CN114235465A - 单粒种子取样装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及种子切割取样技术领域，提供一种单粒种子取样装置、系统及方法。该单粒种子取样装置，用以解决现有技术中取样效率和质量低的缺陷，包括取样板，取样板设有取样槽，取样板用以放置单粒种子，且单粒种子的取样部位于取样槽内，取样板设有漏孔，漏孔与取样槽对应，用以使激光切割的取样部掉入漏孔内。本发明通过将单粒种子放置于取样板上，并将单粒种子的取样部卡设在取样槽内，由激光将取样部切割并掉落至漏孔内，结构简单，自动切割取样，提高取样效率，有效防止对取样部的污染，保障取样质量，提高实验结果的可靠性，降低人工劳动强度。

Description

单粒种子取样装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及种子切割取样技术领域，尤其涉及一种单粒种子取样装置、系统及方法。

背景技术

以标记育种和纯度鉴定检验为代表的分子实验技术已成为当下重要研究方向，引起世界各国的高度重视。在实验室育种过程中，需进行相关分子实验，现采用单粒种子切取部分组织提取DNA鉴定进行初步筛选，选择含目的基因的个体种植选育的方法，提高效率。由于处理后的剩余部分仍然可以在田间种植，减少田间种植取样环节，避免田间取样造成的误差。同时该方式在取样鉴定后有针对性地进行种植，减少了田间种植面积，节约了成本。

而在种子鉴定过程中也需进行样品制备，该过程中高通量、快速、精确化、通用型的种子样品切割技术和设备是开展分子标记育种技术研究和应用的基础和关键。

现有处理方式包括：人工传统手钻或铡刀切割法；自动钻取，移液枪头转移法；激光刀固定，种子定向移动切割法；人工智能识别自动切割法等，对于种子检测过程中的切割方法也成为研究热门方向。

上述方法中存一定不足，如传统人工处理会导致样品获取效率过低，失败率较高等；自动钻取随设定清理转移模块，但钻取模块仍可能存在污染情况，且其效率无明显提高；激光刀固定，种子移动会导致种子间相互影响的污染情况产生；人工智能识别获取的方法存在其成本较高，且识别准确率较低，识别难度较大等问题的出现。

发明内容

本发明提供一种单粒种子取样装置、系统及方法，用以解决现有技术中取样效率和质量低的缺陷，实现对单粒种子的独立取样，提高取样效率和取样质量，保证后续实验的准确性。

本发明提供一种单粒种子取样装置，包括取样板，所述取样板设有取样槽，所述取样板用以放置单粒种子，且所述单粒种子的取样部位于所述取样槽内，所述取样板设有漏孔，所述漏孔与所述取样槽对应，用以使激光切割的所述取样部掉入所述漏孔内。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，还包括基座，所述取样板设于所述基座上，所述基座设有容置腔，所述容置腔内设有取样管，所述取样管与所述漏孔连通。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，还包括盖体，所述盖体与所述取样板盖合适配，所述盖体设有行刀路径孔，所述行刀路径孔用以使激光穿过所述盖体，并对放置于所述取样板的单粒种子进行切割。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，所述盖体的内侧壁设有压条，所述压条用以将所述单粒种子的剩余部固定在所述取样板上。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，所述取样槽设置多个，多个所述取样槽呈矩阵式排布于所述取样板上。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，所述取样板还设有固定件，所述固定件位于所述取样槽的槽口处，用以固定所述单粒种子的剩余部。

本发明还提供一种单粒种子取样系统，包括切割平台、激光切割装置和如上所述的单粒种子取样装置，所述取样板放置于所述切割平台，所述激光切割装置设于所述切割平台的一侧，并用以对放置于所述取样板上的所述单粒种子进行激光切割。

根据本发明提供的一种单粒种子取样系统，所述激光切割装置包括支架、三轴驱动组件和激光枪，所述支架设于所述切割平台的一侧，所述三轴驱动组件设于所述支架上，所述激光枪设于所述三轴驱动组件的驱动端。

根据本发明提供的一种单粒种子取样系统，所述激光切割装置还包括控制器和位置传感器，所述控制器的输出端与所述三轴驱动组件连接，所述位置传感器与所述控制器的输入端连接，所述位置传感器设于所述三轴驱动组件的驱动端，并用以检测所述单粒种子的位置。

本发明还提供一种单粒种子取样方法，包括如下步骤：

将单粒种子放置于取样板上，使所述单粒种子的取样部位于取样槽内；

将所述取样板放置于切割平台上，三轴驱动组件驱动激光枪和位置传感器沿三轴调整移动；

当所述位置传感器感应到所述单粒种子的位置，将位置信号传输至控制器，所述控制器控制所述激光枪启动发射激光，实现对所述单粒种子的取样部的激光切割；

切割后的所述单粒种子的取样部由漏孔掉落至取样管；

将所述取样管取走，并采用磁珠法提取所述单粒种子的取样部的DNA。

本发明提供的单粒种子取样装置、系统及方法，包括取样板，所述取样板设有取样槽，所述取样板用以放置单粒种子，且所述单粒种子的取样部位于所述取样槽内，所述取样板设有漏孔，所述漏孔与所述取样槽对应，用以使激光切割的所述取样部掉入所述漏孔内，通过将单粒种子放置于取样板上，并将单粒种子的取样部卡设在取样槽内，由激光将取样部切割并掉落至漏孔内，结构简单，自动切割取样，提高取样效率，有效防止对取样部的污染，保障取样质量，提高实验结果的可靠性，降低人工劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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作简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的单粒种子取样装置中取样板的结构示意图；

图2是本发明提供的单粒种子取样装置中取样板的侧视图；

图3是本发明提供的单粒种子取样装置中取样板与基座的装配纵向剖视图；

图4是本发明提供的单粒种子取样装置中盖体的结构示意图；

附图标记：

100：取样板；	110：取样槽；	120：漏孔；
			200：基座；	210：取样管；	300：盖体；
310：行刀路径孔；	320：压条。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1至图4描述本发明的一种单粒种子取样装置，包括取样板100，取样板100设有取样槽110，取样板100用以放置单粒种子，且单粒种子的取样部位于取样槽110内，取样板100设有漏孔120，漏孔120与取样槽110对应，用以使激光切割的取样部掉入漏孔120内。可以理解的是，取样板100为水平设置的基板，用以放置单粒种子，进而支撑单粒种子进行激光切割。取样板100的上侧设有取样槽110，取样槽110由竖直设于取样板100的上侧的三块竖板围合而成，三块竖板构成取样槽110的三个侧壁，也就是说，取样槽110设置有水平朝向的第一开口和竖直朝向的第二开口。单粒种子的取样部对应放于取样槽110内，单粒种子的剩余部卡设于取样槽110的外侧，也就是说，单粒种子的取样部有第一开口放置进取样槽110内，单粒种子的剩余部卡设于第一开口的外侧，激光沿取样槽110的第一开口的边沿侧对单粒种子进行激光切割，使得取样部和剩余部分离，完成切割取样。

进一步地，取样板100设有漏孔120，漏孔120与取样槽110对应，使得激光切割的取样部掉入漏孔120内，也就是说，漏孔120位于取样槽110正投影的取样板100上，使得切割后的取样部由取样槽110直接掉落至漏孔120，无需人工手取单粒种子的取样部，降低了对取样部污染的风险；同时，单粒种子与取样槽110一一对应，避免对单粒种子激光切割过程中喷溅造成对其他单粒种子的污染。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，还包括基座200，取样板100设于基座200上，基座200设有容置腔，容置腔内设有取样管210，取样管210与漏孔120连通。可以理解的是，还包括对取样板100进行支撑的基座200，取样板100放置于基座200的上侧，实现对取样板100的稳定支撑，保证激光切割过程中，单粒种子保持稳定。基座200设有容置腔，取样板100的底侧放置在基座200的侧壁顶侧。容置腔内设有取样管210，取样管210竖直设置，取样管210的上端敞口并与漏孔120对接，实现取样管210与取样槽110的导通，也就是说，由激光切割位于取样槽110内的取样部，由漏孔120掉落至取样管210内，操作者直接取走取样管210，完成无污染取样，提高取样效率，保证实验结果的准确性。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，还包括盖体300，盖体300与取样板100盖合适配，盖体300设有行刀路径孔310，行刀路径孔310用以使激光穿过盖体300，并对放置于取样板100的单粒种子进行切割。可以理解的是，盖体300用以封盖取样板100，盖体300设有行刀路径孔310，行刀路径孔310用以限定激光的行刀路径，使得激光穿过行刀路径孔310，并按照行刀路径孔310规划的路径行刀，实现对放置于取样板100上的单粒种子进行激光切割，实现激光切割的定位标准化和均一固定化。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，盖体300的内侧壁设有压条320，压条320用以将单粒种子的剩余部固定在取样板100上。可以理解的是，盖体300的内侧壁设有压条320，当盖体300盖设于取样板100上时，压条320与单粒种子的剩余部对应，实现对单粒种子的剩余部的压紧，将单粒种子固定于取样板100上。

在一个实施例中，压条320可选用胶条或海绵条，实现软性压紧，防止损伤单粒种子。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，取样槽110设置多个，多个取样槽110呈矩阵式排布于取样板100上。可以理解的是，取样板100的上侧设置多个取样槽110，多个取样槽110呈矩阵式排布，实现每个取样槽110对应放置一粒单粒种子。每排或者每列取样槽110分别对应一个行刀路径孔310和一个压条320，也就是说，一个压条320可同时压紧一排或一列的多个单粒种子；行刀路径孔310沿矩阵式排列的取样槽110的排向或列向设置，激光沿行刀路径孔310移动一个行程，即可实现对行刀路径孔310对应的该排单粒种子或该列单粒种子的激光切割。

需要说明的是，行刀路径孔310设置多条，并与阵列式设置的取样槽110的排向或列向一一对应。行刀路径孔310在取样板100上的正投影位于单粒种子的待切割线上，也就是，行刀路径孔310与取样槽110的第一开口的端侧对切。

根据本发明提供的一种单粒种子取样装置，取样板100还设有固定件，固定件位于取样槽110的槽口处，用以固定单粒种子的剩余部。可以理解的是，取样板100上设有固定件，与取样槽110位于取样板100的同侧，且固定件设置于取样槽110的槽口处，即取样槽110的第一开口的端侧，实现对单粒种子的剩余部的固定，保证激光切割过程中处于稳定。值得说明的是，固定件可选用粘条，实现对单粒种子的剩余部的粘接固定，固定件也可选用粘胶。当然，固定件也可选用其他便于固定单粒种子的剩余部的结构，同时，方便取下切割后的单粒种子剩余部。

本发明还提供一种单粒种子取样系统，包括切割平台、激光切割装置和如上所述的单粒种子取样装置，取样板100放置于切割平台，激光切割装置设于切割平台的一侧，并用以对放置于取样板100上的单粒种子进行激光切割。可以理解的是，切割平台用以支撑整个单粒种子取样装置，以及对应装配激光切割装置，为激光切割单粒种子提供作业平台。切割平台设有两个可滑动的限位挡板，基座200设置于两个限位挡板之间，实现对基座200的限位作用，保证稳定性。

其中，激光切割装置安装于切割平台的一侧，实现对取样板100上的单粒种子进行激光切割取样。

根据本发明提供的一种单粒种子取样系统，激光切割装置包括支架、三轴驱动组件和激光枪，支架设于切割平台的一侧，三轴驱动组件设于支架上，激光枪设于三轴驱动组件的驱动端。可以理解的是，激光切割装置包括支架、三轴驱动组件和激光枪，支架设于切割平台的一侧用以安装支撑三轴驱动组件，激光枪设于三轴驱动组件的驱动端，三轴驱动组件驱动激光枪沿三轴即空间X轴、Y轴、Z轴自由移动，激光枪发射切割激光，也就是说，通过三轴驱动组件驱动激光枪至切割位置，对应行刀路径孔310，进而激光枪发射切割激光，对单粒种子进行切割取样。

根据本发明提供的一种单粒种子取样系统，激光切割装置还包括控制器和位置传感器，控制器的输出端与三轴驱动组件连接，位置传感器与控制器的输入端连接，位置传感器设于三轴驱动组件的驱动端，并用以检测单粒种子的位置。可以理解的是，激光切割装置还包括控制器和位置传感器，控制器的输出端与三轴驱动组件连接，用以向三轴驱动组件发送移动指令，进而三轴驱动组件根据指令对应移动执行。同时，控制器的输出端与激光枪连接，用以控制激光枪的启动，发射激光。

其中，位置传感器设于三轴驱动组件的驱动端，位置传感器与激光枪同步移动，且位置传感器的位置采集点与激光枪发射的激光照射点位于同一位置。位置传感器用以检测单粒种子的位置，当位置传感器检测到单粒种子的位置时，向控制器发送检测信号，控制器接收检测信号后，向激光枪发送启动指令，激光枪发射激光；当激光枪对整排或整列的单粒种子进行切割后，位置传感器检测不到单粒种子，检测信号中断，控制器向激光枪发送停止指令，激光枪停止发射激光。

下面对本发明提供的单粒种子取样方法进行描述，下文描述的单粒种子取样方法与上文描述的单粒种子取样装置和单粒种子取样系统可相互对应参照。

本发明还提供一种单粒种子取样方法，包括如下步骤：

将单粒种子放置于取样板100上，使单粒种子的取样部位于取样槽110内；

将取样板100放置于切割平台上，三轴驱动组件驱动激光枪和位置传感器沿三轴调整移动；

当位置传感器感应到单粒种子的位置，将位置信号传输至控制器，控制器控制激光枪启动发射激光，实现对单粒种子的取样部的激光切割；

切割后的单粒种子的取样部由漏孔120掉落至取样管210；

将取样管210取走，并采用磁珠法提取单粒种子的取样部的DNA。

本发明提供的一种单粒种子取样方法，具体包括如下步骤：

将单粒种子对应放置于取样板100的取样槽110位置，使单粒种子的剩余部粘接于粘条上，单粒种子的取样部位于取样槽110内；其中，单粒种子的剩余部包括种子活力区域，保证剩余部可正常栽种生长，取样部包括实验所需部分胚乳；

将取样板100放置于基座200上，使取样管210与漏孔120一一对应，再将盖体300盖设于取样板100上，保证压条320对应压紧单粒种子的剩余部，行刀路径孔310与一一对应取样槽110；

将完成排布的单粒种子的基座200对应放置于切割平台的两个限位挡板之间，需要说明的是，切割平台上可同时放置多个基座200，对多个取样板100进行激光切割作业；

三轴驱动组件驱动激光枪和位置传感器移动，当位置传感器检测到第一排单粒种子的第一个时，发送检测信号至控制器，控制器向激光枪发送启动指令，激光枪发射激光，激光穿过行刀路径孔310，并射在单粒种子的切割线上；

三轴驱动组件带动激光枪沿行刀路径孔310的长度方向即X轴方向移动，当位置传感器移动过第一排单粒种子的最后一个后，位置传感器未检测到单粒种子，检测信号中断传输，控制器向激光枪发送停止指令，完成对该排单粒种子的激光切割；

控制器向三轴驱动组件沿Y轴移动设定距离，该设定距离为两排单粒种子之间的间距，进而对第二排单粒种子进行激光切割，直至完成对多排单粒种子的切割作业；

激光切割后的单粒种子的取样部与剩余部脱离，并通过漏孔120掉落至取样管210内，而剩余部继续留在取样板100上；

将取样板100由基座200上取下，再将装有取样部的取样管210取出，进行份子实验流程；

采用磁珠法对取样部进行DNA取样实验，由于激光切割样品选取的玉米胚乳质量统一，因此可保证提取的DNA质量和浓度均一，可将实验横向比较。而后续分子育种实验过程中，该玉米种子可与分子实验结果一一对应，选择合适籽粒进行种植。

本发明提供的单粒种子取样装置、系统及方法，包括取样板，取样板设有取样槽，取样板用以放置单粒种子，且单粒种子的取样部位于取样槽内，取样板设有漏孔，漏孔与取样槽对应，用以使激光切割的取样部掉入漏孔内，通过将单粒种子放置于取样板上，并将单粒种子的取样部卡设在取样槽内，由激光将取样部切割并掉落至漏孔内，结构简单，自动切割取样，提高取样效率，有效防止对取样部的污染，保障取样质量，提高实验结果的可靠性，降低人工劳动强度。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种单粒种子取样装置，其特征在于，包括取样板，所述取样板设有取样槽，所述取样板用以放置单粒种子，且所述单粒种子的取样部位于所述取样槽内，所述取样板设有漏孔，所述漏孔与所述取样槽对应，用以使激光切割的所述取样部掉入所述漏孔内。

2.根据权利要求1所述的单粒种子取样装置，其特征在于，还包括基座，所述取样板设于所述基座上，所述基座设有容置腔，所述容置腔内设有取样管，所述取样管与所述漏孔连通。

3.根据权利要求2所述的单粒种子取样装置，其特征在于，还包括盖体，所述盖体与所述取样板盖合适配，所述盖体设有行刀路径孔，所述行刀路径孔用以使激光穿过所述盖体，并对放置于所述取样板的单粒种子进行切割。

4.根据权利要求3所述的单粒种子取样装置，其特征在于，所述盖体的内侧壁设有压条，所述压条用以将所述单粒种子的剩余部固定在所述取样板上。

5.根据权利要求1所述的单粒种子取样装置，其特征在于，所述取样槽设置多个，多个所述取样槽呈矩阵式排布于所述取样板上。

6.根据权利要求1所述的单粒种子取样装置，其特征在于，所述取样板还设有固定件，所述固定件位于所述取样槽的槽口处，用以固定所述单粒种子的剩余部。

7.一种单粒种子取样系统，其特征在于，包括切割平台、激光切割装置和如权利要求1至6任一项所述的单粒种子取样装置，所述取样板放置于所述切割平台，所述激光切割装置设于所述切割平台的一侧，并用以对放置于所述取样板上的所述单粒种子进行激光切割。

8.根据权利要求7所述的单粒种子取样系统，其特征在于，所述激光切割装置包括支架、三轴驱动组件和激光枪，所述支架设于所述切割平台的一侧，所述三轴驱动组件设于所述支架上，所述激光枪设于所述三轴驱动组件的驱动端。

9.根据权利要求8所述的单粒种子取样系统，其特征在于，所述激光切割装置还包括控制器和位置传感器，所述控制器的输出端与所述三轴驱动组件连接，所述位置传感器与所述控制器的输入端连接，所述位置传感器设于所述三轴驱动组件的驱动端，并用以检测所述单粒种子的位置。

10.一种单粒种子取样方法，其特征在于，包括如下步骤：

将单粒种子放置于取样板上，使所述单粒种子的取样部位于取样槽内；

将所述取样板放置于切割平台上，三轴驱动组件驱动激光枪和位置传感器沿三轴调整移动；

当所述位置传感器感应到所述单粒种子的位置，将位置信号传输至控制器，所述控制器控制所述激光枪启动发射激光，实现对所述单粒种子的取样部的激光切割；

切割后的所述单粒种子的取样部由漏孔掉落至取样管；

将所述取样管取走，并采用磁珠法提取所述单粒种子的取样部的DNA。

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