CN112082841A - 树脂包埋装置及自动配液方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及样品制备技术领域，公开了一种树脂包埋装置，包括冰柜和操作台；所述冰柜内设置有多个树脂包埋仪；所述操作台内设置有上位机、电气控制箱和废液瓶；所述树脂包埋仪包括箱体；所述箱体上设置有拉手；所述箱体内设置有多个蠕动泵和溶液瓶；所述多个蠕动泵和溶液瓶之间通过多节输液管道连接；所述箱体内还设置有样品瓶；所述操作台还包括供电插座、断电保护断路器和外接电源插座；所述溶液瓶包括水溶液瓶、水/乙醇混合溶液瓶、乙醇/树脂混合溶液瓶、树脂溶液瓶、PBS溶液瓶和乙醇溶液瓶。
Description
技术领域
本发明涉及样品制备技术，特别涉及一种树脂包埋装置及自动配液方法。
背景技术
fMOST技术的发展以及荧光标记技术的发展促进了全脑范围内神经回路的重建，因此荧光标记技术将是脑研究中非常重要的研究手段。所以，在样品处理过程中，必须保证每一步骤的实验条件均不会造成鼠脑中荧光的淬灭，以满足对荧光样品进行三维高分辨成像的需求。众所周知，新鲜的生物组织是非常软的，不能满足精密切削的要求。但由于该系统采用的是宽场成像，样品表面微米级别的起伏就会导致图像离焦而模糊不清。为了实现微米甚至更高分辨率成像，要求生物样品必须达到一定硬度从而赋予其微米或亚微米厚度切片的能力。由于成像系统需要对样品进行连续的超薄切削，样品制备环节必须保证成像样品的稳定性。能够保证样品从开始切片到切片停止过程中，始终保持相同的硬度与切削性能。
为了保证样品的切片性能，将生物样品包埋在某种介质中是常用的手段。树脂包埋常用于电镜样品的制备，具备很好的连续超薄切削能力,而且树脂样品能够保证长时间稳定的高性能切片。在此基础上，我们实验室发展了一系列树脂包埋样品的技术。由于小鼠全脑样品的体积较大，对于全脑样品常常需要很长的时间才能完成整个样品的制备。整个制备过程包括对小鼠全脑进行取样，然后通过多聚甲醛溶液进行浸泡固定，使用PBS溶液对样品进行多次漂洗，再通过梯度的乙醇溶液对样品进行梯度的脱水，然后使用树脂工作液对样品进行梯度的充分渗透。最终，在将渗透完成的样品中加入醋酸，对荧光进行淬灭处理。
目前样品制备实现过程主要靠实验人员定时定量的手工操作，进行溶液配液、定时浸泡样品、换液等工序来完成样品的制备。
由于持续的时间较长且操作繁琐，实验员很难保证每个样品制备过程中溶液配比浓度的精度、浸泡时间的准确度以及实验环境等制备条件的统一性，而样品制备条件的差别就有可能导致样品成像质量的差别，并且这对实验研究的过程中变量控制的环节造成很大影响，从而进一步影响实验的真实性与有效性。另外，制备过程中持续间断式的操作会耗费很大的人力物力，这也极大地降低了科研人员的整体实验研究效率。
发明内容
本发明提供了树脂包埋装置及自动配液方法，通过上位机软件、电路控制系统、冰柜，集成控制多台包埋仪设备，实现PBS溶液、水/乙醇混合液、乙醇/树脂混合液自动配液、换液的流程。使用者可自定义设定溶液容量、控制。溶液配比精度控制在±5％以内，溶液抽取量最小单位为1ml，时间单位精确到1s。
本发明的工作原理：一种树脂包埋装置，包括冰柜和操作台；所述冰柜内设置有多个树脂包埋仪；所述操作台内设置有上位机、电气控制箱和废液瓶；所述树脂包埋仪包括箱体；所述箱体上设置有拉手；所述箱体内设置有多个蠕动泵和溶液瓶；所述多个蠕动泵和溶液瓶之间通过多节输液管道连接；所述箱体内还设置有样品瓶。
所述操作台还包括供电插座、断电保护断路器和外接电源插座。
所述溶液瓶包括水溶液瓶、水/乙醇混合溶液瓶、乙醇/树脂混合溶液瓶、树脂溶液瓶、PBS溶液瓶和乙醇溶液瓶。
一种自动配液和自动换液方法，包括以下步骤：
S1：通过操作台3设定溶液量为m，溶液浓度为p，浸泡时间为T；
S2：m剂量的PBS送液到样品瓶中，等待浸泡T时间，将样品瓶中的溶液排出；
S3：m剂量p浓度的水/乙醇混合送液到样品瓶中，等待浸泡T时间，将样品瓶中的溶液排出；
S4：m剂量p浓度的乙醇/树脂混合送液到样品瓶中，等待浸泡T时间，将样品瓶中的溶液排出。
所述S3中，蠕动泵分别从水溶液瓶和乙醇溶液瓶中抽取水和乙醇至水/乙醇混合溶液瓶中制得水/乙醇混合液。
所述S3中的水/乙醇混合液中乙醇量占比为p。
所述S4中，蠕动泵分别从树脂溶液瓶和乙醇溶液瓶中抽取树脂和乙醇至乙醇/树脂混合溶液瓶中制得乙醇/树脂混合液。
所述S4中的乙醇/树脂混合液树脂占比为p。
本发明的有益效果为：本发明实现从样品漂洗、脱水到渗透过程的自动化；提高溶液梯度混合浓度的精度，减小送液、换液过程中试剂误差量；保证制备环境的稳定性；减少样品在配液、换液制备过程中受到环境、外力等不可控因素影响；提高样品制备的一致性、简化样品制备流程，提高科研效率与样品制备成功率。
附图说明
图1为树脂包埋装置结构示意图；
图2为树脂包埋仪结构示意图；
图3为管道连接示意图；
图4为配换液流程示意图。
图中标记为：100、冰柜；200、树脂包埋仪；201、水溶液瓶；202、水/乙醇混合溶液瓶；203、乙醇/树脂混合溶液瓶；204、树脂溶液瓶；205、PBS溶液瓶；206、乙醇溶液瓶；207、样品瓶；210、箱体；211、拉手；300、操作台。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
如图1只图4所示，一种树脂包埋装置，包括冰柜100和操作台300；所述冰柜100内设置有多个树脂包埋仪200；所述操作台300内设置有上位机、电气控制箱和废液瓶；所述树脂包埋仪200包括箱体210；所述箱体210上设置有拉手211；所述箱体210内设置有多个蠕动泵和溶液瓶；所述多个蠕动泵和溶液瓶之间通过多节输液管道连接；所述箱体210内还设置有样品瓶207。树脂包埋仪200通过安装架和导轨固定在冰柜100内，树脂包埋仪200与电气控制箱之间通过导线连接。
在上述基础上，所述操作台300还包括供电插座、断电保护断路器和外接电源插座；所述溶液瓶包括水溶液瓶201、水/乙醇混合溶液瓶202、乙醇/树脂混合溶液瓶203、树脂溶液瓶204、PBS溶液瓶205和乙醇溶液瓶206。
多个蠕动泵和溶液瓶之间的管道可保证所有溶液均可按一定比例抽取至样品瓶207中，具体包括以下管道：
管道1：一端接至水溶液瓶201瓶底，另一端接至蠕动泵1进液端；
管道2：一端接至乙醇溶液瓶206瓶底，另一端接至蠕动泵8进液端；
管道3：一端接至水/乙醇混合溶液瓶202进瓶口，另一端通过2分接头连接蠕动泵1和蠕动泵8的出液端；
管道4：一端接至水/乙醇混合溶液瓶202瓶底，另一端接至蠕动泵3进液端；
管道5：一端接至PBS溶液瓶205瓶底，另一端接至蠕动泵4进液端；
管道6：一端接至样品瓶207进瓶口，另一端通过2分接头连接蠕动泵3和蠕动泵4的出液端；
管道7：一端接至树脂溶液瓶204瓶底，另一端接至蠕动泵5进液端；
管道8：一端接至乙醇溶液瓶206瓶底，另一端接至蠕动泵2进液端；
管道9：一端接至乙醇/树脂混合溶液瓶203进瓶口，另一端通过2分接头连接蠕动泵5和蠕动泵2的出液端；
管道10：一端接至乙醇/树脂混合溶液瓶203瓶底，另一端接至蠕动泵6进液端；
管道11：一端接至样品瓶207进瓶口，另一端接至蠕动泵6的出液端；
管道12：一端接至样品瓶207底部的出液口，另一端接至蠕动泵7的进液端；
管道13：一端接至废液瓶进瓶口，另一端接至蠕动泵7的出液端；
管道14：通过2分接头分别连接到溶液瓶、混合瓶、样品瓶207和废液瓶的进瓶口，防止瓶内压强不同，影响抽液量的精度。
一种自动配液和自动换液方法，包括以下步骤：
S1：通过操作台300设定溶液量为m，溶液浓度为p，浸泡时间为T；
S2：m剂量的PBS送液到样品瓶207中，等待浸泡T时间，将样品瓶207中的溶液排出；
S3：m剂量p浓度的水/乙醇混合送液到样品瓶207中，等待浸泡T时间，将样品瓶207中的溶液排出；
S4：m剂量p浓度的乙醇/树脂混合送液到样品瓶207中，等待浸泡T时间，将样品瓶207中的溶液排出。
所述S3中，蠕动泵分别从水溶液瓶201和乙醇溶液瓶206中抽取水和乙醇至水/乙醇混合溶液瓶202中制得水/乙醇混合液。
所述S3中的水/乙醇混合液中乙醇量占比为p。
所述S4中，蠕动泵分别从树脂溶液瓶204和乙醇溶液瓶206中抽取树脂和乙醇至乙醇/树脂混合溶液瓶203中制得乙醇/树脂混合液。
所述S4中的乙醇/树脂混合液树脂占比为p。
本发明需要实现对溶液的定量抽取，利用蠕动泵转动带动管道挤压实现抽取液体，蠕动泵转速恒定，通过控制蠕动泵的电源供电时间来控制蠕动泵的抽液量。
考虑到发明的实用性与可操作性，储液瓶、配液瓶与样品瓶等主要容器需要考虑合适的工程结构设计及耐腐蚀材质，以实现操作的便捷性、仪器本身的密封性与存储溶液的安全性。为了提高本发明的实用性与可操作性，实现精确的溶液配比，发明的结构需要设计为直接抽取液体的方式，即控制器直接控制蠕动泵将溶液从储液罐抽取到配液罐中，这样才能够很好的保证抽液的精度，进而保证液体配比的精度。
本发明在电气控制部分主要实现包括读取用户设定的参数，工作计时、定时配液换液功能。为了实现这些功能，控制方案采用了STM32F103系列的MCU作为主控制器，该控制器内部资源丰富、包含标准和先进的通信接口和多个输出点，强大的功能足以满足配液与换液仪器的各种控制需求。使用ARM公司的Keil软件为开发平台，对主控制器的控制过程进行程序编写，结合Windows系统开发操作软件，实验人员可通过输入需要的参数，实现自动配液到换液的流程。
编写主控制器程序定义芯片输出端口对应每一个蠕动泵，实现从溶液瓶到配液瓶、溶液瓶到样品瓶、配液瓶到样品瓶以及样品瓶到废液瓶等四种抽液方式。通过控制对应蠕动泵工作时间实现定量配液、换液。
主控制器程序定义输出端口对应泵供电电源：
主控制器PB9：泵1(水→水/乙醇混合)；
主控制器PB7：泵2(乙醇→乙醇/树脂混合)；
主控制器PB5：泵3(水/乙醇混合→样品瓶)；
主控制器PB3：泵4(PBS→样品瓶)；
主控制器PC12：泵5(树脂→乙醇/树脂混合)；
主控制器PC10：泵6(乙醇/树脂混合→样品瓶)；
主控制器PA12：泵7(样品瓶→废液瓶)；
主控制器PC3：泵8(乙醇→水/乙醇混合)；
蠕动泵恒定转速，抽取1ml溶液需要的时间为t0，如要抽取m单位的溶液量，则泵要工作的时间为m*t0。
1.实现PBS配液、换液，溶液量m，浸泡时间T：
a.芯片PB3端口输出，泵4供电转动，开始将PBS溶液抽取配送到样品瓶中；
b.m*t0时间过后，PBS配液到样品瓶中的容量为m,PB3端口停止输出、泵4供电停止、停止抽液；
c.等待时间T，PBS在样品瓶中浸泡T时间；
d.浸泡时间到，芯片PA12端口输出，泵7供电转动，将样品瓶中的溶液抽到废液瓶中，抽液量同配液量；
e.m*t0时间过后,PA12端口停止输出、泵7供电停止、停止抽液。
2.实现水/乙醇混合配液、换液，溶液量m，浓度p，浸泡时间T：
乙醇需要的溶液量m1＝p*m；
水需要的溶液量m2＝m-m1＝m-p*m。
a.芯片PB9端口输出，泵1供电转动，开始将水溶液抽取配送到水/乙醇混合瓶中；
b.m2*t0时间过后，水配液到水/乙醇混合瓶中的容量为m2,PB9端口停止输出、泵1供电停止、停止抽液；
c.芯片PC3端口输出，泵8供电转动，开始将乙醇溶液抽取配送到水/乙醇混合瓶中；
d.m1*t0时间过后，水配液到水/乙醇混合瓶中的容量为m1,PB9端口停止输出、泵8供电停止、停止抽液；
e.芯片PB5端口输出，泵3供电转动，开始将水/乙醇混合抽取配送到样品瓶瓶中；
f.m*t0时间过后，水/乙醇混合配液到样品瓶中的容量为m,PB5端口停止输出、泵3供电停止、停止抽液；
g.等待时间T，水/乙醇混合在样品瓶中浸泡T时间；
h.浸泡时间到，芯片PA12端口输出，泵7供电转动，将样品瓶中的溶液抽到废液瓶中，抽液量同配液量；
i.m*t0时间过后,PA12端口停止输出、泵7供电停止、停止抽液。
3.实现乙醇/树脂混合配液、换液，溶液量m，浓度p，浸泡时间T：
树脂需要的溶液量m1＝p*m；
乙醇需要的溶液量m2＝m-m1＝m-p*m。
a.芯片PB7端口输出，泵2供电转动，开始将水溶液抽取配送到水/乙醇混合瓶中；
b.m2*t0时间过后，水配液到水/乙醇混合瓶中的容量为m2,PB7端口停止输出、泵2供电停止、停止抽液；
c.芯片PC12端口输出，泵5供电转动，开始将乙醇溶液抽取配送到水/乙醇混合瓶中；
d.m1*t0时间过后，水配液到水/乙醇混合瓶中的容量为m1,PC12端口停止输出、泵5供电停止、停止抽液；
e.芯片PC10端口输出，泵6供电转动，开始将水/乙醇混合抽取配送到样品瓶瓶中；
f.m*t0时间过后，水/乙醇混合配液到样品瓶中的容量为m,PC10端口停止输出、泵6供电停止、停止抽液；
g.等待时间T，水/乙醇混合在样品瓶中浸泡T时间；
h.浸泡时间到，芯片PA12端口输出，泵7供电转动，将样品瓶中的溶液抽到废液瓶中，抽液量同配液量；
i.m*t0时间过后,PA12端口停止输出、泵7供电停止、停止抽液。
考虑到管道内溶液的损耗误差，为提高抽液精度，主控制器程序设定预处理功能，控制蠕动泵供电工作，对每条送液管道补偿m0容量的溶液。
上位机软件通过串口数据通讯与主控制器连接，通过在上位机软件上操作输入需要控制的溶液类型、配液的溶液量、浓度(单一PBS溶液时程序默认浓度为100％)以及浸泡时间等参数，实现芯片端口输出和停止控制。
上述实施例不应以任何方式限制本发明，凡采用等同替换或等效转换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种树脂包埋装置，其特征在于：包括冰柜(100)和操作台(300)；所述冰柜(100)内设置有多个树脂包埋仪(200)；所述操作台(300)内设置有上位机、电气控制箱和废液瓶；所述树脂包埋仪(200)包括箱体(210)；所述箱体(210)上设置有拉手(211)；所述箱体(210)内设置有多个蠕动泵和溶液瓶；所述多个蠕动泵和溶液瓶之间通过多节输液管道连接；所述箱体(210)内还设置有样品瓶(207)。
2.根据权利要求1所述的一种树脂包埋装置，其特征在于：所述操作台(300)还包括供电插座、断电保护断路器和外接电源插座。
3.根据权利要求1所述的一种树脂包埋装置，其特征在于：所述溶液瓶包括水溶液瓶(201)、水/乙醇混合溶液瓶(202)、乙醇/树脂混合溶液瓶(203)、树脂溶液瓶(204)、PBS溶液瓶(205)和乙醇溶液瓶(206)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种自动配液和自动换液方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：通过操作台(300)设定溶液量为m，溶液浓度为p，浸泡时间为T；
S2：m剂量的PBS送液到样品瓶(207)中，等待浸泡T时间，将样品瓶(207)中的溶液排出；
S3：m剂量p浓度的水/乙醇混合送液到样品瓶(207)中，等待浸泡T时间，将样品瓶(207)中的溶液排出；
S4：m剂量p浓度的乙醇/树脂混合送液到样品瓶(207)中，等待浸泡T时间，将样品瓶(207)中的溶液排出。
5.根据权利要求5所述的一种自动配液和自动换液方法，其特征在于：所述S3中，蠕动泵分别从水溶液瓶(201)和乙醇溶液瓶(206)中抽取水和乙醇至水/乙醇混合溶液瓶(202)中制得水/乙醇混合液。
6.根据权利要求5所述的一种自动配液和自动换液方法，其特征在于：所述S3中的水/乙醇混合液中乙醇量占比为p。
7.根据权利要求5所述的一种自动配液和自动换液方法，其特征在于：所述S4中，蠕动泵分别从树脂溶液瓶(204)和乙醇溶液瓶(206)中抽取树脂和乙醇至乙醇/树脂混合溶液瓶(203)中制得乙醇/树脂混合液。
8.根据权利要求5所述的一种自动配液和自动换液方法，其特征在于：所述S4中的乙醇/树脂混合液树脂占比为p。
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| CN202011089585.0A CN112082841A (zh) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | 树脂包埋装置及自动配液方法 |
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0368866A (ja) * | 1989-08-08 | 1991-03-25 | Sakura Seiki Kk | 病理組織の検査方法およびそれに用いる固定包埋装置 |
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2020
- 2020-10-13 CN CN202011089585.0A patent/CN112082841A/zh active Pending
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