(57)【要約】【課題】試料ボックス間で個々の試料が自動的に移送されると共に、極低温環境で試料が自動的に貯蔵及び回収される自動化極低温貯蔵及び回収システムを提供する。【解決手段】極低温貯蔵システムが、１つ以上の極低温貯蔵冷凍機に用いられるように構成された移送モジュールを備える。移送モジュールは、異なる試料ボックス間で試料管を移送するための極低温環境を維持する作業チャンバを備える。１つ以上の冷凍機ポートが、各冷凍機から取り出された試料ボックスを移送モジュールが受け取ることを可能にする。入出力（Ｉ／Ｏ）ポートが試料への外部アクセスを可能にする。ボックス輸送ロボットが、冷凍機ポートと作業チャンバとＩ／Ｏポートとの間で試料ボックスを輸送するように動作する。ピッカロボットが、作業チャンバ内において試料ボックス間で試料管を移送するように動作する。【選択図】図１Ａ
2021519247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温貯蔵システムであって、
各冷凍機から取り出された第１の試料ボックスを受け取るように構成された少なくとも１つの冷凍機ポートと、
極低温環境を維持するように構成された作業チャンバと、
試料への外部アクセスを可能にするように構成された入出力（Ｉ／Ｏ）ポートと、
前記少なくとも１つの冷凍機ポートと前記作業チャンバと前記Ｉ／Ｏポートとの間で前記第１の試料ボックスを輸送するように構成されたボックス輸送ロボットと、
前記第１の試料ボックスと第２の試料ボックスとの間で試料管を前記作業チャンバ内において輸送するように構成されたピッカロボットと、
を備える極低温貯蔵システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの冷凍機ポートの少なくとも一部を通して前記ボックス輸送ロボットにとってアクセス可能な位置まで前記第１の試料ボックスを輸送するように構成される、排出器をさらに備える、システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記排出器は、前記第１の試料ボックスの位置決めを制御するために、対向する側を移動させてガイドするように構成されたアームの対を備える、システム。
【請求項４】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記排出器は前記第１の試料ボックスを支持するように構成された床を備え、前記床の少なくとも一部は前記ボックス輸送ロボットによって加えられた力を介して押し下げ可能である、システム。
【請求項５】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記排出器は複数の異なる試料ボックスフォーマットを輸送するように構成される、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、輸送チャンバをさらに備え、前記輸送チャンバは前記ボックス輸送ロボットによるアクセス中は前記少なくとも１つの冷凍機ポートに連結されており、前記輸送チャンバは前記ボックス輸送ロボットを収容する、システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記輸送チャンバは、さらに、前記第１の試料ボックスの試料のガラス転移温度より高い環境を維持するように構成される、システム。
【請求項８】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記輸送チャンバは開口を介して前記作業チャンバに接続される、システム。
【請求項９】
請求項６に記載のシステムにおいて、前記輸送チャンバは中間チャンバを介して前記作業チャンバに接続され、前記中間チャンバは前記ピッカロボットの少なくとも一部を収容する、システム。
【請求項１０】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記ボックス輸送ロボットは、前記第１の試料ボックスの輸送中に前記開口を介して前記作業チャンバ内に拡張するように構成される、システム。
【請求項１１】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記ピッカロボットは、前記試料管の輸送中に前記開口を介して前記作業チャンバ内に拡張するように構成される、システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ボックス輸送ロボットは、前記第１の試料ボックスを把持するように構成されたボックス把持具アセンブリをさらに備える、システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記ボックス把持具アセンブリは前記第１の試料ボックスの対向する角をクランプするように構成されたアームの対を備え、前記アームの対のそれぞれは複数の試料ボックスフォーマットを受け入れるのに適した接点の組を備え、前記アームの対は、さらに、前記第１の試料ボックスを目標の回転的且つ位置的な向きに調整するように構成される、システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記接点の組のうち少なくとも１つがＷ字を画成し、前記Ｗ字の第１の部分が第１の試料ボックスフォーマットを受け入れ、前記Ｗ字の第２の部分が第２の試料ボックスフォーマットを受け入れる、システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載のシステムにおいて、前記ボックス輸送ロボットはレールアセンブリを備え、前記レールアセンブリ上で前記ボックス把持具アセンブリが移動する、システム。
【請求項１６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ピッカロボットは、管把持具アセンブリを備える第１のアームと、押上ピンを備える第２のアームと、を備える、システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記第２のアームは前記作業チャンバにおいて試料ボックスを支持するプラットフォームの下方に延在し、前記第２のアームは、前記第１の試料ボックスから前記試料管の一部分を持ち上げるべく前記押上ピンを前記第１の試料ボックス内に駆動するように構成される、システム。
【請求項１８】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記管把持具アセンブリは複数のティースを備え、前記管把持具アセンブリは中心軸心を中心に且つ前記中心軸心に向けて前記複数のティースを水平に回転させて前記試料管を把持するように構成される、システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムにおいて、前記ティースは、前記作業チャンバの外にある前記ピッカロボットの部品から断熱材を介して熱的に絶縁されている、システム。
【請求項２０】
請求項１６に記載のシステムにおいて、前記第１のアームは、前記試料管の識別（ＩＤ）タグをＩＤリーダーによって読み取り可能にする位置へ前記試料管を移動させるように構成される、システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムにおいて、前記位置は前記作業チャンバの外部にある、システム。
【請求項２２】
請求項２０に記載のシステムにおいて、前記第１のアームは、さらに、１）前記試料管から霜を除去するためのクリーナーに沿って前記試料管を通し、２）前記試料管を回転させて前記ＩＤタグを前記ＩＤリーダーと整列させる、ように構成される、システム。
【請求項２３】
請求項２０に記載のシステムにおいて、前記位置は、ミラーからの前記ＩＤタグの反射を介して前記ＩＤリーダーによって前記ＩＤタグが読み取られることを可能にする、システム。
【請求項２４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記作業チャンバは、前記第１及び第２の試料ボックスを支持するように構成されたプラットフォームを備える、システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のシステムにおいて、前記第１の試料ボックスの角に加えられた力を介して前記第１の試料ボックスを固定するように構成されたクランプアセンブリをさらに備え、前記クランプは複数の試料ボックスフォーマットを受け入れるのに適した接点の組を備える、システム。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムにおいて、前記接点の組はＷ字を画成し、前記Ｗ字の第１の部分が第１の試料ボックスフォーマットを受け入れ、前記Ｗ字の第２の部分が第２の試料ボックスフォーマットを受け入れる、システム。
【請求項２７】
請求項２４に記載のシステムにおいて、前記プラットフォームは前記第１の試料ボックスの底面の一部分を露出させる開口を含み、前記開口は前記管ピッカロボットによる前記試料管の底へのアクセスを可能にする、システム。
【請求項２８】
請求項２４に記載のシステムにおいて、前記作業チャンバは、さらに、前記プラットフォームの下方に冷却液を収容するように構成される、システム。
【請求項２９】
請求項２８に記載のシステムにおいて、前記プラットフォームに連結されて前記冷却液に部分的に浸漬されるように構成されたヒートシンクをさらに備える、システム。
【請求項３０】
請求項２８に記載のシステムにおいて、前記管ピッカロボットは押上ピンを支持するアームを備え、前記アームは前記冷却液に少なくとも部分的に浸漬されるように構成される、システム。
【請求項３１】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記Ｉ／Ｏポートにおいて第３の試料ボックスのフォーマットを検出するように構成された光カーテンをさらに備える、システム。
【請求項３２】
請求項３１に記載のシステムにおいて、前記光カーテンは単一のコリメート光源を投影する、システム。
【請求項３３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの冷凍機ポートは複数の冷凍機ポートを含み、前記複数の冷凍機ポートのそれぞれは、対応する冷凍機から取り出された試料ボックスを受け取るように構成される、システム。
【請求項３４】
請求項１に記載のシステムにおいて、複数の冷凍機間で前記少なくとも１つの冷凍機ポートを移動させるように構成されたレールアセンブリをさらに備える、システム。
【請求項３５】
請求項３４に記載のシステムにおいて、前記レールアセンブリは、さらに、前記作業チャンバと前記ボックス輸送ロボットと前記管ピッカロボットとを前記少なくとも１つの冷凍機ポートと一致して移動させるように構成される、システム。
【請求項３６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの冷凍機ポートは取り出し具アセンブリと接続されるように構成され、前記取り出し具アセンブリは、冷凍機から貯蔵ラックを持ち上げて当該ラックから前記第１の試料ボックスを排出するように構成される、システム。
【請求項３７】
試料を輸送する方法であって、
冷凍機ポートを介して各冷凍機から第１の試料ボックスを取り出すことと、
前記冷凍機ポートから極低温環境を維持するように構成された作業チャンバへボックス輸送ロボットを介して前記第１の試料ボックスを輸送することと、
前記作業チャンバ内においてピッカロボットを介して前記第１の試料ボックスと第２の試料ボックスとの間で試料管を輸送することと、
を含む方法。
【請求項３８】
請求項３７に記載の方法において、試料への外部アクセスを可能にするように構成されたＩ／Ｏポートへ前記作業チャンバから前記ボックス輸送ロボットを介して前記第１の試料ボックスを輸送することをさらに備える、方法。
【請求項３９】
請求項３７に記載の方法において、前記作業チャンバは、前記第１の試料ボックスと前記第２の試料ボックスとを含む複数の試料ボックスを支持するように構成されたプラットフォームを備える、方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の方法において、前記作業チャンバは、さらに、前記プラットフォームの下方に冷却液を収容するように構成される、方法。
【請求項４１】
請求項４０に記載の方法において、前記プラットフォームに連結されて前記冷却液に部分的に浸漬されるように構成されたヒートシンクがさらに設けられる、方法。
【請求項４２】
請求項４０に記載の方法において、前記管ピッカロボットは押上ピンを支持するアームを備え、前記アームは前記冷却液に少なくとも部分的に浸漬されるように構成される、方法。
【請求項４３】
請求項３７に記載の方法において、
前記ピッカロボットを用いて前記作業チャンバ内の前記試料管を抜き取ることと、
前記試料管が少なくとも部分的に前記作業チャンバの前記極低温環境内にある間に前記試料管から霜を除去することと、
前記試料管から表示を読み取ることと、
をさらに含む方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２０１８年３月２３日に出願された米国仮特許出願第６２／６４７，４５０号の利益を主張する。上記の出願の全教示が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
凍結保存は、長い貯蔵時間にわたって生体物質の完全な状態を維持するために必須の工程である。十分に低い温度では、そのような物質の全ての化学プロセスと生体機能とが事実上停止し、当該物質をほとんどいかなる長さの時間にわたっても安全に貯蔵できる。極低温貯蔵冷凍機は、多数の生体試料又はその他の試料を受け入れるための隔離されて制御された極低温環境を提供することでそのような貯蔵を可能にする。典型的な貯蔵冷凍機では、試料がラック又はトレイに装填される。ラックとトレイのそれぞれは、いくつかの試料を保持する。ラック又はトレイは冷凍機の極低温環境から手動で取り出され、このラック又はトレイは、貯蔵冷凍機から試料を取り出したり貯蔵冷凍機に試料を追加したりするためにユーザーに提供される。
【発明の概要】
【０００３】
例示の各実施形態では、試料ボックス間で個々の試料が自動的に移送されると共に、極低温環境で試料が自動的に貯蔵及び回収される。各実施形態では、試料が常時、極低温閾値（例えば、−１３４°Ｃ）よりも低く維持されると共に、試料へのアクセスを常時可能にする。試料は、各試料のバーコードをスキャンすることで整理されて探知されてもよい。各実施形態では、複数の極低温貯蔵冷凍機が設けられてもよく、ユーザーにとってアクセス可能な入出力（Ｉ／Ｏ）ポートと貯蔵冷凍機との間並びに貯蔵冷凍機間で試料ボックスと個々の試料とが移送されてもよい。
【０００４】
例示の実施形態では、極低温貯蔵システムが、１つ以上の極低温貯蔵冷凍機に用いられるように構成された移送モジュールを備える。前記移送モジュールは、異なる試料ボックス間で試料管を移送するための極低温環境を維持する作業チャンバを備える。１つ以上の冷凍機ポートが、各冷凍機から取り出された試料ボックスを前記移送モジュールが受け取ることを可能にする。Ｉ／Ｏポートが試料への外部アクセスを可能にする。ボックス輸送ロボットが、前記冷凍機ポートと前記作業チャンバと前記Ｉ／Ｏポートとその他のサブシステムとの間で試料ボックスを輸送するように構成される。ピッカロボットが、前記作業チャンバ内において試料ボックス間で試料管を移送するように構成される。
【０００５】
前記冷凍機ポートは、前記冷凍機ポートの少なくとも一部を通して前記ボックス輸送ロボットにとってアクセス可能な位置まで第１の試料ボックスを輸送するように構成される、排出器を備えることができる。前記排出器は、前記第１の試料ボックスの対向する側をクランプするように構成されたアームの対を備えてもよい。前記排出器は試料ボックスを支持するように構成された床を備えてもよく、前記床は、前記ボックス輸送ロボットによって加えられた力を介して押し下げ可能な１つ以上の部分を含む。前記排出器は複数の異なる試料ボックスフォーマットを輸送するように構成されてもよい。
【０００６】
前記移送モジュールは輸送チャンバを備えてもよく、前記輸送チャンバは前記冷凍機ポートに連結されて前記ボックス輸送ロボットを収容する。前記ボックス輸送ロボットは、このチャンバを通して輸送されている試料のガラス転移温度より高い環境を維持してもよく、開口を介して前記作業チャンバに接続できる。或いは、前記輸送チャンバは、前記開口への中間チャンバを介して前記作業チャンバに接続でき、前記中間チャンバは前記ピッカロボットの少なくとも一部を収容する。前記ボックス輸送ロボットは、試料ボックスの輸送中に前記開口を介して前記作業チャンバ内に拡張するように構成されてもよい。前記ピッカロボットは、前記作業チャンバ内における試料ボックス間での試料管の移送などの、試料管の輸送中に前記開口を介して前記作業チャンバ内に拡張するように構成されてもよい。
【０００７】
前記ボックス輸送ロボットは、試料ボックスを把持するように構成されたボックス把持具アセンブリを備えてもよい。前記ボックス把持具アセンブリは第１の試料ボックスの対向する角をクランプするように構成されたアームの対を備えてもよく、各アームは複数の試料ボックスフォーマットを受け入れるのに適した接点の組を備える。前記接点の組のうち１つ以上はＷ字を画成してもよく、前記Ｗ字の第１の部分が第１の試料ボックスフォーマットを受け入れ、前記Ｗ字の第２の部分が第２の試料ボックスフォーマットを受け入れる。或いは、前記接点はピンの対において終端してもよく、前記ピンは第１の角度に方向づけられて第１の試料ボックスフォーマットと係合し、第２の角度に方向づけられて第２のボックスフォーマットを受け入れる。前記ボックス輸送ロボットはレールアセンブリを備えてもよく、前記レールアセンブリ上で前記ボックス把持具アセンブリが移動する。
【０００８】
前記ピッカロボットは、管把持具アセンブリを備える第１のアームと、押上ピンを備える第２のアームと、を備えてもよい。前記第２のアームは前記作業チャンバにおいて試料ボックスを支持するプラットフォームの下方に延在してもよく、前記第２のアームは、前記第１の試料ボックスから試料管の一部分を持ち上げるべく前記押上ピンを当該試料ボックス内に駆動するように構成される。前記管把持具アセンブリは複数のティースを備えてもよく、前記管把持具アセンブリは中心軸心を中心に且つ前記中心軸心に向けて前記複数のティースを回転させて試料管を把持するように構成される。前記ティースは、一緒に冷凍されている場合の隣り合う試料管が持ち上げられるのを防ぐために用いられてもよい。前記第１のアームは、試料管の識別（ＩＤ）タグをＩＤリーダーによって読み取り可能にする位置へ前記試料管を移動させるように構成されてもよい。前記位置は前記作業チャンバの内部又は外部にあってもよく、第１のアームは前記試料管を回転させて前記ＩＤタグを前記ＩＤリーダーと整列させてもよい。前記位置は、ミラーからの前記ＩＤタグの反射を介して前記ＩＤリーダーによって前記ＩＤタグが読み取られることを可能にしてもよい。
【０００９】
前記作業チャンバは、複数の試料ボックスを当該試料ボックス間での試料管の移送中に支持するように構成されたプラットフォームを備えてもよい。クランプアセンブリが、試料ボックスの角に加えられた力を介して当該試料ボックスを固定するように構成されてもよく、前記クランプは複数の異なる試料ボックスフォーマットを受け入れるのに適した接点の組を備える。前記接点の組はＷ字を画成してもよく、前記Ｗ字の第１の部分が第１の試料ボックスフォーマットを受け入れ、前記Ｗ字の第２の部分が第２の試料ボックスフォーマットを受け入れる。前記プラットフォームは試料ボックスの底面の一部分を露出させる開口を含んでもよく、前記開口は前記管ピッカロボットによる試料管の底へのアクセスを可能にする。作業チャンバは、さらに、前記プラットフォームの下方に冷却液を収容するように構成されてもよく、また、ヒートシンクが前記プラットフォームに連結されて前記冷却液に部分的に浸漬されるように構成される。前記管ピッカは、押上ピンを支持するアームを備えてもよく、前記アームは前記冷却液に少なくとも部分的に浸漬されるように構成される。
【００１０】
前記移送モジュールは、前記Ｉ／Ｏポートにおいて試料ボックスのフォーマットを検出するように構成された光カーテンを備えてもよい。前記光カーテンは単一のコリメート光源を投影してもよい。
【００１１】
前記移送モジュールは複数の冷凍機ポートを備えてもよく、前記複数の冷凍機ポートのそれぞれは、対応する冷凍機から取り出された試料ボックスを受け取るように構成される。レールアセンブリが、複数の冷凍機間で前記冷凍機ポートを移動させるように構成されてもよい。前記レールアセンブリは、さらに、前記作業チャンバと前記ボックス輸送ロボットと前記管ピッカロボットとを前記少なくとも１つの冷凍機ポートと一致して移動させるように構成されてもよい。前記冷凍機ポートは取り出し具アセンブリ（例えば、自動化ラックプーラー）と接続されるように構成されてもよく、前記取り出し具アセンブリは、冷凍機から貯蔵ラックを持ち上げて当該ラックから第１の試料ボックスを排出するように構成される。
【００１２】
例示の実施形態におけるロボットが、試料ボックスを把持するように構成されたボックス把持具アセンブリを備えてもよい。ボックス把持具アセンブリは、試料ボックスの対向する角をクランプするように構成されたアームの対を備えてもよく、また、接点の組の対はアームの対のうち対応するアームに連結され、接点の組のそれぞれは複数の試料ボックスフォーマットを受け入れるように構成される。ロボットは、ボックス把持具アセンブリを移動させるように構成されたロボット輸送機構をさらに備えてもよい。第１の接点の組はＷ字を画成してもよく、Ｗ字の第１の部分が第１の試料ボックスフォーマットを受け入れ、Ｗ字の第２の部分が第２の試料ボックスフォーマットを受け入れる。ロボット輸送機構はボックス把持具アセンブリを横及び縦に移動させるように構成されたレールアセンブリを備えてもよい。ロボット輸送機構はボックス把持具アセンブリを移動させるように構成されたロボットアームを備えてもよい。
【００１３】
別の実施形態におけるロボットが試料管を抜き取って移送するように構成されてもよい。ロボットは第１のアームと第２のアームとを備えてもよい。管把持具アセンブリが第１のアームに連結されて、複数のティースを備えてもよい。管把持具アセンブリは中心軸心を中心に且つ中心軸心に向けて複数のティースを回転させて試料管を把持するように構成される。押上ピンが第２のアームに連結されてもよく、第２のアームは、押上ピンを試料ボックス内に駆動して管把持具アセンブリによる係合の前に試料管の一部分を試料ボックスから持ち上げるように構成される。ロボットは、第１のアームに沿って延在する軸を介して管把持具アセンブリを作動するように構成されたモータをさらに備えてもよい。
【００１４】
別の実施形態では、極低温試料取扱システムが設けられてもよい。当該システムは極低温環境を維持するように構成された作業チャンバを備えてもよい。作業チャンバ内に収容されたプラットフォームが複数の試料ボックスを支持するように構成されてもよい。ボックス輸送ロボットが、第１の試料ボックスを作業チャンバ内に輸送したり作業チャンバから輸送したりするように構成されてもよい。ピッカロボットが、第１の試料ボックスと第２の試料ボックスとの間で試料管を作業チャンバ内において輸送するように構成されてもよい。作業チャンバは、さらに、プラットフォームの下方に冷却液を収容するように構成されてもよい。ヒートシンクが、プラットフォームに連結されて冷却液に部分的に浸漬されるように構成されてもよい。
管ピッカロボットは押上ピンを支持するアームを備えてもよく、アームは冷却液に少なくとも部分的に浸漬されるように構成される。
【００１５】
試料容器から表示を読み取る方法は、まず、ピッカロボットを用いて極低温環境下の試料容器を抜き取ることを含んでもよい。試料容器が少なくとも部分的に極低温環境内にある間に試料容器から霜が除去される。表示は試料容器から読み取られてから試料容器が載置されてもよい。
【００１６】
霜を除去することは、霜を機械的に除去することを含んでもよい。表示の読み取りは極低温環境において少なくとも部分的に行われてもよい。試料容器の載置は試料容器を極低温環境下に置くことを含んでもよい。表示は、バーコード、又は英数字、図、及び記号のうち少なくとも１つであってもよい。霜を除去することは、ピッカロボットを用いて試料容器を霜除去装置に対して移動させることを含んでもよい。霜除去装置はブラシ又はブレードであってもよい。霜の除去は、試料容器が完全に極低温環境内にある状態、及び、試料容器内に収容された試料が当該試料のガラス転移温度よりも低く保たれた状態、で行われてもよい。試料容器から表示を読み取ることは、試料容器内に収容された試料が当該試料のガラス転移温度よりも低く保たれた状態で行われてもよい。試料容器から表示を読み取ることは、カメラなどの光学装置を用いて表示を読み取ることを含んでもよい。
【００１７】
別の実施形態は、本明細書に記載された動作及び／又は装置のうち１つ以上を実現する、個々の試料ボックス又は個々の試料管を抜き取って輸送する方法を含む。
【００１８】
別の実施形態は試料を輸送する方法を含んでもよい。試料は第１の極低温環境から取り出されてもよい。試料は、第２の極低温環境下に載置されてもよく、第２の極低温環境は可動装置内に収容される。その後、当該試料は第２の極低温環境下で第１の試料容器から第２の試料容器へ移されてもよい。可動装置は自動化されていてもよい。試料を第１の極低温環境から取り出すことと試料を第２の極低温環境下に置くこととのうち少なくとも一方は、当該試料が自身のガラス転移温度よりも低く保たれた状態で行われてもよい。第１及び第２の極低温環境は独立して維持されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
上述の内容は、添付の図面にて図示するように、以下に示す例示の実施形態のより特定の説明から明らかとなるであろう。また、図面においては、同様の参照符号は異なる図面の全体にわたって同一の部分を指すものとする。図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、実施形態を説明することに強調が置かれている。
【図１Ａ】例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム及び関連部品を示す図である。
【図１Ｂ】例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム及び関連部品を示す図である。
【図１Ｃ】例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム及び関連部品を示す図である。
【図１Ｄ】例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム及び関連部品を示す図である。
【図１Ｅ】例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム及び関連部品を示す図である。
【図１Ｆ】例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム及び関連部品を示す図である。
【図１Ｇ】例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム及び関連部品を示す図である。
【図１Ｈ】例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム及び関連部品を示す図である。
【図１Ｉ】例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム及び関連部品を示す図である。
【図２】別の実施形態における、制御器を備える極低温貯蔵システムのブロック図である。
【図３】一の実施形態における、個々の試料を移送する工程を示すフローチャートである。
【図４Ａ】一の実施形態におけるボックス輸送ロボットを示す図である。
【図４Ｂ】一の実施形態におけるボックス輸送ロボットを示す図である。
【図５Ａ】ボックスピッカロボット用の把持具アセンブリを示す図である。
【図５Ｂ】ボックスピッカロボット用の把持具アセンブリを示す図である。
【図６Ａ】様々な異なるボックスフォーマットを把持するように構成された把持具アセンブリを示す図である。
【図６Ｂ】様々な異なるボックスフォーマットを把持するように構成された把持具アセンブリを示す図である。
【図６Ｃ】様々な異なるボックスフォーマットを把持するように構成された把持具アセンブリを示す図である。
【図７Ａ】別の実施形態におけるボックス把持具を示す図である。
【図７Ｂ】別の実施形態におけるボックス把持具を示す図である。
【図８Ａ】一の実施形態における冷凍機ポートを示す図である。
【図８Ｂ】一の実施形態における冷凍機ポートを示す図である。
【図８Ｃ】一の実施形態における冷凍機ポートを示す図である。
【図８Ｄ】一の実施形態における冷凍機ポートを示す図である。
【図９】一の実施形態における自動化ステーションを示す図である。
【図１０Ａ】一の実施形態におけるＩ／Ｏモジュールを示す図である。
【図１０Ｂ】一の実施形態におけるＩ／Ｏモジュールを示す図である。
【図１１Ａ】一の実施形態における作業チャンバを示す図である。
【図１１Ｂ】一の実施形態における作業チャンバを示す図である。
【図１１Ｃ】一の実施形態における作業チャンバを示す図である。
【図１２Ａ】一の実施形態における管ピッカを示す図である。
【図１２Ｂ】一の実施形態における管ピッカを示す図である。
【図１２Ｃ】一の実施形態における管ピッカを示す図である。
【図１２Ｄ】一の実施形態における管ピッカを示す図である。
【図１２Ｅ】一の実施形態における管ピッカを示す図である。
【図１２Ｆ】一の実施形態における管ピッカを示す図である。
【図１２Ｇ】一の実施形態における管ピッカを示す図である。
【図１２Ｈ】一の実施形態における管ピッカを示す図である。
【図１３】一の実施形態における管取り出し動作を示す図である。
【図１４Ａ】一の実施形態における試料ＩＤスキャン動作を示す図である。
【図１４Ｂ】一の実施形態における試料ＩＤスキャン動作を示す図である。
【図１５】複数の冷凍機を実現するシステムを示す図である。
【図１６Ａ】別の実施形態におけるシステムを示す図である。
【図１６Ｂ】別の実施形態におけるシステムを示す図である。
【図１６Ｃ】別の実施形態におけるシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
例示の実施形態について以下に説明する。全ての特許、公開された出願、および本願明細書における引例の教示は、それらの全体が参照により組み込まれる。
【００２１】
図１Ａ〜図１Ｆは例示の実施形態における自動化極低温貯蔵システム１００と部品とを示す。図１Ａはシステム１００の斜視図であり、システム１００は移送モジュール１０１と冷凍機１０５ａとラックプーラー１０７ａとを備える。冷凍機１０５ａは、試料ボックス内に集められた試料管などの複数の試料を貯蔵するための極低温環境を維持する貯蔵冷凍機である。図示の実施形態では、冷凍機１０５ａは円筒状の槽であるが、冷凍機は例えば角箱などの任意の形状を有することができる。いくつかの好ましい実施形態では、冷凍機１０５ａは、真空の隔離スペースによって内壁又は内殻から分離された外壁又は外殻を備える（例えば、ジュワー瓶）。ラックプーラー１０７ａが、冷凍機１０５ａの頂部に取り付けられてもよく、選択された貯蔵ラックを冷凍機１０５ａから持ち上げるように動作する。一旦持ち上げられると、試料ボックスを当該ラックに追加する又は当該ラックから取り出すことができる。その後、ラックプーラー１０７ａは当該ラックを冷凍機１０５ａ内に戻してもよい。或いは、ラックプーラー１０７ａは移送モジュール１０１に取り付けられてもよく、ラックプーラー１０７ａは選択的に位置決めされて１つ以上の他の冷凍機（不図示）に加え冷凍機１０５ａと共に動作してもよい。システム１００においてを実現可能な例示の冷凍機及びラックプーラーが米国特許出願第１５／０８５，４３１号及び１５／０８５，６３０号においてさらに詳細に説明されている。これらの出願の全教示が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２２】
移送モジュール１０１は、各箇所間で個々の試料管と同様に試料ボックスを、これらの試料を各々のガラス転移温度ＴＧ（例えば、−１３４°Ｃ）よりも低く保った状態で、移送するように動作する。これにより、これらの試料の完全な状態を維持する。例えば、モジュール１０１は、冷凍機１０５ａと追加的な冷凍機（不図示）と入出力（Ｉ／Ｏ）ポート１２５との間で試料ボックスを移送してもよく、これらのボックス間で試料管を移送してもよい。Ｉ／Ｏポート１２５は１つ以上の試料ボックスを貯蔵する可搬貯蔵ユニット（不図示）を受け入れるように構成されてもよく、ユーザーはＩ／Ｏ扉１９９を介して可搬貯蔵ユニットを挿入したり取り出したりしてもよい。システム１００で実現可能な例示の可搬貯蔵ユニットが米国特許出願第１４／６００，７５１号においてさらに詳細に説明されている。この出願の全教示が参照により本明細書に組み込まれる。
【００２３】
移送モジュール１０１は冷凍機１０５ａに加えて他の冷凍機（不図示）に用いられるために移動させられてもよい。カート１９０が、移送モジュール１０１を支持し、当該モジュールが軌道１９２に沿って移動することを可能にする。カート１９０は、移動コマンドに呼応してモータアセンブリによって自動的に推進されてもよいし、ユーザーによって移動させられてもよい。よって、以下に説明されている、移送モジュール１０１が複数の冷凍機に用いられる別の実施形態では、カート１９０及び軌道１９２は、移送モジュール１０１がこれらの複数の冷凍機のそれぞれに移動することを可能にする。別の実施形態では、移送モジュール１０１用の動作システムが、カート１９０及び軌道１９２に加えて（又は代えて）モジュール１０１の上方に配置されてもよい。さらに、モジュール１０１は、軌道１９２に代えて、無軌道動作システムを用いて移動させられてもよい。無軌道動作システムは、ローカル位置決めシステム（例えば、ＧＰＳ、ＷｉＦｉ、光学（例えばカメラをベースにした）システム、レーダ、レーザーレーダ、床又は冷凍機に取り付けられたセンサ）を用いる。車輪又はギヤを駆動するオンボードモータ、床内リニアモータ、ケーブル又はギヤを駆動するオフボードモータ、又はオーバーヘッドガントリーシステム、などの任意の既知の動作システムによって移送モジュールを推進させることができる。
【００２４】
図１Ｂはシステム１００の正面図を示す。ここでは、移送モジュール１０１の配置がさらに詳細に示されている。移送モジュール１０１は３つのチャンバを備えてもよい。３つのチャンバは、輸送チャンバ１１０、中間チャンバ１１５、及び作業チャンバ１２０である。チャンバ１１０、１１５、１２０は連続して互いに連結されてもよく、これらのチャンバ間の通過が、自動化扉（不図示）を介して選択的に可能にされてもよい。輸送チャンバ１１０は図１Ａ及び図１Ｂの両方において断面図で示され、ボックス輸送ロボット１３０を含むチャンバ１１０の内部の部品が示される。輸送チャンバ１１０は図１Ｅに示されるように閉じられていてもよい。これは、試料の温度をガラス転移温度よりも低く保つことに貢献すると考えられる。ボックス輸送ロボット１３０は、冷凍機１０５ａとＩ／Ｏポート１２５と作業チャンバ１２０と追加的な位置との間で試料ボックスを輸送するように動作する。作業チャンバ１２０へは、ボックス輸送ロボット１３０は中間チャンバ１１５を通ってアクセスする。冷凍機ポート１０８ａが、冷凍機１０５ａと移送モジュール１０１との間での試料ボックスの移送を容易にする。具体的には、ラックプーラー１０７ａは、冷凍機１０５ａから貯蔵ラックを持ち上げた後で試料ボックスを冷凍機ポート１０８ａ内に推進させてもよい。冷凍機ポート１０８ａは、次に、ボックス輸送モジュール１３０によって拾い上げられるように当該試料ボックスを位置決めしてもよい。反対に、試料ボックスを冷凍機１０５ａに戻す又は貯蔵するときには、冷凍機ポート１０８ａは当該試料ボックスをラックプーラー１０７ａに向けて推進させてもよい。ラックプーラー１０７ａでは、当該試料ボックスがラックに追加されてから、ラックプーラー１０７ａがラックを冷凍機１０５ａ内に降下させる。冷凍機ポート１０８ａは冷凍機１０５ｂに取り付けられてもよい。冷凍機ポート１０８ａは、移送モジュール１０１が冷凍機１０５ａにアクセスするよう位置決めされたときに輸送チャンバ１１０に連結される。このような構成では、輸送チャンバ１１０は、冷凍機ポート１０８ａへの接続用のポート（例えば、開口）を含んでもよいし、冷凍機ポート１０８ａの部品を備えてもよい。或いは、冷凍機ポート１０８ａは輸送チャンバ１１０に取り付けられてもよい。冷凍機ポート１０８ａは、移送モジュール１０１が冷凍機１０５ａにアクセスするよう位置決めされたときにラックプーラー１０７ａと整列する。
【００２５】
作業チャンバ１２０は極低温環境を維持し、試料ボックス間での個々の試料管の選択及び移送を可能にする。これに対し、中間チャンバ１１５及び輸送チャンバ１１０は極低温環境の温度及び湿度よりも高い温度及び湿度を維持してもよい。例えば、輸送チャンバ１１０は温度又は湿度の制御をアクティブにせずに構成されてもよいため、室温に相当する温度を維持してもよい。中間チャンバ１１５は同様に構成されてもよい。ただし、両チャンバ１１０及び１１５は、作業チャンバ１２０の極低温環境からの対流を介して並びに／或いはその他の冷却及び／又は除湿方法によって、冷却され且つ／又は除湿されてもよい。別の実施形態では、モジュール１０１は異なる構成のチャンバを備えてもよい。例えば、単一のチャンバが輸送チャンバ１１０と中間チャンバ１１５との両方を取り囲んでもよいし、中間チャンバ１１５を省略して輸送チャンバ１１０が作業チャンバに直接的に連結されてもよい。
【００２６】
図１Ｃは移送モジュール１０１の断面図である。ここでは、第２の冷凍機ポートが１０８ｂで示される。第２の冷凍機ポートは、モジュール１０１のうち冷凍機１０５ａとは反対側にある冷凍機に用いられる。作業チャンバ１２０は、上述したように、極低温環境を維持することで、作業チャンバ１２０内の試料の温度を当該試料のガラス転移温度ＴＧ（例えば、−１３４°Ｃ）よりも低く保つように構成される。この環境を促進するために、隔離壁１２２がチャンバ１２０の底及び側部を取り囲み、チャンバ１２０の頂部が、作業チャンバ１２０内に又は作業チャンバ１２０から試料ボックスが移送されていないときは、（例えば、取り外し可能なカバー又は扉を介して）中間チャンバ１１５からほぼ隔絶されてもよい。作業チャンバ１２０はプラットフォーム１２１を収容する。プラットフォーム１２１は複数の試料ボックス及び構成物を支持する。複数の試料ボックス及び構成物は、ボックス輸送ロボット１３０によって作業チャンバ１２０内に移動したり作業チャンバ１２０から移動したりする。
【００２７】
中間チャンバ１１５は、ピッカロボット１４０を含む操作可能な機械類を収容する。操作可能な機械類については、さらに詳細に以下に説明する。ピッカロボット１４０は、作業チャンバ１２０において試料ボックス間で個々の試料管を移送するように動作する。ピッカロボット１４０は実質的には中間チャンバ１１５内に存在し、試料移送動作中は作業チャンバ１２０内に部分的に拡張する。その結果、ピッカロボット１４０は作業チャンバ１２０の極低温環境に晒されるという悪影響を避けると考えられる。
【００２８】
図１Ｄはシステム１００の側面図を示す。ここでは、Ｉ／Ｏシールド１２６がよりはっきりと示される。Ｉ／Ｏシールド１２６はＩ／Ｏポート１２５及び輸送チャンバ１１０のうち一方又は両方に連結されてもよく、両者の間の通路として働く。ボックス輸送ロボット１３０が試料ボックスをＩ／Ｏポート１２５に追加する又はＩ／Ｏポート１２５から取り出す際、ボックス輸送ロボット１３０はＩ／Ｏシールド１２６を通って拡張する。従って、Ｉ／Ｏシールド１２６は試料ボックスとロボット１３０とを干渉から保護すると考えられる。Ｉ／Ｏシールド１２６は、輸送チャンバ１１０と外部環境との間の気体移送を減少させるために輸送チャンバ１１０の入り口において取り外し可能なカバー又は扉を備えてもよい。
【００２９】
図１Ｅは移送モジュール１０１を別の図において示す。ここでは、輸送チャンバ１１０は自身の囲いが完全である状態で示されている。充填ステーション１９４がモジュール１０１の前方、後方、又は側方に位置してもよく、図１Ｇ〜図１Ｉを参照してさらに詳細に以下に説明されている。充填ステーション１９４は冷却液源に接続されてもよく、冷却液（例えば、液体窒素などの極低温流体）を作業チャンバ１２０に方向づける。作業チャンバ１２０では、当該冷却液は作業チャンバを極低温に冷却する。
【００３０】
図１Ｆは、システム１００において実現可能な例示の貯蔵ラック１８５と試料ボックス１８０ａ、１８０ｂとを示す。システム１００は複数の異なるフォーマットの試料ボックスを貯蔵及び移送するように構成されてもよい。例えば、上から下に見た図で示された試料ボックス１８０ａ及び１８０ｂは、それぞれ、Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ（ＳＢＳ）の標準フォーマットのボックスとＣｒｙｏｂｏｘの標準フォーマットのボックスとに相当する。各試料ボックス１８０ａ、１８０ｂは、試料管１８２ａ、１８２ｂなどの試料を貯蔵するための複数のスロットを含む。
【００３１】
貯蔵ラック１８５は、各試料ボックスを貯蔵するための複数のラックスロット（例えば、ラックスロット１８６）を含む。冷凍機１０５ａは貯蔵ラック１８５に類似する複数の貯蔵ラックを貯蔵してもよく、ラックプーラー１０７ａは、貯蔵ラック１８８の頂部に取り付けられた接合部１８８と係合することで冷凍機１０５ａから貯蔵ラック１８５を持ち上げてもよい。異なるフォーマットの試料ボックスの貯蔵を可能にするために、ラックスロット１８６は最も大きなボックスフォーマット（例えば、試料ボックス１８０ｂ、Ｃｒｙｏｂｏｘ）を受け入れるのに適してもよく、より小さなボックスフォーマット（例えば、試料ボックス１８０ａ、ＳＢＳ）を受け入れるように位置するストッパー１８７を任意に備えてもよい。ストッパー１８７は、試料ボックス１８０ａが貯蔵ラック１８５の後部に移動するのを防ぐことで試料ボックス１８０ａの面を貯蔵ラック１８７の正面に維持してもよい。ストッパー１８７はより大きな方のボックスフォーマットを受け入れるスロットからは省略されてもよいし、より大きな方のボックスフォーマットの通過を可能にするような形状を有してもよい。その結果、貯蔵ラック１８５は試料ボックス１８０ａ、１８０ｂを一様に貯蔵及び提供できる。或いは、より大きな貯蔵容量を付与して冷凍機内のスペース利用を最大化するために、貯蔵ラック１８７は単一の一様なボックスフォーマットおよび向きを受け入れるのに適してもよい。
【００３２】
図１Ｇ〜図１Ｉは充填ステーション１９４をさらに詳細に示す。図１Ｇは充填ステーション１９４の斜視図である。受器１９６が移送モジュール１０１から延在して作業チャンバ１２０の冷却用の冷却液を受け取ってもよい。受器１９６は受器蓋１９７によって覆われている。ノズルアセンブリ１９１が冷却液源から延在してもよく、移送モジュール１０１が特定の位置にあるときに受器１９６に最も近い壁内に組み込まれてもよい。制御器（例えば、以下に説明されている制御器１９５）が、作業チャンバ１２０における検出温度及び／又はその他の条件に基づいて作業チャンバ１２０への冷媒の流れを制御してもよい。制御器はノズルアセンブリ１９１における流れを制御している弁又はその他の部品を制御してもよく、壁及び／又はアクセスパネル（例えば、以下に説明されているアクセスパネル１５１０）と一体であってもよい。
【００３３】
冷却液の移送前に、ノズルアセンブリ１９１は受器１９６上に降下してもよい。ノズルアセンブリは延長部分１９３を含む。延長部分１９３は、降下中に延長部分１９３が受器蓋１９７に当接して受器蓋１９７を側方にスイングさせて開くことができるように下方に突出している。このようにスイングさせて開くことで、図１Ｈの側面図に示すように、受器１９６の頂部を露出させる。ノズルアセンブリ１９１は、図１Ｉの断面図に示されるように自身が受器１９６に連結されるまで降下し続けてもよい。一旦連結されると、ノズルアセンブリ１９１は図１Ｉの矢印で示されるように受器１９６に冷却液を移送してもよい。
【００３４】
図２は、別の実施形態における、制御器１９５を用いて構成された極低温貯蔵システム１００のブロック図である。図示のように、システム１００は第２の冷凍機１０５ｂを備える。第２の冷凍機１０５ｂは冷凍機ポート１０８ｂを介して移送モジュール１０１に選択的に連結できる。制御器１９５は、移送モジュール１０１と冷凍機１０５ａ、１０５ｂとに結合されてもよく、概してそれぞれの部品の動作のいくつか又は全てを制御してもよい。例えば、制御器１９５は冷凍機１０５ａ、１０５ｂと各々のラックプーラー１０７ａ、１０７ｂとを制御して、選択された試料ボックス（例えば、試料ボックス１８０ａ、１８０ｂ）を冷凍機１０５ａ、１０５ｂから回収したり冷凍機１０５ａ、１０５ｂに戻したりしてもよい。制御器１９５は移送モジュール１０１を制御して、冷凍機ポート１０８ａ、１０８ｂとＩ／Ｏポート１２５と作業チャンバ１２０との間で試料ボックスを輸送したり作業チャンバ１２０において試料ボックス間で試料管を移送したりしてもよい。さらに、制御器１９５は、移送モジュール１０１（特に作業チャンバ１２０）及び冷凍機１０５ａ、１０５ｂの冷凍及び湿度レベルを監視及び制御してもよく、機械的部品の校正、試料の識別、及び故障又は障害回復などのその他の動作を制御してもよい。制御器１９５はデータベース１９８を維持してもよい。データベース１９８には、作業チャンバ１２０及び冷凍機１０５ａ、１０５ｂ内に貯蔵されている試料についての情報であって、冷凍機１０５ａ、１０５ｂにおける各試料の位置を含む情報、が記憶される。制御器１９５は、冷凍機１０５ａ、１０５ｂ内への又は冷凍機１０５ａ、１０５ｂからの試料の移送に呼応してデータベース１９８を更新してもよい。
【００３５】
このような制御動作を行うために、制御器１９５は、移送モジュール１０１と冷凍機１０５ａ、１０５ｂとの通信用に構成されたインターフェースや１つ以上のコンピュータワークステーションなどの好適なコンピュータハードウェア及びソフトウェアリソースを備えてもよい。制御器１９５は、ユーザーがシステム１００の上述の動作を監視及び／又は制御すると共にシステム１００を監視することを可能にするインターフェース（例えば、ワークステーション）を備えてもよい。
【００３６】
図３は試料を移送する工程３００を示すフローチャートである。工程３００は、図１Ａ〜図１Ｅ及び図２を参照して上述されたシステム１００によって実施されてもよい。図２を参照して、制御器１９５は移送命令をパースしてもよく、この移送命令は、移送される１つ以上の試料管（例えば、試料管１８２ａ、１８２ｂ）及び／又は試料ボックス（例えば、試料ボックス１８０ａ、１８０ｂ）を指定する（３０５）。この移送命令は、基点、目的地、及び試料ボックス１８０ａ及び／又は試料管を識別する１つ以上の試料識別子（ＩＤ）のうち１つ以上を指定してもよい。例えば、移送命令は以下を指定してもよい：
ａ） 識別された又は識別されていない冷凍機（例えば、冷凍機１０５ａ）へのＩ／Ｏポート１２５における試料ボックス１８０ａの貯蔵、
ｂ） Ｉ／Ｏポート１２５への識別された貯蔵ボックス又は試料管の回収、
ｃ） 識別された冷凍機への識別された試料ボックス１８０ａの移送、
ｄ） Ｉ／Ｏポート１２５への識別された個々の試料管又は試料管の組の回収、
ｅ） 試料ボックス間での識別された試料管の移送、又は
ｆ） 識別された冷凍機の内容物の、他の冷凍機又はＩ／Ｏポート１２５への移送。
【００３７】
移送命令に基づいて、制御器は移送される試料の基点及び目的地を決定してもよい（３１０）。そうするために、制御器１９５は、データベース１９８を参照して試料の現在の場所を決定してもよく、且つ／又は、移送モジュール１０１に試料のスキャンを（例えば、ＩＤリーダーを介して）行わせて各試料ＩＤを決定してもよい。その後、制御器１９５は、この情報を用いて、移送を実行するためにボックス輸送ロボット１３０が辿る経路をマッピングしてもよい（３１５）。この移送が試料ボックス間での個々の試料管の移送を必要とする場合、制御器１９５はボックス輸送ロボット１３０に１つ以上の試料ボックスを作業チャンバ１２０に輸送するよう指示してもよい（３２０）。例えば、制御器１９５はボックス輸送ロボット１３０に、１）冷凍機ポート１０８ａにおける試料ボックス１８０ａを拾い上げて作業チャンバ１２０内の選択された支持面に輸送し、２）Ｉ／Ｏポート１２５における第２の試料ボックスを拾い上げて作業チャンバ１２０内のその他の選択された支持面に輸送する、ように指示してもよい。制御器１９５は冷凍機１０５ａ、１０５ｂとラックプーラー１０７ａ、１０７ｂとに各冷凍機ポート１０８ａ、１０８ｂにて試料ボックスを回収して取り出すように指示してもよい。
【００３８】
試料ボックス間で試料管を移送するために、制御器１９５は作業チャンバ１２０においてピッカロボット１４０が辿る経路をマッピングしてもよい（３２５）。そうする際、制御器はデータベース１９８を参照して、試料ボックスにおける利用可能なスロット及び試料ボックスにおける各試料管の位置を決定してもよい。その後、制御器１９５は、マッピングされた経路に応じて動作して試料ボックス間での試料管の移送を行うようにピッカロボット１４０に指示する（３３０）。各試料管を移送しているとき、ピッカロボット１４０は当該試料管をブラシに送って当該試料管から霜を除去してもよい。これに続き、（例えば、中間チャンバ１１５に位置する）ＩＤリーダーが当該試料管の試料ＩＤを確認する。一旦試料管が自身の目標試料ボックスに再配置されると、制御器１９５は、作業チャンバ１２０から当該試料ボックスの目的地（複数可）（例えば、冷凍機ポート１０８ａ、１０８ｂ、Ｉ／Ｏポート１２５）に向けて当該試料ボックスを輸送するようにボックス輸送ロボット１３０に指示してもよい（３３５）。制御器１９５は、冷凍機１０５ａ、１０５ｂとラックプーラー１０７ａ、１０７ｂとに、冷凍機ポート１０８ａ、１０８ｂに置かれた試料ボックスを受け入れて貯蔵ラック１８５内の指定されたスロット１８６にこれらのボックスを載置して当該貯蔵ラック１８５を各冷凍機１０５ａ、１０５ｂに戻すよう指示してもよい。その後、制御器１９５はこの移送に基づいてデータベース１９８を更新してもよい。これにより、この移送に関わった試料及び／又は試料ボックスのそれぞれの更新された位置が示される。
【００３９】
或いは、移送命令３０５が試料ボックス間での試料管の移送を必要としない場合、制御器１９５は、ボックス輸送ロボット１３０に、試料ボックスを最初に作業チャンバ１２０に配置することなく当該試料ボックスの基点から目的地まで直接的に輸送するよう指示してもよい。そのような移送においては動作３２０〜３３５は省略されてもよい。
【００４０】
図４Ａ、図４Ｂはボックス輸送ロボット１３０をさらに詳細に示す。図４Ａは輸送チャンバ１１０におけるボックス輸送ロボット１３０の斜視図である。ボックス輸送ロボット１３０は自動化レールアセンブリ１３２に取り付けられる。これにより、アセンブリ１３２のレール１３３ａ、１３３ｂに沿ってロボット１３０が横移動できる。例えば、ボックス輸送ロボット１３０はレール１３３ａに沿ってｘ方向に移動してレール１３３ｂに沿ってｙ方向に移動してもよく、ボックス輸送ロボット１３０がＩ／Ｏポート１２５と中間チャンバ１１５との上方の各位置に移動することが可能になる。ボックス輸送ロボット１３０は囲い１３１（例えば、図示のような窓付きの囲い）内に収容されてもよい。ボックス輸送ロボット１３０は縦方向駆動体１３４と把持具アセンブリ１３５とを備える。縦方向駆動体１３４は１つ以上のステッパ又はサーボモータを備えてもよい。縦方向駆動体１３４は、冷凍機ポート１０８ａ、１０８ｂ、Ｉ／Ｏポート１２５、及び作業チャンバ１２０に到達するのに十分な距離にまで縦軌道に沿って把持具アセンブリ１３５を持ち上げたり降下させたりするように構成される。或いは、縦方向駆動体は、上述されたように把持具アセンブリを降下させることができる拡張可能なアーム（例えば、テレスコープ式のアーム）を備えてもよい。把持具アセンブリ１３５は、図示されたような試料ボックス１８０ｂなどの試料ボックスと係合して、ボックス輸送ロボットが試料ボックス１８０ｂを輸送することを可能にするように構成される。
【００４１】
図４Ｂはボックス輸送ロボット１３０の正面断面を示す。ここでは、把持具アセンブリ１３５は試料ボックス１８０ｂと係合し試料ボックス１８０ｂを囲い１３１内に持ち上げたところである。そうする際に、試料ボックス１８０ｂは移送モジュール１０１内での輸送中に保護されてもよく、囲い１３１は、輸送中に試料ボックス１８０ａ、１８０ｂによって吸収される熱を減少させる熱シールド及び対流遮断物として機能してもよい。
【００４２】
図５Ａ、図５Ｂは把持具アセンブリ１３５をさらに詳細に示す。図５Ａは斜視図であり、図５Ｂは正面図である。把持具アセンブリ１３５は把持具アームの対１３８ａ、１３８ｂを備える。把持具アームの対１３８ａ、１３８ｂは、図示されたように、試料ボックス１８０ａの中央に向かって閉じて試料ボックス１８０ａの対向する角に当接することで、試料ボックス１８０ａなどの試料ボックスに選択的に係合して当該試料ボックスを固定できる。別の実施形態では、把持具アセンブリ１３５は１つ以上の追加的なアームを実現してもよい。当該追加的なアームは試料ボックス１８０ａの追加的な角及び／又は縁を固定するように構成されてもよい。一旦把持具アーム１３８ａ、１３８ｂによって固定されると、カバー１３７が試料ボックス１８０ａの上面に選択的に降下できる。試料ボックス１８０ａ、１８０ｂの頂部に近接しているとき、カバー１３７は試料ボックス１８０ａ、１８０ｂにおいて試料管を固定してもよく、熱シールドとして働いて試料管における霜の蓄積を最小化してもよい。モータアセンブリ１３６が把持具アーム１３８ａ、１３８ｂとカバー１３７との動作を制御する。モータアセンブリ１３６はモータを備えてもよい。当該モータは、把持具アセンブリ１３５の中央に向かって内方に、また、逆向きの際には当該中央から外方に、把持具アーム１３８ａ、１３８ｂを駆動するように構成される。或いは、モータアセンブリ１３６はギヤアセンブリと取り代えてもよい。ギヤアセンブリは、当該ギヤアセンブリに連結されて把持具アーム１３８ａ、１３８ｂからより遠くに位置するモータセットによって制御される。その結果、把持具アセンブリ１３５を動作させる各モータは作業チャンバ１２０からさらに隔絶されることで、極低温環境によるこれらモータへの悪影響を最小化できる。
【００４３】
図６Ａ〜図６Ｃは、様々な異なる試料ボックスフォーマットおよび向きを確保するように構成された把持具アセンブリを示す。図６Ａは、３つの異なる構成６０１、６０２、６０３における試料ボックスを把持する把持具アセンブリ１３５の斜視図である。第１の構成６０１では、把持具アセンブリ１３５は試料ボックス１８０ａ（例えば、長方形のＳＢＳフォーマットボックス）と係合するように構成される。第２の構成では、把持具アセンブリ１３５は同一の試料ボックス１８０ａと係合するように構成されるが、第１の向きから９０oずれて方向づけられている。第３の構成では、把持具アセンブリ１３５は試料ボックス１８０ｂ（例えば、正方形のＣｒｙｏｂｏｘフォーマットボックス）と係合するように構成される。（既知の回転的且つ位置的な向きに調整された）各構成において対応する試料ボックスを固定するために、把持具アセンブリ１３５は、自身の両把持具アーム１３８ａ、１３８ｂが試料ボックスの対向する角にあって且つ把持具アーム１３８ａ、１３８ｂのそれぞれが当該試料ボックスの中央に向かって力を加えることができるよう整列する、ような位置に回転してもよい。そのような位置決めの結果、把持具アーム１３８ａ、１３８ｂは各試料ボックスを固定するように閉じられると考えられる。把持具アームの対１３８ａ、１３８ｂは、目標の回転的且つ位置的な向きに試料ボックスを調整するように動作してもよい。よって、把持具アセンブリ１３５は、回転して異なるボックスフォーマット（例えば、ＳＢＳ及びＣｒｙｏｂｏｘ）の把持位置間で調整されたり、異なる向きの試料ボックス（例えば、２つの向きのＳＢＳフォーマットボックス）を拾い上げることを可能にしたり、回転してバーコードリーダーが試料ボックスのいずれか又は全ての側を読み取ることを可能にしたり、してもよい。
【００４４】
図６Ｂ及び図６Ｃは構成６０１〜６０３を、それぞれ、上から下に見た図及び下から上に見た図である。ここでは、図６Ｂの上から下に見た図において、把持具アーム１３８ａ、１３８ｂは各々の当接部材１３９ａ、１３９ｂを備えることが示される。当接部材１３９ａ、１３９ｂのそれぞれは、互いに垂直に延在するアームの対を形成してもよく、各アームは当該アームから縦に延在する接点（例えば、ピン）を備える。試料ボックス８０１ａ、８０１ｂを固定する際、把持具アーム１３８ａ、１３８ｂは上述された位置になるよう回転してから試料ボックス１８０ａ、１８０ｂの中央に向かって閉じられてもよい。把持具アーム１３８ａ、１３８ｂが完全に閉じられた場合、当接部材１３９ａ、１３９ｂは接点の組を介して試料ボックス１８０ａ、１８０ｂの２つの隣接する縁と当接しており、各把持具アーム１３８ａ、１３８ｂは、把持具アーム１３８ａ、１３８ｂにおいて試料ボックス１８０ａ、１８０ｂを固定するのに十分な力を試料ボックス１８０ａ、１８０ｂの中央に向かって加えてもよい。図６Ｃに示すように、当接部材１３９ａ、１３９ｂは、当接している際は部分的に試料ボックス１８０ａ、１８０ｂよりも下方に延在してもよい。これにより、当接部材１３９ａ、１３９ｂは、輸送中に下方から試料ボックス１８０ａ、１８０ｂを支持して試料ボックス１８０ａ、１８０ｂをさらに固定する。
【００４５】
図７Ａ、図７Ｂは把持具アセンブリ１３５の代替的実施形態を示す。当該代替的実施形態では、把持具アーム１３８ａ、１３８ｂのそれぞれが、上述された当接部材１３９ａ、１３９ｂに代えてＷ状当接部材１３９ｃ、１３９ｄを備える。各Ｗ状当接部材１３９ｃ、１３９ｄは２つの（又はそれより多い）正方形の切欠を含んでもよい。各切欠は１つ以上の特定のフォーマット又は向きの試料ボックスの角を固定するのに適する。３つの構成７０１、７０２、７０３が、上述された構成６０１〜６０３に対応してもよい。ただし、所定の試料ボックス１８０ａ、１８０ｂと当接する当接部材１３９ｃ、１３９ｄを整列させるために、把持具アセンブリ１３５は、試料ボックス１８０ａ、１８０ｂの角と当接部材１３９ｃ、１３９ｄの切欠のうち１つとに対して把持具アーム１３８ａ、１３８ｂを整列させてから、試料ボックス１８０ａ、１８０ｂを固定するように閉じられる。例えば、構成７０１では、当接部材１３９ｃの右端切欠と当接部材１３９ｄの左端切欠とが試料ボックス１８０ａの対向する角に当接するよう整列している。これに対し、構成７０２では、当接部材１３９ｃの左端切欠と当接部材１３９ｄの右端切欠とが、９０度回転させた向きにおいて、試料ボックス１８０ａの対向する角に当接するよう整列している。図７Ｂに示すように、当接部材１３９ｃ、１３９ｄは、固定される際に試料ボックス１８０ａ、１８０ｂの下方に延在するリップ部７３０を備えてもよい。
【００４６】
図８Ａ〜図８Ｄは冷凍機ポート１０８ａをさらに詳細に示す。図８Ａは冷凍機ポート１０８ａの斜視図である。冷凍機ポート１０８ａは、ラックプーラー１０７ａと接続されて、試料ボックス（例えば、図示の試料ボックス１８０ａ）をラックプーラー１０７ａ内に備えられた貯蔵ラック（例えば、貯蔵ラック１８５）に装填したり当該貯蔵ラックから装填解除したりすることを可能にしてもよい。冷凍機ポート１０８ａは排出器と呼ぶ場合もあり、プッシャーの対８３０ａ、８３０ｂを備える。ラックプーラー１０７ａから試料ボックス１８０ａを排出する際、プッシャーの対８３０ａ、８３０ｂは、試料ボックス１０８ａの対向する側を押して、試料ボックス１０８ａをガイド通路に沿ってプラットフォーム８２０まで移動させながら試料ボックス１０８ａを固定したままにしてもよい。プッシャー８３０ａは部分的にラックプーラー１０７ａに位置してもよく、ラックプーラー１０７ａから冷凍機ポート１０８ａ内に延在してもよい。一旦プラットフォーム８２０において適切に位置決めされると、試料ボックス１８０ａは、輸送されるために、把持具アーム１３８ａ、１３８ｂを介してボックス輸送ロボット１３０によって拾い上げられてもよい。試料ボックス１８０ａをラックプーラー１０７ａに戻す際は、プッシャー８３０ａ、８３０ｂはプラットフォーム８２０からガイド通路に沿ってラックプーラー１０７ａまで試料ボックス１８０ａを押してもよい。試料ボックス１８０ａが押されている間、両プッシャー８３０ａ、８３０ｂはボックス安定性のために試料ボックス１８０ａに当接したままであってもよい。
【００４７】
図８Ｂ及び図８Ｃは、別の向き及びフォーマットにおける試料ボックスの処理動作中の冷凍機ポート１０８ａを示す。図８Ｂは、図８Ａで示された向きから９０o回転した向きにおける試料ボックス１８０ａを伴う冷凍機ポート１０８ａを示す。図８Ｃは試料ボックス１８０ｂを伴う冷凍機ポート１０８ａを示す。試料ボックス１８０ａ、１８０ｂの対向する側でプッシャー８３０ａ、８３０ｂを適用することで、冷凍機ポート１０８ａは様々な異なる試料ボックスフォーマットおよび向きを受け入れることができる。
【００４８】
図８Ｄはプラットフォーム８２０をさらに詳細に示す。試料ボックスを把持しているときは、ボックス輸送ロボット１３０は把持具アーム１３８ａ、１３８ｂの一部分を、上述したように、部分的に試料ボックスの下に位置決めしてもよい。この位置決めを可能にするために、プラットフォーム８２０は押し下げ可能なセグメント８２２ａ、８２２ｂを含んでもよい。押し下げ可能なセグメント８２２ａ、８２２ｂは自身が試料ボックスを支持するように各々のバネによって支持されてもよいが、把持具アーム１３８ａ、１３８ｂによって加えられた下方向の力によって降下することができる。
【００４９】
図９は一の実施形態における自動化ステーション９００を示す。自動化ステーション９００は、中間チャンバ１１５の底部内面を占有している床９１５に位置してもよく、作業チャンバ１２０よりも上に位置する。床９１５は開口９２６を介した作業チャンバ１２０への通過を可能にする。開口９２６は自動化扉９２５ａ、９２５ｂを介して選択的に開いたり閉じたりしてもよい。扉９２５ａ、９２５ｂは移送動作又は試料のアクセス以外のとき（例えば、抜き取り、統合、又は管識別動作）には閉じられたままであってもよい。これにより、作業チャンバ１２０への熱伝達を最小化して作業チャンバ１２０内の極低温環境を維持する。ＩＤリーダー９３０が、自身に提供された試料管から試料ＩＤを読み取るように構成された１つ以上のスキャナー（例えば、バーコードリーダー、ＱＲコード（登録商標）スキャナー）を備えてもよい。
【００５０】
ピッカロボット１４０は自動化ステーション９００を占有する多数の部品を備えてもよい。具体的には、ピッカロボット１４０は管ピッカ１４２を備えてもよい。管ピッカ１４２は自動化レールアセンブリ１４１に取り付けられており、これにより、管ピッカ１４２の横移動及び縦移動が可能になる。レールアセンブリ１４１は３つのレールサブアセンブリ９５２、９５３、９５４を備えてもよい。サブアセンブリは、それぞれ、ｘ、ｙ、及びｚ方向への管ピッカ１４２の移動を制御する。具体的には、管ピッカ１４２はピッカロボットをｚ方向に移動させるための縦レールサブアセンブリ９５２に取り付けられてもよい。次に、縦レールサブアセンブリ９５２はｘ方向への移動のための第１の横レールサブアセンブリ９５３に取り付けられてもよい。最後に、第１の横レールサブアセンブリ９５３はｙ方向への移動のための第２の横レールサブアセンブリ９５４に取り付けられてもよい。代替的実施形態では、管ピッカ１４２は、管ピッカ１４２の移動を制御するためのロボットアーム又はその他の自動化機構に取り付けられてもよい。
【００５１】
図１０Ａ、図１０ＢはＩ／Ｏモジュール９５０を示す。図１０Ａは斜視図であり、図１０Ｂは正面図である。Ｉ／Ｏモジュール９５０はＩ／Ｏポート１２５（図１Ａ）内に存在してもよい。Ｉ／Ｏモジュール９５０は、受け取られた試料ボックスをスキャンして当該ボックスのフォーマット及び／又は向きを決定するように構成される。Ｉ／Ｏポート１２５において試料ボックスを受け取る際、ユーザーが可動ステージ９６０上に当該試料ボックスを載置してもよく、可動ステージ９６０はレール９６２に沿って移動して光カーテン９６５を通り抜ける。光カーテン９６５は光源９６６とレンズ９６７と光センサ９６８とを備えてもよい。光源９６７は、レンズ９６７（例えばフレネルレンズ）によって平行化が行われてレール９６２を横切るようにコリメート光線を投影する単一の光源であってもよい。当該コリメート光線はセンサ９６８（例えば、縦に連続して配列された光センサの組）によって検出されてもよい。光線が平行化された結果、この光線をブロックしている物体が、光源９６６からの距離に関係なくほぼ正確に検出されて測定されると考えられる。この光線は、図１０Ａに示すように試料ボックスの通路に対して斜めに方向づけられてもよい。これにより、試料ボックスが光カーテン９６５を通り抜ける際に当該試料ボックスの斜めの長さを測定するように、光カーテン９６５が位置付けられる。Ｉ／Ｏモジュール９５０において実現可能な例示の光カーテンがＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＩＢ２０１８／０５０７０５号にさらに詳細に説明されている。この出願の全教示が参照により本明細書に組み込まれる。
【００５２】
通過途中の試料ボックスにより光線がブロックされると、センサ９６８によって検出された信号が読み取られてこの実験器具の高さを決定できる。例えば、センサ９６８はこの実験器具の種類の高さ閾値よりも高く持ち上げられた１つの試料管を検出してもよい。当該システムは、これに呼応して、試料ボックス内で試料管が不適切に収容されているという警告がなされてもよく、この試料管を配置し直す（例えば、ステージ９６０を自身の開始位置に戻してユーザーに警告する）補正処理を行うことができる。センサ９６８によって検出された信号（例えば、試料ボックスが光カーテンを通り抜けるのに伴う経時的な電圧若しくは電流、又はデジタル信号）が読み取られて当該試料ボックスのフォーマット及び／又は向き（例えば、ＳＢＳ又はＣｒｙｏｂｏｘフォーマット）が決定されてもよい。検出されたフォーマットおよび向きに基づいて、モジュール１０１はボックス輸送ロボット１３０に、その把持具アーム１３８ａ、１３８ｂを当該試料ボックスと適切に係合させるように配置するよう指示してもよい。ボックス輸送ロボット１３０は、その後、試料ボックスを拾い上げてＩ／Ｏモジュール９５０から作業チャンバ１２０又は冷凍機ポート１０８ａ、１０８ｂへ輸送してもよい。別の実施形態では、Ｉ／Ｏモジュールは、試料ボックス又は試料管の試料ＩＤを読み取るＩＤリーダー（例えば、バーコードスキャナー）を備えてもよい。
【００５３】
図１１Ａ〜図１１Ｃは作業チャンバ１２０をさらに詳細に示す。図１１Ａは作業チャンバ１２０の正面断面を示す。作業チャンバ１２０は、上述したように、極低温環境を維持することで作業チャンバ１２０内の試料の温度を当該試料の各ガラス転移温度ＴＧ（例えば、−１３４°Ｃ）よりも低く保つように構成される。この環境を促進するために、隔離壁１２２がチャンバ１２０の底及び側部を取り囲み、チャンバ１２０の頂部が自動化扉９２５ａ、９２５ｂを介して中間チャンバ１１５からほぼ隔絶されてもよい。自動化扉９２５ａ、９２５ｂは、作業チャンバ１２０内に又は作業チャンバ１２０から試料ボックスが移送されていないときや試料が移動していないときに、開口９２６を覆うことができる。作業チャンバ１２０はプラットフォーム１２１を収容する。プラットフォーム１２１は複数の試料ボックスを支持する。複数の試料ボックスはボックス輸送ロボット１３０によって作業チャンバ１２０内に移動したり作業チャンバ１２０から移動したりする。作業チャンバ１２０は、作業チャンバ１２０のうちプラットフォーム１２１よりもの下方の部分において、ある体積の冷却液（例えば、液体窒素などの極低温流体）を保持してもよい。押上ピン１４３において終端する押上アーム１４４はピッカロボット１４０（さらに詳細に以下に説明されている）の延長部分であり、冷却液に部分的に浸漬してもよい。このような構成では、押上アーム１４４の一部分、特に作業チャンバ１２０の外に延在する縦軸部分、は熱伝達の低い材料及び構造から構成されることで冷却液と作業チャンバ１２０の外部の環境との間における熱交換を低減させてもよい。或いは、作業チャンバ１２０は冷却液を収容するように構成されたサブチャンバを備えてもよいし、極低温環境を維持する代替的冷却機構（例えば、熱交換器）を実現してもよい。
【００５４】
図１１Ｂは作業チャンバ１２０の内部の部品の斜視図である。ここでは、プラットフォーム１２１が各々の試料ボックスを受け入れて固定するための支持面の組１２７ａ〜１２７ｄを備えることが示されている。図示のように、支持面１２７ａ〜１２７ｄのそれぞれはＣｒｙｏｂｏｘフォーマットの試料ボックス（例えば、試料ボックス１８０ｂ）により占有される。クランプ１２８ａ〜１２８ｄが、各々の支持面１２７ａ〜１２７ｄにおいて締付力を加えて試料ボックスを正しい位置に固定してもよい。さらに、吸熱器１２３ａ〜１２３ｄがプラットフォーム１２１の外縁又は下面に連結されてもよく、プラットフォーム１２１から垂直に延在してもよい。吸熱器１２３ａ〜１２３ｄは作業チャンバ１２０内の極低温環境、特に試料ボックスの上方の環境、を維持するのを補助できる。当該環境内に試料管が（ピッカロボット１４０によって）持ち上げられて、移送又はスキャンされてもよい。吸熱器１２３ａ〜１２３ｄはプラットフォーム１２１の下方に延在してもよく、プラットフォーム１２１の下方のある体積を占有する冷却液に部分的に浸漬してもよい。図１４Ａを参照してブラシ９３２がさらに詳細に以下に説明されている。
【００５５】
図１１Ｃはプラットフォームを上から下に見た図である。図１１Ｂとは反対に、支持面１２７ａ、１２７ｂはＳＢＳフォーマットの試料ボックス（例えば、試料ボックス１８０ａ）により占有される一方、支持面１２７ｃ、１２７ｄはＣｒｙｏｂｏｘフォーマットの試料ボックス（例えば、試料ボックス１８０ｂ）により占有される。いずれのフォーマットの試料ボックスでも支持面１２７ａ〜１２７ｄのそれぞれにおいて支持できる。クランプ１２８ａ〜１２８ｄのそれぞれは、図示された２つの正方形の切欠（例えば、上述された当接部材１３９ｃ、１３９ｄに相当するＷ字）において終端してもよい。各切欠は１つ以上の特定のフォーマット又は向きの試料ボックスの角を固定するのに適する。よって、持ち上げられた中央ガイド（複数可）１２９に向かってクランプ１２８ａ〜１２８ｄが力を加える際、クランプ１２８ａ〜１２８ｄは切欠のうち１つにおいて各々の試料ボックスの角と当接することで、フォーマット又は向きに関係なく当該ボックスを固定できる。クランプ１２８ａ〜１２８ｄは作業チャンバ１２０の外部に位置するモータによって作動してもよい。これらモータは、各々のロッド１１１５ａ〜１１１５ｄを介してクランプ１２８ａ〜１２８ｄのラックピニオンにトルクを伝達する。
【００５６】
試料ボックス内の個々の試料管へのアクセスを可能にするために、プラットフォーム１２１には開口１２４などの１つ以上の開口が画成されてもよい。開口は支持面１２７ａ〜１２７ｄのいくつか又は全てに延在して、支持面１２７ａ〜１２７ｄを占有している際の試料ボックスの底面の少なくとも一部を露出してもよい。その結果、プラットフォーム１２１の下方で押上アーム１４４（図１１Ａ）を操作するピッカロボット１４０は、押上ピン１４３を試料ボックスに挿入して、選択された試料管を当該試料ボックスから部分的に持ち上げる。これにより、当該試料管へのアクセスを容易にすることができる。プラットフォーム１２１において試料ボックスを十分に支持する必要があることから、押上ピン１４３によって全試料管へのアクセスを可能にする開口を支持面１２７ａ〜１２７ｄのいくつか又は全てが含まなくてもよい。このような場合、ボックス輸送ロボット１３０は試料ボックスを持ち上げて回転させてその支持面１２７ａ〜１２７ｄに戻してもよいし、試料ボックスをその他の支持面１２７ａ〜１２７ｄに移動させて試料ボックスの底の異なる部分を押上ピン１４３に対して露出させてもよい。
【００５７】
図１２Ａ〜図１２Ｇは管ピッカ１４２をさらに詳細に示す。管ピッカは、ｘ、ｙ、及びｚ方向への移動のために、図９を参照して上述されたレールアセンブリ９５２〜９５４に取り付けられてもよい。図１２Ａは霜除け１２１０を備えた管ピッカ１４２の斜視図である。管ピッカ１４２、特に管ピッカ１４２の下部、は周期的に作業チャンバ１２０の極低温環境内に降下するため、霜が蓄積しやすい。霜除け１２１０は管ピッカ１４２の下部を覆って、内部に収容された部品への霜の蓄積を最小化する。
【００５８】
図１２Ｂは霜除け１２１０を備えない管ピッカ１４２の斜視図である。モータ１２２０が、管ピッカ１４２の反対の端における把持具ヘッド１２２５を作動するように動作する。モータ１２２０（及びその他の動力付きの部品）は、把持具ヘッド１２２５が動作する極低温環境によるモータ１２２０への悪影響を防ぐために、把持具ヘッド１２２５から離れて位置してもよい。支持ロッドの対１２３０ａ、１２３０ｂがモータ１２２０と把持具ヘッド１２２５との間に延在してこのアセンブリを支持してもよい。モータ１２２０を動力源とする軸１２５０が把持具ヘッド１２２５を作動させる。
【００５９】
図１２Ｃ及び図１２Ｄは把持具ヘッド１２２５の、それぞれ、斜視図及び断面図である。軸１２５０は第１のギヤ１２５２に接続され、第１のギヤ１２５２は第２のギヤ１２６２と噛み合い、第２のギヤ１２６２は中央ピン１２６０を中心に回転する。第２のギヤ１２６２はカムプレート１２６４にも連結され、カムプレート１２６４は保持器１２６６によって保持される。
【００６０】
図１２Ｅ〜図１２Ｇは把持具ヘッド１２２５を下から上に見た断面図であり、把持具ヘッド１２２５の動作を示すように順序づけられている。図１２Ｅでは、モータ１２２０によって駆動された第１のギヤ１２５２が第２のギヤ１２６２を回転させ、第２のギヤ１２６２がカムプレート１２６４も回転させる。図１２Ｆに示すように、ティース１２７４ａ〜１２７４ｃに連結されたピン１２７２ａ〜１２７２ｃは、カムプレート１２６４が回転するのに伴い各々の軌道１２７０ａ〜１２７０ｃに沿って径方向に移動する。図１２Ｇは、試料管（例えば、試料管１８２ａ）と係合する把持具ティースの組１２７４ａ〜１２７４ｃ（管クランプとも呼ぶ）をさらに詳細に示す。ティース１２７４ａ〜１２７４ｃのそれぞれの一方の端は把持具ヘッド１２２５のプレートに留められており、他方の端はピン１２７２ａ〜１２７２ｃのうち対応するピンに連結される。よって、ピン１２７２ａ〜１２７２ｃが各々の軌道１２７０ａ〜１２７０ｃに沿って移動した結果、ティース１２７４ａ〜１２７４ｃが一方の端において把持具ヘッド１２２５の中心に向かって回転して水平な把持力を付与する。これにより、ティース１２７４ａ〜１２７４ｃは把持具ヘッド１２２５において整列された試料管と接触する。把持具ヘッド１２２５は、ツール変更を必要とせずに、（例えば、選択された管直径に対応する所定の距離分ティース１２７４を進ませることで）様々な直径の試料管を支持するように構成できる。さらに、ティース１２７４ａ〜１２７４ｃは、中間チャンバ内に橋掛けされた部品から（例えば、空隙などの絶縁材料を介して）熱的に絶縁されることで、把持された試料管への熱伝達を低減してもよい。
【００６１】
図１２Ｈは把持具ヘッド１２２５を下から上に見た別の図であり、完全に係合した状態のティース１２７４ａ〜１２７４ｃを示す。プッシャーピン１２８０がティース１２７４ａ〜１２７４ｃの真上で把持具ヘッド１２２５の中心を占有してもよい。プッシャーピン１２８０はモータ１２２０によって（例えば、中央ピン１２６０を介して）作動してもよい。プッシャーピン１２８０は、試料管を係合解除する際に当該試料管をティース１２７４ａ〜１２７４ｃから分離するように動作する。プッシャーピン１２８０は、図示のように、完全に係合していてもティース１２７４ａ〜１２７４ｃを通り抜ける大きさであってもよい。プッシャーピン１２８０は、試料管との当接を容易にする図示のようなフィンを備えてもよい。プッシャーピン１２８０は試料管を試料ボックスの目標スロット内に置いて位置決めするのを補助でき、また、霜によるティース１２７４ａ〜１２７４ｃと試料管との間の結合を打ち消すこともできる。
【００６２】
図１３は、作業チャンバ１２０内の試料ボックス１８０ｂから試料管１８２ｂを取り出す動作中の管ピッカロボット１４０の一部分を示す。把持具ヘッド１２２５及び押上ピン１４３はまず目標試料管１８２ｂの、それぞれ、真上及び真下に位置してもよい。押上アーム１４４はレールアセンブリ９５３、９５４（図９）によって駆動されて把持具ヘッド１２２５と一致して横方向に移動してもよい。押上アーム１４４は、その後、プラットフォーム１２１と試料ボックス１８０ｂとを貫通するように押上ピン１４３を持ち上げ、試料ボックス１８０ｂ内のその他の管よりも上に試料管１８２ｂの頂部を当接により持ち上げる。そのため、把持具ヘッド１２２５は試料管１８２と係合する十分なクリアランスを有する。把持具ヘッド１２２５は、その後、試料管１８２ｂの頂部を把持して試料管１８２ｂを試料ボックス１８０ｂの外に持ち上げる。
【００６３】
図１４Ａ、図１４Ｂは、試料管の試料ＩＤをスキャンする動作中の管ピッカロボット１４０の一部分を示す。スキャンは、図１３を参照して上述された取り出し動作後に行われてもよい。図１４Ａは試料管１８２ｂの横に位置する試料ＩＤのスキャンを示す。把持具ヘッド１２２５は、試料管１８２ｂを部分的に（又は完全に）作業チャンバ１２０の外に持ち上げ、試料管１８２ｂを回転させて試料管１８２ｂの一部分をＩＤリーダー９３０の視野方向（ＬＯＳ）と整列させてもよい。試料管１８２ｂに自身の横の試料ＩＤを覆う霜が蓄積している場合、把持具ヘッド１２２５はまず作業チャンバ１２０の内部又は外部に位置するブラシ９３２に対して試料管１８２ｂを移動させてその霜を取り除いてもよい。ＩＤリーダー９３０は、様々な異なる試料ＩＤフォーマットをスキャンするために複数の異なるリーダー（例えば、一次元バーコードリーダー、二次元バーコードリーダー）を備えてもよい。さらに、ＩＤリーダー９３０は、試料ＩＤをＩＤリーダー９３０にとって視認し易くするために、１つ以上の光学ツール（例えば、ミラー、レンズ）を用いて実現されてもよい。例えば、１つ以上のミラーが、試料管が作業チャンバ１２０の内部に位置する状態で試料管における試料ＩＤの像をＩＤリーダー９３０に反射させるように位置付けられてもよい。これにより、作業チャンバ１２０の外部の非極低温環境に試料管１８２ｂを晒すことなく試料管１８２ｂを識別できる。ＩＤスキャン後に、ピッカロボット１４０は、続いて、目的地の試料ボックス内の目標スロットに試料管１８２を移送するように把持具ヘッド１２２５を制御してもよい。
【００６４】
図１４Ｂは別の実施形態における試料ＩＤのスキャンを示す。本例では、試料ＩＤが試料管１８２ｂの底に位置する。試料ＩＤを読み取るために、ミラー９３１が作業チャンバ１２０の内部又は外部においてＩＤリーダー９３０の下方に位置してもよい。これにより、試料管１８２ｂが作業チャンバ１２０の上方に持ち上げられたときに、試料管１８０ｂを下から上に見た反射図がＩＤリーダーに提供される。把持具ヘッド１２２５は試料管１８２ｂを作業チャンバ１２０の外部に持ち上げて、当該試料管の底をＩＤリーダー９３０の反射視野方向と整列させてもよい。その結果、ＩＤリーダー９３０は試料管１８２ｂの底における試料ＩＤをスキャンできる。
【００６５】
図１５は複数の冷凍機を備えるシステム１５００の斜視図である。システム１５００は、軌道１９２に沿って移動するように構成された移送モジュール１０１を含む、上述されたシステム１００の特徴のいくつか又は全てを備えてもよい。ただし、移送モジュールは最大２行で複数の自動化冷凍機１５０５ａ〜１５０５ｈのそれぞれに用いられるように構成される。当該行は、軌道１９２のそれぞれの側において整列する。自動化冷凍機１５０５ａ〜１５０５ｈのそれぞれは、上述された冷凍機１０５ａ、ラックプーラー１０７ａ、及び任意に冷凍機ポート１０８ａの特徴を備えてもよい。自動化冷凍機１５０５ａ〜１５０５ｈのうち選択された１つに用いられるために、移送モジュール１０１は軌道１９２に沿って移動して、自身の冷凍機ポートを当該選択された冷凍機のラックプーラー又は冷凍機ポートのいずれかと整列させてもよい。
【００６６】
システム１５００は扉１５２０を備えるアクセスパネル１５１０を備えてもよい。移送モジュール１０１がアクセスパネル１５１０に位置決めされたときに、そのＩ／Ｏポート（例えば、Ｉ／Ｏポート１２５）が扉１５２０と整列してもよい。これにより、ユーザーが扉１５２０を通してＩ／ＯポートにアクセスしてＩ／Ｏポートにおいて試料を追加する又は取り出すことが可能になる。システム１５００は全体的に隣接する壁によって取り囲まれて（例えば、密室において実現されて）、動作中のユーザーの安全を確保してもよい。
【００６７】
図１６Ａは別の実施形態におけるシステム１６００を示す。システム１６００は上述されたシステム１００の特徴のいくつか又は全てを備えてもよいが、作業チャンバを静止モジュールとして維持する構成を有する。移送ステーション１６５０は作業チャンバ１２０、中間チャンバ１１５、自動化ステーション９００、ＩＤリーダー９３０、及びピッカロボット１３０の特徴のいくつか又は全てを包含してもよい。輸送モジュール１６０１は上述された輸送チャンバ１１０、ボックス輸送ロボット１３０、レールアセンブリ１３２、Ｉ／Ｏポート１２５、及びＩ／Ｏモジュール９５０の特徴のいくつか又は全てを包含してもよく、輸送動作中に試料ボックスを一時的に貯蔵するための貯蔵所をさらに備えてもよい。別の実施形態では、輸送モジュール１６０１は上述された冷凍機ポート１０８ａの特徴のいくつか又は全てを備えてもよい。
【００６８】
例示の動作では、輸送モジュール１６０１は軌道１６９２に沿って移動して選択された自動化冷凍機（例えば、上述された冷凍機１０５ａ、ラックプーラー１０７ａ、及び冷凍機ポート１０８ａの特徴を備えてもよい冷凍機１６０５ａ）と整列してもよい。輸送モジュール１６０１は冷凍機１６０５ａから試料ボックスを取得して貯蔵所に貯蔵する。輸送モジュール１６０１は、その後、軌道１６９２に沿って移動して移送ステーション１６５０と整列し、当該選択された試料ボックス（及び、任意にその他の試料ボックス）を移送ステーション１６５０の作業チャンバ内に輸送する。ピッカロボットを利用する移送ステーション１６５０は、上述されたように、当該選択された試料ボックスと１つ以上のその他の試料ボックスとの間で、選択された試料管を移送してもよい。一旦試料管移送が完了すると、輸送モジュール１６０１は、当該選択された試料ボックスを回収して冷凍機１６０５ａに戻してもよいし、異なる冷凍機に輸送してもよいし、組み込まれた又は独立型のＩ／Ｏポートを介してユーザーに移送してもよい。
【００６９】
作業チャンバを静止したまま維持することで、移送ステーションは自身の内部の極低温環境の維持を単純化すると考えられる。加えて、輸送モジュール１６０１は、上述された移送モジュール１０１のいくつかの要素を省略することで、移送モジュール１０１よりも省スペース且つ低質量になると考えられる。これにより、移動を単純化して、システム１６００の部品のコンパクトな配置を可能にする。
【００７０】
図１６Ｂは輸送モジュール１６０１を、正面カバーが取り外された状態でさらに詳細に示す。輸送モジュール１６０１はボックス輸送ロボット１６３０を備えてもよい。ボックス輸送ロボット１６３０は、上述されたボックス輸送ロボット１３０及びレールアセンブリ１３２の特徴のいくつか又は全てを備えてもよい。ボックス輸送ロボット１６３０は（冷凍機１６０５ａ〜１６０５ｄと接合する）扉１６０８ａ〜１６０８ｂと貯蔵所１６４０との間で試料ボックス（例えば、図示された試料ボックス１８０ｂ）を輸送するように動作してもよい。
【００７１】
図１６Ｃはボックス輸送モジュール１６０１及び貯蔵所１６４０をさらに詳細に示す。貯蔵所１６４０は上述された作業チャンバ１２０の特徴のいくつかを備えてもよい。例えば、貯蔵所１６４０は複数の支持面１６４２ａ〜１６４２ｄを形成するプラットフォーム１６４１を備えてもよい。各支持面は、支持面１６４２ａにおいて示される試料ボックス１８０ｂなどの各々の試料ボックスを支持するように構成される。貯蔵所１６４０は極低温環境を維持してもよく、ある体積の冷却液（例えば、液体窒素）を収容することで維持してもよい。或いは、貯蔵所１６４０で貯蔵される期間中に試料が許容可能温度（例えば、各々のガラス転移温度よりも低い温度）で維持できる限り、当該貯蔵所は極低温より高い温度を維持するように構成されてもよい。自動化扉１６４５は貯蔵所１６４０への通過を可能にする。自動化扉１６４５は、ボックス輸送ロボット１６３０によるアクセスができなくなるように封止されて貯蔵所１６４０の環境を維持できる。
【００７２】
例示の実施形態を具体的に示して説明してきたが、添付の請求の範囲に包含される実施形態の範囲を逸脱することなく、さまざまな形および詳細の変更がなされ得ることが、当業者によって理解されるであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【国際調査報告】
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