容納樣品容器ST 和當冷凍樣品芯從取芯探頭12被噴射出時用于接收冷凍樣品芯的等分試樣接收容器AT的 空間。托盤112還包括容納多個準備與手持式取芯裝置10 -起使用的一次性取芯探頭12 的空間。手持式取芯裝置10可以被置于一次性取芯探頭12的下方，直到馬達聯(lián)接器36接 合取芯鉆頭聯(lián)接器32,從而將一次性探頭固定至馬達14和所述手持式取芯裝置。因此，一 次性探頭12可以被連接至手持式取芯裝置10,而無需用戶觸摸探頭，進一步降低了污染的 可能性，并提高了安全性，因為用戶不需要處理尖銳的取芯鉆頭。安全性也提高，原因是當 被用在一些現(xiàn)有技術(shù)的方法中時也無需處理手術(shù)刀（scalpel)。在冷凍生物樣品被保持在 非試管的冷凍樣品容器中的情況中，托盤112包括容納較大的冷凍樣品容器C的空間。托 盤112進一步包括夾緊機構(gòu)114,從而牢固地保持用于取芯的冷凍樣品容器或試管。托盤 112和其內(nèi)容物可被主動或被動地冷凍以將所述樣品和所述探頭保持于低溫。一次性探頭 12被冷卻，適當?shù)刂帘焕鋮s至約與冷凍樣品相同的溫度下，從而在取芯和提取過程中保護 冷凍樣品免受進一步加熱或解凍。
[0103] 另外，也可以在非手持手動系統(tǒng)、半自動系統(tǒng)或全自動系統(tǒng)中使用一次性取芯探 頭。例如，用于從冷凍樣品提取冷凍樣品芯的自動系統(tǒng)的一個實例，通常標記為100,示于圖 10至圖18中。系統(tǒng)100包括適于保持一次性取芯鉆頭112的取芯鉆頭支架120。取芯鉆 頭支架120被驅(qū)動方式地連接至驅(qū)動取芯鉆頭112的切割操作的切割操作馬達122,如下文 所述。取芯鉆頭支架120具有適于與一次性取芯鉆頭112可釋放地連接的末端124,從而所 述取芯鉆頭可通過所述取芯鉆頭支架保持。
[0104] 取芯鉆頭支架120以及由此其中的一次性取芯鉆頭112可相對于裝有冷凍樣品 104的冷凍樣品容器106移動。適當?shù)?，取芯鉆頭支架120被相對于冷凍樣品104移動的 托架130支撐。在所示的實施方案中，托架130被安裝在支撐件132 (例如基本垂直的立架 (upright))上并通過驅(qū)動系統(tǒng)136可相對于所述支撐件和冷凍樣品104移動。適當?shù)?，?qū) 動系統(tǒng)136包括馬達138,例如用于托架130的精確定位和移動的伺服馬達。如圖16至圖 21中所示，托架130可以沿著支撐件132上的導軌140移動。支撐件132從工作區(qū)域（例 如平臺PF)向上延伸，從而在取芯過程中支撐所述樣品104。適當?shù)?，支撐?32可如箭頭 Θ所示圍繞垂直軸線150旋轉(zhuǎn)，或者通過手動或在馬達的驅(qū)動下。驅(qū)動系統(tǒng)136適于使托 架130沿支撐件130上的導軌140向和遠離冷凍樣品104移動。
[0105] 驅(qū)動系統(tǒng)136適當?shù)匕ū粯?gòu)造成控制馬達138的處理器（未示出）。驅(qū)動系統(tǒng) 136被適當?shù)貥?gòu)造成從操作系統(tǒng)100的人接收一個或多個輸入。例如，驅(qū)動系統(tǒng)136可以包 括手動可操作的致動器或可由用戶操作來啟動取芯過程并產(chǎn)生托架130和冷凍樣品104之 間的相對運動的輸入裝置（例如按鈕（未示出））。一旦取芯過程開始，所述處理器便被適 當?shù)厝绱藰?gòu)造，操作驅(qū)動系統(tǒng)136以沿導軌140移動托架130,從而將取芯鉆頭112插入樣 品104 (例如，到預先確定的深度）并且當所述取芯鉆頭被插入到樣品中時操作馬達122來 驅(qū)動所述取芯鉆頭的切割操作，然后操作所述驅(qū)動系統(tǒng)以從所述樣品撤回所述取芯鉆頭。 可選地，驅(qū)動系統(tǒng)136可以是一個全可編程的機器人定位系統(tǒng)（例如，（Θ，z)、（ Θ，r，z)、 (x，y，z)笛卡爾等）的一部分，其可操作以在托架130和冷凍樣品104之間產(chǎn)生相對運動。 允許一次性取芯鉆頭112和冷凍樣品104之間的相對運動的其他系統(tǒng)和構(gòu)造在本發(fā)明范圍 之內(nèi)。
[0106] 在所示的實施方案中的切割操作馬達122被驅(qū)動方式地連接至所述取芯鉆頭支 架120,以當所述取芯鉆頭被保持在所述取芯鉆頭支架中時驅(qū)動取芯鉆頭112的切割操作。 在示出的實施方案中，例如，適當?shù)?，當所述取芯鉆頭被插入冷凍樣品104中以采取冷凍樣 品芯時切割操作馬達122適于旋轉(zhuǎn)一次性取芯鉆頭112。雖然在所示的實施方案中，切割操 作馬達122適于驅(qū)動取芯鉆頭112的旋轉(zhuǎn)，但是應理解其他類型的切割操作也在本發(fā)明范 圍之內(nèi)。例如，所述切割操作馬達可適于產(chǎn)生一次性取芯鉆頭的線性振動切割操作。
[0107] 如圖12所示，切割操作馬達122被托架130支撐并且與所述托架和取芯鉆頭支架 120是可結(jié)合地移動的。軸承殼體174被安裝于托架130上并包圍取芯鉆頭支架120的一 部分。軸承殼體174容納有一對軸承176和設置在所述軸承之間的墊片（spacer) 178,從而 使在所述軸承之間保持最小的間距，如圖15所示。取芯鉆頭支架120包括穿過所述軸承殼 體174延伸并通過軸承176安裝在托架130上的心軸160上，從而相對于所述托架旋轉(zhuǎn)。
[0108] 切割操作馬達122適于旋轉(zhuǎn)心軸160以產(chǎn)生一次性取芯鉆頭112的旋轉(zhuǎn)切削操 作。心軸160通過任意適于將來自所述切割操作馬達的輸出傳送至所述取芯鉆頭支架的傳 送系統(tǒng)被連接至切割操作馬達122。在示出的實施方案中，例如，心軸160包括通過同步皮 帶164被連接至馬達122的皮帶輪162。皮帶輪162和同步皮帶164分別包括彼此接合的 齒166和缺口（未示出），從而限制（優(yōu)選基本上消除）所述皮帶和皮帶輪之間的滑移。在 馬達122的輸出軸上的滑輪172上適當?shù)赜蓄愃频凝X170,以限制（優(yōu)選基本上消除）所述 定時皮帶和馬達皮帶輪之間的滑移。切割操作馬達122適當?shù)貫榭勺兯衮?qū)動馬達，其允許 一次性取芯鉆頭112旋轉(zhuǎn)的速度根據(jù)待等分的特定的冷凍生物樣品所需的操作參數(shù)選擇 性地調(diào)節(jié)。例如，切割操作馬達122適當?shù)赝ㄟ^可以被構(gòu)造成以指定的方式（其可以根據(jù)各 種因素，舉例而言包括待取得的樣品和客體的特性）操作切割操作馬達的處理器控制。因 為它限制了滑移，所以定時皮帶164確保了心軸160的運動，并且因此確保了一次性取芯鉆 頭112的運動，緊密地對應于所述指定的方式，所述切割操作馬達以該方式操作。
[0109] 系統(tǒng)100包括用于保持一次性取芯探頭110的取芯探頭保持系統(tǒng)180。各種不同 的保持系統(tǒng)可以在本發(fā)明范圍內(nèi)使用。總體而言，所述保持系統(tǒng)允許包括取芯鉆頭112的 一次性探頭110被可釋放地連接至取芯鉆頭支架120。本領域的技術(shù)人員將熟悉于適于可 釋放地將一次性取芯鉆頭保持在所述取芯鉆頭支架中的各種卡盤、夾頭、螺紋連接等。在所 示實施方案中，保持系統(tǒng)180適于通過僅單一部件在6個可能的自由度（即3個旋轉(zhuǎn)軸和 3個平移軸）中的基本上僅一個中的運動在保持構(gòu)造（圖18)和非保持構(gòu)造（圖16至圖 17)之間的轉(zhuǎn)換。例如，在所示的實施方案中，保持系統(tǒng)180可以通過線性地移動僅單一部 件轉(zhuǎn)換（例如凸輪190)在保持構(gòu)造和非保持構(gòu)造之間轉(zhuǎn)換，這將在下面更詳細地描述。通 過使用單一、簡單的運動快速、輕松地使保持系統(tǒng)180在保持構(gòu)造和非保持構(gòu)造之間轉(zhuǎn)換 的能力允許操作系統(tǒng)100的人快速地連接一次性取芯鉆頭112和取芯鉆頭支架120以及快 速地斷開一次性取芯鉆頭112和取芯鉆頭支架120的連接。這也使得相對容易地使用機器 人致動器來連接一次性取芯鉆頭112和系統(tǒng)100以及快速地斷開一次性取芯鉆頭112和系 統(tǒng)100的連接。
[0110] 參考圖12和圖15-18,取芯鉆頭支架120的心軸160的末端182包括接收器184 和多個被支撐在徑向延伸的導軌188中的保持器186 (例如球體）。球體186可以在保持位 置和非保持位置之間移動，在所述保持位置中，所述球體被設置在它們各自的導軌188的 內(nèi)端處（參見例如，圖12)，在所述非保持位置中，所述球體被設置在導軌的外端處（參見例 如，圖10和圖11)。通過凸輪190防止球體186在導軌的外端處離開導軌188。通過擋塊 (例如在導軌的外端處的唇緣（未示出））防止球體186在導軌的內(nèi)端處離開導軌188。
[0111] 在所示的實施方案中的凸輪190圍繞取芯鉆頭支架120的一部分。具體地，凸輪 190被構(gòu)造成圍繞所述心軸160的末端182。例如，凸輪190適當?shù)鼐哂袕乃鐾馆喌纳隙?194向下延伸的圓周側(cè)壁192。凸輪190被適當?shù)匕惭b在心軸182的末端和軸承殼體174 之間的心軸160上，用于相對于保持位置和非保持位置之間的心軸的滑移運動。例如，在所 示實施方案中，心軸160穿過凸輪190的上端194中的開口延伸。凸輪190在凸輪的滑移 路徑的下端處的保持位置和凸輪的滑移路徑的上端處的非保持位置之間的心軸160上是 可垂直滑移的。心軸160具有設置在凸輪190下方的擋塊196,以限制凸輪190沿心軸的向 下移動。在所示實施方案中，擋塊196是被接納在心軸160上的凹槽中的墊圈。偏置構(gòu)件 198被設置成朝所述凸輪的下部位置偏置凸輪190。在所示實施方案中，偏置構(gòu)件198是被 壓縮在凸輪190的上端194和軸承176之間的螺旋彈簧。彈簧198朝所述保持位置偏置凸 輪190,而且還幫助抵靠墊片178將軸承176保持在軸承殼體174中。
[0112] 參考圖16至圖18,凸輪190包括用于接納心軸160的末端182的環(huán)形空間202。 環(huán)形空間202和心軸160的末端182被適當?shù)貥?gòu)造成用于所述末端被緊密配合接納于所述 環(huán)形空間中。環(huán)形空間202和末端182可以是大致圓柱形的，如實施例所示。凸輪190包括 凸輪表面204。在所不的實施方案中，凸輪表面204包括錐形表面206。錐形表面206被適 當?shù)卦O置在凸輪190的遠端。錐形表面206從在凸輪190的上端處的相鄰于環(huán)形空間202 的較窄的末端延伸至所述凸輪的下端處的較寬的末端。凸輪表面206的錐形部分被設置成 接觸球體186并限定所述球體能夠在它們的導軌188中被設置成徑向向外的最大程度。
[0113] 當凸輪190處于其保持位置（圖18)時，凸輪190將球體186保持在它們的導軌 188的內(nèi)端處的保持位置中。當球體186處于其保持位置中時，在用于將取芯鉆頭112保 持在心軸160中的球體之間存在相對較小的量的空隙。用戶可以使凸輪190抵抗彈簧198 的偏置朝非保持位置向上移動。當凸輪109朝其非保持位置（圖16和圖17)運動時，所述 凸輪表面的錐形部分允許球體186在它們的導軌188的徑向外端處朝離它們的非保持位置 更遠處移動。例如，由用戶施加的將取芯鉆頭112拽出支架120的力能夠使球體186在導 軌188中向外移動。當球體186在其非保持位置中時，在所述球體之間存在相對較大的空 隙，以從心軸160釋放出一次性取芯鉆頭112。當凸輪190已被向上移動至足以使所述球體 186之間存在以釋放一次性取芯鉆頭112足的間距時，所述凸輪已經(jīng)到達其非保持位置。
[0114] 凸輪190適當?shù)匕ò咽?08,以便于通過人操作系統(tǒng)100手動地將所述凸輪朝其 非保持位置移動。在所示的實施方案中，例如，把手208包括在凸輪190的下端上方的位置 處從凸輪側(cè)壁192的外表面徑向向外延伸的凸緣。因此，用戶可以握住凸緣208下方的凸 輪側(cè)壁192并抵靠凸緣208推擠以使凸輪190抵抗彈簧198的偏置朝軸承殼體174向上移 動，以從心軸160釋放出一次性取芯鉆頭112。在全自動系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)可相對于另一種 結(jié)構(gòu)體（例如，用于接納用過的取芯探頭的開口的邊緣）移動的把手，或包括附加的致動器 (未示出）以使凸輪190在其保持位置和非保持位置之間移動。
[0115] 心軸160的末端182中的接收器184從較窄的近端到較寬的遠端逐漸變細。一次 性取芯探頭110被接納于在取芯鉆頭支架120的末端182中的接收器184中。一次性取芯 探頭110包括用于從冷凍樣品采取冷凍樣品芯的中空取芯鉆頭112(例如，中空管具有割 嘴）以及適于從所述取芯鉆頭的末端噴射出被包括在取芯鉆頭112內(nèi)的冷凍樣品芯的噴射 器210。噴射器210可以從縮回位置運動至伸展位置，并且當所述噴射器從縮回位置運動 至延伸位置時，其可操作于將被保留在取芯探頭112中的任何冷凍樣品芯推出所述取芯探 頭。例如，當噴射器移動至延伸位置時，噴射器210的遠端適當?shù)貜闹锌杖⌒俱@頭112內(nèi)的 并與所述取芯鉆頭的遠端隔開的位置移動至超出所述取芯鉆頭的遠端的位置。
[0116] 除非另有說明，一次性取芯探頭110適當?shù)鼗九c上述的一次性取芯探頭12相 同。參照圖19至圖22, 一次性取芯探頭110適當?shù)匕ㄟm于防止取芯探頭的重新使用以確 保取芯探頭只使用一次、從而防止樣品之間的交叉污染或污染的可能性的鎖定機構(gòu)212。如 圖19所示，鎖定機構(gòu)212包括多個從噴射器210的外表面徑向延伸的楔形肋條/倒鉤214。 在所示的實施方案中，鎖定機構(gòu)212包括多個楔形肋條214 (例如，四根肋條）。在噴射器 從縮回位置移動到延伸位置的過程中肋條214適于與中空取芯鉆頭112接合。當噴射器處 于縮回位置中時，肋條214被設置在取芯鉆頭112的近端216上方延伸的那部分噴射器上。 在所示的實施方案中，當噴射器210處于縮回位置中時，肋條214不與取芯鉆頭112接觸。
[0117] 當噴射器210從縮回位置（圖19和圖20)移動至延伸位置（圖21至圖22)以噴 射出冷凍等分試樣時，將肋條214插入取芯鉆頭112的近端中。肋條214被構(gòu)造成粘附于取 芯鉆頭112的近端216中并阻止噴射器210從延伸位置朝縮回位置返回的移動。例如，肋 條214的尺寸被適當?shù)刂瞥刹⒈凰苄纬墒沟盟隼邨l必須卡在所述取芯鉆頭的近端中（例 如，使所述肋條和所述取芯鉆頭的近端216中的至少一個變形），從而使得具有肋條的那部 分噴射器210不能容易地從所述取芯鉆頭縮回。因此，使用噴射器210從取芯鉆頭112噴 射出冷凍樣品芯導致噴射器210在伸展位置中的自動鎖緊，其防止或至少提供了抵抗使用 相同的取芯探頭110從冷凍樣品獲得任何額外的冷凍樣品芯的實質(zhì)性威懾物。
[0118] 參考圖16至圖22, 一次性取芯探頭110包括適于將所述探頭和所述探頭的取芯 鉆頭112連接至取芯鉆頭支架120的聯(lián)接器220。在所示實施方案中，聯(lián)接器220被固定 于取芯鉆頭112的在其近端216和遠端218之間的外表面。例如，聯(lián)接器220適當?shù)鼐哂?接納所述取芯鉆頭112(例如，通過牢固地將所述取芯鉆頭保持在聯(lián)接器中的干涉配合）的 中心開口 222(例如，鉆孔）。在所示實施方案中，中空取芯鉆頭112完全地穿過聯(lián)接器220 從所述聯(lián)接器的一個末端延伸到其相對的末端。聯(lián)接器220可附著于取芯鉆頭112 (例如， 使用膠水或其他粘合劑）、可被重疊注塑于所述取芯鉆頭上和/或可以包括一個或多個延 伸到所述取芯鉆頭的側(cè)面中的開口中的凸起，以將所述聯(lián)接器固定于所述取芯鉆頭。聯(lián)接 器220的尺寸被制成或塑形成在取芯鉆頭支架120的心軸160的末端182處被接納于接收 器184中。聯(lián)接器220和接收器184各自適當?shù)仃P(guān)于它們的中心軸線對稱，以便于將所述 聯(lián)接器連接至取芯鉆頭支架120而無需擔心取芯探頭110在其軸線上的相對于取芯鉆頭支 架120的取向的旋轉(zhuǎn)取向。
[0119] 聯(lián)接器220具有主體224。在所示的實施方案中，所述主體包括錐形部分。例如，整 個本體224被適當?shù)卣w地逐漸變細。錐形主體224具有較窄的近端和較寬的遠端。錐形 主體224的尺寸被制成并被塑形成用于在心軸160的末端緊密配合接納于接收器184中。 圓周凹槽226圍繞主體224的外表面徑向地延伸進入主體226中，并將所述主體分隔成上 部228和下部230。凹槽226被構(gòu)造成接納球體186已將取芯探頭110保持在取芯鉆頭支 架120中。當球體186處于其非保持位置中時，可以將聯(lián)接器220的上部228穿過球體186 插入取芯鉆頭支架120,直至凹槽226與所述球體對齊。聯(lián)接器220的錐形形狀有利于需要 時通過逐漸將所述球體徑向向外移入它們的導軌188中將所述聯(lián)接器的上部228插入球體 186之間。當球體186處于其保持位置中時，它們被接納在聯(lián)接器220上的凹槽226中，并 由此通過抵抗取芯探頭110相對于心軸160向上或向下的移動將所述聯(lián)接器保持在取芯鉆 頭支架120中。
[0120] 聯(lián)接器220可包括一個或多個鍵或其他可與取芯鉆頭支架120接合以將取芯鉆 頭112相對于心軸160保持在大致固定的方向中的合適的特征，以便于將所述心軸的旋轉(zhuǎn) 運動傳送至所述取芯鉆頭。在示出的實施方案中，例如，所述聯(lián)接器包括多個花鍵234 (例 如，4個花鍵）的?；ㄦI234被適當?shù)貥?gòu)造成接合從取芯鉆頭支架120徑向向內(nèi)延伸的擋塊 (未示出），從而使一次性取芯鉆頭112相對于所述取芯鉆頭支架的任意最初旋轉(zhuǎn)導致所述 擋塊與所述花鍵接合，并進一步限制了一次性取芯探頭110和所述取芯鉆頭支架之間的滑 移。因此，花鍵234或其他鍵結(jié)構(gòu)適當?shù)嘏c同步皮帶164接合在一起操作，以保證一次性取 芯鉆頭112的移動緊密地對應于切割操作馬達122的移動。另一限制一次性取芯探頭和所 述取芯鉆頭支架之間的滑移的選擇將包括一個或多個所述聯(lián)接器上的平面（未示出），并 提供所述取芯鉆頭支架上的相應的結(jié)構(gòu)，以使用所述平面將扭矩施加到所述取芯探頭。例 如，所述聯(lián)接器可以具有包括多個圍繞所述聯(lián)接器的圓周延伸的平面（例如6個）的多邊 形（例如六邊形）的橫截面形狀，并且所述取芯鉆頭支架可具有適于接合部分或所有所述 平面的指狀物。
[0121] 聯(lián)接器220適于限制取芯鉆頭112與系統(tǒng)100之間的熱量傳遞。例如，聯(lián)接器220 被適當?shù)赜删哂邢鄬Φ偷臒釋实牟牧现瞥?。在取芯操作之前將一次性取芯鉆頭112適當 地進行預冷卻。這種預冷卻可以多種方式實現(xiàn)，如通過將取芯探頭110放置于寒冷的地方， 直到它準備好被使用，在使用前將取芯鉆頭112暴露于冷卻劑（例如液氮、液態(tài)氮上方的蒸 氣、含有干冰和醇或其他液體的漿料、冷卻氣體等），或者通過將所述取芯鉆頭浸入所述冷 卻劑中，或者通過將所述取芯鉆頭暴露于含有所述冷卻劑的物流中。預冷卻可以包括主動 地冷卻單個的取芯鉆頭112以剛好在使用之前以降低其溫度，或者所述預冷卻可以包括將 一組取芯探頭110保持在確保當來自所述組的單個的取芯探頭被選取用在取芯過程中時 所述組中的所有取芯鉆頭112已經(jīng)在所需的低溫的環(huán)境中。預冷卻系統(tǒng)可適于確保當所述 取芯鉆頭首次接觸冷凍樣品時取芯鉆頭112的溫度不超過約-20C，例如當所述取芯鉆頭首 次接觸冷凍樣品時不超過約-40C，例如當所述取芯鉆頭首次接觸樣品時大于約-60C，例如 當所述取芯鉆頭首次接觸樣品時，不超過約-80C。
[0122] 所述聯(lián)接器的低熱導率限制了通過取芯鉆頭支架120和系統(tǒng)100的其余部分的 取芯探頭112的加熱，其具有相當大的熱質(zhì)量并且由于將如此大的熱質(zhì)量保持在如此低的 溫度的能量要求以及由于在如此低的溫度操作所述系統(tǒng)的馬達和其它部件的難度導致維 持在如此低的溫度將變得更加困難。聯(lián)接器220的熱導率適當?shù)夭怀^約50w/mK，更適當 地不超過約10w/mK，更適當?shù)卦诩s0. 001w/mK至約5w/mK的范圍內(nèi)，仍更適當?shù)夭怀^約 0.0 Olw/mK至約2w/mK。可用于聯(lián)接器120的具有低熱導率的合適的材料包括塑料、陶瓷、 硬質(zhì)泡沫（例如澆鑄式聚氨基甲酸乙醋）、不銹鋼、石墨、碳纖維、金屬基復合材料（例如，鋼 石墨組合）、蜂窩蒙皮材料等等。所述聯(lián)接器可以包括空氣或真空填充的空隙空間，以提供 對穿過所述聯(lián)接器傳熱的附加的阻力。例如，聯(lián)接器220可以由泡沫或其他包括許多小的 空隙的多孔材料制成。另一選擇是構(gòu)建所述聯(lián)接器，以使所述聯(lián)接器包括多個彼此隔開的 壁（未示出）。即使當所述聯(lián)接器由具有較高熱導率的基體材