CN114311057B - 一种超大样品振动切片及收集自动化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超大样品振动切片及收集自动化装置，包括切片模块，样品进给模块，切样品收集模块和电控模块，切片模块用于将超大样品切成固定厚度的表面平整的切片；样品进给模块用于将超大样品按照可设置的固定厚度抬升至切片模块进行切片；切片收集模块用于将样品切片转移至样品方盒中，并自动归入样品柜内；电气控制模块用于对所述装置进行操纵控制与自动操作。本发明对超大样品进行振动切片，并将切片自动归入盒中，提高超大样品振动切片精度，减少切片收集过程的样品损伤。

Description

一种超大样品振动切片及收集自动化装置

技术领域

本发明涉及生物医学自动化实验仪器设备领域，特别是涉及一种超大样品振动切片及收集自动化装置。

背景技术

显微成像技术的不断发展大大推进了脑连接图谱等脑科学基础研究的进程，也逐渐开始向其他生物医学领域应用拓展。在进行大样品三维成像的目标基础上，随着组织透明化技术的发展，组织样品的振动切片凭借对样本形态、荧光信号和抗原性等影响小的特点相比冷冻切片和石蜡切片方法越发占据优势。目前的切片装置为小型或者中型样品的振动切片机，它们可以对小鼠脑、小鼠肝脏等小动物器官，或者猪脑等大型动物器官的小型组织块(一般不超过10立方厘米)进行振动切片，得到微米至几百微米厚度的切片样品。但是目前还没有方法完成超大型的样品，例如人脑、人心脏、人肝脏等器官的连续切片，保证器官级样品连续切片完整也具有难度。样品变大进行切片后，如果是人工收集切片，那么收集过程需要时刻关注，并且人工收集切片易造成切片损伤，对于这些样品来说，样品本身较为珍贵，没有办法负担样品损伤带来的损失。同时人工收集和处理切片的时间较长，需要提高切片和收集效率。

因此，现有技术有以下技术不足之处：不满足对超大样品的切片质量要求，切片痕迹较大，切片过程易损伤切片，切片速度不满足要求等。现有技术不满足完成超大样品成像的标准，未达到切片过程稳定高效的要求。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种超大样品振动切片及收集自动化装置，提高切片质量，减小切片切痕，保证超大样品连续切片完整，并将切片自动归入盒中，提高超大样品切片的速度。

本发明的技术解决方案：

一种超大样品振动切片及收集自动化装置，包括：用于将超大样品切成固定厚度、表面平整的样品切片的切片模块；用于承载超大样品并以可控的固定厚度抬升样品的样品进给模块；用于将样品切片转移至样品方盒中、并自动归入样品柜内的切样品收集模块；用于对所述装置进行操纵控制与自动操作的电控模块。

进一步的，所述切片模块包括整体支架、切片水平移动模组、切片音圈振动电机、刀片支架、高强度超大刀片、切片振动模块支架、交叉滚子导轨模块、切片样品托架、样品传送带、样品传送同步带电机和传送同步带模块；所述高强度超大刀片固定在刀片支架上，刀片支架固定在切片音圈振动电机上，切片音圈振动电机带动高强度超大刀片沿切片运动垂直方向高频振动；切片音圈振动电机通过切片振动模块支架，固定在切片水平移动模组上，切片水平移动模组带动切片振动模块水平移动，使高强度超大刀片一边水平移动，一边沿水平移动的垂直方向快速振动，完成切片动作；切片振动模块支架另一端固定在交叉滚子导轨模块上，交叉滚子导轨模块固定在整体支架上，通过交叉滚子导轨模块来抵御因超大样品导致的刀片及切片振动模块带来的大负载问题，提高切片稳定性，保证超大样品连续切片完整；切片过程中切下来的切片由切片样品托架承托，落到样品传动带上，样品传送带移动速度与切片过程中刀片水平移动速度相同，直至刀片完成单次切片任务，切片样品完全进入样品传送带上；样品传送带固定在切片振动模块支架上，样品传动带由样品传送同步带电机带动传送同步带模块完成移动并控制速度，在样品传送带的预收集模式保证切片的完整性。

进一步的，所述样品进给模块包括样品光壁筒、切片保护液体箱、样品支撑平面、样品抬升移动模块和样品支撑柱；样品光壁筒固定在整体支架上，切片保护液箱固定在样品光壁筒上，切片保护液箱用于盛装切片时的保护液；样品抬升移动模块固定在整体支架上，样品支撑平面与样品支撑柱固定在样品抬升移动模块上，样品抬升移动模块带动样品支撑平面，使固定在样品支撑平面的超大样品沿着样品光壁筒上下移动，完成样品进给动作。

进一步的，所述样品收集模块包括样品方盒、样品方盒递送支架、样品方盒水平移动模组、样品柜垂直移动模组、包括样品方盒、样品柜方盒U型支撑架、样品柜外壳的样品柜、样品柜方盒U型支撑架、样品柜支架、样品柜侧边支架、样品柜外壳和样品柜扶手架；样品方盒水平移动模组固定在整体支架上，样品方盒递送支架固定在样品方盒水平移动模组上，样品方盒可落在样品方盒递送支架上，切片样品由切片模块的样品传送带递落在样品方盒内；样品柜垂直移动模组固定在整体支架上，样品柜落在样品柜支架上，由样品柜侧边支架限定样品柜位置，样品柜可从样品柜支架取下替换；样品柜还包括样品柜扶手架；样品方盒由样品方盒水平移动模组水平移动至样品柜位置，样品柜由样品柜垂直移动模组带动向下移动，样品方盒落在样品柜方盒U型支撑架上，样品方盒水平移动模组带动样品方盒递送支架移动至切片模块的样品传动带下方，完成单次样品收集，重复此动作完成多次样品收集，收集功能也加快了整体的样品切片速度。

进一步的，所述样品方盒递送支架和样品柜方盒U型支撑架在样品方盒底投影上无重合部分。

进一步的，所述电控模块包括操作显示屏、核心控制器、音圈电机驱动模组、切片模组伺服驱动器、抬升高精伺服驱动器、同步带电机驱动器、水平模组电机驱动器和垂直模组电机驱动器；核心控制器为工控机，操作显示屏与工控机通讯，将输入参数和指令发送给工控机，由工控机将现存参数及数据状态通过操作显示屏展示；核心控制器与音圈电机驱动模组通讯，控制切片音圈振动电机按照指定振动参数振动；核心控制器与切片模组伺服驱动器通讯，控制切片水平移动模组；核心控制器与抬升高精伺服驱动器通讯，控制样品抬升移动模组按照指定厚度高精度的抬升样品；核心控制器与同步带电机驱动器通讯，控制样品传送同步带电机按照切片水平移动模组速度移动来收集样品；核心控制器与水平模组电机驱动器通讯，控制样品样品方盒水平移动模组移动样品方盒；核心控制器与垂直模组电机驱动器通讯，控制样品柜垂直移动模组移动样品柜；通过操作显示屏与操作人员对接，完成参数设置内容。

进一步的，包括手动操作和全自动切片两种切片模式。

有益效果：

本发明与现有技术相比提供了一种超大样品振动切片及收集自动化装置，提高切片质量，减小切片切痕，保证超大样品连续切片完整，并将切片自动归入盒中，提高超大样品切片的速度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的超大样品振动切片及收集自动化装置的总体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的切片模块结构示意图；

图3为本发明实施例提供的切片模块和样品抬升模块结构示意图；

图4为本发明实施例提供的样品抬升模块部件结构示意图；

图5为本发明实施例提供的样品收集模块部件结构示意图；

图6为本发明实施例提供的样品柜部件结构示意图；

图7为本发明实施例提供的样品收集模块样品盒转移配合结构示意图；

图8为本发明实施例提供的电控模块构成示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明的一种超大样品振动切片及收集自动化装置包括切片模块1、样品进给模块2、样品收集模块3、电控模块4和电控模块4中与人交互的显示操控模块5。

如图2所示，切片模块1包括整体支架8、切片水平移动模组9、切片音圈振动电机10、刀片支架11、高强度超大刀片12、切片振动模块支架13、交叉滚子导轨模块14、切片样品托架15、样品传送带16、样品传送同步带电机17和传送同步带模块18。高强度超大刀片12固定在刀片支架11上，高强度超大刀片12具体实施可以采用陶瓷刀片，双刃，刀刃的曲率半径小于2微米，可满足高精度切片要求。刀片支架11固定在切片音圈振动电机10上，切片音圈振动电机10带动高强度超大刀片12沿切片运动垂直方向高频振动，振动频率30-90Hz可调，振动幅度0.5-3毫米可调，以包埋的人脑样品为例，可以采用50Hz频率，1.5毫米振幅的振动，不同包埋方法或者不同样品导致样品的力学性能不同，需改变刀片的振动参数。切片音圈振动电机10通过切片振动模块支架13，固定在切片水平移动模组9上，切片水平移动模组9带动切片振动模块水平移动，使高强度超大刀片12一边水平移动，一边沿水平移动的垂直方向快速振动，其中高强度超大刀片12的水平移动从样品光壁筒19外围的一侧开始，移动到另一侧结束，完成切片动作；切片振动模块支架13另一端固定在交叉滚子导轨模块14上，交叉滚子导轨模块14固定在整体支架8上，通过交叉滚子导轨模块14来抵御因超大样品导致的刀片及切片振动模块带来的大负载问题，提高切片稳定性。切片过程中切下来的切片由切片样品托架15承托，切片样品托架15的表面光滑，并同样浸润保护液，既能使样品切片能顺利通过切片样品托架15，又可以保护样品，样品切片落到样品传动带16上，传送带移动速度与切片过程中刀片水平移动速度相同，直至刀片完成单次切片任务，切片样品完全进入样品传送带16上。样品传送带16固定在切片振动模块支架13上，样品传动带16由样品传送同步带电机17带动传送同步带模块18完成移动并控制速度。

如图3所示，样品进给模块2包括样品光壁筒19、切片保护液体箱20、样品支撑平面21、样品抬升移动模块6和样品支撑柱7；样品光壁筒19固定在整体支架8上，切片保护液箱20固定在样品光壁筒19上，切片保护液箱20用于盛装切片时的保护液，样品光壁筒19用于盛装超大样品，尺寸直径180-300毫米，筒壁光滑配合超大样品外面的包埋物质减小摩擦，使超大样品在微量进给(数微米至数百微米)时，能够按照设定的厚度进给而不因摩擦产生的形变导致样品进给量厚度误差。

如图4所示，样品抬升移动模块6固定在整体支架8上，样品支撑平面21与样品支撑柱7固定在样品抬升移动模块6上，样品抬升移动模块6带动样品支撑平面21，使固定在样品支撑平面21的超大样品沿着样品光壁筒19上下移动，以切300微米厚度的样品为例，单次切片动作，样品抬升移动模块6向上带动样品支撑平面21，使固定的超大样品向上移动300微米，完成样品进给动作。

如图5所示，样品收集模块3包括样品方盒递送支架23、样品方盒水平移动模组24、样品柜垂直移动模组25、包括样品方盒22、样品柜方盒U型支撑架27、样品柜外壳30的样品柜26、样品柜支架28、样品柜侧边支架29和样品柜扶手架31。样品方盒水平移动模组24固定在整体支架8上，样品方盒递送支架23固定在样品方盒水平移动模组24上，样品方盒22可落在样品方盒递送支架23上，切片样品由切片模块1的样品传送带16递落在样品方盒22内；样品柜垂直移动模组25固定在整体支架8上，样品柜26落在样品柜支架28上，由样品柜侧边支架29限定样品柜26位置。样品柜26可从样品柜支架28取下替换。样品方盒22由样品方盒水平移动模组24水平移动至样品柜位置，样品柜26由样品柜垂直移动模组25带动向下移动，样品方盒22落在，样品方盒水平移动模组24带动样品方盒递送支架23移动至切片模块1的样品传动带16下方，完成单次样品收集。重复此动作完成多次样品收集。样品方盒递送支架23和样品柜方盒U型支撑架27在样品方盒22底投影上无重合部分。

如图6所示，样品柜26包括样品方盒22、样品柜方盒U型支撑架27、样品柜外壳30和样品柜扶手架31。样品柜26以15个样品方盒22为例，包括15个样品柜方盒U型支撑架27，样品柜方盒U型支撑架27固定在样品柜外壳30上，样品柜扶手架31固定在样品柜外壳30上，更换样品柜26时可以使用样品柜扶手架31向上稍微移动取出。

如图7所示，样品方盒递送支架23和样品柜方盒U型支撑架27在样品方盒22底投影上无重合部分，保证两者上下移动不干涉。

如图8所示，电控模块4包括显示操作模块5、核心控制器、音圈电机驱动模组、切片模组伺服驱动器、抬升高精伺服驱动器、同步带电机驱动器、水平模组电机驱动器和垂直模组电机驱动器。通过操作显示操作模块5与操作人员对接，完成参数设置内容，分手动操作和全自动切片两种切片模式。核心控制器为工控机，操作显示操作模块5与工控机通讯，将输入参数和指令发送给工控机，由工控机将现存参数及数据状态通过操作显示操作模块5展示。核心控制器与音圈电机驱动模组通讯，控制切片音圈振动电机10按照指定振动参数振动。核心控制器与切片模组伺服驱动器通讯，控制切片水平移动模组9。核心控制器与抬升高精伺服驱动器通讯，控制样品抬升移动模组6按照指定厚度高精度的抬升样品。核心控制器与同步带电机驱动器通讯，控制样品传送同步带电机17按照切片水平移动模组9速度移动来收集样品。核心控制器与水平模组电机驱动器通讯，控制样品样品方盒水平移动模组24移动样品方盒22。核心控制器与垂直模组电机驱动器通讯，控制样品柜垂直移动模组25移动样品柜26。

提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种超大样品振动切片及收集自动化装置，其特征在于：所述装置包括：

用于将超大样品切成固定厚度、表面平整的样品切片的切片模块；

用于承载超大样品并以可控的固定厚度抬升样品的样品进给模块；

用于将样品切片转移至样品方盒中、并自动归入样品柜内的样品收集模块；

用于对所述装置进行操纵控制与自动操作的电控模块；

所述样品收集模块包括样品方盒、样品方盒递送支架、样品方盒水平移动模组、样品柜垂直移动模组、包括样品方盒、样品柜方盒U型支撑架、样品柜外壳的样品柜、样品柜方盒U型支撑架、样品柜支架、样品柜侧边支架、样品柜外壳和样品柜扶手架；样品方盒水平移动模组固定在整体支架上，样品方盒递送支架固定在样品方盒水平移动模组上，样品方盒可落在样品方盒递送支架上，切片样品由切片模块的样品传送带递落在样品方盒内；样品柜垂直移动模组固定在整体支架上，样品柜落在样品柜支架上，由样品柜侧边支架限定样品柜位置，样品柜可从样品柜支架取下替换；样品柜还包括样品柜扶手架；样品方盒由样品方盒水平移动模组水平移动至样品柜位置，样品柜由样品柜垂直移动模组带动向下移动，样品方盒落在样品柜方盒U型支撑架上，样品方盒水平移动模组带动样品方盒递送支架移动至切片模块的样品传动带下方，完成单次样品收集，重复此动作完成多次样品收集。

2.根据权利要求1所述的一种超大样品振动切片及收集自动化装置，其特征在于：

所述切片模块包括整体支架、切片水平移动模组、切片音圈振动电机、刀片支架、高强度超大刀片、切片振动模块支架、交叉滚子导轨模块、切片样品托架、样品传送带、样品传送同步带电机和传送同步带模块；所述高强度超大刀片固定在刀片支架上，刀片支架固定在切片音圈振动电机上，切片音圈振动电机带动高强度超大刀片沿切片运动垂直方向高频振动；切片音圈振动电机通过切片振动模块支架，固定在切片水平移动模组上，切片水平移动模组带动切片振动模块水平移动，使高强度超大刀片一边水平移动，一边沿水平移动的垂直方向快速振动，完成切片动作；切片振动模块支架另一端固定在交叉滚子导轨模块上，交叉滚子导轨模块固定在整体支架上，通过交叉滚子导轨模块来抵御因超大样品导致的刀片及切片振动模块带来的大负载问题，提高切片稳定性；切片过程中切下来的切片由切片样品托架承托，落到样品传动带上，样品传送带移动速度与切片过程中刀片水平移动速度相同，直至刀片完成单次切片任务，切片样品完全进入样品传送带上；样品传送带固定在切片振动模块支架上，样品传动带由样品传送同步带电机带动传送同步带模块完成移动并控制速度。

3.根据权利要求1所述的一种超大样品振动切片及收集自动化装置，其特征在于：

所述样品进给模块包括样品光壁筒、切片保护液体箱、样品支撑平面、样品抬升移动模块和样品支撑柱；样品光壁筒固定在整体支架上，切片保护液箱固定在样品光壁筒上，切片保护液箱用于盛装切片时的保护液；样品抬升移动模块固定在整体支架上，样品支撑平面与样品支撑柱固定在样品抬升移动模块上，样品抬升移动模块带动样品支撑平面，使固定在样品支撑平面的超大样品沿着样品光壁筒上下移动，完成样品进给动作。

4.根据权利要求1所述的一种超大样品振动切片及收集自动化装置，其特征在于：所述样品方盒递送支架和样品柜方盒U型支撑架在样品方盒底投影上无重合部分。

5.根据权利要求1-4之一所述的一种超大样品振动切片及收集自动化装置，其特征在于：所述电控模块包括操作显示屏、核心控制器、音圈电机驱动模组、切片模组伺服驱动器、抬升高精伺服驱动器、同步带电机驱动器、水平模组电机驱动器和垂直模组电机驱动器；核心控制器为工控机，操作显示屏与工控机通讯，将输入参数和指令发送给工控机，由工控机将现存参数及数据状态通过操作显示屏展示；核心控制器与音圈电机驱动模组通讯，控制切片音圈振动电机按照指定振动参数振动；核心控制器与切片模组伺服驱动器通讯，控制切片水平移动模组；核心控制器与抬升高精伺服驱动器通讯，控制样品抬升移动模组按照指定厚度高精度的抬升样品；核心控制器与同步带电机驱动器通讯，控制样品传送同步带电机按照切片水平移动模组速度移动来收集样品；核心控制器与水平模组电机驱动器通讯，控制样品方盒水平移动模组移动样品方盒；核心控制器与垂直模组电机驱动器通讯，控制样品柜垂直移动模组移动样品柜；通过操作显示屏与操作人员对接，完成参数设置内容。

6.根据权利要求1-3之一所述的一种超大样品振动切片及收集自动化装置，其特征在于：包括手动操作和全自动切片两种切片模式。

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