird in dem Abfrageschritt 104 ermittelt, ob die identifizierten Werkzeuge zu der voraussichtlichen Bearbeitungszeit zur Verfügung stehen. Falls nicht, wird zurück zu Schritt 101 verzweigt und dort die Verfügbarkeit eines anderen Zellträgers abgefragt. The basic program for controlling the robot or tool arm 12 assigned to the control unit 10 starts in step 100 , after which it is queried in step 101 whether the required cell carrier, for example in the form of a microtiter plate, is available. If not, the availability of another cell carrier is queried. If the queried cell carrier is available, it is selected in step 102 and then in step 103 the tools required for a given sample processing are identified. Thereupon it is determined in query step 104 whether the identified tools are available at the expected processing time. If not, a branch is made back to step 101 and the availability of another cell carrier is queried there.

Sind die identifizierten Werkzeuge zum voraussichtlichen Bearbeitungszeitpunkt noch nicht für andere Bearbeitungsschritte belegt, so werden sie in Schritt 105 für die geplante Bearbeitungszeit reserviert. In Schritt 106 werden die reservierten Werkzeuge initialisiert, d. h. die zentrale Steuereinheit 10 übermittelt gemäß Pfeil P₁ Daten, welche sowohl informelle Daten als auch Software über die beabsichtigte Probenbearbeitung umfassen, an die Werkzeugsteuereinheiten 9 der reservierten Werkzeuge. Gemäß Schritt 107 transportiert anschließend der Roboterarm 12 das die zu untersuchende Zellprobe enthaltende Well zur Arbeitsstation. If the identified tools have not yet been used for other processing steps at the expected processing time, they are reserved in step 105 for the planned processing time. In step 106 , the reserved tools are initialized, ie the central control unit 10 transmits data according to arrow P ₁ to the tool control units 9 of the reserved tools, which include both informal data and software about the intended sample processing. According to step 107 , the robot arm 12 then transports the well containing the cell sample to be examined to the work station.

In dem Abfrageschritt 108 wird ermittelt, ob die Arbeitsstation stationär ist oder nicht. Um eine nicht stationäre Arbeitsstation handelt es sich beispielsweise bei dem verfahrbaren Mikroskoptisch 11 in Fig. 1. Falls es sich um eine stationäre Arbeitsstation handelt, so werden die benötigten Werkzeuge im Bereich der Arbeitsstation gemäß Schritt 109 zusammengestellt. Im anschließenden Schritt 110 sendet die zentrale Steuereinheit 10 gemäß Pfeil P₂ das Signal zum Start der Probenbearbeitung an das erste der benötigten Werkzeuge. Weitere Werkzeuge für gegebenenfalls folgende, weitere Bearbeitungsschritte werden ebenso in Schritt 110 gestartet. Sofern nicht mehrere Werkzeuge gleichzeitig an der selben Probe arbeiten können, erfolgt das Startsignal für das dem jeweils nachfolgenden Arbeitsschritt zugeordnete Werkzeug erst dann, wenn in Schritt 111 gemäß Pfeil P₃ das Signal empfangen wurde, dass die Bearbeitung durch das vorangehende Werkzeug beendet wurde. Nach Beendigung aller Arbeitsschritte werden schließlich alle verwendeten Werkzeuge gemäß Schritt 112 in den Werkzeughalteeinrichtungen 6, 7, 8 abgelegt. In query step 108 , it is determined whether the workstation is stationary or not. The movable microscope stage 11 in FIG. 1 is, for example, a non-stationary work station . If it is a stationary work station, the tools required in the area of the work station are compiled in accordance with step 109 . In subsequent step 110 , the central control unit 10 sends the signal to start the sample processing to the first of the required tools in accordance with arrow P ₂ . Further tools for any subsequent further processing steps are also started in step 110 . If it is not possible for several tools to work on the same sample at the same time, the start signal for the tool assigned to the respective subsequent work step is only given when the signal was received in step 111 in accordance with arrow P ₃ that the machining was ended by the previous tool. After completion of all the work steps, all the tools used are finally stored in the tool holding devices 6 , 7 , 8 in accordance with step 112 .

Wird in Schritt 108 festgestellt, dass die Arbeitsstation nicht stationär ist, so erfolgt eine Verzweigung zu Schritt 113, gemäß welchem der Roboterarm 12 zur Bearbeitung der Probe durch das Werkzeug gesteuert, d. h. insbesondere dem die Probe enthaltenden Well räumlich nachgeführt wird. Sobald dem Schritt 114 von der Steuereinheit 10 das Signal erhalten wird, dass die Probenbearbeitung beendet wurde, erfolgt wiederum die Ablage der verwendeten Werkzeuge in den Werkzeughalteeinrichtungen 6, 7, 8 gemäß Schritt 112. If it is determined in step 108 that the workstation is not stationary, a branch is made to step 113 , according to which the robot arm 12 is controlled by the tool for processing the sample, ie in particular spatially tracking the well containing the sample. As soon as the control unit 10 receives the signal in step 114 that the sample processing has ended, the tools used are again stored in the tool holding devices 6 , 7 , 8 in accordance with step 112 .

Nach Schritt 112 wird in Schritt 113 abgefragt, ob weitere Arbeitsschritte notwendig sind. Ist dies der Fall, so wird zu Schritt 106 verzweigt. Sind keine weiteren Arbeitsschritte notwendig, so wird in Schritt 114 ermittelt, ob das Well samt bearbeiteter Zellprobe für eine Arbeitsfolge spezifische Zeit in einem Inkubator abgelegt werden soll oder nicht. Ist dies der Fall, so erfolgt die entsprechende Ablage in dem Inkubator gemäß Schritt 115. Falls eine derartige Ablage nicht gewünscht ist, so wird das Well in Schritt 116 verworfen und zum Startschritt 100 verzweigt. After step 112 , step 113 queries whether further work steps are necessary. If this is the case, the process branches to step 106 . If no further work steps are necessary, it is determined in step 114 whether or not the well together with the processed cell sample should be stored in an incubator for a specific work sequence. If this is the case, the corresponding storage in the incubator takes place in accordance with step 115 . If such a deposit is not desired, the well is discarded in step 116 and the process branches to start step 100 .

Das in den Werkzeugsteuereinheiten 9 der erfindungsgemäß autonomen Werkzeuge 2, 3, 4 startet mit Schritt 200 und wartet anschließend in Schritt 201 auf die Werkzeuginitialisierung durch die zentrale Steuereinheit 10. In Schritt 202 wird schließlich entsprechend Schritt 106 das Initialisierungssignal samt zugehöriger Daten gemäß Pfeil P₁ von der Steuereinheit 10 erhalten. That in the tool control units 9 of the autonomous tools 2 , 3 , 4 according to the invention starts with step 200 and then waits in step 201 for the tool initialization by the central control unit 10 . Finally, in step 202 , according to step 106, the initialization signal including the associated data according to arrow P _{1 is received} by the control unit 10 .

Im Abfrageschritt 203 wird ermittelt, ob der Werkzeugeinsatz stationär oder nicht stationär erfolgen soll. Falls ein stationärer Werkzeugeinsatz geplant ist, so wird in Schritt 204 auf das Startsignal für die Probenbearbeitung gewartet. Wird dies gemäß Pfeil P₂ von der Steuereinheit 10 übertragen, so wird in Schritt 205 die vorbestimmte Probenbearbeitung durchgeführt. Sobald die Probenbearbeitung durch das Werkzeug beendet ist, wird in Schritt 206 gemäß Pfeil P₃ das entsprechende Endesignal an die Steuereinheit 10 gesendet. In query step 203 , it is determined whether the tool is to be used stationary or non-stationary. If a stationary tool insert is planned, the start signal for the sample processing is waited for in step 204 . If this is transmitted according to arrow P ₂ by the control unit 10 , the predetermined sample processing is carried out in step 205 . As soon as the sample processing by the tool has ended, the corresponding end signal is sent to the control unit 10 in accordance with arrow P ₃ in step 206 .

Wird in Schritt 203 ermittelt, dass ein nicht stationärer Werkzeugeinsatz geplant ist, so wird zu Schritt 207 verzweigt, gemäß welchem die Probenbearbeitung gestartet und das Werkzeug entsprechend gesteuert, d. h. insbesondere der nicht stationären Arbeitsstation nachgeführt wird. If it is determined in step 203 that a non-stationary tool insert is planned, a branch is made to step 207 , according to which the sample processing is started and the tool is controlled accordingly, ie in particular the non-stationary work station is tracked.

Claims

1. Device for processing biotechnological samples, comprising
several tools ( 2 , 3 , 4 ) for handling and / or processing the samples,
a robot ( 5 ) for handling the tools ( 2 , 3 , 4 ) and / or the samples, and
first coupling devices between each tool ( 2 , 3 , 4 ) and the robot ( 5 ), by means of which the robot ( 5 ) can mechanically grip and handle at least one of the tools ( 2 , 3 , 4 ),
marked by
a plurality of tool holding devices ( 6 , 7 , 8 ) for holding the tools ( 2 , 3 , 4 ), and
second coupling devices between each tool ( 2 , 3 , 4 ) and the respectively assigned tool holding device ( 6 , 7 , 8 ), via which tool and / or sample processing-specific resources can be supplied to the respective tool ( 2 , 3 , 4 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that at least one of the tools ( 2 , 3 , 4 ) can be supplied with a reagent forming a sample processing-specific resource for processing the samples via the second coupling devices.

3. Device according to claim 2, characterized in that the tool ( 2 , 3 , 4 ) is designed as a processing device for processing the reagent supplied to the tool for a predetermined processing application in connection with a predetermined sample.

4. The device according to claim 3, characterized in that the processing device a heating and / or a cooling and / or a mixing and / or a shaking device.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that each tool ( 2 , 3 , 4 ) has its own tool control unit ( 9 ) and a central control unit ( 10 ) is provided, which for controlling the processing of the samples with the robot ( 5 ) and the tool control units ( 9 ) communicates.

6. The device according to claim 5, characterized in that a microscope ( 13 ) is provided with a microscope stage ( 11 ) serving as a work station, which can be moved in the microscope stage plane, the taking of microscopic images of the samples and the method of the microscope stage ( 11 ) depending on the control by the central control unit ( 10 ).

7. The device according to claim 5 or 6, characterized in that on the first coupling devices tool and / or sample processing-specific data between the gripped tool ( 2 , 3 , 4 ) on the one hand and the robot ( 5 ) and the central control unit ( 10 ) on the other are transferable.

8. Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that on the second coupling devices tool and / or sample processing-specific data between the respective held tool ( 2 , 3 , 4 ) on the one hand and the central control unit ( 10 ) on the other hand can be transmitted.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that via the first coupling devices the gripped tool ( 2 , 3 , 4 ) sample processing-specific fluids can be supplied to or removed from it.

10. A method for processing biotechnological samples using an electronic data processing device that has a central control unit ( 10 ), comprising the following steps:

- Identifying tools ( 2 , 3 , 4 ) required for a predetermined sample processing from the total of tools available, each tool available having its own tool control unit ( 9 ) and being held in a tool holding device ( 6 , 7 , 8 ), by means of which tool and / or sample processing-specific resources can be supplied to him,

- Initializing the identified tools ( 2 , 3 , 4 ) by transferring tool and / or sample processing-specific data from the central control unit ( 10 ) to the tool control unit ( 9 ) of the identified tools and preparing the identified tools ( 2 , 3 , 4 ) by supplying the tool and / or material processing-specific resources in accordance with the transmitted data,

- Removing the initialized tools ( 2 , 3 , 4 ) from the tool holding devices ( 6 , 7 , 8 ) with the aid of a robot ( 5 ) and carrying out the predetermined sample processing according to control by the central control unit ( 10 ) and by the tool control unit ( 9 ) the initialized tools ( 2 , 3 , 4 ), and

- Parking the initialized tools ( 2 , 3 , 4 ) after completion of the predetermined sample processing in the tool holding devices ( 6 , 7 , 8 ) with the aid of the robot ( 5 ).