CN111381614B - 一种原位采集压力微控装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于样本表面分子原位采集的压力微控装置及其运算方法及其使用方法，微控装置，包括：底座，设置于底座上的安装座，安装于安装座上的样本采集器，设置于样本采集器下的支撑底座，设置于支撑底座下并用于称重的压力传感器，设置在步进电机上方的位置传感器，接收经过信号处理电路的压力传感器、位置传感器的信息的核心算法处理模块，接收经过核心算法处理模块处理后信息的驱动电路，连接于驱动电路并固定于安装座上的步进电机，连接于核心算法处理模块的存储模块；本装置配合取样芯片进行样品采集，能够随时进行压力设定和调整，提高样本表面的原位采集过程的稳定性，提高采样的效率和空间分辨率。

Description

一种原位采集压力微控装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及检测设备领域，特别是一种用于样本表面分子原位采集的压力微控装置及其运算方法及其使用方法。

背景技术

组织、皮肤等生物样本表面含有大量的生物学信息，包括代谢物、多肽、蛋白和核酸分子等。此类生物分子的组成和分布能反映人体微环境的健康状况，与疾病的发生发展密切相关。除内源性分子外，当生物样本与外部环境接触时，外源性分子可能留在生物样本表面上。检测皮肤、组织、食品以及环境中的外源性药物、污染物对环境分析、食品安全、临床诊断至关重要。生物、环境样本中的分子的原位提取是分析化学、生物学和病理诊断中非常重要的技术手段。将原位提取到的分子结合质谱技术的高通量检测能应用到药物残留分析、激素分泌分布和疾病诊断中。有效稳定的提取方法和提取装置是保障检测结果稳定性的重要前提。相较于传统的有机溶剂提取法，利用具有吸附性能的材料实现原位萃取和富集可以减少甚至避免有毒有害有机溶剂的使用，且能够加快提取速度和提高提取效率，降低生物信息的损失。

本公司专利CN201910579528.1提出一种具有吸附、萃取功能与原位质谱检测功能的质谱分析芯片，可将原位采样萃取、富集和质谱检测集合在一起，大大简化生物样本表面分析过程。在专利CN201910577241.5中，质谱芯片通过接触取样的方式从组织表面萃取脂质分子，以获得组织表面的脂质分子指纹谱图，不仅能保留空间分布，且具有明显的组织特异性，从而实现快速的肿瘤组织识别和亚型区分功能。

但在以上两项专利中，质谱芯片与组织、皮肤及其他生物样本接触控制通过两种方法实现，一种手动将芯片摁压在生物样本表面保持一段时间，另一种通过商业化的提拉机控制行程，通过目测生物样本变形来决定芯片与生物样本表面的接触时间和压力。两种方式均具有随机性和不可控性。由于组织、皮肤、果蔬等样本均为软表面，不同生物样本有着不同的弹性变形和塑性变形，充分接触的压力和时间有着不同的要求，甚至同一块组织样本因为采集过程中的解冻时间不同也会产生不同的弹性变形和塑性变形，不能形成固定的压力，所以需要一套微控设备能够进行随时进行压力设定和调整，配合取样芯片，以满足生物样本表面的稳定原位采集过程，且提高采样的空间分辨率和效率；本发明解决这样的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于样本表面分子原位采集的微控装置及其运算方法及其使用方法，配合取样芯片进行样品采集，能够随时进行压力设定和调整，提高生物样本表面的原位采集过程的稳定性，提高采样的效率。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，包括：底座，设置于底座上的安装座，安装于安装座上的样本采集器，设置于样本采集器下的支撑底座，设置于支撑底座下的压力传感器，设置在步进电机上方的位置传感器，接收经过信号处理电路的压力传感器、位置传感器的信息的核心算法处理模块，接收经过核心算法处理模块处理后信息的驱动电路，连接于驱动电路并固定于安装座上的步进电机，连接于核心算法处理模块的存储模块。

前述的一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，还包括：连接于核心算法处理模块的流程控制界面；流程控制界面包括：主操作界面，参数设定界面，高级参数设定界面。

前述的一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，样本采集器组成有：主体，设置于主体上的磁铁，用于连接样本采集器的主体和步进电机。

前述的一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，装置支撑底座设置有位置标识。

一种用于样本表面分子原位采集的微控装置的运算方法，包括：以压力设定值、压力采集值、位移测试值构成比例-积分-微分控制器系统判断位置状态；依据条件获取步进电机的速度值，获取读取传感器的频率，获取屏幕显示的刷新频率；分阶段控制步进电机的速度，同时添加位移的值作为区间的依据修正速度；

位置状态包括：未接触样品时，样本采集器持续下降的空行程状态；接触样品第一阶段时，样本采集器缓慢下降的第一负载状态；接触样品第二阶段时，样本采集器微调下降的第二负载状态，接触样品第三阶段时，样本采集器到达指定位置并停止下降的第三负载状态；接触样品第四阶段时，样本采集器处于采集过程，微调上升或下降的第四负载状态；样本采集器上升过程的回程状态；样本采集器到位停止的停止状态。

前述的一种用于样本表面分子原位采集的微控装置的运算方法，包括如下步骤：

步骤一，当压力值为零时，启动程序，行程开始；样本采集器处于空载状态，下降速度为初始设定步进电机速度，速度方程为V0=V11×Kt，其中，V0为当前速度，V11为初设定速度，Kt为用户自由设定系数，V0范围5-50 mm/s；

步骤二，当样本采集器向下碰触支撑底座上的样本，压力传感器接收到压力值，压力值范围为压力设定值90%以内；该阶段中，以压力值与位移值的变化量为微分值添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例微分控制（PD控制）为主，控制下降速度为步进速度，当微分值变化量越大，下降速度减速越快，速度方程为V0=Vi+Vu；Vu=Kp×(Ps-P0) ×Kt+Kd1×(2×P1-P0-P2)+Kd2×(2×S1-S0-S2)；其中，Ki、Kp、Kd1、Kd2为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，P1为上一次压力取样值，P2为上两次压力取样值，S0为本次位移取样值，S1为上一次位移取样值，S2为上两次位移取样值，Vu为控制量的增量，V0为当前速度，Vi为未增量前的速度；

步骤三，当样本采集器继续向下运动，压力值到达压力设定值±10%以内，以设定压力与实际压力值的变化量添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例积分控制为主，保证缓慢进入设定压力，速度方程为V0=Vi+Vu；Vu=Ki×(Ps-P0)×Kt+Kp×(P1-P0)；其中，Ki、Kp、Kd为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的值，P0为本次取样值，P1为上一次取样值，P2为上上次取样值，Vi为控制量的增量；

步骤四，当压力到达设定值±5%以内，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例控制为主，以保证采集阶段的压力保持一致。速度方程为V0=Kp×(Ps-P0)×Kt，运行时间为T；其中，Kp为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，V0为当前速度，T为运行时间，取值范围5-50 ms；

步骤五，当压力到达设定值±2%以内，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例控制（P控制）为主；本阶段以微调为主，主要调整样本的塑性变形引起的压力变化，以实现采集过程中的上升下降的微调；速度方程为V0=Kp×(Ps-P0)×Kt，其中，Kp为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，V0为当前速度，运行时间为T，一般取值2-10 ms；

步骤六，按照设定的时间完成采集，以设定恒定速度回升，直至原始位置，恒定上升速度为V0=V12×Kt，V0为当前速度，V12为初设定速度，Kt为用户自由设定系数，V0一般设定5-50 mm/s。

一种用于样本表面分子原位采集的微控装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，将样本采集器通过磁力固定在安装座上，自动数值固定；

步骤二，设定压力微控装置的压力值和压力稳定后的时间值，组织的压力范围值是1-20 g；皮肤的压力范围值为5-50 g；食品及环境样本的压力范围值为20-100 g；

步骤三，设定压力微控装置在下降阶段的四个下降速度，包括空载下降速度、接触后下降速度、微调速度和精调速度，其用户自由设定系数Kt值分别为0-5，5-100，50-250，100-350，可适用于组织、皮肤、食品及环境样本的稳定接触取样。

本发明的有益之处在于：

本发明的压力微控装置，能够设定采样装置与组织、皮肤、食品及环境样本接触时所需的压力和接触时间，实现可控式的接触采样；

本发明的运算方法能够针对采样过程中不同的位置调整不同的采样速度，提高采集效率和空间分辨率，提高测量精确度；

本发明的装置针对不同种类和性质的样本，可进行不同的参数配置，大大提高了采集便捷性和适用性；可以适用于组织、皮肤、食品及环境样本中生物分子的原位萃取和富集、接触样本表面生物信息采集；适用于药物残留分析、激素分泌分布和疾病诊断等；

样本采集器通过磁性连接装置，这样的设计可以方便快速的拆装，提高工作效率；

固定压力值情况下，单个样本采集到的分子信息较为稳定，谱图变异系数控制在15%以内。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的结构示意图；

图2是本发明样本采集器的一种实施例的示意图；

图3是本发明电路模块的一种实施例的结构示意图；

图4是本发明流程控制界面的一种实施例的示意图；

图5是本发明微控装置算法控制下的整机流程示意图；

图6是本发明验证实验中小鼠肾脏的经微控装置进行自动表面采样时采集的负离子模式下的质谱图，横坐标为质荷比（m/z），无单位，纵坐标为峰强度，无单位；

图7是本发明验证实验中连续3片取样芯片匹配压力微控装置进行自动表面采样时采集的小鼠肾脏负离子模式下的质谱图，横坐标为质荷比（m/z），无单位，纵坐标为峰强度，无单位。

图8是本发明验证实验中喷洒有农药的香蕉表面经微控装置进行自动表面采样时采集的正离子模式下的质谱图，横坐标为质荷比（m/z），无单位，纵坐标为峰强度，无单位；

图中附图标记的含义：

1 底座，2 压力传感器，3 步进电机，4 核心处理模块，5 支撑底座，6 安装座，7样本采集器，701 主体，702 磁铁，703 取样芯片接触部分，8 位置传感器。

实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示，一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，包括：底座，设置于底座上的安装座，安装于安装座上的样本采集器，设置于样本采集器下的支撑底座，设置于支撑底座下压力传感器，设置在步进电机上方的位置传感器8，接收经过信号处理电路的压力传感器、位置传感器的信息的核心算法处理模块，接收经过核心算法处理模块处理后信息的驱动电路，连接于驱动电路并固定于安装座上的步进电机，连接于核心算法处理模块的存储模块。作为一种优选，位置传感器为光电编码器，指标为1024刻度。

如图2所示，样本采集器组成有：主体，设置于主体上的磁铁，磁铁形成于主体正下方。磁铁为圆形带孔强磁吸铁石钕铁硼；磁铁与主体通过螺纹连接。磁铁的设计方便快速的拆卸和装配，以提高工作效率。采集装置固定材料基底、生物样本表面分子采集、取样芯片清洗过程可在2.5 min中内完成，其中生物样本表面分子采集的时间为30-60 s，取样芯片清洗过程时间5-30 s。需要说明的是：取样芯片为具备生物分子吸附性能的芯片，其结构的一种请参考本司之前的专利：CN201910579528.1，CN201910577241.5。

为了提高样本位置的准确，装置支撑底座标有位置标识，以明显的刻度标识提高样本采集工作的位置准确性。

如图3所示，控制模块的组成有：压力传感器、信号处理电路、步进电机、驱动电路、位置传感器、信号处理电路、核心算法处理模块、显示模块、通讯模块、存储模块等。

如图4所示，一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，还包括：连接于核心算法处理模块的流程控制界面；流程控制界面包括：主操作界面，参数设定界面，高级参数设定界面。主操作界面包括：实际压力值，保持时间值，压力设定值，保持时间设定值，自动运行按钮，停止按钮，手动上升，手动下降，参数设置。参数设定界面包括：设定的参数名称，设定的参数数值，输入数字，保存参数，直接退出。高级参数设定界面包括：空降下降速度，接触后下降速度，微调速度，精调速度，默认参数，设定参数，退出界面。

如图5所示为整机流程示意图。

以压力设定值、压力采集值、位移测试值构成比例-积分-微分控制器系统判断位置状态；依据条件获取步进电机的速度值，获取读取传感器的频率，获取屏幕显示的刷新频率；分阶段控制步进电机的速度，同时添加位移的值作为区间的依据修正速度；

位置状态包括：未接触样品时，样本采集器持续下降的空行程状态；接触样品第一阶段时，样本采集器缓慢下降的第一负载状态；接触样品第二阶段时，样本采集器微调下降的第二负载状态，接触样品第三阶段时，样本采集器到达指定位置并停止下降的第三负载状态；接触样品第四阶段时，样本采集器处于采集过程，微调上升或下降的第四负载状态；样本采集器上升过程的回程状态；样本采集器到位停止的停止状态。

具体包括如下步骤：

步骤一，当压力值为零时，启动程序，行程开始；样本采集器处于空载状态，下降速度为初始设定步进电机速度，速度方程为V0=V11×Kt，其中V0为当前速度，V11为初设定速度，Kt为用户自由设定系数，V0范围5-50 mm/s。

步骤二，当样本采集器向下碰触支撑底座上的样本，压力传感器接收到压力值，但压力值范围为压力设定值90%以内。该阶段中，以压力值与位移值的变化量为微分值添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例微分控制（PD控制）为主，控制下降速度为步进速度，当微分值变化量越大，下降速度减速越快，速度方程为V0=Vi+Vu；Vu=Kp×(Ps-P0) ×Kt+Kd1×(2×P1-P0-P2)+Kd2×(2×S1-S0-S2)。其中，Ki、Kp、Kd1、Kd2为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，P1为上一次压力取样值，P2为上上次压力取样值，S0为本次位移取样值，S1为上一次位移取样值，S2为上两次位移取样值，Vu为控制量的增量，V0为当前速度，Vi为未增量前的速度。

步骤三，当样本采集器继续向下运动，压力值到达压力设定值±10%以内，以设定压力与实际压力值的变化量添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例积分控制（PI控制）为主，保证缓慢进入设定压力，速度方程为V0=Vi+Vu；Vu=Ki×(Ps-P0)×Kt+Kp×(P1-P0)。其中，Ki、Kp、Kd为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的值，P0为本次取样值，P1为上一次取样值，P2为上两次取样值，Vi为控制量的增量。

步骤四，当压力到达设定值±5%以内，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例控制（P控制）为主，以保证采集阶段的压力保持一致。速度方程为V0=Kp×(Ps-P0)×Kt，运行时间为T。其中，Kp为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，V0为当前速度，T为运行时间，取值范围5-50 ms。

步骤五，当压力到达设定值±2%以内，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例控制（P控制）为主。本阶段以微调为主，主要调整样本的塑性变形引起的压力变化，以实现采集过程中的上升下降的微调。速度方程为V0=Kp×(Ps-P0)×Kt，运行时间为T。其中，Kp为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值， P0为本次压力取样值，V0为当前速度，T为运行时间，一般取值2-10 ms。

步骤六，按照设定的时间完成采集，以设定恒定速度回升，直至原始位置，恒定上升速度为V0=V12×Kt，V0为当前速度，V12为初设定速度，Kt为用户自由设定系数，V0一般设定5-50 mm/s。

一种用于样本表面分子原位采集的微控装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤一，将生物样本按照装置支撑底座上标识的中心点位置水平放置；

步骤二，将压力微控装置上的样本采集装置配件从压力微控装置上卸下，取样芯片接触部位粘贴一层薄导电胶，取样芯片背面朝上放置在清洁无尘布上，粘贴有导电胶的样本采集装置配件轻碰取样芯片的背面，将其固定在样本采集装置头上；

步骤三，将样本采集装置配件的磁性部分9靠近压力微控装置的原始位置，凭借磁力，下端固定有取样芯片的采集装置配件可自动数值固定；

步骤四，设定压力微控装置的压力值和压力稳定后的时间值，组织的压力范围值是1-20 g；皮肤的压力范围值为5-50 g；食品及环境样本的压力范围值为20-100 g；

步骤五，设定压力微控装置在下降阶段的四个下降速度，包括空载下降速度、接触后下降速度、微调速度和精调速度，其用户自由设定系数Kt值分别为0-5，5-100，50-250，100-350，其中默认值分别为3，20，100，350，可适用于肾、肝、肺组织的稳定接触取样。

实验验证部分1：以采集小鼠肾脏组织表面的内源性分子实验验证本装置的精确度。

在流程控制界面上的主操作界面将设备的压力设定为8 g，保持时间设定值为30s，进入高级参数设定界面，将接触后下降速度、微调速度和精调速度的用户自由设定系数分别设置为3，20，100，350。则启动自动运行按钮后，样本采集器按照PID控制系统分阶段性下降。

第一阶段，压力传感器未接收到压力值时，空载速度的速度V0=10 mm/s。

第二阶段，当样本采集器向下碰触支撑底座上的样本，压力传感器接收到压力值，但压力值范围为压力设定值90%以内。该阶段中，以压力值与位移值的变化量为微分值添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例微分控制（PD控制）为主。控制下降速度为步进速度，当微分值变化量越大，下降速度减速越快，速度方程为V0=Vi+Vu；Vu=Kp×(Ps-P0) ×Kt+Kd1×(2×P1-P0-P2)+Kd2×(2×S1-S0-S2)。其中，Ki、Kp、Kd1、Kd2为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，其值等于20，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，P1为上一次压力取样值，P2为上两次压力取样值，S0为本次位移取样值，S1为上一次位移取样值，S2为上两次位移取样值，Vu为控制量的增量，V0为当前速度，Vi为未增量前的速度。

第三阶段，当样本采集器继续向下运动，压力值到达压力设定值±10%以内，以设定压力与实际压力值的变化量添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例积分控制（PI控制）为主，保证缓慢进入设定压力，速度方程为V0=Vi+Vu；Vu=Ki×(Ps-P0)×Kt+Kp×(P1-P0)。其中，Ki、Kp、Kd为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的值，P0为本次取样值，P1为上一次取样值，P2为上两次取样值，Vi为控制量的增量。

第四阶段，当压力到达设定值±5%以内，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例控制（P控制）为主，以保证采集阶段的压力保持一致。速度方程为V0=Kp×(Ps-P0)×Kt，运行时间为T。其中，Kp为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，V0为当前速度，T为运行时间，取值为10 ms。

第五阶段，当压力到达设定值±2%以内，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例控制（P控制）为主。本阶段以微调为主，主要调整样本的塑性变形引起的压力变化，以实现采集过程中的上升下降的微调，速度方程为V0=Kp×(Ps-P0)×Kt，运行时间为T。其中，Kp为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，V0为当前速度，T为运行时间，取值4 ms。

最后，按照设定的时间完成采集，以设定恒定速度回升，直至原始位置，恒定上升速度为V0=V12×Kt，V0为当前速度，V12为初设定速度，Kt为用户自由设定系数，V0设定为15mm/s。

其代表性谱图如附图6所示；用连续3片不同芯片对同一块小鼠肾脏组织表面进行接触取样时，其连续三张谱图如附图7所示。计算其信噪比>5的所有峰的归一化强度，变异系数均小于15%。

实验验证部分2：以采集香蕉果壳表面的外源性生物分子实验验证本装置的功能。

将香蕉果皮洗净擦干，用1 mg/mL噻苯咪唑溶液喷洒于香蕉果皮表面，待其自然干燥；

将香蕉果皮裁剪后置于支撑底座上；

按上述一种微控装置的使用方法启动表面采样过程，其中在流程控制界面上的主操作界面将设备的压力设定为20 g，保持时间设定值为30 s，接触后下降速度、微调速度和精调速度的用户自由设定系数分别设置为3，20，100，200。启动自动运行按钮后，样本采集器按照PID控制系统分阶段性下降。

获得的香蕉表面的噻苯咪唑代表性谱图如附图8所示。

本发明的压力微控装置，能够设定采样装置与组织、皮肤、食品及环境样本接触时所需的压力和接触时间，实现可控式的接触采样；本发明的运算方法能够针对采样过程中不同的位置采用不同的调整速度，提高采集效率和测量精确度；本发明的装置针对不同种类和性质的样本，可进行不同的参数配置，大大提高了采集便捷性和适用性；样本采集器通过磁性连接装置，这样的设计可以方便快速的拆装，提高工作效率；固定压力值情况下，单个样本表面采集到的分子信息较为稳定，谱图变异系数控制在15%以内。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，其特征在于，包括：底座、设置于所述底座上的安装座、安装于安装座上的样本采集器、设置于所述样本采集器下的支撑底座、以及

压力传感器，设置于所述支撑底座下，用于在样本采集器碰触支撑底座上的样本后，接收压力值；

位置传感器，设置在步进电机上方，用于判断位置状态；

核心算法处理器，用于接收经过信号处理电路的压力传感器信息和位置传感器信息，以压力设定值、压力采集值、位移测试值构成比例-积分-微分控制器系统判断位置状态；依据条件获取步进电机的速度值，获取读取传感器的频率，获取屏幕显示的刷新频率；分阶段控制步进电机的速度，同时添加位移的值作为区间的依据修正速度；

驱动电路，用于接收经过核心算法处理模块处理后的信息；

步进电机，与驱动电路连接并固定于安装座；

存储模块，与核心算法处理模块连接；

其中，所述位置状态包括：未接触样品时，样本采集器持续下降的空行程状态；接触样品第一阶段时，样本采集器缓慢下降的第一负载状态，以压力值与位移值的变化量为微分值添入PID系统；接触样品第二阶段时，样本采集器微调下降的第二负载状态，以设定压力与实际压力值的变化量添入PID系统；接触样品第三阶段时，样本采集器到达指定位置并停止下降的第三负载状态，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统；接触样品第四阶段时，样本采集器处于采集过程，微调上升或下降的第四负载状态，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统；样本采集器上升过程的回程状态；样本采集器到位停止的停止状态；

其中，接触样品第一阶段中，微控装置的下降速度以比例微分控制为主，控制下降速度为步进速度，当微分值变化量越大，下降速度减速越快，速度方程为V0=Vi+Vu；Vu=Kp×(Ps-P0) ×Kt+Kd1×(2×P1-P0-P2)+Kd2×(2×S1-S0-S2)；其中，Ki、Kp、Kd1、Kd2为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，P1为上一次压力取样值，P2为上两次压力取样值，S0为本次位移取样值，S1为上一次位移取样值，S2为上两次位移取样值，Vu为控制量的增量，V0为当前速度，Vi为未增量前的速度。

2.根据权利要求1所述的一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，其特征在于，还包括：连接于所述核心算法处理模块的流程控制界面；所述流程控制界面包括：主操作界面，参数设定界面，高级参数设定界面。

3.根据权利要求1所述的一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，其特征在于，所述样本采集器组成有：主体，设置于主体上的磁铁，用于连接样本采集器的主体和步进电机。

4.根据权利要求1所述的一种用于样本表面分子原位采集的微控装置，其特征在于，所述支撑底座设置有位置标识。

5.一种用于样本表面分子原位采集的微控装置的控制方法，其特征在于，包括：以压力设定值、压力采集值、位移测试值构成比例-积分-微分控制器系统判断位置状态；依据条件获取步进电机的速度值，获取读取传感器的频率，获取屏幕显示的刷新频率；分阶段控制步进电机的速度，同时添加位移的值作为区间的依据修正速度；

其中，所述位置状态包括：未接触样品时，样本采集器持续下降的空行程状态；接触样品第一阶段时，样本采集器缓慢下降的第一负载状态，以压力值与位移值的变化量为微分值添入PID系统；接触样品第二阶段时，样本采集器微调下降的第二负载状态，以设定压力与实际压力值的变化量添入PID系统；接触样品第三阶段时，样本采集器到达指定位置并停止下降的第三负载状态，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统；接触样品第四阶段时，样本采集器处于采集过程，微调上升或下降的第四负载状态，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统；样本采集器上升过程的回程状态；样本采集器到位停止的停止状态；

其中，接触样品第一阶段中，微控装置的下降速度以比例微分控制为主，控制下降速度为步进速度，当微分值变化量越大，下降速度减速越快，速度方程为V0=Vi+Vu；Vu=Kp×(Ps-P0) ×Kt+Kd1×(2×P1-P0-P2)+Kd2×(2×S1-S0-S2)；其中，Ki、Kp、Kd1、Kd2为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，P1为上一次压力取样值，P2为上两次压力取样值，S0为本次位移取样值，S1为上一次位移取样值，S2为上两次位移取样值，Vu为控制量的增量，V0为当前速度，Vi为未增量前的速度。

6.根据权利要求5所述的一种用于样本表面分子原位采集的微控装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，当压力值为零时，启动程序，行程开始；样本采集器处于空载状态，下降速度为初始设定步进电机速度，速度方程为V0=V11×Kt，其中，V0为当前速度，V11为初设定速度，Kt为用户自由设定系数，V0范围5-50 mm/s；

步骤二，当样本采集器向下碰触支撑底座上的样本，压力传感器接收到压力值，压力值范围为压力设定值90%以内；

步骤三，当样本采集器继续向下运动，压力值到达压力设定值±10%以内，以设定压力与实际压力值的变化量添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例积分控制为主，保证缓慢进入设定压力，速度方程为V0=Vi+Vu；Vu=Ki×(Ps-P0)×Kt+Kp×(P1-P0)；其中，Ki、Kp、Kd为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的值，P0为本次取样值，P1为上一次取样值，P2为上上次取样值，Vi为控制量的增量；

步骤四，当压力到达设定值±5%以内，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例控制为主，以保证采集阶段的压力保持一致；速度方程为V0=Kp×(Ps-P0)×Kt，运行时间为T；其中，Kp为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，V0为当前速度，T为运行时间，取值范围5-50 ms；

步骤五，当压力到达设定值±2%以内，以实际压力值的变化量为比例添入PID系统，此时微控装置的下降速度以比例控制为主；本阶段以微调为主，主要调整样本的塑性变形引起的压力变化，以实现采集过程中的上升下降的微调；速度方程为V0=Kp×(Ps-P0)×Kt，其中，Kp为系统设定的PID参数，Kt为用户自由设定系数，Ps为设定的压力值，P0为本次压力取样值，V0为当前速度，运行时间为T，一般取值2-10 ms；

步骤六，按照设定的时间完成采集，以设定恒定速度回升，直至原始位置，恒定上升速度为V0=V12×Kt，V0为当前速度，V12为初设定速度，Kt为用户自由设定系数，V0一般设定5-50 mm/s。

7.一种用于权利要求1所述样本表面分子原位采集的微控装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，将样本采集器通过磁力固定在安装座上，自动数值固定；

步骤二，设定压力微控装置的压力值和压力稳定后的时间值，组织的压力范围值是1-20 g；皮肤的压力范围值为5-50 g；食品及环境样本的压力范围值为20-100 g；

步骤三，设定压力微控装置在下降阶段的四个下降速度，包括空载下降速度、接触后下降速度、微调速度和精调速度，其用户自由设定系数Kt值分别为0-5，5-100，50-250，100-350，可适用于组织、皮肤、食品及环境样本的稳定接触取样。