CN115463701A - 用于检查样品的显微镜和方法 - Google Patents

Abstract

显微镜(100)，包括样品室(104)、布置在样品室(104)下方的被配置为具有布置在其上的样品载体(106)的显微镜台(110)、被配置为对样品载体(106)进行移液的移液设备(122)和移动机构。移动机构被配置为在非操作位置和操作位置之间移动移液设备(122)，在非操作位置，移液设备(122)布置在样品室(104)外部，在操作位置，移液设备(122)布置在样品室(104)内部面向样品载体(106)。

Description

用于检查样品的显微镜和方法

技术领域

本发明涉及显微镜。此外，本发明涉及通过显微镜检查样品的方法。

背景技术

生命科学中的实验通常涉及对已经经过各种称为试剂的化学物质进行操作或处理的样品进行微观研究，以研究和了解生物学过程。这些实验通常涉及手动移液，例如将诸如试剂的流体注入样品中。特别是对于具有高通量的实验，例如在使用多孔板时，这是一项耗时的任务。每一次需要的人为干预会减少实验的自动时间(walk-away time)，从而降低实验效率。许多实验还需要将多种试剂快速连续地添加到样品中，然而要观察的实际反应可能需要数分钟、数小时甚至数天。而其它实验发生在很短的时段内，例如跟踪神经元活动。在理想情况下，对于此类实验，在进行图像采集的同时将试剂引入并混合到样品中。

手动地对样品进行移液不仅繁琐且耗时，还增加了污染样品的风险。因此希望尽可能使移液过程自动化。

发明内容

因此，一个目的是提供显微镜和用于通过允许自动移液的显微镜检查样品的方法。

上述目的通过独立权利要求的主题来实现。在从属权利要求和以下描述中限定了有利的实施方式。

提出的显微镜包括样品室、布置在样品室下方的被配置为具有布置在其上的样品载体的显微镜台、被配置为对样品载体进行移液的移液设备和移动机构。移动机构被配置为在非操作位置和操作位置之间移动移液设备，在非操作位置，移液设备布置在样品室外部，在操作位置，移液设备布置在样品室内部面向样品载体。

在本文件的上下文中，移液可以意味着将流体滴至样品上、为样品注射流体或从样品载体的孔或样品去除流体。

样品或多个样品布置在样品室内部，从而免受环境影响。具体地，样品室可以形成为保护样品免受污染的无菌环境。为了对样品进行移液，通过移动机构使移液设备从样品室外部进入样品室中。无需人为干预，并且很容易将移液过程自动化。因此，可以容易地将该设备集成到工作流程设计中，特别是通过诸如实验设计器的软件。自动化与污染风险降低相结合的可能性意味着该设备具有较长的自动时间，导致更有效率的实验设计。

在优选的实施方式中，移液设备包括至少一个可移动的注射器，至少一个可移动的注射器被配置为将流体滴入或注射至样品载体中。优选地，注射器包括至少一个注射喷嘴，至少一个注射喷嘴被布置为在移液设备处于操作位置时面向样品载体。具体地，至少一个注射器的移动独立于移液设备在非操作位置和操作位置之间的移动。如此，可以靶向各个移液位置，例如微孔板的单个孔，用于滴入或注射流体。

在另一优选的实施方式中，移液设备包括联接至流体储存器的至少一个流体管线。具体地，流体管线可以由弹性体形成。在流体储存器中提供流体允许连续地执行多个移液过程。这更进一步增加了设备的自动时间。

在另一优选的实施方式中，移液设备包括框架，至少一个注射器安装在该框架上。框架联接至移动机构以在非操作位置与操作位置之间移动。对注射器提供框架增加了设备在移动过程中的整体稳定性。这进而允许更快且更精确地对样品进行移液。从而提高设备的效率和吞吐量。

在另一优选的实施方式中，移液设备包括注射器驱动器，注射器驱动器被配置为相对于框架沿着至少一个方向移动注射器，以在框架处于操作位置时相对于样品载体将注射器选择性地布置在多个移液位置。在该实施方式中，该设备具有两种移动模式。在第一种模式中，整个框架从非操作位置移动至操作位置并返回。在第二种模式中，仅注射器移动至任何移液位置以便对位于所述移液位置的样品进行移液。通过仅移动通常比整个框架轻得多的注射器，可以实现对注射器的位置非常精细的控制。

在另一优选的实施方式中，注射器沿着适合于样品载体的矩形2D运动网格的两个正交方向移动。在该实施方式中，注射器布置成在两个正交方向上可移动。这种移动类似于X-Y台的移动。具体地，注射器在与显微镜台的表面平行的平面中可移动，样品载体待布置在显微镜台的表面上。通常，微孔板的各个孔以列和行布置。通过在矩形2D运动网格中移动注射器，可以靶向对应于单个孔的各个移液位置以用于注射流体。

在另一优选的实施方式中，框架具有适合于样品载体的矩形形状。大多数样品载体是矩形的，其中培养皿是值得注意的例外。使框架的几何形状与样品载体的几何形状适应，导致显微镜内部结构空间的优化使用。

在另一优选的实施方式中，样品载体包括多个样品腔，每个腔被配置为接收待由移液设备进行移液的样品。样品载体可以例如是微孔板。这些样品载体具有规范尺寸，这意味着可以预先确定移液位置。换言之，不需要在每次实验校准移动机构和注射器驱动器。这减少了设置时间并提高了设备的整体效率。

在另一优选的实施方式中，显微镜包括盒式显微镜壳，盒式显微镜壳限定在显微镜台上方的样品室和与样品室在空间上分开的存储室。移动机构被配置为在存储室和样品室之间移动移液设备，特别是移液设备的框架。盒式显微镜包括所有显微镜部件布置在其中的壳。壳通常包括用于进入显微镜内部的一个或更多个开口。由于壳的封闭特性或者甚至密封特性，盒式显微镜特别适用于精确地控制样品的环境，例如通过气候控制单元。在本实施方式中，存储室和样品室二者均位于盒式显微镜壳内部。这意味着，在移液设备不使用时，存储室和样品室的环境都可以被精确控制或相互分开。

在另一优选的实施方式中，存储室通过包括回缩开口的壁与样品室在空间上分开，通过回缩开口，移液设备，特别是其框架，在存储室和样品室之间可移动。该壁允许独立于存储空间的环境控制样品室的环境。回缩开口形成气闸，气闸使样品室保持封闭。这使得样品室的环境更易于控制。

在另一优选的实施方式中，盒式显微镜壳限定在显微镜台下方的部件空间，部件空间包括多个显微镜部件。部件空间可以包括显微镜的电源、光学成像系统、照明系统、滤光器、环境控制单元。

在另一优选的实施方式中，显微镜包括台驱动器，台驱动器被配置为在与显微镜台的表面平行的平面中侧向移动显微镜台，样品载体待布置在显微镜台的表面上。具体地，显微镜台的移动平面平行于注射器在其中移动的平面。因此，注射器和样品载体之间的距离对于所有移液位置和显微镜台的位置是相同的。这允许精确移液。

在另一优选的实施方式中，显微镜包括控制器，该控制器被配置为使移液操作和成像操作同步。控制器例如可以是布置在显微镜本身内部的处理器或者是连接至显微镜的诸如PC的外部设备。控制器允许显微镜自主工作并且集成到自动化工作流程中。因此，进一步增加了自动时间以及显微镜的效率。

本发明还涉及用于通过显微镜检查样品的方法。提出的方法包括以下步骤：将移液设备从显微镜的样品室外部的存储室中的非操作位置移动至样品室内部的操作位置，以将移液设备布置为面向样品载体；通过移液设备对样品载体进行移液；将移液设备从操作位置移动至非操作位置以将移液设备布置为远离样品载体；对样品成像。

该方法具有与上述显微镜相同的优点并且可以使用针对显微镜的从属权利要求的特征来补充。

附图说明

下面参考附图对具体实施方式进行描述，其中：

图1是显微镜的示意图；

图2是根据图1的显微镜的移液设备的示意图；和

图3是根据图1和图2的移液设备的俯视图。

附图标记的列表：

100显微镜

102壳

104样品室

106样品载体

108表面

110显微镜台

112、114箭头

116成像系统

118部件空间

120照明系统

122移液设备

124框架

126箭头

128注射器

200样品

202孔

204存储室

206壁

208开口

210箭头

212移动机构

214电机

216导轨

218电缆

220控制器

222喷嘴

224流体管线

226阻塞物

228流体储存器

230阻塞物

232流体存储管

234泵

300注射器驱动器

302箭头

304内部

306电机

308电缆

具体实施方式

图1是显微镜100的示意图。显微镜100示例性地形成为盒式显微镜。

传统的显微镜包括容纳所有显微镜部件的显微镜座。传统显微镜的开放性允许容易地接近它的所有部件。然而，由于开放性，布置在传统显微镜上的样品暴露在环境中。此外，显微镜座通常阻止从一侧接近样品。

与此相反，图1所示的盒式显微镜100完全封闭在显微镜壳102内部。具体地，显微镜壳102形成用于接收一个或更多个样品200的样品室104(参见图2)。通过封闭样品200，对样品200的环境进行精确控制是可能的，例如通过用于控制样品室104的温度和湿度的气候控制单元。封闭的样品200也被屏蔽以免受环境影响，因此被保护以免受意外污染。此外，如果实验需要它，样品室104可以被容易地制成培养室和/或无菌环境。

样品200布置在样品载体106中，例如微孔板或显微镜载玻片。诸如微孔板的样品载体106通常包括用于布置样品200的许多单独的腔或孔202(参见图2)，然而显微镜载玻片通常容纳单独的样品。样品载体106定位在显微镜台110的顶表面108上，显微镜台110布置在样品室104下方。显微镜台110沿着两个正交方向可移动，即显微镜台110是所谓的X-Y台。这在图1中由两个双箭头112、114指示。因此，移动显微镜台110允许例如选择样品载体106的各个腔202或者选择单个样品200的特定感兴趣区域用于观察。

根据图1的显微镜100示例性地形成为透射光显微镜。用于对样品200成像的成像光学器件116示例性地在部件空间118中布置在显微镜台110下方，并且用于照亮样品200的照明系统120在样品室104内部布置在显微镜台110上方。成像光学器件116的光轴和照明系统120的光轴对齐。因此，由照明系统120发射的照明光在进入成像光学器件116之前穿过样品200。在替代的实施方式中，成像光学器件116和照明系统120的位置可以颠倒。在另一替代的实施方式中，成像系统116和照明系统120二者都布置在显微镜台110的同一侧。诸如各种滤光器的电源的附加部件可以布置在部件空间中。

显微镜100还包括用于对样品200进行移液的移液设备122，例如将各种液体试剂引入至样品200中。移液设备122包括与样品载体106具有相似大小和尺寸的矩形框架124。框架124平行于显微镜台110的顶表面108布置并且沿着从非操作位置到操作位置的一个方向可移动并且返回。在图1中由双箭头126指示框架124的移动。移动方向示例性地示出为平行于显微镜台110的顶表面108。框架124的非操作位置是在样品室104外部，例如在存储室的内部(参见图2)，而框架124的操作位置在样品室104的内部。

框架124容纳一个或更多个注射器128，其中的仅一个注射器128在图1中示出。注射器128通过注射器驱动器300在框架124内部可移动(参见图3)。因此，注射器128可以靶向样品载体106的各个孔202以用于移液。移液设备122在下文参考图2和图3进行更详细的描述。

图2是根据图1的显微镜100的移液设备122的示意图。在图2中，框架124示例性地示出为处于操作位置，即在样品室104内部。

用于将框架124存储在其非操作位置的存储室204位于图2中样品室104的左侧。存储室204在空间上与样品室104分开并且被屏蔽以免受环境影响。壁206将存储室204与样品室104分开。壁206包括回缩开口208，通过回缩开口208，框架124可以从其操作位置移动至非操作位置，反之亦然。当框架124处于其非操作位置时，可以将回缩开口208关闭，以便将样品室104与存储室204屏蔽。

框架124的移动沿着平行于显微镜台110的顶表面108的轴线发生，如图2中由双箭头210所示。框架124通过移动机构移动，移动机构包括电机214(例如线性步进电机)和导轨216，框架124沿着导轨216移动。电机214示例性地布置在框架124上并且通过柔性电缆218连接至电机控制器220，电机控制器220为电机214提供能量和控制信号。

如图2所示，框架124的注射器128包括一个或更多个注射器喷嘴222，用于将流体引入至样品200。喷嘴222布置在注射器128的面向样品载体106的下侧。两个流体管线224，即每个喷嘴222一个流体管线224，连接至注射器128。流体管线224由诸如弹性体的弹性材料制成，因此当注射器128在框架124的内部移动或者框架124本身从其操作位置移动至非操作位置且反之亦然时，流体管线可以变形。具体地，流体管线224可以被移除以进行清洁或处置，以便防止样品200受到污染。流体管线224穿过存储室204到达阻塞物226，阻塞物226布置在存储室204的与回缩开口208相对的端部处。流体管线224穿过阻塞物226被引导至流体储存器228，用于存储待被引入至样品200的各种流体。

流体储存器228与样品室104和存储室204分开布置。流体管线224穿过阻塞物230进入流体储存器228。每个流体管线224终止于分开的流体存储管232，用于存储单个流体，例如试剂。流体存储管232可以从流体储存器228移除，以便重新填充或交换其中包含的流体。具体地，流体存储管232由标准化尺寸的一次性塑料制品管形成。这允许与其它实验室设备的高度互操作性并且防止流体污染。流体储存器228还包括泵234，用于将流体从其流体存储管泵送到喷嘴222中的一个。泵234示例性地形成为蠕动泵，进一步防止污染。

图3是根据图1和图2的移液设备122的俯视图。在图3中，框架124示例性地显示为处于操作位置，即在样品室104内部。框架124从其操作位置移动到非操作位置且反之亦然是沿着图3中从顶部到底部延伸的轴线发生的，如双箭头302所指示的。

注射器128布置在框架124的内部304中并且可以通过注射器驱动器300在两个正交方向上移动。注射器驱动器300示例性地包括两个线性步进电机306，即，每个方向一个。电机306连接至平行于流体管线224延伸的柔性电缆308。柔性电缆308连接至电机控制器，电机控制器为电机306提供能量和控制信号。注射器驱动器300还包括两个杆310、312，注射器128本身安装在杆310、312上。每个杆310、312与两个导轨314、316接合，导轨314、316从相对侧面向框架124的内部。因此，注射器的移动发生在由框架124限定的平面中。

框架124的内部是矩形的并且尺寸设计成使得注射器128可以定位在样品载体106的每个孔202的上方以便对其中包含的样品200进行移液。每个这样的位置称为移液位置。框架124的内部进一步向左延伸，使得注射器128可以定位在空闲位置，即注射器不在任何孔202上方的位置，如图2所示。

样品载体106示例性地形成为多孔202板，该板具有布置成4行和6列的24个孔202。行标记为A到D并且列标记为1到6，以便唯一标识每个孔202。

相同或类似作用的元件在图1至3中用相同的附图标记表示。如本文所用，术语“和/或”包括一个或更多个相关联、列出的项目的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。

尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但显然这些方面也代表了对相应方法的描述，其中块或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对应装置的对应块或项目或特征的描述。

Claims (15)

1.一种显微镜(100)，包括：

样品室(104)，

显微镜台(110)，显微镜台(110)布置在所述样品室(104)下方，被配置为具有布置在其上的样品载体(106)，

移液设备(122)，移液设备(122)被配置为对所述样品载体(106)进行移液，和

移动机构，移动机构被配置为在非操作位置和操作位置之间移动所述移液设备(122)，在所述非操作位置，所述移液设备(122)布置在所述样品室(104)外部，在所述操作位置，所述移液设备(122)布置在所述样品室(104)内部面向所述样品载体(106)。

2.根据权利要求1所述的显微镜(100)，其中所述移液设备(122)包括被配置为将流体滴入或注射至所述样品载体(106)中的至少一个可移动的注射器。

3.根据权利要求2所述的显微镜(100)，其中所述注射器包括至少一个注射喷嘴(222)，所述至少一个注射喷嘴(222)布置为在所述移液设备(122)处于所述操作位置时面向所述样品载体(106)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)，其中所述移液设备(122)包括联接至流体储存器(228)的至少一个流体管线。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的显微镜(100)，其中所述移液设备(122)包括框架(124)，所述至少一个注射器安装在所述框架(124)上，

所述框架(124)联接至所述移动机构以在所述非操作位置和所述操作位置之间移动。

6.根据权利要求5所述的显微镜(100)，其中所述移液设备(122)包括注射器驱动器(300)，所述注射器驱动器(300)被配置为相对于所述框架(124)沿着至少一个方向移动所述注射器，以在所述框架(124)处于所述操作位置时相对于所述样品载体(106)将所述注射器选择性地布置在多个移液位置。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的显微镜(100)，其中所述注射器沿着适合于所述样品载体(106)的矩形2D运动网格的两个正交方向可移动。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的显微镜(100)，其中所述框架(124)具有适合于所述样品载体(106)的矩形形状。

9.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)，其中所述样品载体(106)包括多个样品腔，每个腔(202)被配置为接收待由所述移液设备(122)进行移液的样品。

10.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)，包括盒式显微镜壳(102)，所述盒式显微镜壳(102)限定在所述显微镜台(110)上方的所述样品室和与所述样品室在空间上分开的存储室(204)，

其中所述移动机构被配置为在所述存储室(204)和所述样品室(104)之间移动所述移液设备(122)。

11.根据权利要求10所述的显微镜(100)，其中所述存储室(204)通过包括回缩开口的壁与所述样品室在空间上分开，通过所述回缩开口，所述移液设备(122)在所述存储室(204)和所述样品室之间可移动。

12.根据权利要求10或11所述的显微镜(100)，其中所述盒式显微镜壳(102)限定在所述显微镜台(110)下方的部件空间，所述部件空间包括多个显微镜(100)部件。

13.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)，包括台驱动器，所述台驱动器被配置为在与所述显微镜台(110)的表面平行的平面中侧向移动所述显微镜台(110)，所述样品载体(106)待布置在所述显微镜台(110)的表面上。

14.根据前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)，包括被配置为使移液操作和成像操作同步的控制器。

15.一种用于通过前述权利要求中任一项所述的显微镜(100)检查样品(200)的方法，包括以下步骤：

将所述移液设备(122)从所述显微镜(100)的样品室(104)外部的存储室(204)中的所述非操作位置移动至所述样品室(104)内部的所述操作位置，以将所述移液设备(122)布置为面向所述样品载体(106)，

通过所述移液设备(122)对所述样品载体(106)进行移液，

将所述移液设备(122)从所述操作位置移动至所述非操作位置，以将所述移液设备(122)布置为远离所述样品载体(106)，和

对所述样品(200)成像。

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