CN110124763B - 一种干细胞溶液全自动分装方法 - Google Patents
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Abstract
一种干细胞溶液全自动分装方法，涉及干细胞溶液全自动分装技术领域。本发明的目的是要解决现有人工完成干细胞溶液分装存在的问题。方法：将移液枪操纵机械手夹持住移液枪并将移液枪的吸嘴移动至干细胞溶液瓶中，吸取干细胞溶液，将干细胞溶液滴在可移动载物台的细胞计数板上，并将相机采集到的显微图像传输至计算机，计算每个干细胞分装管需要分装干细胞溶液的体积，并将移液枪的容量进行相应调整，将移液枪移动至干细胞溶液瓶中，吸取经计算的体积量的干细胞溶液，再将移液枪内的干细胞溶液排空至干细胞分装管中，并重复以上步骤，直至全部干细胞溶液分装完毕。本发明可获得一种干细胞溶液全自动分装方法。
Description
技术领域
本发明涉及干细胞溶液全自动分装技术领域。
背景技术
干细胞是一类未充分分化且具有自我复制能力的多潜能细胞。在一定条件下，它可以分化为构成人体的两百多种功能细胞，故医学界称干细胞为“万用细胞”。干细胞研究几乎涉及生命科学及生物医药的所有领域，除了对细胞治疗、组织器官移植和基因治疗具有重要推动作用外，还将对新基因的发现、基因功能分析、新药开发、药效与药物毒性评估等领域产生重要的影响。
由于上述原因，医生及科研工作者常需要培养干细胞。在完成干细胞的培养及获得干细胞溶液后，需要测定干细胞溶液的浓度，并根据具体要求对干细胞溶液进行分装。该项工作是一项精准且费时费力的工作，通常由人工完成，需要工作人员高度集中注意力，掌握正确的动作并注重细节。由于实验人员疲劳，动作的高度重复，导致错误是不可避免的。同时人工的参与也容易给干细胞带来污染的风险。因此，目前急需一种全自动化地对干细胞溶液进行分装的方法。
发明内容
本发明的目的是要解决现有人工完成干细胞溶液分装存在容易出错和容易给干细胞带来污染风险的问题，而提供一种干细胞溶液全自动分装方法。
一种干细胞溶液全自动分装装置，包括机械臂、移液枪操纵机械手、移液枪、相机、显微镜、可移动载物台、细胞计数板、三号电机、干细胞溶液瓶、N个干细胞分装管一号电机、二号电机和计算机；
机械臂由一号电机控制，机械臂的末端连接有移液枪操纵机械手，移液枪操纵机械手由二号电机控制，移液枪操纵机械手夹持着移液枪，移液枪的上端面设有按钮，移液枪操纵机械手的一侧设有挡板，挡板位于移液枪的按钮的上方，移液枪的侧面设有滑轮，移液枪操纵机械手通过传动机构与移液枪的滑轮连接；
显微镜的目镜上设置有相机，显微镜的支架上设有可移动载物台，可移动载物台处于显微镜的物镜的下方，可移动载物台上设有细胞计数板，三号电机通过传动机构与可移动载物台连接；
计算机同时与控制机械臂的一号电机、控制移液枪操纵机械手的二号电机、相机和控制可移动载物台的三号电机电连接。
采用一种干细胞溶液全自动分装装置对干细胞溶液进行全自动分装的方法，按以下步骤完成：
一、通过计算机控制一号电机进而控制机械臂，将移液枪操纵机械手移动至移液枪处并夹持住移液枪，同时将移液枪的吸嘴移动至干细胞溶液瓶中，吸取一定量的干细胞溶液；
二、通过计算机控制三号电机，将可移动载物台伸出至显微镜的外侧，再将移液枪移动至可移动载物台的上方，将一定量的干细胞溶液滴在可移动载物台的细胞计数板上，然后将可移动载物台移回显微镜的物镜下方；
三、通过相机采集得到细胞计数板的显微图像，并将显微图像传输至计算机，计算出干细胞溶液的浓度和每个干细胞分装管需要分装干细胞溶液的体积，并将移液枪的容量进行相应调整；
四、通过计算机控制一号电机进而控制机械臂，将移液枪移动至干细胞溶液瓶中，吸取经步骤三计算的体积量的干细胞溶液，再将移液枪移至干细胞分装管处，将移液枪内的干细胞溶液排空至干细胞分装管中，并重复以上步骤，直至全部干细胞溶液分装完毕。
本发明的有益效果：
一、本发明中的移液枪操纵机械手可代替人手对移液枪进行操作，完成夹取移液枪、调整移液枪容量、吸取及排出干细胞溶液等操作，大大提高了移液过程的效率；
二、本发明中的移液枪及移液枪操纵机械手被安装在六自由度机械臂上，通过对六自由度机械臂的运动控制，可使得移液枪以任意角度准确、快速地移动到机械臂工作空间中的任意位置，提高了整个干细胞溶液分装过程的工作范围及工作效率；
三、本发明中通过步进电机的转动带动显微镜的可移动载物台进行移动，避免了传统方式下用人手完成可移动载物台的移动，解放了人手的同时，对步进电机精确的位置控制也保证了可移动载物台移动的精度；
四、本发明将显微镜物镜视野下的细胞计数板图像传输至计算机进行分析，即整个干细胞溶液浓度的测定过程由计算机完成，避免了人工测定时可能产生的误差，保证对干细胞溶液浓度测定的准确性；
五、本发明一种干细胞溶液全自动分装方法，所述的干细胞溶液的分装方法的整个过程全部由计算机控制完成，不需要人工参与，实现了完全的自动化，保证了干细胞溶液分装过程高效、精确和简便的同时，也避免了人工操作可能对干细胞带来的污染。
本发明可获得一种干细胞溶液全自动分装方法。
附图说明
图1为实施例一一种干细胞溶液全自动分装装置的示意图；
其中：1.机械臂；2.移液枪操纵机械手；3.移液枪；4.相机；5.显微镜；6.可移动载物台；7.细胞计数板；8.三号电机；9.干细胞溶液瓶；10.干细胞分装管；11.计算机。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种干细胞溶液全自动分装装置，包括机械臂1、移液枪操纵机械手2、移液枪3、相机4、显微镜5、可移动载物台6、细胞计数板7、三号电机8、干细胞溶液瓶9、N个干细胞分装管10和计算机11；
机械臂1由一号电机控制，机械臂1的末端连接有移液枪操纵机械手2，移液枪操纵机械手2由二号电机控制，移液枪操纵机械手2夹持着移液枪3，移液枪3的上端面设有按钮，移液枪操纵机械手2的一侧设有挡板，挡板位于移液枪3的按钮的上方，移液枪3的侧面设有滑轮，移液枪操纵机械手2通过传动机构与移液枪3的滑轮连接；
显微镜5的目镜上设置有相机4，显微镜5的支架上设有可移动载物台6，可移动载物台6处于显微镜5的物镜的下方，可移动载物台6上设有细胞计数板7，显微镜5的支架的一侧设置有三号电机8，三号电机8通过传动机构与可移动载物台6连接；
计算机11同时与控制机械臂1的一号电机、控制移液枪操纵机械手2的二号电机、相机4和控制可移动载物台6的三号电机8电连接。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：采用一种干细胞溶液全自动分装装置对干细胞溶液进行全自动分装的方法，按以下步骤完成：
一、通过计算机11控制一号电机进而控制机械臂1，将移液枪操纵机械手2移动至移液枪3处并夹持住移液枪3，同时将移液枪3的吸嘴移动至干细胞溶液瓶9中，吸取一定量的干细胞溶液；
二、通过计算机11控制三号电机8，将可移动载物台6伸出至显微镜5的外侧，再将移液枪3移动至可移动载物台6的上方，将一定量的干细胞溶液滴在可移动载物台6的细胞计数板7上，然后将可移动载物台6移回显微镜5的物镜下方；
三、通过相机4采集得到细胞计数板7的显微图像，并将显微图像传输至计算机11，计算出干细胞溶液的浓度和每个干细胞分装管10需要分装干细胞溶液的体积，并将移液枪3的容量进行相应调整；
四、通过计算机11控制一号电机进而控制机械臂1，将移液枪3移动至干细胞溶液瓶9中，吸取经步骤三计算的体积量的干细胞溶液，再将移液枪3移至干细胞分装管10处，将移液枪3内的干细胞溶液排空至干细胞分装管10中，并重复以上步骤，直至全部干细胞溶液分装完毕。
其他步骤与具体实施方式一相同。
本实施方式的有益效果：
一、本实施方式中的移液枪操纵机械手2可代替人手对移液枪3进行操作，完成夹取移液枪3、调整移液枪3容量、吸取及排出干细胞溶液等操作，大大提高了移液过程的效率；
二、本实施方式中的移液枪3及移液枪操纵机械手2被安装在六自由度机械臂上，通过对六自由度机械臂的运动控制，可使得移液枪3以任意角度准确、快速地移动到六自由度机械臂工作空间中的任意位置，提高了整个干细胞溶液分装过程的工作范围及工作效率；
三、本实施方式中通过步进电机的转动带动显微镜5的可移动载物台6进行移动，避免了传统方式下用人手完成可移动载物台6的移动，解放了人手的同时，对步进电机精确的位置控制也保证了可移动载物台6移动的精度；
四、本实施方式将显微镜5物镜视野下的细胞计数板7图像传输至计算机11进行分析，即整个干细胞溶液浓度的测定过程由计算机11完成，避免了人工测定时可能产生的误差，保证对干细胞溶液浓度测定的准确性；
五、本实施方式一种干细胞溶液全自动分装方法，所述的干细胞溶液的分装方法的整个过程全部由计算机11控制完成，不需要人工参与，实现了完全的自动化，保证了干细胞溶液分装过程高效、精确和简便的同时，也避免了人工操作可能对干细胞带来的污染。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：所述的机械臂1为六自由度机械臂。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤二中所述的三号电机8为步进电机。
其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三中所述的相机4为高分辨率工业相机。
其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述步骤三中通过基于计算机11视觉的方法计算出干细胞溶液的浓度。
其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述步骤三中根据干细胞溶液的浓度及干细胞溶液的具体分装要求计算出每个干细胞分装管10需要分装干细胞溶液的体积。
其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述步骤三中通过计算机11控制二号电机，进而控制移液枪3的滑轮将移液枪3的容量进行相应调整。
其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：所述步骤一、四中，通过计算机11控制一号电机进而控制机械臂1，使移液枪操纵机械手2的挡板压住移液枪3的按钮至移液枪3内的空气排空，然后控制移液枪操纵机械手2的挡板离开移液枪3的按钮，完成干细胞溶液的吸取。
其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：所述步骤二、四中，通过计算机11控制一号电机进而控制机械臂1，使移液枪操纵机械手2的挡板压住移液枪3的按钮至移液枪3内的干细胞溶液排空。
其他步骤与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同点是：所述N为大于1的正整数。
其他步骤与具体实施方式一至十相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种干细胞溶液全自动分装装置，包括机械臂1、移液枪操纵机械手2、移液枪3、相机4、显微镜5、可移动载物台6、细胞计数板7、三号电机8、干细胞溶液瓶9、N个干细胞分装管10和计算机11；N为大于1的正整数。
机械臂1由一号电机控制，机械臂1的末端连接有移液枪操纵机械手2，移液枪操纵机械手2由二号电机控制，移液枪操纵机械手2夹持着移液枪3，移液枪3的上端面设有按钮，移液枪操纵机械手2的一侧设有挡板，挡板位于移液枪3的按钮的上方，移液枪3的侧面设有滑轮，移液枪操纵机械手2通过传动机构与移液枪3的滑轮连接；
显微镜5的目镜上设置有相机4，显微镜5的支架上设有可移动载物台6，可移动载物台6处于显微镜5的物镜的下方，可移动载物台6上设有细胞计数板7，显微镜5的支架的一侧设置有三号电机8，三号电机8通过传动机构与可移动载物台6连接；
计算机11同时与控制机械臂1的一号电机、控制移液枪操纵机械手2的二号电机、相机4和控制可移动载物台6的三号电机8电连接。
实施例二：采用实施例一一种干细胞溶液全自动分装装置对干细胞溶液进行全自动分装的方法，按以下步骤完成：
一、将培养完成的干细胞在经过离心及清洗等步骤之后，与冷冻液混合均匀，得到约5ml的干细胞溶液，将其装入干细胞溶液瓶9中，准备进行全自动化分装；
二、通过计算机11控制一号电机进而控制六自由度机械臂，将移液枪操纵机械手2移动至移液枪3处并夹持住移液枪3，通过计算机11控制二号电机，进而控制移液枪3的滑轮将移液枪3的容量调整为0.05mL，然后将移液枪3的吸嘴移动至干细胞溶液瓶9中，通过计算机11控制一号电机进而控制六自由度机械臂，使移液枪操纵机械手2的挡板压住移液枪3的按钮至移液枪3内的空气排空，然后控制移液枪操纵机械手2的挡板离开移液枪3的按钮，吸取0.05mL干细胞溶液；
三、通过计算机11控制步进电机，将可移动载物台6伸出至显微镜5的外侧，再将移液枪3移动至可移动载物台6的上方，将0.05mL干细胞溶液滴在可移动载物台6的细胞计数板7上，然后将可移动载物台6移回显微镜5的物镜下方，在显微镜5的视野中可观察到干细胞溶液在细胞计数板7上的图像，图像中的干细胞数目代表了干细胞溶液的浓度；
四、通过高分辨率工业相机采集得到细胞计数板7的显微图像，并将显微图像传输至计算机11，通过基于计算机11视觉相关算法得到图像内的干细胞数目，进而换算出干细胞溶液的浓度，根据干细胞溶液的浓度及干细胞溶液的具体分装要求计算出每个干细胞分装管10需要分装干细胞溶液的体积，并通过计算机11控制二号电机，进而根据每个干细胞分装管10需要分装干细胞溶液的体积控制移液枪3的滑轮将移液枪3的容量进行相应调整；
五、通过计算机11控制一号电机进而控制六自由度机械臂，将移液枪3移动至干细胞溶液瓶9中，通过计算机11控制一号电机进而控制六自由度机械臂，使移液枪操纵机械手2的挡板压住移液枪3的按钮至移液枪3内的空气排空，然后控制移液枪操纵机械手2的挡板离开移液枪3的按钮，吸取相应体积的干细胞溶液，再将移液枪3移至干细胞分装管10处，通过计算机11控制一号电机进而控制六自由度机械臂，使移液枪操纵机械手2的挡板压住移液枪3的按钮，将移液枪3内的干细胞溶液排空至干细胞分装管10中，并重复以上步骤，直至全部干细胞溶液分装完毕。
本实施例的有益效果：
一、本实施例中的移液枪操纵机械手2可代替人手对移液枪3进行操作，完成夹取移液枪3、调整移液枪3容量、吸取及排出干细胞溶液等操作，大大提高了移液过程的效率；
二、本实施例中的移液枪3及移液枪操纵机械手2被安装在六自由度机械臂上，通过对六自由度机械臂的运动控制，可使得移液枪3以任意角度准确、快速地移动到六自由度机械臂工作空间中的任意位置，提高了整个干细胞溶液分装过程的工作范围及工作效率；
三、本实施例中通过步进电机的转动带动显微镜5的可移动载物台6进行移动，避免了传统方式下用人手完成可移动载物台6的移动，解放了人手的同时，对步进电机精确的位置控制也保证了可移动载物台6移动的精度；
四、本实施例将显微镜5物镜视野下的细胞计数板7图像传输至计算机11进行分析，即整个干细胞溶液浓度的测定过程由计算机11完成，避免了人工测定时可能产生的误差，保证对干细胞溶液浓度测定的准确性；
五、本实施例一种干细胞溶液全自动分装方法，所述的干细胞溶液的分装方法的整个过程全部由计算机11控制完成，不需要人工参与，实现了完全的自动化，保证了干细胞溶液分装过程高效、精确和简便的同时，也避免了人工操作可能对干细胞带来的污染。
Claims (10)
1.一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于该方法采用干细胞溶液全自动分装装置进行全自动分装，所述干细胞溶液全自动分装装置包括机械臂(1)、移液枪操纵机械手(2)、移液枪(3)、相机(4)、显微镜(5)、可移动载物台(6)、细胞计数板(7)、三号电机(8)、干细胞溶液瓶(9)、N个干细胞分装管(10)、一号电机、二号电机和计算机(11)；
机械臂(1)由一号电机控制，机械臂(1)的末端连接有移液枪操纵机械手(2)，移液枪操纵机械手(2)由二号电机控制，移液枪操纵机械手(2)夹持着移液枪(3)，移液枪(3)的上端面设有按钮，移液枪操纵机械手(2)的一侧设有挡板，挡板位于移液枪(3)的按钮的上方，移液枪(3)的侧面设有滑轮，移液枪操纵机械手(2)通过传动机构与移液枪(3)的滑轮连接；
显微镜(5)的目镜上设置有相机(4)，显微镜(5)的支架上设有可移动载物台(6)，可移动载物台(6)处于显微镜(5)的物镜的下方，可移动载物台(6)上设有细胞计数板(7)，三号电机(8)通过传动机构与可移动载物台(6)连接；
计算机(11)同时与控制机械臂(1)的一号电机、控制移液枪操纵机械手(2)的二号电机、相机(4)和控制可移动载物台(6)的三号电机(8)电连接；
采用干细胞溶液全自动分装装置按以下步骤进行全自动分装：
一、通过计算机(11)控制一号电机进而控制机械臂(1)，将移液枪操纵机械手(2)移动至移液枪(3)处并夹持住移液枪(3)，同时将移液枪(3)的吸嘴移动至干细胞溶液瓶(9)中，吸取一定量的干细胞溶液；
二、通过计算机(11)控制三号电机(8)，将可移动载物台(6)伸出至显微镜(5)的外侧，再将移液枪(3)移动至可移动载物台(6)的上方，将一定量的干细胞溶液滴在可移动载物台(6)的细胞计数板(7)上，然后将可移动载物台(6)移回显微镜(5)的物镜下方；
三、通过相机(4)采集得到细胞计数板(7)的显微图像，并将显微图像传输至计算机(11)，计算出干细胞溶液的浓度和每个干细胞分装管(10)需要分装干细胞溶液的体积，并将移液枪(3)的容量进行相应调整；
四、通过计算机(11)控制一号电机进而控制机械臂(1)，将移液枪(3)移动至干细胞溶液瓶(9)中，吸取经步骤三计算的体积量的干细胞溶液，再将移液枪(3)移至干细胞分装管(10)处，将移液枪(3)内的干细胞溶液排空至干细胞分装管(10)中，并重复以上步骤，直至全部干细胞溶液分装完毕。
2.根据权利要求1所述的一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于所述N为大于1的正整数。
3.根据权利要求1所述的一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于所述的机械臂(1)为六自由度机械臂。
4.根据权利要求1所述的一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于步骤二中所述的三号电机(8)为步进电机。
5.根据权利要求1所述的一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于步骤三中所述的相机(4)为高分辨率工业相机。
6.根据权利要求1所述的一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于所述步骤三中通过基于计算机(11)视觉的方法计算出干细胞溶液的浓度。
7.根据权利要求1所述的一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于所述步骤三中根据干细胞溶液的浓度及干细胞溶液的具体分装要求计算出每个干细胞分装管(10)需要分装干细胞溶液的体积。
8.根据权利要求1所述的一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于所述步骤三中通过计算机(11)控制二号电机，进而控制移液枪(3)的滑轮将移液枪(3)的容量进行相应调整。
9.根据权利要求1所述的一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于所述步骤一、四中，通过计算机(11)控制一号电机进而控制机械臂(1)，使移液枪操纵机械手(2)的挡板压住移液枪(3)的按钮至移液枪(3)内的空气排空，然后控制移液枪操纵机械手(2)的挡板离开移液枪(3)的按钮，完成干细胞溶液的吸取。
10.根据权利要求1所述的一种干细胞溶液全自动分装方法，其特征在于所述步骤二、四中，通过计算机(11)控制一号电机进而控制机械臂(1)，使移液枪操纵机械手(2)的挡板压住移液枪(3)的按钮至移液枪(3)内的干细胞溶液排空。
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