CN101865876A - 一种全自动分子电泳凝胶成像分析仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全自动分子电泳凝胶成像分析仪，包括硬件系统和软件系统；同时所述一体机还采用双屏独立显示技术和定时关机功能。本发明通过将电脑的软硬件系统与凝胶成像分析系统进行整合，并进行一体化设计，有效解决了目前该类仪器普遍存在的环境交叉污染问题；通过双屏独立显示技术，提高了实验操作的方便程度；通过设定定时关机，避免了能源浪费；通过特有的割胶装置，大大提高了系统的操作方便性、分析准确性；通过防漏载物台上的防漏设计，提高了系统的操作安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种全自动分子电泳凝胶成像分析仪。
背景技术
凝胶成像分析系统机是生化及分子生物教学和科研中不可缺少的常规分析仪器，是光机电一体化的产品，主要应用于生化及分子生物教学和科研中。它是将分子生物学研究中所产生的图像、图形资料进行分析处理、定性定量的一种完整配套性较强的仪器系统，在生化及分子生物实验中得到了广泛的应用，是电泳实验后期数据分析及保存的必备分析仪器。
目前，凝胶成像分析系统机主要应用于以下四个方面：1)基因工程药物目标产物的鉴定及质量控制；2)基因研究中DNA碱基序列分析及指纹对照；3)参照标准的蛋白及DNA相对分子质量计算机拟合；4)图像中不规则图形光密度的定量分析。
一般的凝胶成像分析系统中，在紫外光照射环境下，系统通过数字CCD对电泳实验获得的凝胶进行拍摄，将拍摄后的结果传输到电脑系统进行实验后期数据处理及分析。由于实验中，需要在凝胶中加入有致癌作用的染色剂溴乙锭(EB)，同时紫外线的照射对人体也有一定的伤害，因此在整个实验过程中，需要该设备具有很好的密闭性和防交叉污染的能力。
凝胶成像分析系统软硬件主要包括实验光源(紫外灯管和日光灯管)、灯箱、防漏载物台、全自动镜头、数码CCD、灯源控制系统、镜头控制系统等七个模块，另外外接电脑PC机，加上系统拍摄软件、系统分析软件，从而组成一套完整的凝胶成像分析工作站。
现有的国内外凝胶成像系统主要存在以下缺点：
1)电脑PC机独立于凝胶成像分析系统中：凝胶成像分析系统与电脑PC机之间通过串口、图像传输线等进行连接。使用者在进行实验分析时，会同时接触带有致癌物质的溴乙锭(EB)和电脑键盘、鼠标、机箱、显示器等，这对于其他使用这台电脑PC的其他用户来说，增加了交叉感染的可能。
2)割胶方式误差大：在实验过程中，需要对凝胶进行切割，做进一步的实验处理。由于该操作需要在紫外灯照射情况下进行，所以这个操作需要在密闭环境中进行。现有的凝胶成像分析系统在仪器的上部开有操作窗口，但是该窗口离凝胶样品距离较远，同时无法垂直正视，所以割胶的误差大大增加，降低了实验的准确性。
3)防漏载物台容易污染：防漏载物台是放置凝胶样品的工作台，一般是一块能透过紫外或白光的玻璃，其下放置了相应的紫外灯管和日光灯管。由于电泳实验是在有液体的环境下制得凝胶样品，所以在防漏载物台上经过实验后必然留有液体，而且该液体还含有致癌物质溴乙锭(EB)。目前产品的防漏载物台是一个平面，上面的液体可以任意流动，因而系统受到污染的可能性大大增加。
4)无定时关机功能：若实验者忘记关闭系统，现有系统无法自动关闭，造成能源的浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全自动分子电泳凝胶成像分析仪，以解决现有凝胶成像分析系统在操作准确性、操作方便性、环境污染、能源消耗等诸多方面存在的问题，本发明可以有效地解决目前凝胶成像分析系统存在的上述各项不足。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：
一种全自动分子电泳凝胶成像分析仪，包括硬件系统和软件系统。
所述硬件系统包括移动灯箱、防漏载物台、垂直割胶箱、自动变焦镜头、数码CCD模块、图像卡、嵌入式计算机系统、嵌入式控制模块、小尺寸嵌入式触摸液晶屏和大尺寸外接显示屏。
所述软件系统包括图像采集软件和图像分析软件。
进一步的，所述一体机还采用双屏独立显示技术和定时关机功能。
所述移动灯箱安置在整个硬件系统的底部，两侧设有滑动导轨，能够拉出，并且该所述移动灯箱内部装有凝胶成像分析实验所需的紫外灯和白光灯灯管，所述二种灯管的通断状态由嵌入式控制模块根据实验者需要进行控制。
所述移动灯箱有两个工作状态：闭合和抽出，当实验需要对样品进行拍摄分析时，移动灯箱闭合，和整个外部一体机的箱体形成一个黑暗、密闭的空间；当实验需要对样品进行安放、位置调整、切割时，移动灯箱被抽出，便于进行相应操作。
所述防漏载物台安装在移动灯箱的上面，可以随移动灯箱一同拉出；防漏载物台中间为透明玻璃，能够透过下面移动灯箱中的紫外灯光或白光灯光；所述防漏载物台在实验中放置实验样品，即将需要分析的样品放在防漏载物台的玻璃区域内，以使实验样品处于紫外或白光照射的环境中。
进一步地，在防漏载物台的玻璃四周，设置有防止实验样品所带液体四处流动的防水槽，以有效防止有毒液体腐蚀实验设备，其中所述防水槽宽4-6mm，深2-4mm。
所述垂直割胶箱放置在防漏载物台上，是进行割胶实验操作所需的配件，以有效防止实验操作时必要的紫外灯光对人体的伤害，同时方便实验顺利进行。
所述垂直割胶箱的顶部设置有一实验观察窗口，在该窗口处安置有透明航空材料，以便于观察该割胶箱内部的对象；所述垂直割胶箱的两侧还分别设置有供实验者穿过两只手进行实验操作的操作窗口，垂直割胶箱的底部还设置有一开口。
所述自动变焦镜头垂直安放在防漏载物台上方350mm～380mm，和数码CCD模块连接在一起，对需要拍摄图片的实验样品进行焦距、光圈、图像大小的调整，以达到最佳的显示效果；所述自动变焦镜头对焦距、光圈、图像大小的调整是通过信号线由嵌入式控制模块进行控制。
所述数码CCD模块与自动变焦镜头和图像卡相连接，将图像的模拟信号数据转化为数字信号数据，传递给图像卡，进行相应的图像分析及处理。
所述图像卡安装在嵌入式计算机系统上，接收数码CCD模块传递过来的图像数字信号。
所述嵌入式计算机系统与图像卡、嵌入式控制模块、小尺寸嵌入式触摸液晶屏、大尺寸外接显示屏以及其他外接设备相连接；并且所述图像采集软件和图像分析软件安装在该嵌入式计算机系统中。
所述其他外接设备为打印机或外接存储器。
所述嵌入式控制模块负责对移动灯箱内紫外灯管与白光灯管的开关控制，以及对自动变焦镜头的焦距、光圈、图像大小进行控制。
并且，所述嵌入式控制模块通过计算机串口与嵌入式计算机系统进行通讯，实现图像采集软件对移动灯箱与自动变焦镜头的控制。
所述小尺寸嵌入式触摸液晶屏嵌入在所述一体机箱体的上部，与嵌入式计算机系统通过计算机串口或USB口连接，并由触摸屏与显示屏组成；所述显示屏显示图像采集软件，以实时查看实验样品的位置、图像显示质量，并且实验人员可根据图像效果马上进行调节移动灯箱，避免来回走动。
所述大尺寸外接显示屏为普通电脑显示器，独立于一体机箱体外，通过VGA接口与嵌入式计算机系统连接，显示图像分析软件，大尺寸的显示面积有利于实验人员进行精确的图像处理及分析。
所述图像采集软件安装在嵌入式计算机系统内，通过嵌入式控制模块以及实验样品的状态和实验需求，实时控制移动灯箱内的紫外灯、白光灯，自动变焦镜头的焦距、光圈、图像大小以及数码CCD模块的曝光时间，并通过图像卡将所捕捉到的图像数字信号实时预览、拍摄、保存。
所述图像分析软件安装在嵌入式计算机系统内，对通过图像采集软件获得的实验样品图像进行处理、分析、数据比较、结果保存工作。
所述双屏独立显示技术，是指通过嵌入式计算机系统分别定义小尺寸嵌入式触摸液晶屏与大尺寸外接显示屏的显示区域与起点坐标，同时在图像采集软件与图像分析软件中也分别定义软件的显示起点坐标与软件界面的大小，与上述小尺寸嵌入式触摸液晶屏与大尺寸外接显示屏的显示区域与起点坐标一致，从而实现小尺寸嵌入式触摸液晶屏与大尺寸外接显示屏各自独立显示，互不干扰的功能。
所述定时关机功能，是指通过在嵌入式控制模块中的嵌入式芯片的定时计数寄存器内设定指定值，系统若有任何操作，则该指定值将被重新复位，并开始计时，在指定时间内，若系统又检测到操作命令，则该指定值又再次重新复位；在指定时间内，若系统没有检测到任何操作，则该定时计数寄存器引发中断，关闭整个系统。
所述指定时间为10～30分钟。
本发明的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，通过将电脑系统整合进分析系统，并进行一体化设计，可以有效解决目前该类仪器普遍存在的环境交叉污染问题；通过双屏独立显示技术，提高了实验操作的方便程度；通过设定定时关机功能，避免了能源浪费；通过特有的割胶装置，可以大大提高系统的操作方便性、分析准确性；通过防漏载物台上的防漏设计，可以提高系统的操作安全性。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
附图1为本发明全自动分子电泳凝胶成像分析仪的软硬件系统结构及技术路线示意图。
附图2为本发明全自动分子电泳凝胶成像分析仪的结构示意图。
附图3为本发明全自动分子电泳凝胶成像分析仪的移动灯箱和防漏水防漏载物台的结构示意图。
附图4为本发明全自动分子电泳凝胶成像分析仪的垂直割胶箱的结构示意图。
附图5为本发明全自动分子电泳凝胶成像分析仪的双屏独立显示部分的结构示意图。
附图6为本发明全自动分子电泳凝胶成像分析仪的定时关机功能流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，为本发明的软硬件系统结构及技术路线示意图，包括硬件系统和软件系统。其中硬件系统包括移动灯箱1、防漏载物台2、垂直割胶箱3、自动变焦镜头4、数码CCD模块5、图像卡6、嵌入式计算机系统7、嵌入式控制模块8、小尺寸嵌入式触摸液晶屏9、大尺寸外接显示屏10；其中软件系统包括图像采集软件12、图像分析软件13。
其中，自动变焦镜头4采用日本COMPUTAR高通透DC驱动镜头，型号为TG2314FCS；数码CCD模块5采用PQ-P130Z高分辨率低照度积分摄像头；图像卡6采用DAHENG系列图像卡。
嵌入式计算机系统7的CPU采用AMD SEMPRON64 LE-1200，主板采用GIGABYTE-M61PME，内存采用KINGSTON DDR2 800，硬盘采用WESTERNDIGITAL 80G，电源采用HUNTKEY 220W。操作系统采用MICROSOFTWINDOWS XP。
嵌入式控制模块8采用ATMEL公司的51系列单片机；小尺寸嵌入式触摸液晶屏9采用6.4～8寸夏普液晶屏，并配合相应尺寸的电阻式触摸屏。
大尺寸外接显示屏10采用普通电脑液晶显示屏，VGA接口。
图像采集软件12为申请人自行开发的SENSICAPTURE拍摄软件；图像分析软件13同样也为申请人自行开发的SENSIANSYS分析软件。
如图2所示，为本发明全自动分子电泳凝胶成像分析仪的结构示意图，其外壳采用ABS工程塑料制备而成。其中A、A’分别为该一体机的左右视图，在左视图A中1为移动灯箱，其两侧设有滑动导轨，可以像抽屉样来回拉开，在其内部安装六根紫外灯管。B、B’分别为该一体机的正面、背面结构示意图。
如图3所示，为本发明移动灯箱1和防漏水防漏载物台2的结构示意图，其中防漏水防漏载物台采用ABS工程塑料及3mm钢化玻璃制成。a图为未放置防漏水防漏载物台2的移动灯箱1的左视图。b图为本发明的防漏水防漏载物台2的平面结构示意图，其外观尺寸长×宽×高为366×318×31mm；中间光线透过区域的玻璃尺寸长×宽×高为252×202×3mm；在玻璃工作区域的四周，设有宽6mm，深3mm的防漏水槽21，该防漏水槽21可以完全将凝胶样品所带液体隔离开。
如图4所示，为本发明垂直割胶箱3的结构示意图，采用ABS工程塑料制成。
A图为其正视图，其中31为割胶箱观察窗口，供实验者观察凝胶样品，保证割胶过程的准确性，割胶窗口采用航空防紫外线玻璃，可以有效的防止紫外线的泄漏。
B图为其侧视图，其中32为该垂直割胶箱3侧部设置的实验操作窗口，实验者可以通过这个窗口32将手伸入，进行割胶操作。当实验者需要割胶时，将本垂直割胶箱3放在已有凝胶样品的防漏载物台2上，打开紫外灯光，本垂直割胶箱3将紫外灯光线完全密闭在其中。
C为其俯视图，在其底部设有一开口33(图中未视出)。
如图5所示，为本发明的双屏独立显示部分的原理示意图。通过建立一个虚拟桌面，同时定义小尺寸嵌入式触摸液晶屏9与大尺寸外接显示屏10的显示区域与起点坐标，同时在图像采集软件12与图像分析软件13中分别定义软件的显示起点坐标与软件界面的大小，与上述小尺寸嵌入式触摸液晶屏9与大尺寸外接显示屏10的显示区域与起点坐标一致，从而实现小尺寸嵌入式触摸液晶屏9与大尺寸外接显示屏10各自独立显示，互不干扰的功能。
如图6所示，为本发明的定时关机功能流程图。系统在接到任意命令后，将定时关机寄存器清零，并开始重新计时。随后系统进入循环等待模式，若在指定时间内，系统又接到任何命令，则重新回到定时关机寄存器清零步骤，若在指定时间内(例如15分钟)，没有接到任何命令，则发生中断，将系统关闭。
从以上描述不难看出，本发明的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，通过将电脑系统整合进分析系统，并进行一体化设计，可以有效解决目前该类仪器普遍存在的环境交叉污染问题；通过双屏独立显示技术，提高了实验操作的方便程度；通过设定定时关机，避免了能源浪费；通过特有的割胶装置，可以大大提高系统的操作方便性、分析准确性；通过防漏载物台上的防漏设计，可以提高系统的操作安全性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (18)
1.一种全自动分子电泳凝胶成像分析仪，包括硬件系统和软件系统，其特征在于，
所述硬件系统包括移动灯箱(1)、防漏载物台(2)、垂直割胶箱(3)、自动变焦镜头(4)、数码CCD模块(5)、图像卡(6)、嵌入式计算机系统(7)、嵌入式控制模块(8)、小尺寸嵌入式触摸液晶屏(9)和大尺寸外接显示屏(10)；
所述软件系统包括图像采集软件(12)和图像分析软件(13)；
进一步的，所述一体机还采用双屏独立显示技术和定时关机功能。
2.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述移动灯箱(1)安置在整个硬件系统的底部，两侧设有滑动导轨，能够拉动；并且该所述移动灯箱(1)内部装有凝胶成像分析实验所需的紫外灯和白光灯灯管，所述两种灯管的通断状态由嵌入式控制模块(8)根据实验者的需要进行控制。
3.根据权利要求2所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述移动灯箱(1)有两个工作状态：闭合和抽出；当实验需要对样品进行拍摄分析时，移动灯箱(1)闭合，与整个外部一体机的箱体形成一个黑暗、密闭的空间；当实验需要对样品进行安放、位置调整、切割时，移动灯箱(1)被抽出，方便操作。
4.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述防漏载物台(2)安装在移动灯箱(1)的上面，可以随移动灯箱(1)一同拉出；防漏载物台(2)中间为透明玻璃，能够透过下面移动灯箱(1)中的紫外灯光或白光灯光；所述防漏载物台(2)在实验中放置实验样品，将需要分析的样品放在防漏载物台(2)的玻璃区域内，以使实验样品处于紫外或白光照射的环境中；在防漏载物台(2)的玻璃四周，设有防止实验样品所带液体四处流动的防水槽，以有效防止有毒液体腐蚀实验设备，其中所述防水槽宽4-6mm，深2-4mm。
5.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述垂直割胶箱(3)放置在防漏载物台(2)上，是进行割胶实验操作所需的配件，以有效防止实验操作时必要的紫外灯光对人体的伤害，同时方便实验顺利进行；
所述垂直割胶箱(3)的顶部设置有一实验观察窗口，在该窗口处安置有透明航空材料，以便于观察该割胶箱(3)内部的对象；所述垂直割胶箱(3)的两侧还分别设置有供实验者穿过两只手进行实验操作的操作窗口，该垂直割胶箱(3)的底部还设有一开口。
6.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述自动变焦镜头(4)垂直安放在防漏载物台(2)上方350mm～380mm处，和数码CCD模块(5)连接在一起，对需要拍摄图片的实验样品进行焦距、光圈、图像大小的调整，以达到最佳的显示效果；所述自动变焦镜头(4)对焦距、光圈、图像大小的调整是通过信号线由嵌入式控制模块(8)进行控制。
7.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述数码CCD模块(5)与自动变焦镜头(4)和图像卡(6)相连接，将图像的模拟信号数据转化为数字信号数据，传递给图像卡(6)，进行相应的图像分析及处理。
8.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述图像卡(6)安装在嵌入式计算机系统(7)上，接收数码CCD模块(5)传递过来的图像数字信号。
9.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述嵌入式计算机系统(7)与图像卡(6)、嵌入式控制模块(8)、小尺寸嵌入式触摸液晶屏(9)、大尺寸外接显示屏(10)以及其他外接设备相连接；并且所述图像采集软件(12)和图像分析软件(13)安装在该嵌入式计算机系统(7)中。
10.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述其他外接设备为打印机或外接存储器。
11.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述嵌入式控制模块(8)负责对移动灯箱(1)内紫外灯管与白光灯管的开关控制，以及对自动变焦镜头(4)的焦距、光圈、图像大小进行控制；并且，该所述嵌入式控制模块(8)通过计算机串口与嵌入式计算机系统(7)进行通讯，实现图像采集软件(12)对移动灯箱(1)与自动变焦镜头(4)的控制。
12.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述小尺寸嵌入式触摸液晶屏(9)嵌入在所述一体机箱体的上部，与嵌入式计算机系统(7)通过计算机串口或USB口连接，并由触摸屏与显示屏组成；所述显示屏显示图像采集软件(12)，以实时查看实验样品的位置、图像显示质量，并且实验人员可根据图像效果马上进行调节移动灯箱(1)，避免来回走动。
13.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述大尺寸外接显示屏(10)为普通电脑显示器，独立于一体机箱体外，通过VGA接口与嵌入式计算机系统(7)连接，显示图像分析软件(13)，大尺寸的显示面积有利于实验人员进行精确的图像处理及分析。
14.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述图像采集软件(12)安装在嵌入式计算机系统(7)内，通过嵌入式控制模块(8)以及实验样品的状态和实验需求，实时控制移动灯箱(1)内的紫外灯、白光灯，自动变焦镜头(4)的焦距、光圈、图像大小以及数码CCD模块(5)的曝光时间，并通过图像卡(6)将所捕捉到的图像数字信号实时预览、拍摄、保存。
15.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述图像分析软件(13)安装在嵌入式计算机系统(7)内，对通过图像采集软件(12)获得的实验样品图像进行处理、分析、数据比较、结果保存工作。
16.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述双屏独立显示技术，是指通过嵌入式计算机系统(7)分别定义小尺寸嵌入式触摸液晶屏(9)与大尺寸外接显示屏(10)的显示区域与起点坐标，同时在图像采集软件(12)与图像分析软件(13)中也分别定义软件的显示起点坐标与软件界面的大小，与上述小尺寸嵌入式触摸液晶屏(9)与大尺寸外接显示屏(10)的显示区域与起点坐标一致，从而实现小尺寸嵌入式触摸液晶屏(9)与大尺寸外接显示屏(10)各自独立显示，互不干扰的功能。
17.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述定时关机功能，是指通过在嵌入式控制模块(8)中的嵌入式芯片的定时计数寄存器内设定指定值，系统若有任何操作，则该指定值将被重新复位，并开始计时，在指定时间内，若系统又检测到操作命令，则该指定值又再次重新复位；在指定时间内，若系统没有检测到任何操作，则该定时计数寄存器引发中断，关闭整个系统。
18.根据权利要求1所述的全自动分子电泳凝胶成像分析仪，其特征在于，所述指定时间为10～30分钟。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101020 |