CN115032260A - 具有接触感知功能的表面采样头、采样装置和采样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有接触感知功能的表面采样头、采样装置和采样方法，其中，该具有接触感知功能的表面采样头包括：采样头本体；采样头本体设有连通于其采样面的采样结构；平齐设置于采样头本体的采样面的电导率传感模块；电导率传感模块的电导率能够在采样头本体的采样面与组织表面接触时发生变化，电导率传感模块用于与电导率监测模块通讯连接。在本方案中，通过在采样头本体的采样面平齐设有电导率传感模块，以及通过电导率传感模块与电导率监测模块配合使用，可实现采样头本体的采样面与组织表面的接触实时感知，并以此反馈于采样头的运动执行机构，触发接触停止动作，从而使得本采样头能够自适应接触不平坦活体组织表面。
Description
技术领域
本发明涉及质谱成像技术领域，特别涉及具有接触感知功能的表面采样头、采样装置和采样方法。
背景技术
随着质谱技术的发展，质谱分析可以同时检测、鉴定多种脂质代谢物。脂质代谢物可作为疾病诊断的肿瘤标志物之一，脂质组学在肿瘤生物标志物的识别、疾病诊断、药物靶点及先导化合物的发现和药物作用机制研究等方面已展现出广泛的应用前景。
离体质谱成像无法获得实时肿瘤组织的代谢分子特性，且组织冰冻和切割会造成细胞折叠和破碎，造成部分关键化合物信息丢失和细胞内溢出的干扰化合物增多。目前尚无实时、在体和无创的质谱成像仪器满足临床研究中肿瘤定性分级、边缘定位和药物研发的迫切需求，尤其是缺少全自动、精准定位和定量分析的成像质谱进样系统。
活体生物组织表面通常是不平坦的曲面，传统通过设定高度实现自动采样的方法对于大而平的组织，如猪肝等，尚可使用；对小动物的器官则不再适用，强制使用会造成采样失败或小动物受额外伤害。为了在自动化采样过程中获得可靠的表面采样结果，需要实时判断采样头与待采样活体组织表面的接触情况，并反馈给运动执行机构，控制采样头与待采样表面的相对空间位置关系。然而，在现有的质谱分析采样技术中，缺乏采样头与待采样活体组织表面的接触实时感知，难以实现不平坦采样表面的自适应接触。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有接触感知功能的表面采样头，通过在采样头本体的采样面平齐设有电导率传感模块，以及通过电导率传感模块与电导率监测模块配合使用，可实现采样头本体的采样面与组织表面的接触实时感知，并以此反馈于采样头的运动执行机构，触发接触停止动作，从而使得本采样头能够自适应接触不平坦活体组织表面。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有接触感知功能的表面采样头，包括：
采样头本体；所述采样头本体设有连通于其采样面的采样结构；
平齐设置于所述采样头本体的采样面的电导率传感模块；所述电导率传感模块的电导率能够在所述采样头本体的采样面与组织表面接触时发生变化，所述电导率传感模块用于与电导率监测模块通讯连接。
优选地，所述采样结构包括：
开设于所述采样头本体的采样面的采样空腔；所述采样空腔在所述采样头本体的采样面与所述组织表面接触时，能够与所述组织表面共同构成封闭的采样区域；所述电导率传感模块设置于所述采样空腔内，且与所述采样头本体的采样面平齐；
设置于所述采样头本体且连通于所述采样空腔，用于注入萃取溶剂的第一流道；
设置于所述采样头本体且连通于所述采样空腔，用于缓存和喷出样本的第二流道。
优选地，所述电导率传感模块包括：
设置于所述采样空腔内，且与所述采样面平齐的第一电极；
设置于所述采样空腔内，且与所述采样面平齐的第二电极；所述第二电极与所述第一电极间隔分布，且均与所述电导率监测模块通讯连接。
优选地，所述第一电极与所述第二电极分别位于所述采样空腔的两侧，所述第一流道和所述第二流道均连通于所述采样空腔的中间部分。
优选地，所述采样头本体开设有第一电路接口和第二电路接口；所述第一电路接口和所述第二电路接口均用于与所述电导率监测模块通讯连接；
所述电导率传感模块还包括第一导线和第二导线；
所述第一导线一端与所述第一电极电连接，另一端与所述第一电路接口电连接；所述第二导线一端与所述第二电极电连接，另一端与所述第二电路接口电连接。
优选地，所述采样头本体开设有用于铺设所述第一导线的第一线槽，和开设有用于铺设所述第二导线的第二线槽；
所述第一线槽的一端连通至所述采样空腔，另一端连通至所述第一电路接口；所述第二线槽的一端连通至所述采样空腔，另一端连通至所述第二电路接口。
优选地，所述采样面分布于所述采样头本体的底部；
所述第一电路接口和所述第二电路接口均分布于所述采样头本体的背面；所述第一线槽依次分布于所述采样头本体的底部、第一侧部、顶部和背面；所述第二线槽依次分布于所述采样头本体的底部、第二侧部、顶部和背面。
一种采样装置，包括运动执行机构和连接于所述运动执行机构的表面采样头，还包括电导率监测模块；
所述表面采样头为如上所述具有接触感知功能的表面采样头，所述具有接触感知功能的表面采样头的电导率传感模块与所述电导率监测模块通讯连接。
一种采样方法，采用如上所述的采样装置进行采样，该方法包括：
S1、通过运动执行机构带动采样头本体下降，当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率发生变化时，停止采样头本体的下降；
S2、将萃取溶剂由第一流道注入采样空腔萃取组织表面样本，并送至第二流道缓存样本；
S3、通过运动执行机构带动采样头本体抬起并转移至样本分配位置；
S4、通过脉冲气体将缓存样本由第二流道喷出至指定分配位置。
优选地，在步骤S1中，所述当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率发生变化时，停止采样头本体的下降包括：
当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率发生增大时，通过运动执行机构带动采样头本体开始降速下降，当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率增大至不再变化后，停止运动执行机构的运动。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供的具有接触感知功能的表面采样头，通过在采样头本体的采样面平齐设有电导率传感模块，以及通过电导率传感模块与电导率监测模块配合使用，可实现采样头本体的采样面与组织表面的接触实时感知，并以此反馈于采样头的运动执行机构，触发接触停止动作，从而使得本采样头能够自适应接触不平坦活体组织表面。
本发明还提供了一种采样装置，由于采用了上述的具有接触感知功能的表面采样头，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。
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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例提供的具有接触感知功能的表面采样头的结构正视图；
图2为本发明实施例提供的具有接触感知功能的表面采样头的结构侧视图；
图3为本发明实施例提供的具有接触感知功能的表面采样头的结构底视图；
图4为本发明另一实施例提供的具有接触感知功能的表面采样头的结构正视图；
图5为本发明实施例提供的具有接触感知功能的表面采样头的底部结构示意图；
图6为本发明实施例提供的采样装置的采样流程图；
图7为本发明另一实施例提供的采样装置的采样流程图。
其中，10为采样头本体，11为采样空腔，12为第一流道，13为第二流道，14为第一线槽，15为第二线槽，16为液路接口，17为气路接口，20为导电率传感模块，21为第一电极，22为第二电极，23为第一电路接口，24为第二电路接口，25为第一导线，26为第二导线。
具体实施方式
本发明公开了一种具有接触感知功能的微流控质谱成像高空间分辨率表面采样头，是为了实现可用于不平坦活体组织表面质谱成像分析而设计的高空间分辨率采样头，可实现在体、实时从不平坦组织表面通过液滴萃取方式获取组织代谢物质。其基本方案是采用双流道采样腔设计，分别为萃取溶剂注入流道以及样本缓存与喷出流道，两流道通过采样空腔连接，采样空腔在组织表面的有效采样面积小于0.25mm2，保证了高空间分辨率。通过采样空腔两侧的电极，实时检测电导率以实现采样头与活体组织的接触感知，从而实时反馈给运动执行机构，实现不平坦表面的自适应接触控制。采样后的样本被挤入样本缓存与喷出流道，减少了扩散与污染，并随后被脉冲气体喷出，形成样本液滴落于解吸电喷雾电离(DESI)成像玻璃板或基质辅助激光解吸电离(MALDI)分析靶板上。
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。
本发明实施例提供的具有接触感知功能的表面采样头，如图1至图3，包括：
采样头本体10；采样头本体10设有连通于其采样面的采样结构；
平齐设置于采样头本体10的采样面的电导率传感模块20；电导率传感模块20的电导率能够在采样头本体10的采样面与组织表面接触时发生变化，电导率传感模块20用于与电导率监测模块通讯连接。
需要说明的是，电导率传感模块20内嵌于采样头本体10的采样面，且与采样头本体10的采样面平齐，避免对采样头本体10的采样面与组织表面的接触产生干涉。此外，当采样头本体10的采样面与组织表面接触时，会使得电导率传感模块20的电导率发生变化，通过电导率监测模块的实时监测可感知两者发生接触，以此为采样头的运动执行机构提供反馈，触发运动执行机构的减速与停止动作，从而实现采样头对不平坦活体组织表面的自适应接触控制。
从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的具有接触感知功能的表面采样头，通过在采样头本体的采样面平齐设有电导率传感模块，以及通过电导率传感模块与电导率监测模块配合使用，可实现采样头本体的采样面与组织表面的接触实时感知，并以此反馈于采样头的运动执行机构，触发接触停止动作，从而使得本采样头能够自适应接触不平坦活体组织表面。
在本方案中，采样结构包括：
开设于采样头本体10的采样面的采样空腔11(半开放空腔)，其结构可参照图5所示；采样空腔11在采样头本体10的采样面与组织表面接触时，能够与组织表面共同构成封闭的采样区域；电导率传感模块20设置于采样空腔11内，且与采样头本体10的采样面平齐；
设置于采样头本体10且连通于采样空腔11，用于注入萃取溶剂的第一流道12，其结构可参照图4所示；
设置于采样头本体10且连通于采样空腔11，用于缓存和喷出样本的第二流道13，其结构可参照图4所示。其中，第一流道12和第二流道13均位于采样空腔11的上方。也就是说，本方案采用双流道连通采样空腔的采样结构，并通过液滴萃取方式获取组织表面代谢物质；其中，将萃取溶剂由第一流道注入采样空腔11，使得萃取溶剂填充于由采样空腔11与被采样组织表面所围成的封闭空间，流过被采样表面萃取样本，并使得样本被挤入第二流道缓存，减少了扩散与污染，之后再通过脉冲气体驱动将缓存样本喷出。本方案的采样结构如此设计，有助于提高采样头的空间分辨率，而且解决了采样表面高浓度样本残余量大等问题，可有效提升成像质谱表面采样的质量与效果。
具体地，如图4所示，电导率传感模块20包括：
设置于采样空腔11内，且与采样面平齐的第一电极21；
设置于采样空腔11内，且与采样面平齐的第二电极22；第二电极22与第一电极21间隔分布，且均与电导率监测模块通讯连接。其中，在采样头本体10的采样面与组织表面接触之前，第一电极21与第二电极22之间处于绝缘状态，或者电导率很小；当采样头本体10与组织表面接触时，由于组织表面有富含离子的溶液，则使得两个电极瞬间转为导通状态，即电导率瞬间增大；当采样头本体10与组织表面接触良好时，电导率增大至最大值，这期间通过电导率监测模块的实时监测，可实现采样头与组织表面的接触感知。
更为具体地，为了便于在采样空腔内更好地萃取组织表面样本；相应地；如图5所示，第一电极21与第二电极22分别位于采样空腔11的两侧，第一流道12和第二流道13均连通于采样空腔11的中间部分。
在本方案中，如图4所示，采样头本体10开设有第一电路接口23和第二电路接口24；第一电路接口23和第二电路接口24均用于与电导率监测模块通讯连接；
电导率传感模块20还包括第一导线25和第二导线26；
第一导线25一端与第一电极21电连接，另一端与第一电路接口23电连接；第二导线26一端与第二电极22电连接，另一端与第二电路接口24电连接。本方案如此设计，以便于两个电极与电导率监测模块更好地实现通讯连接。
进一步地，如图2和图3所示，采样头本体10开设有用于铺设第一导线25的第一线槽14，如图3所示，采样头本体10开设有用于铺设第二导线26的第二线槽15；
第一线槽14的一端连通至采样空腔11，另一端连通至第一电路接口23；第二线槽15的一端连通至采样空腔11，另一端连通至第二电路接口24。本方案如此设计，以便于实现电极导线的内嵌式铺设，不仅使电极导线分布整洁，还便于电极导线的管理。
再进一步地，如图5所示，采样面分布于采样头本体10的底部，即采样面分布于采样头本体10的底面；
第一电路接口23和第二电路接口24均分布于采样头本体10的背面；第一线槽14依次分布于采样头本体10的底部、第一侧部、顶部和背面；第二线槽15依次分布于采样头本体10的底部、第二侧部、顶部和背面。本方案如此设计，以使得线槽沿着采样头本体10外边缘设置，以使得采样头本体10的结构更加紧凑和分布更加合理。
本发明实施例还提供了一种采样装置，包括运动执行机构和连接于运动执行机构的表面采样头，本发明实施例提供的采样装置还包括电导率监测模块；
所述表面采样头为如上所述具有接触感知功能的表面采样头，所述具有接触感知功能的表面采样头的电导率传感模块20与电导率监测模块通讯连接。由于本方案采用了上述的具有接触感知功能的表面采样头，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。
下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：
本发明是为不平坦活体组织表面的质谱和质谱成像分析服务的采样装置，其功能是实时感知采样头是否接触采样表面，并在接触后通过液滴萃取方式获得组织表面物质样本，其设计特点是通过有针对性的采样空腔、流道设计以及电极设计，获得结构紧凑的采样头，提升采样空间分辨率及采样效果，并具有气/液/电三相接口，可与机器人等外部运动设备联用。
本发明的采样头是一个底部具有双流道连接半开放空腔的扁平结构，空腔两侧有电极，流道和电极分别连接到位于正面和背面的接口，三视图如图1至图3所示。采样头整体呈片状结构，在底部有微小开口，为采样空腔，在正面有两个圆形开孔，分别联通内部两条流道。采样空腔为扁长方体状结构，当采样头底面水平接触被采样物体表面时，采样头与被采样表面共同构成底面封闭的采样区域(空间)。采样空腔上表面，于长方体两端分别联通两条流道。两条流道在采样头内部向上延伸，与正面的圆形开孔处联通外部。两条流道分别为萃取溶剂注入流道以及样本缓存与喷出流道。采样空腔两侧有电极，当采样头与采样表面接触时，会发生电导率的变化，通过实时监测可以感知接触情况。电极通过采样头两侧导通到采样头上侧，并延伸到背面形成圆形触点，构成电学接口，气/液相流路通过正面圆形出口形成接口，与夹持接口配合，在夹持状态下，导通气/液/电三相，如图4所示。
其中，液路接口的圆形开孔直径1mm，开孔打通上表面与流道，不贯穿芯片；萃取溶剂注入流道宽度为150μm，样本缓存与喷出流道宽度为200μm，高度均为200μm，从采样空腔上表面延伸至内部，两流道平行，长度5mm，中间夹有一梁，宽度150μm；采样空腔于底面的截面为一长度为500μm宽度为200μm的长方形，深度为200μm，与被采样表面接触面积为0.1mm2，采样空腔总容积为0.02mm3，即20nL。
采样头的工作原理：
在采样头接触采样表面之前，两电极之间绝缘，或电导率很小，当采样头接触采样表面时，由于采样表面有富含离子的溶液，电导率瞬间增大，当采样头与采样表面接触良好时，电导率应该增大到一个平台期。由此，通过实时监测电信号的变化，就可以为运动执行机构提供反馈，触发减速(刚接触)与停止(接触良好)动作。
接触良好后，开始一次表面采样中的萃取过程。萃取溶剂注入流道中流动的介质为萃取溶剂，通过外部注入设备经由圆形开孔注入采样头内部，充满萃取溶剂注入流道，由采样空腔的顶部进入采样空腔。采样前，注入设备不工作，萃取溶剂流道内的萃取溶剂停止流动，保持液面位置位于采样空腔上表面不变。采样时，注入设备开始工作，萃取溶剂被定量定速注入采样空腔，填充采样空腔与被采样表面围成的封闭空间，流过被采样表面，并被挤入样本缓存与喷出流道。采样结束时，注入设备停止工作，样本被暂存于样本缓存与喷出流道中。
采样后，样本的排出方式是以通过脉冲气体驱动以液滴形式被喷出，气体采用压缩空气即可。脉冲气体通过样本缓存与喷出流道上端的圆形开孔导入，通过一路电磁阀控制，电磁阀平时将样本缓存与喷出流道与大气导通，当需要喷出样本时，将样本缓存与喷出流道与高压气源短暂导通，形成气脉冲将样本推出。由于样本缓存与喷出流道被设计为垂直向下的长流道，样本液滴喷出时，方向也会垂直向下。
以上两条流道与采样空腔的接口都位于采样空腔的顶部，因为这两条流道中介质(萃取液及空气)的流动方向都是单向向下的。以上两条流道还有一个共同点，就是其中的介质都是连续的，没有间断或混合的情况出现，有利于控制污染。
每次采样后，还会额外推进一定量萃取液并多次执行喷出动作，并自动擦拭采样头与被采样表面接触的底部表面，以控制污染。
外部运动设备，如机械臂等，可通过夹持装置抓持采样头，并通过密封圈等密封接口分别导通萃取液与压缩芯片进入采样头，以实现自动化、高定位精度以及高重复性的采样。
此外，采样头中流道尺度较小，精度较高，采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过软光刻及复制成型技术加工制造。电极及导线通过柔性电路加工工艺制造，再嵌入到采样头中。
本发明通过有针对性的采样空腔及流道设计，将表面采样装置的空间分辨率提升到1毫米以内，并解决了采样表面高浓度样本残余量大等问题，可以有效提升成像质谱表面采样的质量与效果。也就是说，本方案通过基于微流控技术的小采样空腔设计及独特流道结构设计，使采样头结构紧凑，提升采样分辨率。此外，PDMS材质较软，并具有很好的生物兼容性，也保证了在体应用的适用性与安全性。同时该方案可以简单与机器人等运动设备进行集成，实现自动化、高定位精度以及高重复性的采样。
本发明实施例还提供了一种采样方法，采用如上所述的采样装置进行采样，该方法包括：
S1、通过运动执行机构带动采样头本体下降，当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率发生变化时，停止采样头本体的下降；
S2、将萃取溶剂由第一流道注入采样空腔萃取组织表面样本，并使样本送至第二流道缓存；
S3、通过运动执行机构带动采样头本体抬起并转移至样本分配位置；
S4、通过脉冲气体将样本由第二流道喷出至指定分配位置。
需要说明的是，由于本方案采用了上述的采样装置进行采样，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。
具体地，在步骤S1中，所述当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率发生变化时，停止采样头本体的下降包括：
当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率发生增大时，通过运动执行机构带动采样头本体开始降速下降(缓慢下降)，接着当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率增大至不再变化后，停止运动执行机构的运动，此时使得采样头的采样面与被采样表面完全接触并保持压紧不动。本方案如此设计，可实现采样头与组织表面的自适应良好接触。
进一步地，本发明提供的采用装置，其一次采样过程的步骤如图6所示，具体如下：首先，采样头悬于采样对象表面之上，采样空腔朝向采样对象，电学监测部分(即电导率监测模块)开始实时监测电导率，运动执行机构操作采样头下降；当电导率发生突变时，运动执行机构开始降速下降，当电导率增大到不再变化后，运动执行机构停止下降，此时采样头底面完全接触被采样表面(图7中①)并保持压紧不动，采样空腔中仅有空气；其后，将萃取溶剂由萃取溶剂进入流道注入采样空腔(图7中②)，控制注入量与注入速度，此过程中萃取溶剂与被采样表面接触，通过流动产生清洗作用实现萃取，并进入样本缓存与喷出流道(图7中③)；继而，在萃取剂注入结束后，抬起采样头并移动到样本分配位置(图7中④)；其后，通过控制电磁阀在样本缓存与喷出流道中产生脉冲气体，将样本由流道中喷出到指定分配位置(图7中⑤)。分配后的样本可以进入下一级分析设备，可反复按阵列采样多次后，通过分析得到被采样表面物质的空间分布信息。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种具有接触感知功能的表面采样头，其特征在于，包括：
采样头本体(10)；所述采样头本体(10)设有连通于其采样面的采样结构；
平齐设置于所述采样头本体(10)的采样面的电导率传感模块(20)；所述电导率传感模块(20)的电导率能够在所述采样头本体(10)的采样面与组织表面接触时发生变化，所述电导率传感模块(20)用于与电导率监测模块通讯连接。
2.根据权利要求1所述的具有接触感知功能的表面采样头，其特征在于，所述采样结构包括：
开设于所述采样头本体(10)的采样面的采样空腔(11)；所述采样空腔(11)在所述采样头本体(10)的采样面与所述组织表面接触时，能够与所述组织表面共同构成封闭的采样区域；所述电导率传感模块(20)设置于所述采样空腔(11)内，且与所述采样头本体(10)的采样面平齐；
设置于所述采样头本体(10)且连通于所述采样空腔(11)，用于注入萃取溶剂的第一流道(12)；
设置于所述采样头本体(10)且连通于所述采样空腔(11)，用于缓存和喷出样本的第二流道(13)。
3.根据权利要求2所述的具有接触感知功能的表面采样头，其特征在于，所述电导率传感模块(20)包括：
设置于所述采样空腔(11)内，且与所述采样面平齐的第一电极(21)；
设置于所述采样空腔(11)内，且与所述采样面平齐的第二电极(22)；所述第二电极(22)与所述第一电极(21)间隔分布，且均与所述电导率监测模块通讯连接。
4.根据权利要求3所述的具有接触感知功能的表面采样头，其特征在于，所述第一电极(21)与所述第二电极(22)分别位于所述采样空腔(11)的两侧，所述第一流道(12)和所述第二流道(13)均连通于所述采样空腔(11)的中间部分。
5.根据权利要求3所述的具有接触感知功能的表面采样头，其特征在于，所述采样头本体(10)开设有第一电路接口(23)和第二电路接口(24)；所述第一电路接口(23)和所述第二电路接口(24)均用于与所述电导率监测模块通讯连接；
所述电导率传感模块(20)还包括第一导线(25)和第二导线(26)；
所述第一导线(25)一端与所述第一电极(21)电连接，另一端与所述第一电路接口(23)电连接；所述第二导线(26)一端与所述第二电极(22)电连接，另一端与所述第二电路接口(24)电连接。
6.根据权利要求5所述的具有接触感知功能的表面采样头，其特征在于，所述采样头本体(10)开设有用于铺设所述第一导线(25)的第一线槽(14)，和开设有用于铺设所述第二导线(26)的第二线槽(15)；
所述第一线槽(14)的一端连通至所述采样空腔(11)，另一端连通至所述第一电路接口(23)；所述第二线槽(15)的一端连通至所述采样空腔(11)，另一端连通至所述第二电路接口(24)。
7.根据权利要求6所述的具有接触感知功能的表面采样头，其特征在于，所述采样面分布于所述采样头本体(10)的底部；
所述第一电路接口(23)和所述第二电路接口(24)均分布于所述采样头本体(10)的背面；所述第一线槽(14)依次分布于所述采样头本体(10)的底部、第一侧部、顶部和背面；所述第二线槽(15)依次分布于所述采样头本体(10)的底部、第二侧部、顶部和背面。
8.一种采样装置，包括运动执行机构和连接于所述运动执行机构的表面采样头，其特征在于，还包括电导率监测模块；
所述表面采样头为如权利要求2-7任意一项所述具有接触感知功能的表面采样头，所述具有接触感知功能的表面采样头的电导率传感模块与所述电导率监测模块通讯连接。
9.一种采样方法，其特征在于，采用如权利要求8所述的采样装置进行采样，该方法包括：
S1、通过运动执行机构带动采样头本体下降，当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率发生变化时，停止采样头本体的下降；
S2、将萃取溶剂由第一流道注入采样空腔萃取组织表面样本，并送至第二流道缓存样本；
S3、通过运动执行机构带动采样头本体抬起并转移至样本分配位置；
S4、通过脉冲气体将缓存样本由第二流道喷出至指定分配位置。
10.根据权利要求9所述的采样方法，其特征在于，在步骤S1中，所述当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率发生变化时，停止采样头本体的下降包括：
当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率发生增大时，通过运动执行机构带动采样头本体开始降速下降，当电导率监测模块监测到电导率传感模块的导电率增大至不再变化后，停止运动执行机构的运动。
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| US20080047368A1 (en) * | 2004-06-09 | 2008-02-28 | The University Of British Columbia | Reagent Delivery Apparatus And Methods |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080033275A1 (en) * | 2004-04-28 | 2008-02-07 | Blank Thomas B | Method and Apparatus for Sample Probe Movement Control |
| US20080047368A1 (en) * | 2004-06-09 | 2008-02-28 | The University Of British Columbia | Reagent Delivery Apparatus And Methods |
| CN112768338A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-05-07 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种基于微流控技术的质谱成像高空间分辨率表面采样头及采样方法 |
| CN112768339A (zh) * | 2020-12-07 | 2021-05-07 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种用于质谱成像的全自动微流控表面采样系统及方法 |
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