多管同启PJ-1自动试管开盖机的结构与功能

杨威

新民市人民医院 器械科，辽宁 沈阳 110141

医学及化学等领域进行分析检验的试管开盖过程采用试管开盖机，是取代试管开盖手工作业、提高工作效率的现代自动化控制技术的展现。目前试管开盖机开盖过程的常规模式是链带传动试管,每次逐个单只开盖。本文所述的PJ-1自动试管开盖机为多支试管同时开盖，并将与试管分离的管帽自动收集。

1 设备结构与组成

1.1 主体与功能机构

设备结构的主体为试管盖开启仓，其仓壁设有带排齿的滑道供试管架载车受控移动。试管架载车起着盛放试管架和将试管架由管盖开启仓移入移出的作用，架载车安有传动驱动装置。其他功能结构如盖体分离器、管盖收集器、气溶胶引排仓等，全部安装在试管盖开启仓中。多只带盖试管架中，可稳固地在架载车上移入移出试管盖开启仓。安装在开启仓中的盖体分离器，在密闭条件下同时打开多只试管盖，并将试管盖送入管盖收集器。气溶胶引排仓自动排出开盖瞬间在开启仓产生的气溶胶。其结构示意图,见图1。

1.2 试管架载车

试管架载车包括载车体、驱动电机、减速变换器、传动齿轮。带盖试管的试管架装入架载车时试管架稳固地卡在车上，驱动电机驱动架载车将试管送入开启仓进行开盖。开盖完成后试管架载车自动移出仓外。

图1 自动试管开盖机结构示意图

1.3 盖体分离器

盖体分离器主要由位置检测器、管盖开启器和试管锁紧器等部件组成。位置检测器检测到架载车移入管盖开启仓的准确位置，为控制电路提供管盖开启命令信号。试管锁紧器的功能是在管盖开启前将试管牢固锁紧，保证管体不受管盖开启过程随动。管盖开启器完成管盖开启动作，将分离后的管盖保持在开启器上。架载车将开盖后的试管移出仓外后，分离器整个机构复位并将管盖拨入管盖收集器。

1.4 管盖收集器

试管开启过程中所打开的管帽，由管盖收集器收集。管盖收集器为已被开启试管盖的盛装容器，收集器装有驱动电机、减速变换器、传动齿轮，可以受控移动。

1.5 气溶胶引排仓

设备的引排过滤系统设计在气溶胶引排仓。引排仓下部设有新鲜空气入口。底部设有引排风机。上部设置混合气滤网和消毒回气滤网。滤网上部装有消毒用紫外线灯。根据流体力学的原理，自动开盖机引排过滤系统正常运转情况下，气体流向引排仓出口，引排仓内由于气流作用产生负压，而引排仓外形成正压。设备在开盖时产生的有毒生物气溶胶被仓内与仓外的压差吸进引排仓。新鲜空气入口流入的新鲜空气与有毒气溶胶被引排风机的流动气流，送到混合气滤网过滤。混合气滤网将有毒生物气溶胶过滤后，紫外线对滤后气体杀毒，形成无毒气体[1]。处理后的气体一部分由顶部排出，一部分由回气滤网回气到开启仓。开启仓相对于引排仓始终为正压状态，引排仓内被引排的气溶胶无法直接扩散到开启仓。实验结果表明，引排仓防气溶胶扩散的性能和滤网滤菌及紫外线杀菌的效果好。气溶胶的分散介质是气体，气体的粘度小，分散相与分散介质的密度差很大，质点相碰时极易粘结，在气溶胶和混合气体携带的粒子通过滤网时，形成小粒子间的碰撞、凝聚、聚合吸附在过滤网上从而排出过滤后的气体。引排仓滤网上部空间的紫外线消毒灯可将过滤后的气体进一步洁净。过滤网是一种一次性使用的过滤设施,根据设备使用情况需定期检测更换,否则,就会造成生物危险。

2 开盖机的控制流程

本机为典型的顺序控制系统,动作周期由可编程序控制器PLC进行。PLC具有可靠、抗扰能力强、编程简单等优点，已成为替代传统继电接触器控制线路的升级换代产品。本系统采用可编程控制器PLC为控制核心，电动机执行驱动，磁电传感器、光电传感器为检测元件的电子控制系统，实现了开盖机多只试管同时开启的自动控制。

设备设有“启动/关闭”按钮。按动“启动/关闭”按钮设备启动，启动以后开关自锁，一直保持到再次按动“启动/关闭”按钮设备关闭。设备启动至关闭的整个过程中，气溶胶引排仓引排电机连续保持运转使引排仓始终处于引排工作状态。设备进入启动状态后，首先检测盖体分离器是否处于复位状态。如果盖体分离器为非复位，设备将重复使分离器复位或排除设备故障。盖体分离器被检测确定处于复位状态后，设备自动将管盖开启仓仓门打开，架载车由仓内移出，并由检测器检测移出是否到位。移出到位的定位，必须保证架载车位置绝对移出试管开启仓，避免设备清除试管盖动作时污染架载车上已开盖的试管。到位后设备进入试管装入等待状态。

系统中顺序执行元件每完成一个动作都会通过传感器发给PLC一个确定信号，以确认该动作已经完成。如当试管架放入试管架载车并自动稳固后，检测装载的传感器通过检测电路会发出已经装载信号。只有在确定已装载状态下，按动移入按钮设备才会在后续动作中实施对试管的自动开盖。架载车移入进仓到位时，位置传感器发出确定到位的信号，盖体分离器才置位将带盖试管的管部锁紧，执行对管盖的开启。试管开盖完成后自动解锁，启动架载车外移。架载车外移到位时，外移到位检测传感器发出到位信号，盖体分离器将已分离的试管盖拨落至设备下方的管盖收集器中。收集器设置独立的手动按钮,以方便对管盖随时清理。架载车为空时，传感器发出空载信号。此时按动移入按钮无效，设备不执行后续自动开盖动作。如果需要关闭设备，只有在传感器发出载车空载的信号时，按动“启动/关闭”按钮才能有效将设备关闭。否则关机按钮无效。其程序流程，见图2。

开盖机工作时序图，见图3。多管同启自动试管开盖机开启后的启动复位时间2 s，是设备工作初始热机。开盖执行与复位执行总时间为5.6 s，是设备工作的时序周期。关机延时8 s自动断电。设备的平均开盖能力40～60只/8s，平均工作效率6只/s，工作效率极高。设备的控制完全处于自动控制状态，并设有临时出错或故障提示处理电路。

图3 开盖工作时序图

3 设备的用途及功能

实验室中许多操作过程可以产生微生物气溶胶，并随空气扩散而污染实验室的空气，当工作人员吸入了污染的空气，便可以引起实验室相关感染[2]。多管同启自动试管开盖机应用于医院检验科、实验室、血库采血等，其重要作用是将试管开盖操作过程中产生的气溶胶等危险粒子过滤掉，达到保护样品、避免样品间的交叉污染和防止生物危险粒子危害试验操作者的目的。同时也避免试验操作过程中样品产生的气溶胶等危险粒子直接排放到环境中。

气溶胶是由悬浮于气体介质中的固态或液态微小粒子形成的相对稳定的分散体系，其粒径一般为0.001～100 μm[3]。微生物气溶胶对人类的生命健康有极大影响,全球因微生物气溶胶引起的呼吸道感染率高达20%,世界上约有500多种致病菌,经气溶胶传播的至少有100多种，（Hedenl%7），占首位[4]。实验室生物气溶胶中可能有存活的细菌、病毒、真菌或其他有机病原体。目前使用的逐个单只开盖的试管开盖机,虽然脱离了手工开盖操作，减少了手工操作的污染，但却无法防止开盖执行的过程污染。因其链带传动的未开盖与已经开盖试管处于同一个封闭罩中，执行开盖过程时试管盖帽非同时一次分离。气溶胶释放于开盖的瞬时，已开盖的试管会受到未开盖试管的开盖过程污染。PJ-1自动试管开盖机的自动开盖过程，是在密闭的试管盖开启仓中将多只试管的管体和盖帽全部一次分离，开盖过程气溶胶被同时引排，避免交叉感染、气溶胶损害。这种功能效果，无论手工开盖或逐个单只开盖机都远远无法达到。开盖过程中产生的气溶胶和混合气体通过滤网和消毒处理，确保引排仓口的气体达到一定的洁净度再放回空气中，使设备外部空间得到保持。

4 结论

生物气溶胶在大气中的扩散、传播会引发人类的急慢性疾病以及动植物疾病。SARS的爆发，使得有关气溶胶病毒的研究大大增加[5]，并且成为国际研究的热点。试管开盖产生的生物气溶胶是不可忽视的污染物。实验室生物安全管理隐患造成的现实损害,给各类生物安全实验室及生物医学实验室的安全防护问题敲响了警钟[6]。而血液、体液等都是病毒、细菌等多种病原体的传播载体，具有极大生物危险的感染性致病因子，无论是直接感染，还是间接地散播到环境中去，对人类社会、动物或植物都是一个现实的或潜在的危险。PJ-1自动试管开盖机在实验室常规操作中的应用可极大防止或减少危险的产生。PJ-1自动试管开盖机的功能实现，是电子自控技术在现代医学分析检验领域新应用，不仅提高工作人员的安全和环境污染的安全，同时防止了带有多种病原体生物气溶胶对试管分析样品的相互污染。采用PJ-1自动试管开盖机与之逐个单只开盖的试管开盖机相比大大提高了工作效率。平均工作效率6只/s，大幅度冲破了单只秒级开盖时间。现代医学分析检验试管开盖操作量迅速增加，开发与其发展所适合的高效率安全化的自动化试管开盖技术势在必行。

[1]李盟军,梁显刚,袁征,等.紫外线杀菌灯的应用研究[J].中国医学装备,2010,7(10):29-31.

[2]车凤翔.生物医学实验室操作中生物气溶胶的产生及其危害控制[A].第八届中国国际洁净技术论坛暨展览论坛文集[C].2005:99-106.

[3]陈岚,车红,任丽丽,等.用安德森空气生物采样器采集病毒气溶胶的研究[J].中国医药生物技术,2010,5(5):342-347.

[4]于玺华.微生物气溶胶的感染与控制-兼论SARS病毒预防[J].洁净与空调技术,2003,(4):25-29.

[5]黄启慧.病毒实验室生物气溶胶的产生、暴露评估及预防[J].内蒙古中医药,2012,31(6):58.

[6]王鑫,周安寿,陈永青,等.实验室生物安全及其防护措施[J].卫生研究,2007,36(2):252-254.