CN112782163B - 一种用于细胞实验的多维度精调节分析平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于细胞实验的多维度精调节分析平台。本发明包括针尖精调节机构和与其相连的三轴位移平台，所述三轴位移平台的底部固定在桌面上，所述针尖精调节机构用于将针尖刺入细胞并对细胞组织液进行提取，其包括针尖、针尖夹持机构和针尖夹持机构驱动装置，所述针尖可拆卸地连接在针尖夹持机构上，所述针尖夹持机构连接在针尖夹持机构驱动装置上，所述针尖夹持机构驱动装置用于驱动针尖夹持机构行进，所述三轴位移平台用于调整针尖精调节机构的空间位置。本发明能够有效调整针尖在显微镜下的位置，控制针尖刺破细胞的精准度，节省实验员工作时间，同时有效预防例如实验员手抖等多种意外因素，提高实验效率。

Description

一种用于细胞实验的多维度精调节分析平台

技术领域

本发明涉及生物实验设备领域，尤其涉及一种用于细胞实验的多维度精调节分析平台。

背景技术

显微镜是目前生物医学领域中广泛运用到的实验仪器，现有的生物细胞相关实验中，经常需要刺破细胞提取细胞液、细胞组织液，目前的刺破方法多为实验员手动移动针尖，在显微镜下寻找刺破点。但在实际操作过程中，很难精准找到合适的刺破点，浪费时间。同时，现有的细胞液提取方法多为对刺破的细胞采用机械结构与手工提取相结合的方法，根据不同规格的显微镜，实验员需要手工寻找刺破细胞的具体位置后再进行细胞液提取。虽然在桌面上进行实验会避免桌子抖动的情况发生，但却很难克服实验员手工操作时的抖动，从而造成提取误差或提取失败，增加实验过程的难度和试验结果的精准度。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种用于细胞实验的多维度精调节分析平台。本发明采用的技术手段如下：

一种用于细胞实验的多维度精调节分析平台，包括：针尖精调节机构和与其相连的三轴位移平台，所述三轴位移平台的底部固定在桌面上，所述针尖精调节机构用于将针尖刺入细胞并对细胞组织液进行提取，其包括针尖、针尖夹持机构和针尖夹持机构驱动装置，所述针尖可拆卸地连接在针尖夹持机构上，所述针尖夹持机构连接在针尖夹持机构驱动装置上，所述针尖夹持机构驱动装置用于驱动针尖夹持机构行进，所述三轴位移平台用于调整针尖精调节机构的空间位置。

进一步地，所述三轴位移平台包括固定底座、高度粗调节机构、水平调节机构、固定支架和高度精调节机构，所述固定底座可拆卸地连接在桌面上，所述高度粗调节机构连接在所述底座的上方，所述水平调节机构连接在高度粗调节机构的上方，所述固定支架包括水平底座和与其垂直设置的立板，所述固定支架通过水平底座连接在水平调节机构的上方，所述高度精调节机构连接在所述立板上，所述针尖精调节机构连接在所述高度精调节机构上，所述高度粗调节机构，用于调整细胞分析平台的整体高度，所述水平调节机构包括水平支撑板和水平调节机构导轨，所述水平支撑板能够在水平调节机构导轨上自由位移，所述水平调节机构用于将针尖精调节机构调整至显微镜待提取细胞的预设位置，所述高度精调节机构包括竖直支撑板和高度精调节机构导轨，竖直支撑板能够在高度精调节机构导轨上自由位移，所述高度精调节机构用于调节针尖精调节机构的垂向位置。

进一步地，所述水平调节机构包括X轴位移机构和Y轴位移机构，所述X轴位移机构包括第一底板、第一支撑板，所述第一底板上设置第一导轨，第一支撑板能够在第一导轨上滑动，所述Y轴位移机构包括第二底板、第二支撑板，所述第二底板上设置第二导轨，第二支撑板能够在第二导轨上滑动，所述X轴位移机构和Y轴位移机构堆叠排布，X轴位移机构置于Y轴位移机构上方或是Y轴位移机构置于X轴位移机构上方，即所述第一支撑板连接在第二底板的下方或是第二支撑板连接在第一底板的下方，所述高度精调节机构包括第三底板、竖直支撑板，所述第三底板上设置高度精调节机构导轨，竖直支撑板能够在高度精调节机构导轨上滑动。

进一步地，所述竖直支撑板通过齿轮连接在手动旋钮的齿轮上，其间具有预设的传动比。

进一步地，水平调节机构、高度精调节机构的支撑板均与电机相连，所述电机为步进电机或伺服电机。

进一步地，所述针尖精调节机构与高度精调节机构之间设有可更换的转接架，所述转接架包括固定连接在所述竖直支撑板上的第一转接部和连接在第一转接部上方的与其存在预设角度的第二转接部，所述针尖精调节机构包括固定板，所述固定板固定连接在第二转接部上，所述针尖精调节机构固定连接在第二转接部上，使得针与竖直面存在的角度等于第一转接部与第二转接部之间的预设角度。

进一步地，所述高度粗调节机构为包括台面、底板和剪叉式升降轴的手动剪叉式升降机。

进一步地，所述针尖夹持机构包括主框体和设置在主框体上的旋紧/放松机构，所述针尖的根部固定在圆柱固定部上，所述旋紧/放松机构用于固定所述圆柱固定部。

进一步地，所述旋紧/放松机构包括主壳体、固定杆、移动杆和卡爪，所述固定杆固定在主壳体上，所述主壳体上开设导槽，弹簧的一端连接在远离固定杆的导槽端部，另一端连接在移动杆上，所述卡爪至少为两个，各卡爪的旋转轴均通过绳与所述移动杆相连，所述圆柱固定部具体为针尖夹具，其中部设有圆环凹槽，所述移动杆置于靠近固定杆的位置时，卡爪能够卡接在圆环凹槽内；所述移动杆远离固定杆时，针尖夹具脱离卡爪。

进一步地，所述针尖夹持机构驱动装置包括固定部，固定部为规则形状，其具有多个角部，至少一个角部设有步进电动驱动器，另外有一个角部设有滚珠，所述步进电动驱动器的输出端穿过固定部连接在针尖夹持机构上，所述固定部设有固定杆，弹簧一端缠绕在固定杆的端部，另一端固定在针尖夹持机构上。

本发明具有以下优点：

1、本发明通过包括高度粗调节机构、水平调节机构、高度精调节机构、和针尖精调节机构在内的多种调节机构的配合应用，有效调整针尖在显微镜下的位置，控制针尖刺破细胞，然后在精调节机构的作用下，移动针尖至下一细胞位，节省实验员工作时间，同时有效预防例如实验员手抖等多种意外因素，提高实验效率。

2、通过针尖夹持机构固定不同种类的针尖可完成包括刺破、提取细胞液在内的多种实验功能。

3、通过带有伺服电机的电动伺服器精确控制针尖夹持机构的俯仰角，有效控制针尖与待刺破细胞之间的距离，误差小。

基于上述理由本发明可在生物实验设备领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例主视图。

图2为本发明实施例右视图。

图3为本发明实施例俯视图。

图中：1、针；2、步进电动驱动器；3、固定杆；4、移动杆；5、连接杆；6、转接架；7、手动旋钮；8、高度精调节机构；9、固定支架；10、X轴位移机构；11、手柄；12、剪叉式升降轴；13、固定底座；14、固定竖杆；15、Y轴位移机构；16、防尘面板；17、卡爪。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于细胞实验的多维度精调节分析平台，包括：针尖精调节机构和与其相连的三轴位移平台，所述三轴位移平台的底部固定在桌面或是专用的光学平台上，所述针尖精调节机构用于将针尖刺入细胞并对细胞组织液进行提取，其包括针尖1、针尖夹持机构和针尖夹持机构驱动装置，所述针尖可拆卸地连接在针尖夹持机构上，所述针尖夹持机构连接在针尖夹持机构驱动装置上，所述针尖夹持机构驱动装置用于驱动针尖夹持机构行进，所述三轴位移平台用于调整针尖精调节机构的空间位置。

本实施例中三轴位移平台包括固定底座13、高度粗调节机构、水平调节机构、固定支架9和高度精调节机构8，所述固定底座13可拆卸地连接在桌面/光学平台上，具体可采用螺栓连接等方式，还可在所述固定底座13下方设置多个固定竖杆14，桌面/光学平台上设有阵列式标准孔距螺纹孔，固定竖杆14伸入其中后旋紧即可完成紧固。所述高度粗调节机构连接在所述底座的上方，所述水平调节机构连接在高度粗调节机构的上方，所述固定支架9包括水平底座和与其垂直设置的立板，所述固定支架9通过水平底座连接在水平调节机构的上方，所述高度精调节机构8连接在所述立板上，所述针尖精调节机构连接在所述高度精调节机构8上，所述高度粗调节机构，用于调整细胞分析平台的整体高度，所述水平调节机构包括水平支撑板和水平调节机构导轨，所述水平支撑板能够在水平调节机构导轨上自由位移，所述水平调节机构用于将针尖精调节机构调整至显微镜待提取细胞的预设位置，所述高度精调节机构8包括竖直支撑板和高度精调节机构8导轨，竖直支撑板能够在高度精调节机构8导轨上自由位移，所述高度精调节机构8用于调节针尖精调节机构的垂向位置。

本实施例中，所述水平调节机构包括X轴位移机构10和Y轴位移机构15，所述X轴位移机构10包括第一底板、第一支撑板，所述第一底板上设置第一导轨，第一支撑板能够在第一导轨上滑动，所述Y轴位移机构15包括第二底板、第二支撑板，所述第二底板上设置第二导轨，第二支撑板能够在第二导轨上滑动，所述X轴位移机构10和Y轴位移机构15堆叠排布，X轴位移机构10置于Y轴位移机构15上方或是Y轴位移机构15置于X轴位移机构10上方，即所述第一支撑板连接在第二底板的下方或是第二支撑板连接在第一底板的下方，，所述高度精调节机构包括第三底板、竖直支撑板，所述第三底板上设置高度精调节机构导轨，竖直支撑板能够在高度精调节机构导轨上滑动。

本发明实施例中水平调节机构、高度精调节机构可采用手动、自动或是手自动一体的方式完成调节，具体例如所述竖直支撑板通过齿轮连接在手动旋钮的齿轮上，其间具有预设的传动比。同时，高度粗调节机构和水平调节机构需要通过传感器将行进的位移反馈，此时需要对负责检测的电偶予以防尘保护，即需要在预设的位置加装防尘面板16。

考虑到装置的稳定性以及步进电动驱动器2空间占位，作为优选的实施方式，所述针尖精调节机构与高度精调节机构8之间设有可更换的转接架6以及连接杆5，所述转接架6包括固定连接在所述竖直支撑板上的第一转接部和连接在第一转接部上方的与其存在预设角度的第二转接部，所述针尖精调节机构包括固定板，所述针尖精调节机构固定连接在第二转接部上，使得针与竖直面存在的角度等于第一转接部与第二转接部之间的预设角度，此预设角度即为方便实验员进行细胞实验观测的优选角度，转接架可以根据实际情况选择预设角度为45°、60°等多种型号。

本实施例中，所述高度粗调节机构为包括台面、底板和剪叉式升降轴12的手动剪叉式升降机，通过手轮或手柄11、摇把等装置基于预设的传动比，将动力传输至连杆，连杆将力传递至剪叉式升降机靠近手轮侧的剪叉，二者在滑道内位移后完成高度的粗调节。

本实施例中，所述针尖夹持机构包括主框体和设置在主框体上的旋紧/放松机构，所述针尖的根部固定在圆柱固定部上，所述旋紧/放松机构用于固定所述圆柱固定部，旋紧/放松机构可选用造假低廉的螺杆固定或是稳定夹持的卡爪17固定或是电动控制等适宜将针尖随时拆卸或固定的机构。

作为优选的实施方式，本实施例采取卡爪17固定，即所述旋紧/放松机构包括主壳体、固定杆3、移动杆4和卡爪17，所述固定杆3固定在主壳体上，所述主壳体上开设导槽，弹簧的一端连接在远离固定杆3的导槽端部，另一端连接在移动杆4上，所述卡爪17至少为两个，为两个时，二者相对设置，为三个或更多时，各卡爪17之间的弧长相同，各卡爪17的旋转轴均通过绳与所述移动杆4相连，使得所述移动杆4置于靠近固定杆3的位置时，卡爪17能够夹紧针尖；所述移动杆4远离固定杆3时，针尖脱离卡爪17，卡爪17的形状要保证夹紧针尖时，卡爪17的前端环抱针端部的固定机构，同理，在针尖很难被夹持住的情况下，本实施例还配套有相应的夹具，通过该夹具夹住针尖后，卡爪夹住此夹具，完成针尖的固定，具体地，所述圆柱固定部具体为针尖夹具，其中部设有圆环凹槽，即夹具的端部呈哑铃型，所述移动杆置于靠近固定杆的位置时，卡爪能够卡接在圆环凹槽内；所述移动杆远离固定杆时，针尖夹具脱离卡爪。

所述针尖夹持机构驱动装置包括固定部，固定部为规则形状，其具有多个角部，至少一个角部设有步进电动驱动器，另外有一个角部设有滚珠，所述步进电动驱动器的输出端穿过固定部连接在针尖夹持机构上，所述固定部设有固定杆，弹簧一端缠绕在固定杆的端部，另一端固定在针尖夹持机构上。本实施例选用牙距小于0.5的步进电动驱动器，通过相应的外部控制机构控制步进电动驱动器前进或后退，此步进电动驱动器的调节螺杆使得针尖夹持机构的对应点向前倾，而其他点向后倾斜，完成针尖俯仰调节，弹簧不仅起到复位的作用，也通过固定杆的牵引达到限位的目的。

本实施例具体应用时，首先通过滑动移动杆4将针固定在卡爪17内，将固定底座13固定在桌面匹配显微镜的位置，根据显微镜规格的不同，通过高度粗调节机构手轮将台面调整至针尖精调节机构大致对准培养皿的高度，然后通过旋调高度精调节机构8的手动旋钮7，将针尖对准待刺破细胞，此途中若需要调整水平距离，则根据具体情况控制X轴位移机构10和Y轴位移机构15的初步行进。然后通过步进电动驱动器2驱动针尖夹持机构运动，找寻适宜刺破细胞的俯仰角度，直至刺破细胞，完成刺破实验。在此位置，根据针型的不同，还可完成后续的细胞组织液吸取实验。进行完此步后，X轴位移机构10和Y轴位移机构15二次行进，重复刺破步骤，完成培养皿上其他路径细胞的刺破和细胞组织液提取。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种用于细胞实验的多维度精调节分析平台，其特征在于，包括：针尖精调节机构和与其相连的三轴位移平台，所述三轴位移平台的底部固定在桌面上，所述针尖精调节机构用于将针尖刺入细胞并对细胞组织液进行提取，其包括针尖、针尖夹持机构和针尖夹持机构驱动装置，所述针尖可拆卸地连接在针尖夹持机构上，所述针尖夹持机构连接在针尖夹持机构驱动装置上，所述针尖夹持机构驱动装置用于驱动针尖夹持机构行进，所述三轴位移平台用于调整针尖精调节机构的空间位置；

所述针尖夹持机构包括主框体和设置在主框体上的旋紧/放松机构，所述针尖的根部固定在圆柱固定部上，所述旋紧/放松机构用于固定所述圆柱固定部；

所述旋紧/放松机构包括主壳体、固定杆、移动杆和卡爪，所述固定杆固定在主壳体上，所述主壳体上开设导槽，弹簧的一端连接在远离固定杆的导槽端部，另一端连接在移动杆上，所述卡爪至少为两个，各卡爪的旋转轴均通过绳与所述移动杆相连，所述圆柱固定部具体为针尖夹具，其中部设有圆环凹槽，所述移动杆置于靠近固定杆的位置时，卡爪能够卡接在圆环凹槽内；所述移动杆远离固定杆时，针尖夹具脱离卡爪；

所述针尖精调节机构与高度精调节机构之间设有可更换的转接架，所述转接架包括固定连接在高度精调节机构的竖直支撑板上的第一转接部和连接在第一转接部上方的与其存在预设角度的第二转接部，所述针尖精调节机构固定连接在第二转接部上，使得针与竖直面存在的角度等于第一转接部与第二转接部之间的预设角度；

所述针尖夹持机构驱动装置包括固定部，固定部为规则形状，其具有多个角部，至少一个角部设有步进电动驱动器，另外有一个角部设有滚珠，所述步进电动驱动器的输出端穿过固定部连接在针尖夹持机构上，所述固定部设有固定杆，弹簧一端缠绕在固定杆的端部，另一端固定在针尖夹持机构上。

2.根据权利要求1所述的用于细胞实验的多维度精调节分析平台，其特征在于，所述三轴位移平台包括固定底座、高度粗调节机构、水平调节机构、固定支架和高度精调节机构，所述固定底座可拆卸地连接在桌面上，所述高度粗调节机构连接在所述底座的上方，所述水平调节机构连接在高度粗调节机构的上方，所述固定支架包括水平底座和与其垂直设置的立板，所述固定支架通过水平底座连接在水平调节机构的上方，所述高度精调节机构连接在所述立板上，所述针尖精调节机构连接在所述高度精调节机构上，所述高度粗调节机构，用于调整细胞分析平台的整体高度，所述水平调节机构包括水平支撑板和水平调节机构导轨，所述水平支撑板能够在水平调节机构导轨上自由位移，所述水平调节机构用于将针尖精调节机构调整至显微镜待提取细胞的预设位置，所述高度精调节机构包括竖直支撑板和高度精调节机构导轨，竖直支撑板能够在高度精调节机构导轨上自由位移，所述高度精调节机构用于调节针尖精调节机构的垂向位置。

3.根据权利要求2所述的用于细胞实验的多维度精调节分析平台，其特征在于，所述水平调节机构包括X轴位移机构和Y轴位移机构，所述X轴位移机构包括第一底板、第一支撑板，所述第一底板上设置第一导轨，第一支撑板能够在第一导轨上滑动，所述Y轴位移机构包括第二底板、第二支撑板，所述第二底板上设置第二导轨，第二支撑板能够在第二导轨上滑动，所述X轴位移机构和Y轴位移机构堆叠排布，X轴位移机构置于Y轴位移机构上方或是Y轴位移机构置于X轴位移机构上方，即所述第一支撑板连接在第二底板的下方或是第二支撑板连接在第一底板的下方，所述高度精调节机构包括第三底板、竖直支撑板，所述第三底板上设置高度精调节机构导轨，竖直支撑板能够在高度精调节机构导轨上滑动。

4.根据权利要求3所述的用于细胞实验的多维度精调节分析平台，其特征在于，所述竖直支撑板通过齿轮连接在手动旋钮的齿轮上，其间具有预设的传动比。

5.根据权利要求3所述的用于细胞实验的多维度精调节分析平台，其特征在于，水平调节机构、高度精调节机构的支撑板均与电机相连，所述电机为步进电机或伺服电机。

6.根据权利要求2所述的用于细胞实验的多维度精调节分析平台，其特征在于，所述高度粗调节机构为包括台面、底板和剪叉式升降轴的手动剪叉式升降机。

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