CN111004706B - 一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统 - Google Patents

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CN111004706B CN201911340190.0A CN201911340190A CN111004706B CN 111004706 B CN111004706 B CN 111004706B CN 201911340190 A CN201911340190 A CN 201911340190A CN 111004706 B CN111004706 B CN 111004706B
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Abstract

本发明一种用于微小目标尺寸分选仪器中的高通量接收系统，包括：对微小目标进行分离的分选机构、待分选样品芯片、接收传动装置、收集容器以及计算机处理系统，所述计算机处理系统用于输入分选方案，通过确定的分选方案分选出待分选样品芯片上的待分选目标，并控制所述样品芯片位移台及接收传动装置，高通量、自动化、无污染地完成分选接收作业；大幅度提高仪器的工作效率；自动化的操作流程避免人工操作带来的时间浪费与人为污染，为后续分析提供更准确的数据，而对于细胞分析研究来说，污染的引入将导致整个分析的失败，损失大；此发明结构不仅适用于细胞分选操作，对于微颗粒或小尺寸目标的分离及其接收都可适用，应用面广，适合普及推广。

Description

一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统
技术领域
本发明涉及一种用于目标接收的控制装置与方法，尤其是一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，该系统可对分选出的微小尺寸目标如细胞或微塑料颗粒等实现自动化、快速、高通量、准确的接收。
背景技术
在细胞或微颗粒的分选仪器中，分离出来的微小尺寸目标，需要收集到指定的收集容器中，从而实现对分离物的存储、转移与进一步分析处理；如何实现自动化、高通量的微小尺寸目标接收是分选仪器的重要构建指标；
以往生物分析中常用的收集容器都是单个的孔板、靶板或者PCR管等数量有限的结构，由于受孔板或者联排管个数的限制，在孔板或收集管的收集孔均完成收集后，需要将收集用容器如孔板或收集管完全移出接收区域，然后手动卸载该批收集容器后，再加装新的孔板或收集管，并运行到待接收位才能实现持续的接收作业，整个过程耗时长，而且由于人工干预，操作控制精度参差不齐，效率不高，增高了人为作业下对分离物产生的额外污染几率。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，实现高通量、自动化、无污染地对收集容器快速准确输送，能够适应多种收集容器的兼容与适配，满足自动化的、多种模式的收集容器的输送与定位需求。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于微小目标尺寸分选仪器中的高通量接收系统，包括：
对微小目标进行分离的分选机构、待分选样品芯片、接收传动装置、收集容器以及计算机处理系统，其中：
所述分选机构用于将待分离的目标如单细胞或微颗粒分离出去，包括：成像机构、样品芯片位移台与分选输出口；
进一步的，所述分选机构的分选输出口竖直于所述待分选样品芯片；所述样品芯片位移台为框架中空结构或跳水台结构，并与所述分选输出口垂直设置，用于承载所述待分选样品芯片，并带动所述待分选样品芯片上的待分选目标移动到所述分选输出口的正下方；
所述待分选样品芯片用于承载待分选的目标如颗粒或细胞；
所述收集容器用于收集分选后的颗粒或者细胞；
作为一种举例说明，虽然收集容器的孔位面积比分选目标比如细胞的尺寸大许多，为了便于后续对分选目标的分析与观察，分选出来的目标尽量都集中于收集容器中心；
作为一种举例说明，所述收集容器包括：整体结构收集容器与分离结构收集容器；
作为一种举例说明，所述整体结构收集容器包括：96孔板或靶板；
所述计算机处理系统用于输入分选方案，通过确定的分选方案分选出待分选样品芯片上的待分选目标，并控制所述样品芯片位移台及接收传动装置，高通量、自动化、无污染地完成分选接收作业；
作为一种举例说明，所述分选方案为光成像分选方案；
进一步的，所述接收传动装置包括：三维机械手传动装置、传送带传动装置或转盘机构传动装置中的一种；
进一步的，所述三维机械手传动装置用于整体结构收集容器，包括：机械手、接收托盘以及托盘架；所述计算机处理系统发出收集指令，控制所述机械手抓取所述接收托盘，将接收托盘送至分选输出口的正下方，逐一完成整体结构收集容器的分选收集作业；
进一步的，所述整体结构收集容器安放在所述接收托盘上；所述托盘架用于盛放多组接收托盘；所述整体结构收集容器上孔位的起始位置以及彼此孔位的行、列间距及托盘架第一格的三维坐标和每格间距预先输入至所述计算机处理系统；
作为一种举例说明，所述整体结构收集容器是指：96孔板或靶板；
为了更好的说明所述三维机械手传动装置的工作原理，现简要介绍其工作过程如下：
1、在所述计算机处理系统中输入所述托盘架第一格的三维坐标(X0,Y0,Z0)与每格间距Zd，用于所述机械手对接收托盘的准确抓取；
2、在所述接收托盘中放入整体结构收集容器，在计算机处理系统中输入所述整体结构收集容器首个接收孔位的坐标(Xf,Yf,Zf)与行、列间距(ΔXr,ΔYc)与行数m列数n，用于所述机械手调整接收托盘时，精确对准分选接收位置；
3、将所述待分选样品芯片放入样品芯片位移台，调整所述分选机构，使得所述成像机构采用光成像分选方案在计算机处理系统中形成清晰的样品图像，通过图像形态得到当前视野中的待分选目标的坐标；
4、所述计算机处理系统控制所述样品芯片位移台，带动待分选样品芯片，使得待分选目标处于所述分选输出口的正下方；
5、所述计算机处理系统发射指令于机械手，控制机械手夹住接收托盘，将待接收孔位运行至所述分选输出口及待分选样品芯片的正下方，进行分选接收作业；假设当前要接收的孔位是第i行第j列(0<i≤m，0<j≤n)；则接收位置X＝Xf+i*ΔXr，Y＝Yf+j*ΔYc；
6、每个孔位的接收分选目标的个数可以由用户通过计算机处理系统设定，一旦当前接收孔位已经接收到设定个数的目标，则机械手带动接收托盘运行到下一个接收孔位；
7、当完成分选接收作业后，可由所述机械手带动整体结构收集容器运行到容器架处并放回原位置；
作为一种举例说明，所述容器架的数量为2组，一组用于放置空的整体结构收集容器，一组用于放置接收后的整体结构收集容器；
作为一种举例说明，由于细胞收集容器具有多种外观样式，如孔板式、管状等等，为了适应各种容器的兼容需要，对接收托盘设计了可切换结构。
进一步的，所述传送带传动装置用于分离结构收集容器，包括：电动滚筒、传送带以及固定安装孔位；所述传送带上按照分离的收集容器的尺寸对应的设置有多组固定安装孔位，分离的收集容器分别放置在多组所述固定安装孔位中；
为了更好的说明所述传送带传动装置的工作原理，现简要介绍其工作过程如下：
1、在计算机处理系统中输入分离收集容器的首个收集位置与间距Xd，设置好所述收集容器首个接收孔位的坐标(X0)与间距(ΔXd)；
2、将分离结构收集容器摘去上盖，放入传送带上的固定安装孔位中；
3、将待分选样品芯片放入样品芯片位移台上，调整所述单细胞分选机构，使得成像机构在计算机处理系统中形成清晰的样品图像；通过图像形态得到当前视野中的待分选目标的坐标；
4、所述计算机处理系统控制样品芯片位移台，带动待分选样品芯片处于所述分选输出口的正下方。
5、计算机处理系统计算传送带上分离结构收集容器孔位的接收位置，Xcur＝X0+n*Xd；发射指令于电动滚筒，控制其转动，将待接收孔位运行至所述分选输出口及待分选样品芯片的正下方，进行分选接收作业；
6、每个孔位的接收分选目标的个数可以由用户通过所述计算机处理系统设定，一旦当前接收孔位已经接收到设定个数的目标，则计算机处理系统控制电动滚筒动作，带动传送带上的分离结构收集容器运行到下一个接收孔位；
7、当待接收孔位完成分选接收作业后，用户取走已经完成接收的分离结构收集容器，盖好上盖，并将新的分离结构收集容器放入空出来的固定安装孔位上。
进一步的，所述转盘机构传动装置用于分离结构收集容器，包括：电机转动机构与圆形托盘；所述圆形托盘上按照分离的收集容器的尺寸有序的排有固定安装孔，分离的收集容器放置在所述固定安装孔中；
进一步的，为了在多次分选收集作业后，收集容器中心仍处于分选输出口正下方，在机械手或传送带上设置有校正用圆柱标记或校正传感器；
作为一种举例说明，所述校正传感器的使用方式包括：校正传感器电连接所述计算机处理系统的中断触发输入口；所述计算机处理系统控制所述接收传动装置开机复位校正操作，所述传送带或机械手低速向所述校正传感器正方向位置运行，所述校正传感器一旦被触发，所述计算机处理系统接收到中断触发信号并读出此时位置SXi；重复上述步骤三次，取三次的平均值
Figure BDA0002332044120000061
以此作为校正真值；
分选收集作业时，将校正真值用于计算机处理系统调整所述接收传动装置的参照；在收集容器运行一段时间后，使用校正传感器进行当前位置校正，此时需沿着和开机时一致的运行方向到校正传感器位置，读出此时中断程序中的位置值SXcur，如SXcur≠SXave_sen，则SXcur≠SXave_se；
有益效果：
本发明自动化的分选接收传动机构实现了接收容器批量处理，大幅度提高仪器的工作效率；
自动化的操作流程避免人工操作带来的时间浪费与人为污染，为后续分析提供更准确的数据，而对于细胞分析研究来说，污染的引入将导致整个分析的失败，损失大；
此发明结构不仅适用于细胞分选操作，对于微颗粒或小尺寸目标的分离及其接收都可适用，应用面广，适合普及推广。
附图说明
图1是本发明一种用于微小目标尺寸分选仪器中的高通量接收系统采用三维机械手传动装置之整体结构示意图；
图2是本发明一种用于微小目标尺寸分选仪器中的高通量接收系统采用传送带传动装置之整体结构示意图；
图3是本发明一种用于微小目标尺寸分选仪器中的高通量接收系统采用转盘机构传动装置之圆形托盘结构示意图；
图4是本发明一种用于微小目标尺寸分选仪器中的高通量接收系统之孔板结构举例示意图
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
一种用于微小目标尺寸分选仪器中的高通量接收系统，包括：
对微小目标进行分离的分选机构101、待分选样品芯片102、接收传动装置、收集容器以及计算机处理系统104，其中：
所述分选机构用于将待分离的目标如单细胞或微颗粒分离出去，包括：成像机构、样品芯片位移台105与分选输出口106；
进一步的，所述分选机构101的分选输出口106竖直于所述待分选样品芯片；所述样品芯片位移台105为框架中空结构或跳水台结构，并与所述分选输出口106垂直设置，用于承载所述待分选样品芯片102，并带动所述待分选样品芯片102上的待分选目标移动到所述分选输出口106的正下方；
所述待分选样品芯片102用于承载待分选的目标如颗粒或细胞；
所述收集容器用于收集分选后的颗粒或者细胞；
作为一种举例说明，所述收集容器包括：整体结构收集容器103与分离结构收集容器204；
作为一种举例说明，所述整体结构收集容器103为孔板或靶板；
作为一种举例说明，所述分离结构收集容器204为收集管；
所述计算机处理系统104用于输入分选方案，通过确定的分选方案分选出待分选样品芯片102上的待分选目标，并控制所述样品芯片位移台105及接收传动装置，高通量、自动化、无污染地完成分选接收作业；
作为一种举例说明，所述分选方案为光成像分选方案；
进一步的，所述接收传动装置包括：三维机械手传动装置107、传送带传动装置或转盘机构传动装置中的一种；
进一步的，所述三维机械手传动装置107用于整体结构收集容器103，包括：机械手108、接收托盘109以及托盘架110；所述计算机处理系统104发出收集指令，控制所述机械手108抓取所述接收托盘109，将接收托盘109送至分选输出口106的正下方，逐一完成收集容器103的分选收集作业；
进一步的，所述整体结构收集容器103安放在所述接收托盘109上；所述托盘架110用于盛放多组接收托盘109；所述整体收集容器103上孔位的起始位置以及彼此孔位的行、列间距及托盘架110第一格的三维坐标和每格间距预先输入至所述计算机处理系统104；
为了更好的说明所述三维机械手传动装置107的工作原理，现简要介绍其工作过程如下：
1、在所述计算机处理系统104中输入所述托盘架110第一格的三维坐标(X0,Y0,Z0)与每格间距Zd，用于所述机械手108对接收托盘109的准确抓取；
2、在所述接收托盘109中放入整体结构收集容器103，在计算机处理系统104中输入所述收集容器103首个接收孔位的坐标(Xf,Yf,Zf)与行、列间距(ΔXr,ΔYc)与行数m列数n，用于所述机械手108调整接收托盘109时，精确对准分选接收位置；
3、将所述待分选样品芯片102放入样品芯片位移台105，调整所述分选机构101，使得所述成像机构采用光成像分选方案在计算机处理系统104中形成清晰的样品图像，通过图像形态得到当前视野中的待分选目标的坐标；
4、所述计算机处理系统104控制所述样品芯片位移台105，带动待分选样品芯片102，使得待分选目标处于所述分选输出口106的正下方；
5、所述计算机处理系统104发射指令于机械手108，控制机械手108夹住接收托盘109，将待接收孔位运行至所述分选输出口106及待分选样品芯片102的正下方，进行分选接收作业；假设当前要接收的孔位是第i行第j列(0<i≤m，0<j≤n)；则接收位置X＝Xf+i*ΔXr，Y＝Yf+j*ΔYc；
6、每个孔位的接收分选目标的个数可以由用户通过计算机处理系统104设定，一旦当前接收孔位已经接收到设定个数的目标，则机械手108带动接收托盘109运行到下一个接收孔位；
7、当完成分选接收作业后，可由所述机械手108带动整体结构收集容器103运行到容器架110处并放回原位置；
作为一种举例说明，所述容器架110的数量为2组，一组用于放置空收集器，一组用于放置接收后的收集器；
作为一种举例说明，由于细胞收集容器具有多种外观样式，如孔板式、管状等等，为了适应各种容器的兼容需要，对接收托盘109设计了可切换结构。
进一步的，所述传送带传动装置201适合于分离结构收集容器，包括：电动滚筒202、传送带203以及固定安装孔位；所述传送带203上按照分离的收集容器204的尺寸对应的设置有多组固定安装孔位，分离的收集容器204分别放置在多组所述固定安装孔位中；
为了更好的说明所述传送带传动装置201的工作原理，现简要介绍其工作过程如下：
1、在计算机处理系统104中输入分离结构收集容器103的首个收集位置与间距Xd，设置好所述收集容器103首个接收孔位的坐标(X0)与间距(ΔXd)；
2、将分离结构收集容器摘去上盖，放入传送带203上的固定安装孔位中；
3、将待分选样品芯片102放入样品芯片位移台105上，调整所述单细胞分选机构101，使得成像机构在计算机处理系统104中形成清晰的样品图像；通过图像形态得到当前视野中的待分选目标的坐标；
4、所述计算机处理系统104控制样品芯片位移台105，带动待分选样品芯片102处于所述分选输出口106的正下方。
5、计算机处理系统104计算传送带203上分离结构收集容器204孔位的接收位置，Xcur＝X0+n*Xd；发射指令于电动滚筒202，控制其转动，将待接收孔位运行至所述分选输出口106及待分选样品芯片102的正下方，进行分选接收作业；
6、每个孔位的接收分选目标的个数可以由用户通过所述计算机处理系统104设定，一旦当前接收孔位已经接收到设定个数的目标，则计算机处理系统104控制电动滚筒202动作，带动传送带203上的分离结构收集容器204运行到下一个接收孔位；
7、当待接收孔位完成分选接收作业后，用户取走已经完成接收的分离结构收集容器204，盖好上盖，并将新的分离结构收集容器204放入空出来的固定安装孔位上。
进一步的，所述转盘机构传动装置适合于分离结构的收集容器，包括：电机转动机构与圆形托盘301；所述圆形托盘301上按照分离的收集容器的尺寸有序的排有固定安装孔302，分离的收集容器放置在所述固定安装孔中；
本发明自动化的分选接收传动机构实现了接收容器批量处理，大幅度提高仪器的工作效率；自动化的操作流程避免人工操作带来的时间浪费与人为污染，为后续分析提供更准确的数据，而对于细胞分析研究来说，污染的引入将导致整个分析的失败，损失大；此发明结构不仅适用于细胞分选操作，对于微颗粒或小尺寸目标的分离及其接收都可适用，应用面广，适合普及推广。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，其特征在于，包括：对微小目标进行分离的分选机构、待分选样品芯片、接收传动装置、收集容器以及计算机处理系统，其中：
所述分选机构用于将待分离的目标如单细胞或微颗粒分离出去，包括：成像机构、样品芯片位移台与分选输出口；所述分选机构的分选输出口竖直于所述待分选样品芯片；所述样品芯片位移台为框架中空结构或跳水台结构，并与所述分选输出口垂直设置，用于承载所述待分选样品芯片，并带动所述待分选样品芯片上的待分选目标移动到所述分选输出口的正下方；
所述待分选样品芯片用于承载待分选的目标如颗粒或细胞；
所述收集容器用于收集分选后的颗粒或者细胞；
所述计算机处理系统用于输入分选方案，通过确定的分选方案分选出待分选样品芯片上的待分选目标，并控制所述样品芯片位移台及接收传动装置，高通量、自动化、无污染地完成分选收集作业；
所述接收传动装置包括：三维机械手传动装置或传送带传动装置中的一种；
为了在多次分选收集作业后，收集容器中心仍处于分选输出口正下方，在机械手或传送带上设置有校正用校正传感器；
所述校正传感器的使用方式包括：校正传感器电连接所述计算机处理系统的中断触发输入口；所述计算机处理系统控制所述接收传动装置开机复位校正操作，所述传送带或机械手低速向所述校正传感器正方向位置运行，所述校正传感器一旦被触发，所述计算机处理系统接收到中断触发信号并读出此时位置SXi；重复上述步骤三次，取三次的平均值
Figure FDA0004222551680000021
以此作为校正真值；
分选收集作业时，将校正真值用于计算机处理系统调整所述接收传动装置的参照。
2.根据权利要求1所述的一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，其特征在于，所述收集容器包括：整体结构收集容器与分离结构收集容器。
3.根据权利要求2所述的一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，其特征在于，所述整体结构收集容器包括：96孔板或靶板。
4.根据权利要求2所述的一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，其特征在于，所述分离结构收集容器包括：收集管。
5.根据权利要求1所述的一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，其特征在于，所述分选方案为光成像分选方案。
6.根据权利要求1所述的一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，其特征在于，所述三维机械手传动装置用于整体结构收集容器，包括：机械手、接收托盘以及托盘架；所述计算机处理系统发出收集指令，控制所述机械手抓取所述接收托盘，将接收托盘送至分选输出口的正下方，逐一完成整体结构收集容器的分选收集作业；所述整体结构收集容器安放在所述接收托盘上；所述托盘架用于盛放多组接收托盘；所述整体结构收集容器上孔位的起始位置以及彼此孔位的行、列间距及托盘架第一格的三维坐标和每格间距预先输入至所述计算机处理系统。
7.根据权利要求6所述的一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，其特征在于，所述接收传动装置采用三维机械手传动装置的操作步骤包括：
在所述计算机处理系统中输入所述托盘架第一格的三维坐标(X0,Y0,Z0)与每格间距Zd，用于所述机械手对接收托盘的准确抓取；
在所述接收托盘中放入整体结构收集容器，在计算机处理系统中输入所述整体结构收集容器首个接收孔位的坐标(Xf,Yf,Zf)与行、列间距(ΔXr,ΔYc)与行数m列数n，用于所述机械手调整接收托盘时，精确对准分选接收位置；
将所述待分选样品芯片放入样品芯片位移台，调整所述分选机构，使得所述成像机构采用光成像分选方案在计算机处理系统中形成清晰的样品图像，通过图像形态得到当前视野中的待分选目标的坐标；
所述计算机处理系统控制所述样品芯片位移台，带动待分选样品芯片，使得待分选目标处于所述分选输出口的正下方；
所述计算机处理系统发射指令于机械手，控制机械手夹住接收托盘，将待接收孔位运行至所述分选输出口及待分选样品芯片的正下方，进行分选接收作业；假设当前要接收的孔位是第i行第j列，其中：0<i≤m，0<j≤n；则接收位置X＝Xf+i*ΔXr，Y＝Yf+j*ΔYc；
每个孔位的接收分选目标的个数可以由用户通过计算机处理系统设定，一旦当前接收孔位已经接收到设定个数的目标，则机械手带动接收托盘运行到下一个接收孔位；
当完成分选接收作业后，可由所述机械手带动整体结构收集容器运行到容器架处并放回原位置。
8.根据权利要求1所述的一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，其特征在于，所述传送带传动装置用于分离结构收集容器，包括：电动滚筒、传送带以及固定安装孔位；所述传送带上按照分离结构收集容器的尺寸对应的设置有多组固定安装孔位，分离结构收集容器分别放置在多组所述固定安装孔位中。
9.根据权利要求8所述的一种用于微小尺寸目标分选仪器中的高通量接收系统，其特征在于，所述接收传动装置采用传送带传动装置的操作步骤包括：
在计算机处理系统中输入分离结构收集容器的首个收集位置与间距Xd，设置好所述分离结构收集容器首个接收孔位的坐标(X0)与间距(ΔXd)；
将分离结构收集容器摘去上盖，放入传送带上的固定安装孔位中；
将待分选样品芯片放入样品芯片位移台上，调整所述单细胞分选机构，使得成像机构在计算机处理系统中形成清晰的样品图像；通过图像形态得到当前视野中的待分选目标的坐标；
所述计算机处理系统控制样品芯片位移台，带动待分选样品芯片处于所述分选输出口的正下方；
计算机处理系统计算传送带上分离结构收集容器孔位的接收位置，Xcur＝X0+n*Xd；发射指令于电动滚筒，控制其转动，将待接收孔位运行至所述分选输出口及待分选样品芯片的正下方，进行分选接收作业；
每个孔位的接收分选目标的个数可以由用户通过所述计算机处理系统设定，一旦当前接收孔位已经接收到设定个数的目标，则计算机处理系统控制电动滚筒动作，带动传送带上的分离结构收集容器运行到下一个接收孔位；
当待接收孔位完成分选接收作业后，用户取走已经完成接收的分离结构收集容器，盖好上盖，并将新的分离结构收集容器放入空出来的固定安装孔位上。
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