CN115046805A - 一种生物芯片点样方法 - Google Patents

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程文播
王继帅
钱庆
李文祥
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode

Abstract

本发明提供一种生物芯片点样方法，包括以下步骤：分别获取三块生物芯片上的相同位置的拐角点的坐标A的坐标（XA,YA）、B的坐标（XB,YB）、C的坐标（XC,YC）；获取拐角点A与点样点D的相对坐标（XAD,YAD）；获取摄像头与点样针的相对坐标（XR,YR）；获取生物芯片的点样点阵列的总长H、总宽W、行数r1、列数c1；获取芯片固定板上的生物芯片阵列的行数r2、列数c2；计算第k行、第j列的生物芯片上第m行、第n列的点样点的坐标（Xk,j m，Yk,j n），点样仪根据点样点的坐标（Xk,j m，Yk,j n）执行点样。本发明还提供一种生物芯片点样系统及计算机可读存储介质。本发明计算简单且点样点位置标定简单，点样仪根据获取的坐标执行自动定位点样，点样位置精确，提高效率，减少偏差。

Description

一种生物芯片点样方法
技术领域
本发明涉及生物芯片点样技术领域，尤其涉及一种生物芯片点样方法。
背景技术
生物芯片是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。生物芯片的制作过程中，需要将生物材料固化在芯片基片表面上。在一块基片表面固定序列已知的靶核苷酸的探针这个过程就是点样。
接触点样法是将蘸取少量样品的点样针与固相表面接触，由于点样针、液体以及生物芯片之间的表面能发生变化，样品会粘着于生物芯片表面。接触点样法具有样品点直径小、密度高、样品种类多的优点，缺点是点样精度及重复性较难控制。
发明内容
为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现。
本发明提供一种生物芯片点样方法，包括以下步骤：
获取芯片固定板上首行首列的第一生物芯片的拐角点A的坐标(XA,YA)；
获取芯片固定板上首行尾列的第二生物芯片的相同方位的拐角点B的坐标(XB,YB)；
获取芯片固定板上尾行首列的第三生物芯片的相同方位的拐角点C的坐标(XC,YC)；
设定所述第一生物芯片上首行首列的点样点D为第一生物芯片的点样点零点，获取拐角点A与点样点D的相对坐标(XAD,YAD)；
获取同步运动的摄像头与点样针的相对坐标(XR,YR)；
获取生物芯片的点样点阵列的总长H、总宽W、行数r1、列数c1；
获取芯片固定板上的生物芯片阵列的行数r2、列数c2；
计算第k行、第j列的生物芯片上第m行、第n列的点样点的坐标(Xk,j m，Yk,j n)，点样仪根据所述点样点的坐标(Xk,j m，Yk,j n)执行点样；
计算公式如下：
Xk,j m＝XA+XAD+XR+(XB-XA)×k/(r2-1)+H×m/(r1-1)；
Yk,j n＝YA+YAD+YR+(YC-YA)×j/(c2-1)+W×n/(c1-1)；
其中，m＝0，1，…，r1-1；
n＝0，1，…，c1-1；
k＝0，1，…，r2-1；
j＝0，1，…，c2-1。
优选地，获取所述摄像头视野中心与所述拐角点A重合时所述点样仪的XY机械臂的X移动距离、Y移动距离，以获得所述坐标(XA,YA)。
优选地，获取所述摄像头视野中心与所述拐角点B重合时所述点样仪的XY机械臂的X移动距离、Y移动距离，以获得所述坐标(XB,YB)。
优选地，获取所述摄像头视野中心与所述拐角点C重合时所述点样仪的XY机械臂的X移动距离、Y移动距离，以获得所述坐标(XC,YC)。
优选地，还包括以下步骤：
设定预设点样体积V；
获取形成所述预设点样体积V的点样速度设定值；
获取所述预设点样体积V与所述点样速度设定值形成的呈正相关关系的拟合曲线，以形成匹配库。
优选地，所述单次点样体积
Figure BDA0003636941010000031
其中，V单位为nL；每个点样点左右两侧设有参考点a、参考点b，所述点样点位于参考点a、参考点b的正中间；S为点样点的像素面积；t为参考点a、参考点b之间的像素个数；d为参考点a、参考点b之间的间距，单位为mm。
优选地，还包括步骤：
获取实际单次点样体积设定值；
所述实际单次点样体积设定值与所述匹配库中的拟合曲线相匹配，以获取实际点样速度；
配置所述点样仪根据所述实际点样速度进行点样。
本发明还提供一种生物芯片点样系统，包括：
图像拍摄模块，被配置用以获取拐角点A、拐角点B、拐角点C、点样点D的图像；
图像采集模块，被配置用以采集所述图像拍摄模块拍摄的图像并进行数模转换；
分析模块，被配置用以根据所述图像采集模块采集的图像进行分析并计算，以获得坐标(XA,YA)、坐标(XB,YB)、坐标(XC,YC)及用以计算坐标(Xk,j m，Yk,j n)。
优选地，还包括量取模块，被配置用以获取所述拐角点A与所述点样点D的相对距离，以配合计算获得相对坐标(XAD,YAD)。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行如上所述的方法。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种生物芯片点样方法，将若干生物芯片放置于芯片固定板上后，只需获取坐标(XA,YA)、坐标(XB,YB)、坐标(XC,YC)、相对坐标(XAD,YAD)、相对坐标(XR,YR)、总长H、总宽W、行数r1、列数c1、行数r2、列数c2，即可通过计算公式获取每块生物芯片上每个点样点的坐标(Xk,j m，Yk,j n)，计算简单且点样点位置标定简单，且点样仪根据获取的坐标(Xk,j m，Yk,j n)执行点样，自动定位点样，点样位置精确，提高点样效率，减少点样偏差。
本上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的芯片固定板与第一生物芯片、第二生物芯片、第三生物芯片的装配结构示意图；
图2为本发明的生物芯片上的一点样点点样后的图像；
图3为本发明的点样仪的局部立体结构示意图。
图中：10、芯片固定板；11、芯片槽；20、第一生物芯片；30、第二生物芯片；40、第三生物芯片；51、摄像头；52、点样组件；521、点样针；522、升降机构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例1
本发明提供一种生物芯片点样方法，包括以下步骤：
获取芯片固定板10上首行首列的第一生物芯片20的拐角点A的坐标(XA,YA)；
获取芯片固定板10上首行尾列的第二生物芯片30的相同方位的拐角点B的坐标(XB,YB)；
获取芯片固定板10上尾行首列的第三生物芯片40的相同方位的拐角点C的坐标(XC,YC)；
设定所述第一生物芯片20上首行首列的点样点D为第一生物芯片的点样点零点，获取拐角点A与点样点D的相对坐标(XAD,YAD)；
获取同步运动的摄像头与点样针的相对坐标(XR,YR)；
获取生物芯片的点样点阵列的总长H、总宽W、行数r1、列数c1；
获取芯片固定板10上的生物芯片阵列的行数r2、列数c2；
计算第k行、第j列的生物芯片上第m行、第n列的点样点的坐标(Xk,j m，Yk,j n)，点样仪根据所述点样点的坐标(Xk,j m，Yk,j n)执行点样；
计算公式如下：
Xk,j m＝XA+XAD+XR+(XB-XA)×k/(r2-1)+H×m/(r1-1)；
Yk,j n＝YA+YAD+YR+(YC-YA)×j/(c2-1)+W×n/(c1-1)；
其中，m＝0，1，…，r1-1；
n＝0，1，…，c1-1；
k＝0，1，…，r2-1；
j＝0，1，…，c2-1。
本实施例中，如图1所示，芯片固定板10设有若干呈阵列排布的芯片槽11，芯片槽11用以固定生物芯片。生物芯片规格的不同，导致生物芯片上点样点位置发生改变。若每次点样前均需对每个生物芯片上每个点样点进行坐标设置，导致工作量巨大，且导致位置标定误差率较大。本发明提供的点样方法，将若干生物芯片放置于芯片固定板10上后，只需获取坐标(XA,YA)、坐标(XB,YB)、坐标(XC,YC)、相对坐标(XAD,YAD)、相对坐标(XR,YR)、总长H、总宽W、行数r1、列数c1、行数r2、列数c2，即可通过计算公式获取每块生物芯片上每个点样点的坐标(Xk,j m，Yk,j n)，计算简单且点样点位置标定简单，且点样仪根据获取的坐标(Xk,j m，Yk,j n)执行点样，自动定位点样，点样位置精确，提高点样效率，减少点样偏差。
具体地，如图3所示，点样仪包括摄像头51、控制系统、XY机械臂、点样组件52；点样组件52包括相连的点样针521、升降机构522；摄像头51、点样组件52分别连接于XY机械臂，摄像头51、点样组件52同步进行X方向移动或Y方向移动。进一步地，摄像头51靠近升降机构522设置。摄像头51设有锁定螺钉，可微动调焦，以保证拍摄图像的清晰,调整后,用锁定螺钉锁紧。摄像头51通过网线与控制系统连接。
如图1所示，以图1的芯片固定板10为例进行具体阐述，图1中左右方向为行的方向，芯片固定板10上下方向为列的方向。图1中生物芯片阵列的行数为2、列数为5，即r2＝2，c2＝5。以图1中芯片固定板10的下方一行最左列(芯片固定板10上的生物芯片阵列的首行首列)的芯片槽固定的生物芯片为第一生物芯片20，设定第一生物芯片20为原点芯片，即第一生物芯片20为芯片固定板10上的第0行第0列(第一生物芯片20上点样点阵列的首行首列)的生物芯片，此时，k＝0，j＝0。第二生物芯片30位于图1中芯片固定板10下方一行的最右列(芯片固定板10上的生物芯片阵列的首行尾列)，第三生物芯片40位于图1中芯片固定板10上方一行的最左列(芯片固定板10上的生物芯片阵列的尾行首列)。设定第一生物芯片20的左下角拐点为拐角点A，设定第二生物芯片30左下角拐点为拐角点B，设定第三生物芯片40左下角拐点为拐角点C。设定第一生物芯片20上的点样点阵列的最下方最左侧的点为首行首列的点样点D，此时，m＝0，n＝0。点样点D的横坐标XD＝XA+XAD+XR，YD＝YA+YAD+YR。
在一实施例中，点样点阵列的总长H、总宽W、行数r1、列数c1及生物芯片阵列的行数r2、列数c2通过生物芯片的设计规格及芯片固定板10上设计的用以安装生物芯片的芯片槽的设计规格确定。
在一实施例中，获取所述摄像头视野中心与所述拐角点A重合时所述点样仪的XY机械臂的X移动距离、Y移动距离，以获得所述坐标(XA,YA)。具体地，通过XY机械臂从其原点移动至所述摄像头视野中心与所述拐角点A重合时的X移动距离、Y移动距离标定坐标(XA,YA)，标定简单且操作简便。
在一实施例中，获取所述摄像头视野中心与所述拐角点B重合时所述点样仪的XY机械臂的X移动距离、Y移动距离，以获得所述坐标(XB,YB)。具体地，通过XY机械臂从其原点移动至所述摄像头视野中心与所述拐角点B重合时的X移动距离、Y移动距离标定坐标(XB,YB)，标定简单且操作简便。
在一实施例中，获取所述摄像头视野中心与所述拐角点C重合时所述点样仪的XY机械臂的X移动距离、Y移动距离，以获得所述坐标(XC,YC)。具体地，通过XY机械臂从其原点移动至所述摄像头视野中心与所述拐角点C重合时的X移动距离、Y移动距离标定坐标(XC,YC)，标定简单且操作简便。
在一实施例中，还包括以下步骤：
设定预设点样体积V；
获取形成所述预设点样体积V的点样速度设定值；
获取所述预设点样体积V与所述点样速度设定值形成的呈正相关关系的拟合曲线，以形成匹配库，标定点样体积，存储于存储模块，以便后续精确控制点样体积。
进一步地，所述单次点样体积
Figure BDA0003636941010000081
其中，V单位为nL；每个点样点左右两侧设有参考点a、参考点b，所述点样点位于参考点a、参考点b的正中间；S为点样点的像素面积；t为参考点a、参考点b之间的像素个数；d为参考点a、参考点b之间的间距，单位为mm。具体地，通过实验，点样针521蘸取样品后移动至点样位置，在升降机构522的驱动下在相应的生物芯片上进行点样，摄像头51对点样点进行拍摄，如图2所示，单个液滴在图像中表现为一个近似圆形的黑团c，通过图像处理获得点样液滴的像素面积S；其中，图像处理包括步骤：亮度和对比度调整、阈值分割、连通区域标号、尺寸滤波和轮廓跟踪。如图2所示，生物芯片设有若干参考点，每个点样点的左右两侧分别设有参考点a、参考点b，该参考点肉眼观察不到，参考点呈现于拍摄所得的图像上，参考点a、参考点b两点之间的像素个数t与两参考点之间的间距d，用以计算像素面积与实际面积的对应关系。
进一步地，还包括步骤：
获取实际单次点样体积设定值；
所述实际单次点样体积设定值与所述匹配库中的拟合曲线相匹配，以获取实际点样速度；
配置所述点样仪根据所述实际点样速度进行点样。具体地，每次实际点样时，通过将实际单次点样体积设定值与所述匹配库中的拟合曲线相匹配，来确定实际点样速度，操作简便快捷，提高点样效率，简化点样计算过程。输入实际单次点样体积设定值，即可自动调节点样体积，利用机器视觉代替人的肉眼进行点样速度调节，确保了点样精度。
本发明提供的生物芯片点样方法，点样所得生物芯片进行后续核酸质谱分析的成功率高达100％。
实施例2
本发明提供一种生物芯片点样系统，包括：
图像拍摄模块，被配置用以获取拐角点A、拐角点B、拐角点C、点样点D的图像；
图像采集模块，被配置用以采集所述图像拍摄模块拍摄的图像并进行数模转换；
分析模块，被配置用以根据所述图像采集模块采集的图像进行分析并计算，以获得坐标(XA,YA)、坐标(XB,YB)、坐标(XC,YC)及用以计算坐标(Xk,j m，Yk,j n)。具体地，图像拍摄模块、图像采集模块、分析模块集成于摄像头51，以进行图像拍摄、采集、分析，最终计算获得坐标(Xk,j m，Yk,j n)值，以确定点样位置。进一步地，分析模块集成于控制系统。
进一步地，还包括量取模块，被配置用以获取所述拐角点A与所述点样点D的相对距离，以配合计算获得相对坐标(XAD,YAD)。
进一步地，还包括存储模块，被配置用以存储坐标(XA,YA)、坐标(XB,YB)、坐标(XC,YC)、坐标(Xk,j m，Yk,j n)、总长H、总宽W、行数r1、列数c1、行数r2、列数c2及拟合曲线的匹配库。
实施例3
本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行如上所述的方法。执行如上所述的方法的程序代码存储于计算机可读存储介质上，以便计算机的处理器进行读取并执行。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
本领域内的技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书一个或多个实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书一个或多个实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供实现上述点样方法的步骤。

Claims (10)

1.一种生物芯片点样方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取芯片固定板上首行首列的第一生物芯片的拐角点A的坐标(XA,YA)；
获取芯片固定板上首行尾列的第二生物芯片的相同方位的拐角点B的坐标(XB,YB)；
获取芯片固定板上尾行首列的第三生物芯片的相同方位的拐角点C的坐标(XC,YC)；
设定所述第一生物芯片上首行首列的点样点D为第一生物芯片的点样点零点，获取拐角点A与点样点D的相对坐标(XAD,YAD)；
获取同步运动的摄像头与点样针的相对坐标(XR,YR)；
获取生物芯片的点样点阵列的总长H、总宽W、行数r1、列数c1；
获取芯片固定板上的生物芯片阵列的行数r2、列数c2；
计算第k行、第j列的生物芯片上第m行、第n列的点样点的坐标(Xk,j m，Yk,j n)，点样仪根据所述点样点的坐标(Xk,j m，Yk,j n)执行点样；
计算公式如下：
Xk,j m＝XA+XAD+XR+(XB-XA)×k/(r2-1)+H×m/(r1-1)；
Yk,j n＝YA+YAD+YR+(YC-YA)×j/(c2-1)+W×n/(c1-1)；
其中，m＝0，1，…，r1-1；
n＝0，1，…，c1-1；
k＝0，1，…，r2-1；
j＝0，1，…，c2-1。
2.根据权利要求1所述的一种生物芯片点样方法，其特征在于，获取所述摄像头视野中心与所述拐角点A重合时所述点样仪的XY机械臂的X移动距离、Y移动距离，以获得所述坐标(XA,YA)。
3.根据权利要求1所述的一种生物芯片点样方法，其特征在于，获取所述摄像头视野中心与所述拐角点B重合时所述点样仪的XY机械臂的X移动距离、Y移动距离，以获得所述坐标(XB,YB)。
4.根据权利要求1所述的一种生物芯片点样方法，其特征在于，获取所述摄像头视野中心与所述拐角点C重合时所述点样仪的XY机械臂的X移动距离、Y移动距离，以获得所述坐标(XC,YC)。
5.根据权利要求1所述的一种生物芯片点样方法，其特征在于，还包括以下步骤：
设定预设点样体积V；
获取形成所述预设点样体积V的点样速度设定值；
获取所述预设点样体积V与所述点样速度设定值形成的呈正相关关系的拟合曲线，以形成匹配库。
6.根据权利要求5所述的一种生物芯片点样方法，其特征在于，所述单次点样体积
Figure FDA0003636940000000021
其中，V单位为nL；每个点样点左右两侧设有参考点a、参考点b，所述点样点位于参考点a、参考点b的正中间；S为点样点的像素面积；t为参考点a、参考点b之间的像素个数；d为参考点a、参考点b之间的间距，单位为mm。
7.根据权利要求5或6所述的一种生物芯片点样方法，其特征在于，还包括步骤：
获取实际单次点样体积设定值；
所述实际单次点样体积设定值与所述匹配库中的拟合曲线相匹配，以获取实际点样速度；
配置所述点样仪根据所述实际点样速度进行点样。
8.一种生物芯片点样系统，其特征在于，包括：
图像拍摄模块，被配置用以获取拐角点A、拐角点B、拐角点C、点样点D的图像；
图像采集模块，被配置用以采集所述图像拍摄模块拍摄的图像并进行数模转换；
分析模块，被配置用以根据所述图像采集模块采集的图像进行分析并计算，以获得坐标(XA,YA)、坐标(XB,YB)、坐标(XC,YC)及用以计算坐标(Xk,j m，Yk,j n)。
9.根据权利要求8所述的一种生物芯片点样系统，其特征在于，还包括量取模块，被配置用以获取所述拐角点A与所述点样点D的相对距离，以配合计算获得相对坐标(XAD,YAD)。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行如权利要求1-7任意一项所述的方法。
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