CN114923839B - 全自动超高通量细胞成像计数仪及样品检测方法 - Google Patents

Abstract

一种全自动超高通量细胞成像计数仪及样品检测方法，该细胞成像计数仪采用n个多孔板、具有多通道的微流芯片、多通道样品移液头，将n个多孔板放入样品架，微流芯片采用高通量可重复使用细胞计数芯片，由电脑程序控制运行，并结合自动机械臂进行控制样品制备、加样，拍照分析，清洗和吸气干燥整个过程，无需人工参与解放人力，一次可检测n个多孔板的样品，真正实现高通量自动化无耗材细胞成像计数分析。

Description

全自动超高通量细胞成像计数仪及样品检测方法

技术领域

本发明涉及细胞成像技术领域，具体涉及一种全自动超高通量细胞成像计数仪及样品检测方法。

背景技术

细胞是基础科研、医学临床及制药等行业中最基本的研究对象，不同细胞样品的大小尺寸不同，而细胞的计数，大小尺寸检测和活率分析几乎成了必不可少的工作，针对一些大样品量的实验，如何高效快速完成检测，提高工作效率，而且不需要一次性细胞计数板耗材，从而节约成本是市场非常关心的问题。

目前市场所售的图像法高通量细胞计数仪主要存在三大问题：1.全部采用一次性的塑料计数板，塑料计数板耗材成本高，还产生大量难以消解的白色塑料垃圾，对环境带来很大破坏，不符合国家碳中和的要求。高成本的一次性计数板耗材也浪费了国家大量的科研资金。2.样品通量低，一次最多只能测试24个样品，无法达到一次测试96个甚至更多样品的需求；3.自动化程度低，样品制备全部靠人工进行，实验效率低。

发明内容

（一）解决的技术问题

为解决现有技术中存在的上述问题，我们提供了一种全自动超高通量细胞成像计数仪及样品检测方法，目的是高效快速完成检测，提高工作效率，而且不需要一次性细胞计数板耗材，能够极大的提高效率和节约成本；由电脑程序控制运行，并结合自动机械臂进行控制样品制备、加样，拍照分析，清洗和吸气干燥整个过程，无需人工参与解放人力，一次可检测n（n为大于1的正整数，下同）个多孔板（本申请以96孔为例）的样品，全自动的样本混匀，完全实现了机械操作，避免了人为因素造成的样本混匀误差，节省了人力成本的同时，确保了结果的可重复性及准确性，自动化程度高，提高了工作效率。

（二）技术方案

为了实现上述目的，提供了一种全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪及采用该细胞成像计数仪进行细胞样品检测的方法，该细胞成像计数仪采用n个多孔板、多通道的微流芯片和多通道样品移液头，微流芯片是高通量可重复使用细胞计数芯片，将n个多孔板放入样品架，由电脑程序控制运行，并结合自动机械臂进行控制样品制备、加样，拍照分析，清洗和吸气干燥整个过程，无需人工参与解放人力，一次可检测n个多孔板的样品，真正实现高通量自动化无耗材细胞成像计数分析。

具体而言，根据本发明的一个方面，提供一种细胞成像计数仪，包括以下四个主要工作部分：样品制备及进样部分、样品拍照及分析部分、清洗干燥部分和操作控制部分；其中，

所述样品制备及进样部分包括：第七马达，样品架，用于放置n个96孔板（n为大于1的正整数），细胞加样tip盒，染料试剂用tip盒，荧光染料试剂盒，台盼蓝试剂盒，第一自动移液臂，第二自动移液臂，第三自动移液臂，第四自动移液臂，所述第一自动移液臂上设有第一马达，染料移液头，染料移液头上设有第九马达，染料tip去除器，所述第二自动移液臂上设有第二马达，多通道样品移液头，所述多通道样品移液头上设有第十马达，在需要时还设置有细胞加样tip去除器，所述细胞加样tip去除器上设有第十一马达；所述第三自动移液臂上设有第三马达，所述第四自动移液臂上设有第四马达,导轨；

所述样品拍照及分析部分包括：显微物镜，荧光激发LED、明场照明LED，微流芯片，滤光片，CMOS相机，筒镜，反射镜，第八马达以及数据处理器；所述微流芯片是高通量可重复使用细胞计数芯片，包含1到n个微流通道，通道一端为加样孔，另外一端为排液孔，排液孔外接排液泵；每个加样孔的周围被磁性金属包围构成磁性金属接口形成止位凸台；所述磁性金属接口连接处嵌有密封圈；

所述清洗干燥部分包括：清洗管路、第五马达，第六马达，清洗液池、和排液泵，所述清洗管路的盖板端具有磁铁；

操作控制部分，用于控制样品制备、进样，拍照，分析，清洗和干燥整个过程。

多通道样品移液头可以是单排的，也可以是多排的；可以用电磁推杆替代推杆马达来去除tip。

微流芯片可以同时检测多个样品，微流芯片可以是单块或多块，微流芯片上的微流通道对应可以是单排的，也可以是多排的。

多通道样品移液头下端也可直接为可重复使用的移液管，移液管材料可以为金属，石英，玻璃等，使用可重复使用的移液管直接加载样品，无需tip,每次完成加样后用清洗液冲洗可重复使用移液管，细胞加样tip去除器可省略。

本发明具有全自动模式和半自动模式两种工作模式，全自动模式下利用移液臂自动样品制备和加样，自动冲洗、自动样品拍照及分析；半自动模式则不采用移液臂自动样品制备和加样，可以省略一些机械臂部件，能够降低装置成本，改用手动加样和样品制备，但仍保留自动冲洗部分，成像分析部分和控制部分。

一种全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪进行细胞样品检测的方法，包括以下步骤：

1）制备细胞计数样品，具体为通过控制第一自动移液臂，第二自动移液臂，第三自动移液臂，第四自动移液臂进行细胞样品的制备，其中包括通过染料tip头吸取相应的染料并加入到96孔板中的细胞液中，之后用多通道样品移液头进行样品的混匀；

2）样品加样和检测，即完成上述样品的制备后，多通道的移液头移动到微流芯片加样孔正上方，进行样品加样；显微物镜将样品放大并通过CMOS相机拍摄样品图像，样品图像传送至数据处理器进行分析；

3）完成样品的加样以及样品图像采集后，进行已检测样品的清洗（即微流芯片微流通道的清洗），通过马达带动清洗管路的上盖板水平移动到微流芯片的加样孔正上方，磁性金属接口构成机械止位凸台，与清洗管路的盖板端上的磁铁、通过磁力连接确保清洗管路与微流芯片加样孔之间具有较好的密封性，防止清洗液外流，在清洗管路、与磁性金属接口的连接处中还增加O型密封圈，保证清洗管路与微流芯片的加样孔之间更好的密封性。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明采用高通量可重复使用细胞计数芯片，避免了昂贵的一次性塑料计数板耗材；一次可检测n个多孔板的样品，能够高效快速完成检测，提高工作效率，节约成本；由电脑程序控制运行，并结合自动机械臂进行控制样品制备、加样，拍照分析，清洗和吸气干燥整个过程，无需人工参与解放人力，全自动的样本混匀，完全实现了机械操作，避免了人为因素造成的样本混匀误差，节省了人力成本的同时，确保了结果的可重复性及准确性，自动化程度高，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式涉及的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的主视图；

图2为本发明一具体实施方式涉及的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的俯视图；

图3为本发明一具体实施方式涉及的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的侧视图；

图4为本发明一具体实施方式涉及的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的后视图；

图5为本发明一具体实施方式涉及的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪A-A处的剖面图；

图6为本发明上述具体实施方式涉及的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的立体结构示意图；

图7和图8为本发明上述具体实施方式涉及的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的工作过程示意图，图7为样品架未出仓时，图8为样品架出仓时；

图9为上述实施例中的微流芯片的立体结构示意图；

图10为上述实施例中的微流芯片的俯视图；

图11为上述实施例中的微流芯片A-A处的剖面图；

图12为本发明另一具体实施方式涉及的具有两块微流芯片的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的主视图；

图13为本发明另一具体实施方式涉及的具有两块微流芯片的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的俯视图；

图14为本发明另一具体实施方式涉及的具有两块微流芯片的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的侧视图；

图15为本发明另一具体实施方式涉及的具有两块微流芯片的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的后视图。

图16为本发明一具体实施方式涉及的具有两块微流芯片的自动加样计数仪中两块微流芯片的立体结构示意图；

图17为本发明一具体实施方式涉及的具有两块微流芯片的自动加样计数仪中两块微流芯片的俯视图。

图18为本发明一具体实施方式涉及的具有两块微流芯片的自动加样计数仪中两块微流芯片的剖面图。

图中附图标记：1、台盼蓝试剂盒；2、荧光染料试剂盒；3、染料试剂用tip盒；4、96孔样品板；5、细胞加样tip盒；6-1、第一马达；6-2、第二马达；6-3、第三马达；6-4、第四马达；6-5、第五马达；6-6、第六马达；6-7、第七马达；6-8、第八马达；6-9、第九马达；6-10、第十马达；6-11、第十一马达；7、染料移液头；8、染料tip去除器；9、多通道样品移液头；10-1、第一自动移液臂；10-2、第二自动移液臂；10-3、第三自动移液臂；10-4、第四自动移液臂；11、细胞加样tip去除器；12、磁铁；13、明场照明LED；14、微流芯片；15、荧光激发LED；16、排液泵；17、CMOS相机；18、滤光片；19、显微物镜；20、清洗管路；21、清洗液池；22、废弃tip收集盒；23、样品架；24、O型密封圈；25、磁性金属接口；26、微流芯片载物台；27、微流芯片的加样孔；28、废液瓶；29、筒镜；30、反射镜；31、导轨。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

本发明提供一种全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪，如图1-8所示为本发明的一个具体实施方式，包括以下四个主要工作部分：1.自动样品制备及进样部分；2.自动样品拍照及分析部分；3.自动清洗部分；4.操作控制部分。本发明采用精密的坐标定位线程控制，光学定位控制，智能样品识别技术和时间程序控制技术将仪器的四个主要工作部分无缝连接运行，实现高通量、全自动控制。本发明中附图中共计标记了十一个马达，分别用6-1、6-2、……、6-11表示，共计标记了四个自动移液臂，分别用10-1、10-2、10-3、10-4表示。

其中仪器的操作控制部分，用来控制样品制备、加样，拍照分析，清洗和吸气干燥整个过程；

自动样品制备及进样部分，包括第七马达6-7，样品架23，用于放置96孔板4（可以为n个96孔板，n为大于1的正整数），细胞加样tip盒5，染料试剂用tip盒3，荧光染料试剂盒2，台盼蓝试剂盒1，第一自动移液臂10-1，第二自动移液臂10-2，第三自动移液臂10-3，第四自动移液臂10-4，第一自动移液臂10-1上设有第一马达6-1，染料移液头7，染料移液头7上设有第九马达6-9，染料tip去除器8，第二自动移液臂10-2上设有第二马达6-2，多通道样品移液头9，多通道样品移液头9上设有第十马达6-10，细胞加样tip去除器11，细胞加样tip去除器11上设有第十一马达6-11；第三自动移液臂10-3上设有第三马达6-3，第四自动移液臂10-4上设有第四马达6-4,导轨31。

自动样品拍照及分析部分包括显微物镜19，荧光激发LED15、明场照明LED13，微流芯片14，滤光片18，CMOS相机17，筒镜29,反射镜30，第八马达6-8；微流芯片14上包含1到n个微流通道，通道一端为加样孔，另外一端为排液孔，排液孔外接排液泵16；每个加样孔的周围被磁性金属包围形成止位凸台构成磁性金属接口25；磁性金属接口25连接处还嵌有O型密封圈；

自动清洗部分，包括清洗管路20和清洗液池21和排液泵16，废液瓶28以及控制管路升降的第六马达6-6和控制管路水平移动的第五马达6-5。清洗管路20的盖板端具有磁铁12。

其中多通道样品移液头可以是单排的，也可以是多排的。

微流芯片14为多通道芯片，是高通量可重复使用细胞计数芯片，避免了昂贵的一次性塑料计数板耗材，可以同时检测多个样品，微流芯片上对应的微流通道对应可以是单排的，也可以是多排的。

工作模式可以采用自动模式，也可以采用半自动模式。全自动模式下利用移液臂自动样品制备和加样，自动冲洗、自动样品拍照及分析；半自动模式则不采用移液臂自动样品制备和加样，可以省略一些机械臂部件，能够降低装置成本，改用手动加样和样品制备，但仍保留自动冲洗部分，成像分析部分和控制部分。

一种采用所述的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪进行细胞样品检测的方法，包括以下步骤：

1）制备细胞计数样品，具体为通过控制第一自动移液臂，第二自动移液臂，第三自动移液臂，第四自动移液臂进行细胞样品的制备，其中包括通过染料tip头吸取相应的染料并加入到96孔板中的细胞液中，之后用多通道样品移液头加载tip并进行样品的混匀；

2）样品加样和检测，即完成上述样品的制备后，多通道的移液头移动到微流芯片的加样孔27正上方，进行样品加样，加样后，第八马达6-8带动显微物镜，筒镜，荧光激发LED，滤光片和CMOS依次扫描每个加了样品的微流通道，明场照明LED在微流芯片14上方进行照明，CMOS相机拍摄通过显微物镜检测到的样品图像；拍摄到的图像传输到数据处理器中进行分析，并将图像及结果显示在显示屏上。

3）完成样品的加样以及样品图像采集后，即进行已检测样品的清洗，通过第五马达6-5带动清洗管路20的上盖板端水平移动到微流芯片的加样孔27正上方，清洗管路20的下端则浸入在清洗液池的清洗液中，磁性金属接口25构成机械止位凸台，与清洗管路20的上盖板端紧密结合，清洗管路20的上盖板端的磁铁12通过磁力可以更紧密的与磁性金属接口25连接，同时为了确保清洗管路20与微流芯片14加样孔之间具有较好的密封性，防止清洗液外流，在清洗管路20与磁性金属接口25的连接处中还增加O型密封圈，使得清洗管路20与磁性金属接口25紧密贴合，保证更好的密封性。

自动样品拍照及分析部分包括显微物镜19，荧光激发LED15、明场照明LED13，微流芯片14，滤光片18，CMOS相机17，筒镜29，反射镜30，第八马达6-8以及数据处理器。

如图9-11所示，微流芯片14上包含1到n个微流通道，通道一端为加样孔，另外一端为排液孔，排液孔外接排液泵16。清洗管路20的上盖板端具有磁铁12，清洗管路20的上盖板端在第五马达6-5驱动下移动过来，并且与磁性金属接口25能够通过磁力紧密啮合，从而形成密闭的清洗通道可以清洗微流通道。微流芯片14的形状和磁性金属接口25的形状见附图4。

微流芯片内部通道高度大于等于1微米，微流通道在拍照区域的宽度相同，在排液孔端逐渐收窄并通过导管与微流芯片14外部的排液泵16直接或间接相连。本发明中所采用的微流芯片14可反复使用，避免了一次性塑料细胞计数板。本发明中所采用的微流芯片14采用高硬度耐腐蚀的透明材料制作而成，包括但不限于石英，玻璃，PMMA。每个加样孔的周围被磁性金属包围形成凸台构成磁性金属接口25，磁性金属接口25的口径与微流芯片14的加样孔的大小相匹配，但不覆盖加样孔，保证加样孔可以精确加样。

本发明提供的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的工作过程如下：

1.仪器的操作控制部分作为整套系统运行的大脑，用来控制样品制备、加样，拍照分析，清洗和吸气干燥整个过程。点击屏幕“出仓”，在第七马达6-7驱动下，仪器自动弹出样品架23，将96孔板4（可以为n个96孔板，n为大于1的正整数），细胞加样tip盒5，染料试剂tip盒3，荧光染料试剂盒2，台盼蓝试剂盒1分别放到样品架23上对应的位置，点击屏幕“进仓”，在第七马达6-7驱动下，样品架23搭载上述物品进入仪器内部。图7、图8分别为样品架未出仓时和样品架出仓时的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪示意图。

2.在仪器的操作屏幕设置好需要检测的模式（明场或荧光），设置好需要检测的样品数量，位置；每个样品需要加入的染料体积和浓度；自动曝光（也可以选择手动设置）；自动聚焦（也可以选择手动调焦），选择“自动运行模式”，点击“开始”，仪器进入全自动运行操作过程。也可以根据需要选择手动模式，则仪器依照人工手动选择的指令运行。

3.第一自动移液臂10-1上设有专为添加染料设计的染料移液头7，第一自动移液臂10-1在第一马达6-1的驱动下沿第三移液臂横向移动，第三自动移液臂在第三马达6-3的驱动下沿导轨31运动，通过精确的坐标定位线程控制和智能样品识别技术，移动到染料试剂tip盒3上方，在第九马达6-9的驱动下，下降染料移液头7并在染料移液头7上加载一个tip，然后通过精确的坐标定位线程控制和智能样品识别技术移动到检测模式（明场或荧光）对应的试剂盒上方并下降tip并浸入到染料中（明场检测移动到台盼蓝试剂盒1上方，荧光检测移动到荧光染料试剂盒2上方），此时，染料移液头7携带的泵通过液面位置感知程序启动，并提供负压，将所需总体积的染料试剂吸入tip里，然后染料移液头7上升并通过程序中的智能样品识别和精确的坐标定位线程控制技术携带加入染料的tip到达细胞样品板上方，依据屏幕设置的样品数量和位置，从起始位置开始，采用精确的线程和样品注射控制程序同时控制染料移液头7和泵的开启，即每到达一个样品孔正上方，染料移液头7瞬时停止运动，同时泵开启，泵提供的正压力将设置好体积的染料加入到样品孔中，然后染料移液头7继续移动到下一个样品孔，直至将所有样品中加入染料后，染料移液头7运动到废弃tip收集盒22上方，用染料tip去除器8将tip去掉，然后染料移液头7回到初始位置待命。

4.染料加入完成后，第二自动移液臂10-2上设置有多通道样品移液头9（以8道为例，并不局限于8道），第二自动移液臂10-2在第二马达6-2的驱动下在第四自动移液臂上移动，第四自动移液臂在第四马达6-4的驱动下沿导轨31运动，多通道样品移液头9通过精确的坐标定位线程控制和智能样品识别技术运动到细胞加样tip盒5上方，在第十马达6-10驱动下加载tip。多通道样品移液头9携带tip运动到细胞样品板上方，每个tip对准一个样品孔，多通道样品移液头9由第十马达6-10驱动下降将tip浸入到样品中，液面位置感知程序启动进样泵，活塞泵带动每个通道先吸入样品再排出样品，重复至少两次，这样可以让染料和细胞样品充分混匀。然后活塞泵精确控制每个通道tip里吸入至少3ul样品，准备为微流芯片14加样。微流芯片14为多通道芯片，可以同时检测多个样品（本实施例以8个通道为例，并不局限于8个通道）。

关于加载细胞加样tip的过程：每次加载tip前，第十一马达6-11驱动细胞加样tip去除器都保持在去除tip的位置而且每个通道都是独立控制的，如果控制屏幕选定的整排样品孔都有样品，则多通道样品移液头9上所有控制加样tip去除器的第十一马达6-11电动推杆上移，细胞加样tip去除器11不起作用，则整排所有通道都可以加载tip,如果控制屏幕选定的整排样品孔中有部分孔没有样品，则这部分没有样品的孔对应的通道的马达的电动推杆仍保持在去除tip的位置，从而这部分通道不能加载tip，其他有样品孔对应的通道因电动推杆上移则可以加载tip。每个通道的细胞加样tip去除器11都是独立控制的，在每次开始运行前，每个tip去除器都由是第十一马达6-11的电动推杆向前推到去除tip的位置，并保持不动。

5. 完成上述样品的制备后，多通道样品移液头9在第四马达6-4的驱动下沿导轨移动到微流芯片的加样孔27正上方。为了保证移动的位置精确，采用机械方法结合硬件控制的双保险方案，即采用机械的止位销进行机械定位，同时让硬件控制系统采用实时反馈的闭环控制，增加光电定位装置和编码器，为移液头的水平和垂直位移移动提供精确控制。

通过精密的坐标定位线程和智能样品识别技术控制多通道样品移液头9正好到达微流芯片14的加样孔的正上方，由第十马达6-10驱动多通道样品移液头9下降，通过光控定位技术来确保tip头刚好接触微流芯片的加样孔27的底面，进行加样；此时将样品加入微流芯片14则在样品中不易产生气泡，确保检测结果的准确性。加样完毕，由第十马达6-10驱动多通道样品移液头9上升，在第四马达6-4的驱动到达废弃tip收集盒22上方将tip去除。多通道样品移液头9回到原始位置待命。此时，第八马达6-8带动显微物镜，筒镜，荧光激发LED，滤光片和CMOS开始依次对每个加入样品的微流通道进行拍照，根据屏幕设置的检测模式开启不同的LED照明，如果明场模式则开启白光LED13，如果荧光检测模式，则开启荧光激发LED15，CMOS相机拍摄通过显微物镜检测到的样品图像； CMOS相机17拍到的照片被传输到数据处理器进行分析，并在显示器显示每个样品的检测结果。

本发明中所采用的微流芯片14可反复使用，避免了一次性塑料细胞计数板，图9~图11分别示出了单块微流芯片的立体结构示意图、俯视图以及剖面图。本发明中所采用的微流芯片14采用高硬度耐腐蚀的透明材料制作而成，包括但不限于石英，玻璃，PMMA。如图9、图10所示，微流芯片14上包含1到n个微流通道，通道一端为加样孔27，另外一端为排液孔，排液孔外接排液泵16。微流通道内部高度大于等于1微米，微流通道在拍照区域的宽度相同，在排液孔端逐渐收窄并通过导管与微流芯片14外部的排液泵16直接或间接相连。图11为本实施例中的微流芯片A-A处的剖面图，如图11所示，每个加样孔的周围被磁性金属包围形成凸台构成磁性金属接口25，磁性金属接口25的口径与微流芯片的加样孔27的大小相匹配，但不覆盖加样孔，保证加样孔可以精确加样。清洗管路20的盖板端移动过来与磁性金属接口25紧密啮合，形成密闭的清洗通道可以清洗微流通道。微流芯片14的形状和磁性金属接口25的形状见附图4。在清洗管路20与磁性金属接口25的连接处还增加O型密封圈24，同时通过布置上磁铁12和磁性金属接口25使得清洗管路与微流芯片通道间保证更好的密封性。

6.在显微物镜扫描结束时，通过第五马达6-5带动清洗管路20上盖板水平移动到微流芯片14的加样孔正上方，包围在加样孔周围的磁性金属接口25与清洗管路20的盖板端上的磁铁12通过磁力吸引可以保证清洗管路20移动到更准确的位置，同时为了确保清洗管路20与微流芯片14的通道之间具有较好的密封性，防止清洗液外流，在清洗管路20与磁性金属接口25的连接处中还增加O型密封圈，使得清洗管路20与微流芯片通道间保证更好的密封性。清洗管路20的下进液端则浸入在清洗液池21的清洗液中。

完成样品的加样以及样品图像采集后，进行已检测样品的清洗，即微流芯片通道的清洗。当显微镜头扫描完毕后，显微镜头回到初始位置，磁性金属接口25与清洗管路20的上盖板已经紧密连接，此时连接在微流芯片14的排液端的排液泵16开始抽气，排液泵16采用精准的分体式控制模式，每个微流通道连接的泵可通过程序信号独立控制，也可同时开启关闭，抽气产生的负压带动清洗液从清洗管路20进入微流芯片14的微流通道内，并清洗掉细胞样品及染料，清洗产生的废液通过排液泵16排入到废液瓶中。

7.精确的时间控制程序来控制清洗全过程，吸液清洗时间完成后，浸入在清洗液中的清洗管路20的下进液端由第六马达6-6抬起离开清洗液，此时排液泵16继续依照程序内部设定的时间抽气，将管路及微流芯片14中的绝大部分液体抽走，仅残留少数水汽。此时，与微流芯片14加样孔端的磁性金属接口25啮合的清洗管路20的上盖板在第五马达驱动下与磁性金属接口25分离并归位，排液泵16依照程序内部设置的时间程序继续抽气，直至微流芯片14内部干燥没有水汽残留。

8.根据程序设置的时间抽气完成后，排液泵16关闭。为了提高效率，缩短检测时间，当清洗管路20的上盖板端与磁性金属接口25分离时，多通道样品移液头9即重新开始加载tip,移动到样品板吸入样品，并移动到微流芯片14的加样孔正上方，当排液泵16关闭，多通道样品移液头9下降，通过光控位置开关来确保tip头刚好接触微流芯片的加样孔27的底面，进行加样。然后仪器自动重复上述工作，直至所有样品检测完成。

微流芯片可以是单块或多块。上述实施例中的微流芯片为1块，实际上，还可以扩展到2~n块，可以同时更多样品更快速度检测。图12~图15分别示出了具有两块微流芯片的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的主视图、俯视图、侧视图及后视图。如图12-15所示的全自动超高通量无耗材细胞成像计数仪的另一实施方式中采用了两块微流芯片，图16-18分别示出了两块微流芯片的立体结构示意图、俯视图以及剖面图示意图，通过对比图9~图11和图16~图18，两块微流芯片相对于一块微流芯片具有更多的微流通道。如果2块到n块微流芯片单行排列这个模式，计数仪部分只需要把样品台加长来安装更多的微流芯片，把显微镜头的移动距离加长能够拍摄更多的微流芯片，把泵的数量对应增加，把清洗管路数量对应增加，把第四自动移液臂10-4加长就可以。

多道移液头在给第一个微流芯片加样完毕后，在废弃tip收集盒处去除掉使用过的tip后，依照精密坐标定位线程控制和智能样品识别技术移动到tip盒上方加载新的tip，然后移动到样品板下一行样品的位置吸取样品，移动到第二块微流芯片加样孔处加样，在显微镜头扫描完第一块微流芯片后直接移动到第二块微流芯片进行拍照，分析及完成后续清洗工作。只有一块微流芯片时，需要在芯片拍照，分析及清洗干燥完成后才能再次加入样品，而2块---n块微流芯片检测配置时，在第一块微流芯片拍照，分析过程中即完成了第二块微流芯片的加样，而无需等到清洗干燥完成后才能加样。同理，在第二块微流芯片拍照过程中即完成了第三块微流芯片的加样，直到第n块微流芯片，极大的加快了分析的速度，提高工作效率。

另外，多道样品移液头9的下端也可直接为可重复使用的移液管，移液管材料可以为金属，石英，玻璃等，使用可重复使用的移液管直接加载样品，无需tip,每次完成加样后用清洗液冲洗可重复使用移液管，这样可以减少tip的使用，但会加大清洗液的使用量。

去除tip除了用推杆马达外，还可以用电磁推杆来去除tip。

可以采用自动弹仓技术放入细胞样品板，tip盒，染料等，如果不采用自动弹仓技术，也可以做成可开闭外罩，手动打开外罩，放入样品，试剂，tip盒。

本领域技术人员懂得，本申请可以采用全自动模式和半自动模式两种工作模式，还可以采用半半自动模式，不再赘述。全自动模式下利用移液臂完成自动样品制备和加样，自动冲洗、自动样品拍照及分析；半自动模式则不采用移液臂完成自动样品制备和加样，这样可以省略一些机械臂部件，能够降低装置成本，改用手动加样，但仍保留自动冲洗部分，自动样品拍照及分析部分和控制部分。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种全自动超高通量细胞成像计数仪，其特征在于，包括以下四个主要工作部分：样品制备及进样部分、样品拍照及分析部分、清洗干燥部分和操作控制部分；其中，

所述样品制备及进样部分包括：样品架，用于放置n个96孔板，n为大于1的正整数，第七马达，细胞加样tip盒，染料试剂用tip盒，荧光染料试剂盒，台盼蓝试剂盒，第一自动移液臂，第二自动移液臂，第三自动移液臂，第四自动移液臂，所述第一自动移液臂上设有第一马达，染料移液头，染料移液头上设有第九马达，染料tip去除器，所述第二自动移液臂上设有第二马达，多通道样品移液头，所述多通道样品移液头上设有第十马达，还设置有细胞加样tip去除器，所述细胞加样tip去除器上设有第十一马达；所述第三自动移液臂上设有第三马达，所述第四自动移液臂上设有第四马达,导轨；

所述样品拍照及分析部分包括：显微物镜，荧光激发LED、明场照明LED，微流芯片，滤光片，CMOS相机，筒镜，反射镜，第八马达以及数据处理器；所述微流芯片是高通量可重复使用细胞计数芯片，包含1到n个微流通道，通道一端为加样孔，另外一端为排液孔，排液孔外接排液泵；每个加样孔的周围被磁性金属包围构成磁性金属接口形成止位凸台；所述磁性金属接口连接处嵌有密封圈；

所述清洗干燥部分包括：清洗管路、第五马达、第六马达、清洗液池、和排液泵，所述清洗管路的盖板端具有磁铁；

操作控制部分，用于控制样品制备、进样，拍照，分析，清洗和干燥整个过程；

采用所述全自动超高通量细胞成像计数仪进行样品检测的步骤包括：

1）制备细胞计数样品，通过控制第一自动移液臂，第二自动移液臂，第三自动移液臂，第四自动移液臂进行细胞样品的制备，其中包括通过染料tip头吸取相应的染料并加入到所述96孔板中的细胞液中，之后用多通道样品移液头进行样品的混匀；

2）样品加样和检测，即完成上述样品的制备后，多通道的移液头移动到微流芯片加样孔（27）正上方，进行样品加样；显微物镜将样品放大并通过CMOS相机拍摄样品图像，样品图像传送至数据处理器进行分析；

3）完成样品的加样以及样品图像采集后，进行已检测样品的清洗即微流芯片微流通道的清洗，通过第五马达带动清洗管路的盖板水平移动到微流芯片的加样孔正上方，磁性金属接口构成机械止位凸台，与清洗管路的盖板端上的磁铁通过磁力连接确保清洗管路与微流芯片加样孔之间的密封性，防止清洗液外流，在清洗管路与磁性金属接口的连接处中增加密封圈，保证清洗管路与微流芯片的加样孔之间的密封性，清洗管路的下进液端浸入在清洗液池的清洗液中，此时连接在微流芯片的排液孔的排液泵开始抽气；

吸液清洗时间完成后，浸入在清洗液中的清洗管路的下进液端由第六马达抬起离开清洗液，此时排液泵继续依照程序内部设定的时间抽气，将管路及微流芯片中的绝大部分液体抽走，仅残留少数水汽；此时，与微流芯片加样孔的磁性金属接口啮合的清洗管路的盖板在第五马达驱动下与磁性金属接口分离并归位，排液泵依照程序内部设置的时间程序继续抽气，直至微流芯片内部干燥没有水汽残留。

2.一种根据上述权利要求1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其特征在于，多通道样品移液头为单排或多排。

3.一种根据上述权利要求1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其特征在于，所述微流芯片为单块或多块，微流芯片上的微流通道对应为单排或多排，能够同时检测多个样品。

4.一种根据上述权利要求1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其特征在于，所述多通道样品移液头下端为可重复使用的移液管，移液管材料采用金属，石英，或玻璃，使用可重复使用的移液管直接加载样品，无需tip,每次完成加样后用清洗液冲洗可重复使用移液管。

5.一种根据上述权利要求1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其特征在于，具有全自动模式和半自动模式两种工作模式。

6.一种根据上述权利要求1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其中步骤1）制备细胞计数样品具体为：

1.1）在第七马达驱动下弹出样品架，将所述96孔板，细胞加样tip盒，染料试剂tip盒，荧光染料试剂盒，台盼蓝试剂盒分别放到样品架上对应的位置，在第七马达驱动下，样品架搭载上述物品进入仪器内部；

1.2）在仪器的操作屏幕设置好需要检测的明场或荧光模式，设置好需要检测的样品数量，位置；每个样品需要加入的染料体积和浓度；曝光；聚焦;

1.3）第一自动移液臂上设有专为添加染料设计的染料移液头，第一自动移液臂在第一马达的驱动下在第三自动移液臂上往复运动，第三自动移液臂在第三马达的驱动下沿导轨运动，移动到染料试剂tip盒上方，在第九马达的驱动下，下降染料移液头并在染料移液头上加载一个tip，然后通过精确的坐标定位线程控制和智能样品识别技术移动到明场或荧光检测模式对应的试剂盒上方并下降tip并浸入到染料中,明场检测模式下移动到台盼蓝试剂盒上方，荧光检测模式下移动到荧光染料试剂盒上方，此时，染料移液头携带的泵通过液面位置感知程序启动，并提供负压，将所需总体积的染料试剂吸入tip里，然后染料移液头上升并携带加入染料的tip到达细胞样品板上方，依据屏幕设置的样品数量和位置，从起始位置开始，同时控制染料移液头和泵的开启，即每到达一个样品孔正上方，染料移液头瞬时停止运动，同时泵开启，泵提供的正压力将设置好体积的染料加入到样品孔中，然后染料移液头继续移动到下一个样品孔，直至将所有样品中加入染料后，染料移液头运动到废弃tip收集盒上方，用染料tip去除器将tip去掉，然后染料移液头回到初始位置待命；

1.4）染料加入完成后，第二自动移液臂上设置有多通道样品移液头，第二自动移液臂在第二马达的驱动下沿第四自动移液臂往复运动，第四自动移液臂在第四马达的驱动下沿导轨运动，多通道样品移液头运动到细胞加样tip盒上方，在第十马达驱动下加载tip； 多通道样品移液头携带tip运动到细胞样品板上方，每个tip对准一个样品孔，多通道样品移液头由第十马达驱动下降将tip浸入到样品中，液面位置感知程序启动进样泵，活塞泵带动每个通道先吸入样品再排出样品，重复至少两次，这样可以让染料和细胞样品充分混匀；然后活塞泵精确控制每个通道tip里吸入至少3μl样品，准备为微流芯片加样。

7.一种根据上述权利要求1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其特征在于，关于步骤1.4）中加载细胞加样tip的过程，具体为：每次加载tip前，第十一马达驱动细胞加样tip去除器都保持在去除tip的位置，如果整排样品孔都有样品，则多通道样品移液头上所有控制加样tip去除器的第十一马达电动推杆上移，整排所有通道都加载tip,如果整排样品孔中有部分孔没有样品，则这部分没有样品的孔对应的通道的马达的电动推杆仍保持在去除tip的位置，这部分通道不加载tip，有样品孔对应的通道因电动推杆上移则加载tip，在每次开始运行前，每个tip去除器都由是十一马达的电动推杆向前推到去除tip的位置，并保持不动。

8.一种根据上述权利要求 1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其中步骤2）样品加样和检测的步骤，具体为：控制多通道样品移液头正好到达微流芯片的加样孔的正上方，由第十马达驱动多通道样品移液头下降，通过光控定位技术来确保tip头刚好接触微流芯片的加样孔的底面，进行加样；加样完毕，由第十马达驱动多通道样品移液头上升，在第四马达的驱动到达废弃tip收集盒上方将tip去除，多通道样品移液头回到原始位置待命，第八马达带动显微物镜，筒镜，荧光激发LED，滤光片和CMOS开始依次对每个加入样品的微流通道进行拍照，根据屏幕设置的检测模式开启不同的LED照明，如果明场检测模式则开启白光LED，如果荧光检测模式，则开启荧光激发LED，CMOS相机拍摄通过显微物镜检测到的样品图像； CMOS相机拍到的照片被传输到数据处理器进行分析，并在显示器显示每个样品的检测结果。

9.一种根据上述权利要求1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其特征在于，自动或手动放入样品，试剂，tip盒。

10.一种根据上述权利要求1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其特征在于，多通道样品移液头下端为可重复使用的移液管，移液管材料为金属，石英，或玻璃，每次使用完毕冲洗所述可重复使用的移液管。

11.一种如权利要求1所述的全自动超高通量细胞成像计数仪，其特征在于，全自动模式下利用移液臂进行自动样品制备和加样，自动冲洗、自动样品拍照及分析；半自动模式下手动加样和样品制备。

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