CN109730799A - 斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统 - Google Patents

Abstract

斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，属于显微注射操作领域，本发明为解决现有对斑马鱼幼鱼的注射存在耗时长、成功率低的问题。本发明机械臂旋转结构安装在升降台上，机械臂旋转结构上安装有吸持针；培养皿通过培养皿固定装置固定安装在底座的平台上，微流道装置安装在培养皿内，显微镜安装在底座的平台上，且显微镜位于微流道装置的正上方，摄像头通过摄像头固定装置安装在底座的平台上；上板和下板之间设置有非直线型微流道，送鱼入口和流道出口之间分布有微流道头段、微流道中段和微流道尾段，微流道中段设置有第一个微流道分支，微流道中段和微流道尾段的交界处设置有第二个微流道分支。本发明用于斑马鱼幼鱼的显微注射操作。

Description

斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统

技术领域

本发明涉及一种斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，属于斑马鱼幼鱼的显微注射操作领域。

背景技术

斑马鱼作为模式动物在生命科学、健康科学和环境科学等研究领域中扮演着越来越重要的角色，其基因组序列和人类的相似度达到70％以上，素有“水中小白鼠”之称。斑马鱼具有产卵量大、发育迅速、胚胎透明、体外受精和体外发育等生物学特征，使得研究者可以更加高效地开展各类实验(遗传Hereditas(Beijing)2018年8月,40(8):683―692)。

由于斑马鱼幼鱼的体积微小(约3mm长，0.5mm宽)，人工对幼鱼进行注射时存在耗时长、成功率低等问题。

发明内容

本发明目的是为了解决现有对斑马鱼幼鱼的注射存在耗时长、成功率低的问题，提供了一种斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统。

本发明所述斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，该自动输送和调整姿态系统包括操作台、机械臂旋转结构和微流道装置；

操作台包括显微镜、摄像头、摄像头固定装置、注射泵、底座、培养皿、LED光源、培养皿固定装置和升降台；

机械臂旋转结构安装在升降台上，机械臂旋转结构上安装有吸持针，机械臂旋转结构能够实现x、y、z方向的微调，并且能够带动吸持针旋转；

培养皿通过培养皿固定装置固定安装在底座的平台上，微流道装置安装在培养皿内，显微镜安装在底座的平台上，且显微镜位于微流道装置的正上方，摄像头通过摄像头固定装置安装在底座的平台上；

LED光源安装在底座的平台下方；

微流道装置包括微流道、送鱼入口、第一姿态调整入口、第二姿态调整入口、流道出口、上板和下板；

上板和下板之间设置有非直线型微流道，送鱼入口和流道出口之间分布有微流道头段、微流道中段和微流道尾段，微流道中段设置有第一个微流道分支，第一个微流道分支与第一姿态调整入口连接，且第一个微流道分支靠近微流道头段，微流道中段和微流道尾段的交界处设置有第二个微流道分支，第二个微流道分支与第二姿态调整入口连接，微流道中段和第二个微流道分支之间设置有第三个微流道分支，微流道中段的正上方设置有第一观测区，第二个微流道分支的正上方设置有第二观测区，流道出口的外侧设置有实验观测区；

注射泵连接微流道装置的送鱼入口，第一姿态调整入口和第二姿态调整入口分别连接两个姿态调整注射泵。

优选的，机械臂旋转结构包括吸持针、针筒夹持器、左锁紧螺母、左压紧螺母、右锁紧螺母、右压紧螺母、第一深沟球轴承、第二深沟球轴承、第三深沟球轴承、轴承座、电机和同步带；

右锁紧螺母和右压紧螺母套装在吸持针上，左锁紧螺母和左压紧螺母针筒夹持器上，吸持针安装在针筒夹持器内，且吸持针和针筒夹持器依次通过左压紧螺母、左锁紧螺母、右锁紧螺母和右压紧螺母固定，左锁紧螺母和右锁紧螺母之间依次安装有第一深沟球轴承、第二深沟球轴承和第三深沟球轴承，且第一深沟球轴承、第二深沟球轴承和第三深沟球轴承嵌入轴承座内，电机控制同步带传动。

优选的，摄像头连接上位机，摄像头检测斑马鱼幼鱼在第一观测区和第二观测区内的姿态，然后将斑马鱼幼鱼的姿态拍摄并传输至上位机。

优选的，微流道装置采用亚克力或聚二甲基硅氧烷制成。

优选的，微流道装置内的微流道深度为0.7mm-1mm，宽度为0.7mm-1mm。

本发明的优点：对于自动化幼鱼注射系统，幼鱼输送和幼鱼姿态控制是自动注射前的关键步骤，因此幼鱼输送和幼鱼姿态调整系统是保证注射效率的关键。斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统对于基于斑马鱼的生命科学研究具有重要意义。本发明提出的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统具有以下优点：

1、本发明提出的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统能够连续供鱼，并快速地调整斑马鱼的位置和姿态，无需手动操作，减少了实验时间，提高了斑马鱼幼鱼的注射效率；

2、本发明提出的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统便于对斑马鱼幼鱼进行观测，减小对斑马鱼幼鱼的伤害；

3、本发明提出的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统内的微流道结构，采用弧度分支结构，使斑马鱼幼鱼能够在流道内平滑地转向，减小了对斑马鱼幼鱼的伤害；

4、本发明提出的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，采用了带动吸持针旋转的机械臂旋转结构，能够精确地调整斑马鱼幼鱼的姿态。

附图说明

图1是本发明所述斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统的结构示意图；

图2是本发明所述微流道装置的结构示意图；

图3是本发明所述机械臂旋转结构的炸裂图；

图4是斑马鱼幼鱼在第一观测区中鱼尾朝下时在微流道装置中的运动方向示意图；

图5是斑马鱼幼鱼在第一观测区中鱼尾朝上时在微流道装置中的运动方向示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，该自动输送和调整姿态系统包括操作台、机械臂旋转结构11和微流道装置4；

操作台包括显微镜1、摄像头2、摄像头固定装置3、注射泵5、底座6、培养皿7、LED光源8、培养皿固定装置9和升降台10；

机械臂旋转结构11安装在升降台10上，机械臂旋转结构11上安装有吸持针11-1，机械臂旋转结构11能够实现x、y、z方向的微调，并且能够带动吸持针11-1旋转；

培养皿7通过培养皿固定装置9固定安装在底座6的平台上，微流道装置4安装在培养皿7内，显微镜1安装在底座6的平台上，且显微镜位于微流道装置4的正上方，摄像头2通过摄像头固定装置3安装在底座6的平台上；

LED光源8安装在底座6的平台下方；

微流道装置4包括微流道、送鱼入口4-1、第一姿态调整入口4-2、第二姿态调整入口4-3、流道出口4-4、上板4-11和下板4-15；

上板4-11和下板4-15之间设置有非直线型微流道，送鱼入口4-1和流道出口4-4之间分布有微流道头段4-5、微流道中段4-6和微流道尾段4-7，微流道中段4-6设置有第一个微流道分支4-8，第一个微流道分支4-8与第一姿态调整入口4-2连接，且第一个微流道分支4-8靠近微流道头段4-5，微流道中段4-6和微流道尾段4-7的交界处设置有第二个微流道分支4-9，第二个微流道分支4-9与第二姿态调整入口4-3连接，微流道中段4-6和第二个微流道分支4-9之间设置有第三个微流道分支4-10，微流道中段4-6的正上方设置有第一观测区4-12，第二个微流道分支4-9的正上方设置有第二观测区4-13，流道出口4-4的外侧设置有实验观测区4-14；

注射泵5连接微流道装置4的送鱼入口4-1，第一姿态调整入口4-2和第二姿态调整入口4-3分别连接两个姿态调整注射泵。

本实施方式中，注射泵5将斑马鱼幼鱼输送至微流道装置4的微流道内，通过调整两个姿态调整注射泵的推送和回吸液体控制微流道内液体的流动，进而控制斑马鱼幼鱼在微流道内的运动，通过让斑马鱼幼鱼进入不同的微流道分支实现斑马鱼尾部方向的调整。

具体实施方式二：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，机械臂旋转结构11包括吸持针11-1、针筒夹持器11-2、左锁紧螺母11-3、左压紧螺母11-4、右锁紧螺母11-5、右压紧螺母11-6、第一深沟球轴承11-7、第二深沟球轴承11-8、第三深沟球轴承11-9、轴承座11-10、电机11-11和同步带11-12；

右锁紧螺母11-5和右压紧螺母11-6套装在吸持针11-1上，左锁紧螺母11-3和左压紧螺母11-4针筒夹持器11-2上，吸持针11-1安装在针筒夹持器11-2内，且吸持针11-1和针筒夹持器11-2依次通过左压紧螺母11-4、左锁紧螺母11-3、右锁紧螺母11-5和右压紧螺母11-6固定，左锁紧螺母11-3和右锁紧螺母11-5之间依次安装有第一深沟球轴承11-7、第二深沟球轴承11-8和第三深沟球轴承11-9，且第一深沟球轴承11-7、第二深沟球轴承11-8和第三深沟球轴承11-9嵌入轴承座11-10内，电机11-11控制同步带11-12传动。

本实施方式中，吸持针11-1安装在针筒夹持器11-2内，且通过左锁紧螺母11-3、左压紧螺母11-4、右锁紧螺母11-5和右压紧螺母11-6固定，既保证吸持针11-1与机械臂旋转结构11的同轴度，又使得吸持针11-1在旋转时更加稳定。

本实施方式中，机械臂旋转结构11中采用三个深沟球轴承嵌入轴承座11-10内，并与针筒夹持器11-2相连，使吸持针11-1在旋转时更加柔顺平滑。

本实施方式中，采用电机11-11控制同步带11-12传动，同步带传动结构具有精确的传动比、工作时无相对滑动、结构紧凑和传动效率高的优点。

具体实施方式三：本实施方式对实施方式一作进一步说明，摄像头2连接上位机，摄像头2检测斑马鱼幼鱼在第一观测区4-12和第二观测区4-13内的姿态，然后将斑马鱼幼鱼的姿态拍摄并传输至上位机。

具体实施方式四：本实施方式对实施方式一作进一步说明，微流道装置4采用亚克力或聚二甲基硅氧烷制成。

本实施方式中，可以选择亚克力或PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料制作，两种材料均具有较好的透明性、化学稳定性、易加工性，在显微镜下易于观察斑马鱼幼鱼的姿态，对斑马鱼幼鱼伤害小，且价格低廉。

具体实施方式五：本实施方式对实施方式一作进一步说明，微流道装置4内的微流道深度为0.7mm-1mm，宽度为0.7mm-1mm。

本发明提出的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，将连接好注射泵5和姿态调整注射泵的微流道装置4放入装入液体的培养皿7内，斑马鱼幼鱼由送鱼入口4-1连接的注射泵5注射进入第一观测区4-12后，由姿态调整注射泵通过第一姿态调整入口4-2注射液体推动斑马鱼幼鱼在微流道内运动，在此过程中采用摄像头2采集图像信息并输送至上位机，判断鱼的尾部朝向：

若斑马鱼幼鱼尾部朝下，其运动方式如图4所示，此时，姿态调整注射泵通过第一姿态调整入口4-2继续注射液体，使斑马鱼幼鱼进入微流道尾段4-7，最终以尾部到达流道出口4-4，当斑马鱼幼鱼到达流道出口4-4时，使用吸持针11-1吸住斑马鱼幼鱼的尾部，通过机械臂旋转结构11将斑马鱼幼鱼移动到实验观测区4-14，通过显微镜1观测斑马鱼幼鱼，逐步调整旋转角度，使机械臂旋转结构11旋转到便于斑马鱼幼鱼注射的角度，最终使斑马鱼幼鱼达到便于注入的姿态；

若斑马鱼幼鱼尾部朝上，其运动方式如图5所示，此时，姿态调整注射泵通过第一姿态调整入口4-2进给少量液体，同时姿态调整注射泵通过第二姿态调整入口4-3回吸液体，使斑马鱼幼鱼通过第三个微流道分支4-10进入第二个微流道分支4-9内，当斑马鱼幼鱼到达第二观测区4-13时，姿态调整注射泵通过第二姿态调整入口4-3注射液体，使斑马鱼幼鱼的尾部到达流道出口4-4，使用吸持针11-1吸住斑马鱼幼鱼的尾部，通过机械臂旋转结构11将斑马鱼幼鱼移动到实验观测区4-14，通过显微镜1观测斑马鱼幼鱼，逐步调整旋转角度，使机械臂旋转结构11旋转到便于斑马鱼幼鱼注射的角度，最终使斑马鱼幼鱼达到便于注入的姿态。

Claims (5)

1.斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，其特征在于，该自动输送和调整姿态系统包括操作台、机械臂旋转结构(11)和微流道装置(4)；

操作台包括显微镜(1)、摄像头(2)、摄像头固定装置(3)、注射泵(5)、底座(6)、培养皿(7)、LED光源(8)、培养皿固定装置(9)和升降台(10)；

机械臂旋转结构(11)安装在升降台(10)上，机械臂旋转结构(11)上安装有吸持针(11-1)，机械臂旋转结构(11)能够实现x、y、z方向的微调，并且能够带动吸持针(11-1)旋转；

培养皿(7)通过培养皿固定装置(9)固定安装在底座(6)的平台上，微流道装置(4)安装在培养皿(7)内，显微镜(1)安装在底座(6)的平台上，且显微镜位于微流道装置(4)的正上方，摄像头(2)通过摄像头固定装置(3)安装在底座(6)的平台上；

LED光源(8)安装在底座(6)的平台下方；

微流道装置(4)包括微流道、送鱼入口(4-1)、第一姿态调整入口(4-2)、第二姿态调整入口(4-3)、流道出口(4-4)、上板(4-11)和下板(4-15)；

上板(4-11)和下板(4-15)之间设置有非直线型微流道，送鱼入口(4-1)和流道出口(4-4)之间分布有微流道头段(4-5)、微流道中段(4-6)和微流道尾段(4-7)，微流道中段(4-6)设置有第一个微流道分支(4-8)，第一个微流道分支(4-8)与第一姿态调整入口(4-2)连接，且第一个微流道分支(4-8)靠近微流道头段(4-5)，微流道中段(4-6)和微流道尾段(4-7)的交界处设置有第二个微流道分支(4-9)，第二个微流道分支(4-9)与第二姿态调整入口(4-3)连接，微流道中段(4-6)和第二个微流道分支(4-9)之间设置有第三个微流道分支(4-10)，微流道中段(4-6)的正上方设置有第一观测区(4-12)，第二个微流道分支(4-9)的正上方设置有第二观测区(4-13)，流道出口(4-4)的外侧设置有实验观测区(4-14)；

注射泵(5)连接微流道装置(4)的送鱼入口(4-1)，第一姿态调整入口(4-2)和第二姿态调整入口(4-3)分别连接两个姿态调整注射泵。

2.根据权利要求1所述的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，其特征在于，机械臂旋转结构(11)包括吸持针(11-1)、针筒夹持器(11-2)、左锁紧螺母(11-3)、左压紧螺母(11-4)、右锁紧螺母(11-5)、右压紧螺母(11-6)、第一深沟球轴承(11-7)、第二深沟球轴承(11-8)、第三深沟球轴承(11-9)、轴承座(11-10)、电机(11-11)和同步带(11-12)；

右锁紧螺母(11-5)和右压紧螺母(11-6)套装在吸持针(11-1)上，左锁紧螺母(11-3)和左压紧螺母(11-4)针筒夹持器(11-2)上，吸持针(11-1)安装在针筒夹持器(11-2)内，且吸持针(11-1)和针筒夹持器(11-2)依次通过左压紧螺母(11-4)、左锁紧螺母(11-3)、右锁紧螺母(11-5)和右压紧螺母(11-6)固定，左锁紧螺母(11-3)和右锁紧螺母(11-5)之间依次安装有第一深沟球轴承(11-7)、第二深沟球轴承(11-8)和第三深沟球轴承(11-9)，且第一深沟球轴承(11-7)、第二深沟球轴承(11-8)和第三深沟球轴承(11-9)嵌入轴承座(11-10)内，电机(11-11)控制同步带(11-12)传动。

3.根据权利要求1所述的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，其特征在于，摄像头(2)连接上位机，摄像头(2)检测斑马鱼幼鱼在第一观测区(4-12)和第二观测区(4-13)内的姿态，然后将斑马鱼幼鱼的姿态拍摄并传输至上位机。

4.根据权利要求1所述的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，其特征在于，微流道装置(4)采用亚克力或聚二甲基硅氧烷制成。

5.根据权利要求1所述的斑马鱼幼鱼的自动输送和调整姿态系统，其特征在于，微流道装置(4)内的微流道深度为0.7mm-1mm，宽度为0.7mm-1mm。