一、系統(tǒng)需求分析
?1、功能需求
樣本采集：能夠從多種來源采集樣本，且采集量需精確控制。
樣本預(yù)處理：包括添加試劑，進行多種化學(xué)反應(yīng)。
樣本的分離和富集：操作以實現(xiàn)目標(biāo)樣本的分離和富集，提高檢測靈敏度。
?2、性能需求
準(zhǔn)確性：保證自動化樣本前處理過程中的各項操作的準(zhǔn)確性，誤差需控制在極小范圍內(nèi)。 通量：能夠同時處理多個樣本，提高工作效率，滿足大量樣本分析的需求。
穩(wěn)定性：在不同的工作條件下，系統(tǒng)都能穩(wěn)定運行，減少故障發(fā)生率。
二、硬件設(shè)計
?1、自動采樣裝置
機械臂：采用高精度的機械臂，在笛卡爾坐標(biāo)或極坐標(biāo)系統(tǒng)下運動，能夠精確地定位到樣本容器的位置進行采樣。機械臂可以根據(jù)樣本容器的不同形狀和尺寸進行編程控制，可以通過精確的坐標(biāo)定位來確保加樣頭準(zhǔn)確地落在每個孔的中心位置。
探頭類型：根據(jù)樣本的性質(zhì)和處理要求選擇不同的探頭，使用注射器式探頭，其可以通過改變注射器的推動行程來實現(xiàn)精確的體積控制，精度可達納升級別；對于固體樣本的采集，則需要設(shè)計特殊的抓取或吸取裝置。
?2、加樣器
壓力驅(qū)動加樣器：利用氣體壓力差來推動液體的移動。這種加樣器結(jié)構(gòu)簡單，易于控制。通過調(diào)節(jié)氣體壓力和進樣時間來控制加樣量。
微量加樣器：對于生物樣本處理中的微量試劑添加，微量加樣器是很重要的。它采用活塞-體積原理，通過精確的機械結(jié)構(gòu)和電子控制系統(tǒng)來實現(xiàn)皮升至微升級別的加樣精度。
?3、樣本分離模塊
液-液萃取裝置：由萃取相和萃余相的分離裝置組成。通過設(shè)定不同的流速和相分離時間，可以實現(xiàn)對不同性質(zhì)目標(biāo)樣本的高效萃取。
固相萃取裝置：包括固相萃取柱、自動進樣和洗脫系統(tǒng)。在自動化系統(tǒng)中，通過機械裝置將樣本準(zhǔn)確的注入到固相萃取柱中，然后按照預(yù)定的程序進行洗脫液的添加和目標(biāo)樣本的洗脫收集。同時，可以通過傳感器監(jiān)測固相萃取柱的阻力等相關(guān)參數(shù)，以確保萃取過程的有效性。
三、軟件控制系統(tǒng)設(shè)計
?1、控制軟件架構(gòu)
采用分層架構(gòu)設(shè)計，包括硬件驅(qū)動層、控制邏輯層和用戶界面層。硬件驅(qū)動層負(fù)責(zé)與各種硬件設(shè)備進行通信，實現(xiàn)對硬件的底層控制；控制邏輯層根據(jù)處理流程的算法，對硬件設(shè)備進行調(diào)度和操作；用戶界面層為操作人員提供直觀的交互界面，可以進行實驗參數(shù)設(shè)置、樣本信息管理等功能。
?2、流程控制
預(yù)編程：針對不同的樣本類型和分析需求，可以預(yù)先編寫處理流程程序，在程序中可以詳細(xì)設(shè)定每個步驟的操作參數(shù)。
實時監(jiān)控與調(diào)整：在自動化樣本前處理過程中，通過傳感器對關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)控。
3、?數(shù)據(jù)管理功能
樣本信息管理：記錄每個樣本的來源、編號、處理歷史等信息。這有助于在后續(xù)的分析結(jié)果解讀和質(zhì)量控制中追溯樣本信息。
分析結(jié)果存儲與報告：將處理后的樣本分析結(jié)果進行存儲，可以以數(shù)據(jù)庫的形式保存。同時，能夠根據(jù)要求生成詳細(xì)的分析報告，報告中包含樣本基本信息、處理過程參數(shù)、分析結(jié)果等內(nèi)容。
四、系統(tǒng)性能提升措施
?1、準(zhǔn)確性提升
校準(zhǔn)機制：定期對硬件設(shè)備進行校準(zhǔn)。對于加樣器，可以使用標(biāo)準(zhǔn)溶液通過多點校準(zhǔn)的方法來確定其加樣準(zhǔn)確性；對于傳感器，可以使用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來校準(zhǔn)其測量的準(zhǔn)確性和線性度。
誤差補償算法：在控制系統(tǒng)中采用誤差補償算法。
2、?通量提升
并行處理設(shè)計：采用并行處理的方式提高系統(tǒng)的通量。在實際的核酸提取自動化前處理系統(tǒng)中，可以設(shè)置4-8個平行的處理通道，大大提高了處理的效率。
優(yōu)化處理流程：通過優(yōu)化處理流程，減少不必要的操作步驟和等待時間。
3、?穩(wěn)定性提升
冗余設(shè)計：對關(guān)鍵部件采用冗余設(shè)計。
環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計：在硬件設(shè)備的設(shè)計和選型過程中，充分考慮環(huán)境因素的影響。同時，在軟件控制系統(tǒng)中，可以根據(jù)環(huán)境參數(shù)的變化自動調(diào)整操作參數(shù)，以確保系統(tǒng)在不同環(huán)境下的穩(wěn)定性。
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