CN116438436A - 解剖和转移生物材料的方法、工具和设备 - Google Patents
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Abstract
在一个方面，本发明涉及一种自动化方法，该方法使用解剖工具(120)从放置于平面基底(115)上的样本转移生物材料(117)到收集管中，该解剖工具具有在工具的第一端和第二端之间延伸的内部通道(121)和横跨该内部通道的透气性过滤元件(125)。工具第一端设置有孔口(123)和刮刀(124)。该方法包括以下步骤：a)使用解剖工具的刮刀(124)将生物材料从平面基底(115)上物理分离；b)在步骤a)期间，通过将内部通道(121)连接至真空发生器(150)在工具第二端产生负压，在工具孔口(123)创造上升气流，该上升气流将被分离的材料抽吸到内部通道(121)中，在那里材料被保持在过滤元件(125)的下侧；c)将收集管以密封的方式附接至解剖工具的外表面；以及d)通过将内部通道连接至蓄压器(160)，在工具第二端产生超压，从而创造压力脉冲，该压力脉冲将保持在过滤元件下侧的生物材料喷射出来，将该材料(117)转移到收集管中。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动化方法，该方法用于解剖放置于平面基底(诸如，载玻片)上的生物材料，并将被解剖的材料转移到容器中用于进一步分析。本发明进一步涉及一种相关联的设备和一种用于该设备中的一次性工具。
背景技术
出于肿瘤学诊断的目的，为了对肿瘤进行分子分析，待分析的样本中必须存在一定数量和浓度的肿瘤细胞。肿瘤组织是异质性的，并包含其他组织和细胞类型。因此，感兴趣区(ROI)通常被定义为从放置于显微镜载片上的组织薄片待解剖的样本。手动解剖的方法是最常见的，在该方法中，实验室技术人员使用例如解剖刀从ROI刮取材料，并将被刮取的材料转移到收集管中。这需要大量的技能，即使由高度熟练的技术人员进行，也不能保证只有来自ROI的材料将最终在收集管中。
US 2020038001中公开了一种增强的手动移除和收集组织的方法。该方法采用抽吸来移除已被手动从玻片上刮掉的组织。所采用的解剖工具具有三个主要元件：轴部分，该轴部分的一端可以被联接至抽吸源；在一端处结合有刀片的盖子和经由盖子可释放地固定到轴部分的过滤柱。过滤柱包括过滤部件，该过滤部件用于捕捉通过盖子抽吸入工具的被解剖的材料。解剖后，将过滤柱从工具移除，例如放置在微型离心管中，在该微型离心管中过滤部件被浸没在用于溶解被解剖的组织的溶液中。
这种方法的优点是减少了在转移步骤期间污染组织样本的风险，但由于需要可拆卸的工具，使得所公开的方法和工具不适合用于自动化装置。
US 10876933中公开了一种经由铣削从生物样本中提取材料的自动化装置的示例。该装置包括头部组件和平台，可以容纳和收集来自几个组织切片的样本，并能自动填充和上传几个铣削尖端到多个相应的样本收集瓶中。在解剖期间，头部组件使铣削尖端旋转，同时抽出柱塞，该柱塞同时将缓冲液分配至铣削工具的刀片部分，解剖组织，并通过按压柱塞将缓冲液和被解剖的组织吸入到指定的收集瓶中。然后，使用过的铣削尖端可以重新装入支架或丢弃以避免交叉污染。
还已知使用激光捕获显微切割(LCM)从显微镜玻片上的组织切片中分离出集中的单个细胞群或精确的组织解剖区域。US 8573073中公开了一种将显微镜下的被分离样本，特别是膜支撑的显微解剖样本从对象台转移到分析布置的方法和装置。该装置配备了纳米抽吸装置，包括带有终端膜的抽吸管和被联接至抽吸管的真空/超压单元，用于将样本吸到终端膜上或从终端膜上吹走。US 8573073的装置和方法有一个缺点，即需要两种不同的工具来解剖和转移。
在定义一种使用相同工具更直接的用于解剖和转移生物材料并最小化污染使材料既能被收集又能以自动化方式转移分析的方法、工具和设备的方面，仍有改进余地。
发明内容
在第一方面，本发明涉及一种自动化方法，该方法使用解剖工具从放置于平面基底(诸如，载玻片)上的样本解剖和转移生物材料到收集管中，该解剖工具具有在工具的第一和第二端之间延伸的内部通道和横跨该内部通道的透气性过滤元件。该工具第一端设置有孔口和布置在该孔口处的刮刀。该方法包括以下步骤：
a)使用解剖工具的刮刀将生物材料从平面基底上物理分离；
b)在步骤a)期间，在解剖工具的第二端产生负压，在工具孔口创造上升气流，该上升气流将被分离的材料抽吸到内部通道中，在那里材料被保持在过滤元件的下侧；
c)将收集管布置在孔口周围，以便与解剖工具上的连接接口密封接触；以及
d)在工具第二端产生超压，以便创造气流和压力脉冲，该气流和压力脉冲将保持在过滤元件下侧的生物材料喷射出来，将该材料转移到收集管中。
本发明的方法能够以“干式”方法将生物材料从载玻片上直接转移到收集管中，从而最小化污染的风险。此外，可以使用单个工具来解剖、收集和转移生物材料，这不仅简化了以自动化方式实施该方法所需的装备构造，而且还进一步降低了污染的风险。该方法不利用会稀释生物材料和影响收集到的生物材料的分子分析的方法和质量的任何液体。
分离的步骤包括使刮刀与平面基底接触，并相对其移动解剖工具。为了简单起见，平面基底在下文中将被称为载玻片，尽管可以理解的是，在本发明的方法中可以使用将生物样本放置于其上的任何合适的基底。
有利的是，该方法包括控制工具和载玻片的相对位置，使得刮刀只在感兴趣区与生物材料接合。这优化了收集到的用于分析的材料的数量和纯度。
产生负压的步骤适当地包括在工具第二端将解剖工具的内部通道连接至真空发生器，产生超压的步骤包括将内部通道连接至蓄压器。
优选地，解剖工具的内部通道可选择性地经由阀门连接至真空发生器或蓄压器，并且该方法包括将阀门从内部通道与真空发生器进行流体连通的第一位置切换到内部通道与蓄压器进行流体连通的第二位置。
蓄压器和密封收集管之间的压力差创造压力脉冲，该压力脉冲将生物材料从过滤元件喷射到收集管中。
在一个优选的实施方案中，该方法包括进一步的步骤，即在工具第二端被连接至蓄压器之前，使用真空发生器至少部分地排空收集管中的空气。排空收集管的好处是，这增加了密封收集管和蓄压器之间的压力差。排空收集管的另一个好处是，大气可以作为蓄压器，产生超压的步骤可以简单地包括将排空的管暴露于大气压力。
优选地，蓄压器供应高于大气压力的压力，例如200-400kPa，以确保产生的压力脉冲足以喷射生物材料，这些生物材料的性质可能是粘性的并粘附在过滤元件的下侧。收集管和解剖工具上的连接接口之间的密封接触涉及一定的夹紧力。优选地，蓄压器供应的压力高于密封收集管中的压力，且低于收集管和工具之间的夹紧力。
在该方法的实施方案中，产生超压的步骤涉及产生大于大气压力的压力，该方法适当地包括随后的步骤，即允许收集管平衡到大气压力。这可以经由蓄压器的受控泄漏或者通过将阀门切换到第三位置(在第三位置，内部通道与大气流体连通)或其他合适的方法来实现。然后收集管可以从解剖工具中移除。
适当地，该方法包括在解剖的步骤期间控制气流。在进一步的发展中，该方法包括测量压力或测量来自解剖工具的过滤元件下游的气流的步骤，或者估计已经从载玻片上解剖的生物材料的面积的步骤。通过调整可变限制器的限制来控制气流，该限制响应于测得的压力或测得的气流或估得的被解剖材料的面积。进一步发展的优点将在后面参考本发明的设备进行描述。
在第二方面，本发明限定了一种用于在本方法中使用的解剖工具，该解剖工具是一次性的，并且可以以简单直接和廉价的方式制造。该工具具有第一和第二端，延伸通过工具体的内部通道和被布置在内部通道中的透气性过滤元件。该工具第一端配备有孔口和刮刀。该刮刀优选地由具有高屈服应力的金属制成。工具体优选地由聚合物材料制成。该工具的第二端配备有连接接口，该连接接口用于将解剖工具以密闭的方式可释放地连接到工具载体上的配合接口。
根据本发明，工具体包括整体的主体部分，即形成为单件。过滤元件被固定地保持在主体部分内，机械接口包括一个或多个锥形凹槽或一个或多个形成在主体部分中的锥形突起。
该工具旨在使用后被处置。因此，该工具尽可能便宜是有益的，这至少部分地经由简单直接的制造工艺来实现。本发明的方法使被解剖的材料能够从工具的内部移除，而不需要拆卸工具。保持过滤元件的体部分因此可以包含机械接口的额外功能，并可以作为单件执行，从而最小化为了制造工具而需要组装的不同部分的数量。
在一个实施例中，主要工具体部分也包含了刮刀，整个工具体是整体的部分。在一个优选的可以提高制造精度的实施方案中，刮刀被设置在第二“刀片”部分，该第二“刀片”部分被联结到主体部分。适当地，刀片部分不可逆地联接至主体部分，即这两个部分在不破换联接的情况下不能断开。这可以经由形状配合、粘合剂粘合或其他合适的联结方法来实现。不可逆的联接促进了工具体作为整体的坚固性。因此，根据本发明的解剖工具最多可以包括两个体部分。
优选地，主要工具体部分和刀片部分(当存在时)是由合适的聚合物材料在成型工艺中形成的。金属刮刀可以在工具孔口的一侧嵌入，也可以经由粘合剂粘合或其他合适的联结方法附接。在其他实施例中，刀片部分或整个工具体被包覆在刮刀上。成型材料可以是注塑级的热塑性聚合物。该等级可以是玻璃-陶瓷-或碳填充材料。该聚合物可以是聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯、ABS或其他工程热塑性材料，以及那些常见用于工程和高精度应用的混合物。
用于将工具附接至解剖设备上的工具载体上的连接接口整体形成在整体的主要工具体部分中。为了进行高精度的解剖，重要的是以精确的对准来附接工具，这是经由锥形互连来实现的。在一些实施例中，主要工具体部分的上端包括若干锥形销，这些锥形销与工具载体上设置的相应的锥形凹槽相啮合。替代地，该工具可包括若干锥形凹槽，这些锥形凹槽适于与工具载体上的相应的锥形销相啮合。
在一个优选的实施方案中，工具主体部分包括单个锥形凹槽，该单个锥形凹槽形成内部通道的一部分。
此外，工具的第二端可包括用于与工具载体建立快速联接的点击式配件或卡扣式配合元件。上述快速联接元件优选地也形成在解剖工具的主体部分中。快速联接的优点是便于在解剖后自动附接和分离工具，以及转移。
该工具还包括第二连接接口，用于当收集管被布置在工具孔口周围时与收集管建立密封。在一个实施例中，第二连接接口包括环(collar)，该环的外径的尺寸与收集管的内径配合。该环可以包括较大直径的凸缘部分，当收集管被放置于孔口周围时，该凸缘部分的下侧被用于接触该收集管的上缘。然后，密封可以在上缘和上述下侧之间形成，从而该收集管以一定的夹紧力压在凸缘部分上，以实现密封连接。适当地，凸缘部分的下侧可以配备有一层相对柔软的材料以增强密封。该环还可以具有以密封的方式与收集管的内缘啮合的锥形外表面。
有利的是，为了便于制造，第二连接接口是与工具体整体形成的。它也可以由安装在工具体周围的由弹性材料制成的单独环形成。合适材料的实施例包括橡胶(交联、烯烃、聚氨酯或硅酮)和热塑性弹性体，例如聚酯、聚氨酯、聚烯烃。环的一部段可以具有比标准尺寸收集管的内径稍大的外径。
本发明的工具进一步包括布置在内部通道内并横跨其全部直径的透气性过滤元件。适当地，过滤元件由多孔材料制成，其孔尺寸不允许被解剖的材料通过，例如10μm、50μm、100μm或200μm，取决于来自被解剖材料的样本。过滤元件可以具有编织或非编织的结构，优选地由合成材料制成，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯、尼龙、聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯。过滤元件的直径可以在3.0mm和15.0mm之间。替代地，过滤器可以是薄的基底，带有通过光刻、蚀刻或激光烧蚀制成的限定的孔阵列。
在一个优选的实施方案中，过滤元件材料被保持在基本为圆形的框架部分中，该部分是单独的部分，被插入到主要工具体部分的内部通道中，以便与其固定连接。框架部分可以被包覆在过滤元件材料上。在一个实施例中，框架部分的直径大于工具内部通道的直径，并经由过盈配合在径向上保持。
在另一个实施方案中，主要工具体部分被包覆在过滤元件上。
过滤元件将内部通道分为第一和第二部段。通道的第一部段将被限定为过滤元件和工具孔口之间的部段。通道的第一部段优选为直的且具有纵向的中心轴线L。通道的第一部段的直径在其长度上可以是恒定的或者可以变化。例如，通道可以朝向工具孔口变窄。在使用中，围绕通道的第一部段的工具体的一部分作为抽吸喷嘴，将被称为工具喷嘴。
刮刀被布置在工具孔口的一侧。刮刀的刮削边缘宽度为w，与载玻片上的生物材料接触。在一些实施例中，刀片是扁平的、凿子状的部分。在其他实施例中，刮刀围绕刀片轴线弯曲，并包括薄壁管段。该管段可以是连续的薄壁圆柱体，也可以是部分圆柱体，诸如半圆柱体。管段的端面作为刮削边缘。
在可用于根据本发明的设备上执行本发明的方法的解剖工具的一些实施例中，喷嘴部分地由薄壁管段形成，刮刀形成喷嘴的一部分。该管段可以有30μm-100μm的壁厚和3.0mm-15mm的外径。管段的刮削边缘或扁平刀片的刮削边缘可以与刀片轴线垂直，也可以有一定的角度以优化刮削性能。在一些实施例中，刀片具有磨细的尖锐的边缘。
通常，在本发明中使用的解剖工具被布置成使得刮刀以角度α与载玻片的水平表面接合，这将被限定为一个刮削角度。在一些实施方案中，刮刀在平行于喷嘴纵向轴线L的方向上延伸，刮削角度由喷嘴轴线相对于玻片表面的定向限定。
在其他实施方案中，特别是当刮刀从喷嘴的端面延伸时，刮刀具有相对于纵向轴线L一个角度延伸的刀片轴线。因此，喷嘴被布置为使得纵向轴线L垂直于玻片表面，刮削角度由玻片表面和刀片轴线之间的角度限定。如将理解的那样，刮削角度α可以通过调整喷嘴轴线的角度定向来改变。
在进一步的发展中，解剖工具的刮刀上设置有诸如NiF或全氟烷的防粘涂层，以防止被解剖的材料被粘住，并确保其被抽吸到过滤元件的下侧。
在进一步的发展中，喷嘴包括喷嘴延伸部，该延伸部至少部分地围绕与刮刀相对的一侧的工具孔口。在一个实施例中，该工具适于以相对于水平玻片表面的预定的刮削角度α进行布置。当刀片与玻片接触时，喷嘴延伸部的外围边缘可适于与玻片表面创造恒定的间隙。在进一步的实施例中，喷嘴延伸部的外围边缘具有预定的轮廓，使得间隙沿圆周方向变化。
喷嘴延伸部的优点是优化在抽吸期间在刮削边缘的位置处产生的气流，从而确保所有被解剖的材料被抽吸到工具体。
因此，在本发明的方法中使用的解剖工具可执行三种功能：解剖、收集和转移。此外，由于该工具旨在使用后被处置，生物材料交叉污染的风险进一步降低。
在第三方面，本发明涉及一种用于从放置于平面基底上的样本解剖和转移生物材料的设备，该设备被配置为执行上述本发明方法的实施方案。该设备包括：
-工具载体，具有用于与解剖工具上相应的机械接口建立密闭连接的机械接口，该解剖工具包括在工具的第一和第二端之间延伸的内部通道，被布置在解剖工具体内以横跨内部通道的过滤元件，以及被布置在工具第一端的工具孔口处的刮刀；
-工作台，用于支撑平面基底；
-平台，用于保持至少一个收集管；
-定位系统，被配置为使工具载体和工作台相对于彼此移动并控制它们的相对位置，使得解剖工具的刮刀选择性地与样本的预定区域中的生物材料接合，并进一步被配置为使工具载体相对于平台移动，使得收集管围绕工具孔口布置；
-真空发生器或用于连接外部真空发生器的配件；
-蓄压器或用于连接外部蓄压器的配件；以及
-阀门，可在第一位置(在第一位置，解剖工具的内部通道与真空发生器相连通)和第二位置(在第二位置，通道与蓄压器相连通)之间操作，用于使收集到的生物材料被排入收集管。
在一个实施例中，蓄压器就是大气。在另一个实施例中，蓄压器是泵。在又一个实施例中，蓄压器是含有压力保持在100kPa-400kPa的加压空气的容器。
优选地，该设备包括成像系统，用于获得生物样本的图像。适当地，成像系统被配置为识别含有待测生物材料的感兴趣区和含有非待测材料的不需要区之间的边界。换句话说，成像系统识别待被解剖的区域的形状。在一些实施例中，生物样本是被染色的组织样本，成像系统只是识别被染色的区域。在其他实施例中，成像系统可以用软件进行编程，以处理捕获到的组织样本的图像，并基于例如细胞结构识别感兴趣区。该系统还可以被配置为通过比较捕获到的图像和已被病理学家标记的参考图像来识别待解剖的区域的形状。适当地，成像系统被配置为将所识别的边界的坐标传递给定位系统的控制器。
解剖工具的刮刀的刮削边缘的宽度为w。由于刀片和平面基底之间在平移方向上的相对运动，刮削边缘切割通过生物样本的具有相应宽度的轨迹。当刀片由薄壁管的一部段形成时，轨迹的宽度取决于管的外径和施加的接触力。
在解剖期间，解剖工具可以被布置为使得刮刀以30度到60度之间的刮削角度布置，尽管取决于被解剖的生物样本的性质可能期望的是其他角度。
在进一步的发展中，工具载体可枢转地安装在设备上，以便能够调整刮削角度，并在必要时将解剖工具带到竖直位置，以促进解剖工具的自动联接/断开和/或收集管围绕例如工具的密封环的自动附接。
适当地，定位系统包括电动致动机，用于在横向X和Y方向上和竖直方向Z的相对运动。在一些实施方案中，定位系统进一步包括旋转台，用于围绕垂直于平面基底的旋转轴线调整工作台(和生物样本)相对于刮刀的位置。
在解剖期间，解剖工具相对于工作台在平移方向T上移动。在进一步的发展中，设备的工具载体围绕着垂直于工作台的轴线旋转，以使刮削边缘相对于平移方向的角度调整。这是有利的，因为它允许刮削边缘的有效宽度(即垂直于平移方向测得的宽度)可以改变。适当地，定位系统包括用于可控制的调整角度定向的致动器。
定位系统的致动器可与工作台相联接，用于将生物样本相对于解剖工具移动，和/或致动器可与工具载体相联接，用于将解剖工具相对于工作台移动。
在进一步的发展中，该设备配备有空气电离器。刮削边缘和在其上放置生物材料的平面之间的接触产生摩擦，这可能导致生物材料上静电荷的积聚。空气电离器调节解剖工具周围的空气流动，从而减少任何可能对解剖期间生物材料的收集产生不利影响的静电荷的积聚。
在进一步的发展中，该设备配备有可变限制器，该可变限制器被布置在真空发生器和解剖工具的过滤元件之间，用于调节通过工具喷嘴的气流。在使用该工具时，收集在过滤元件下侧的解剖材料将限制通过过滤器的气流，从而增加整个系统的限制。这将导致压力损失和气流减少，对工具喷嘴的抽吸能力产生不利影响。适当地，该设备适于响应于过滤器下侧的解剖材料的积累减少可变限制器的限制，以使通过内部通道和喷嘴的气流恒定。
在一个实施例中，该设备进一步配备有压力传感器或流量传感器，该压力传感器或流量传感器被布置在真空发生器和过滤元件之间，并基于测得的压力或测得的流量来控制可变限制器。在另一个实施例中，该设备被配置为估计已经被刮刀解剖的生物材料的面积，并随着被解剖的面积的变化减少可变限制器的限制。成像系统可以被配置为估计被解剖的面积，或者它可以基于刮刀的宽度和刀片相对于玻片的每次平移距离来计算。
本领域的技术人员将理解，两个或更多个上述实施方案、实施方式和/或本发明的各个方面可以以任何被认为有用的方式结合起来。
附图说明
现在将参考下文所描述的实施方案进一步阐明本发明。在附图中，
图1a示意性地示出了根据本发明的设备的一个实施例，该设备被配置为实现解剖和将生物材料从载玻片相应转移到收集管的创造性方法；
图1b示出了图1a的设备的部分的一种配置，在该配置中，材料从玻片上移除并抽吸到解剖工具中；
图1c示出了图1a的设备的部分的一种配置，在该配置中，抽吸出的材料被准备转移到收集管中；
图1d示出了图1a的设备的部分的一种配置，在该配置中，抽吸出的材料被转移到收集管中；
图2是用于在根据本发明的设备和方法中使用的解剖工具的一个实施例的侧视图；
图3是根据本发明的解剖工具的一个实施例的侧视图，通过虚线表示关键的内部特征；
图4a是根据本发明的解剖工具的另一个实施例的切割侧视图；
图4b是安装在图4a的工具中的过滤元件的横截面图。
应注意的是，在不同附图中具有相同参考标记的项目或者是相同的信号具有相同的结构特征和相同的功能。如果这样的项目的功能和/或结构已经解释过了，就没有必要在详细描述中重复解释。
具体实施方式
对生物材料(如组织和细胞)的病理学诊断研究构成了许多治疗决定的基础，特别是在肿瘤学方面。例如，进行基于基因组的测试，以便为被诊断为癌症的个体患者的治疗选择提供信息。生物材料/组织可以从活检中获得，然后例如被嵌入石蜡中并切成薄片，固定在载玻片上。这些薄片将被称为组织样本。其他获得和制备生物材料的方法是已知的。
组织样本具有包含待进行诊断测试的材料的感兴趣区ROI。ROI可以通过染色识别，或者病理学家可以在显微镜下分析后在参考玻片上提供标记。ROI也可以经由处理样本的数字图像来识别。当已经识别了ROI后，将材料从玻片上移除/解剖，然后转移到分析布置上。通常，材料被转移到收集管中，之后进行样本制备过程步骤，如细胞裂解、纯化和扩增等，以及进一步的必要处理步骤。如将理解的那样，通过确保只存在来自ROI的解剖材料，同时也通过最小化污染，分析的可靠性和效率得到了优化。
本发明限定了一种自动化方法，该方法用于从放置于平面基底上的样本解剖生物材料并将其转移到收集管中，其方式允许准确的材料移除，并最小化待分析材料的污染。该方法使用一种解剖工具，该解剖工具可选择性地连接至负压源和超压源。实施本发明方法的解剖工具和设备将参考图1a进行描述。
图1a示意性地示出了根据本发明的设备的一个实施例。该设备100包括：工作台110，用于支持载玻片115，在载玻片115上放置有生物样本117；以及解剖工具120，安装在工具载体130上。工具载体安装在定位单元135上，使工具120的位置可以相对于工作台110进行调整。在所描绘的实施例中，定位单元135允许工具120在竖直方向z移动并围绕竖直轴线旋转。定位单元构成了定位系统的一部分，用于使工具相对于工作台在平移方向X和Y上移动。优选地，工作台110也是可移动的，定位系统包括控制器190，该控制器190控制相对运动，使得工具只在感兴趣区与生物材料117接合。在所描绘的实施例中，该设备进一步配备有成像系统180，用于识别组织的位置并向控制器190提供ROI坐标。
解剖工具有基本上中空的主体，该主体限定了在工具体的第一和第二端之间延伸的内部通道121。透气性过滤元件125被容纳在工具体中，并横跨内部通道的整个直径。内部通道的第一部段被限定在过滤元件125和工具第一端的孔口123之间。围绕内部通道第一部段的工具体的部分被定义为喷嘴122，该喷嘴122具有纵向的中心轴线L。喷嘴轴线L可以与整个工具的中心轴线重合，如图1a的实施例的情况，尽管这不是必须的。解剖工具的第二端包括用于可释放地将工具连接至工具载体130上的配合机械接口上的机械接口。
在所描绘的实施例中，喷嘴由薄壁管形成，管的端面的一部分作为刮刀124(参考图1b)，用于机械地分离放置于载玻片115上的生物材料117。刮刀也可以是从孔口123的一侧的喷嘴端面延伸出来的单独的部分。
在解剖期间，该工具被布置为使得喷嘴122相对于工作台110的水平表面以角度α定向，这也限定了刀片124的刮削角度。工具载体130可枢转地安装在定位单元135上，以便能够调整角度α。
该设备进一步配备有真空泵150、压力至少为100kPa的蓄压器160、阀门140、以及合适的管，被布置为使得解剖工具120的内部通道121可选择性地连接到泵150和蓄压器160中的一个。在所描绘的实施例中，阀门是三通阀，其第一端口141与工具载体130上的机械接口和通道121流体连通，第二端口142与真空泵150流体连通，第三端口143与蓄压器160流体连通。
现在将参考图1b-图1d来描述本发明方法的一个实施方案，为了简单起见，这里只描述了设备的相关特征。
图1b示出了处于材料移除位置的解剖工具，在方法的第一步骤中，生物材料117被从载玻片115上刮掉并收集在工具体内。工具120被布置为使得刮刀124以例如30-60度的刮削角度与玻片表面接合。然后，该工具在平移方向x上相对于玻片移动，使得刀片的刮削边缘(在y方向上有一定的宽度)在生物材料117上切割出一条轨迹。适当地，刮刀124和玻片115的相对位置被控制，使得经由刮削只有来自识别出的ROI的材料被解剖。
在进行刮削的同时，在解剖工具的第二端产生负压，在工具孔口123处创造上升气流，使被解剖的材料被抽吸到通道121中，在那里在过滤元件125的下侧被捕获。在这一抽吸步骤期间，阀门140处于第一位置，在第一位置，第一和第二端口141、142处于流体连通，内部通道121与真空泵150处于流体连通。在移除材料的过程期间，气流将被解剖的材料保持在过滤元件125的下侧。
当解剖完成后，工具的位置可以调整到转移位置，在该转移位置上，工作台和解剖工具彼此之间有一定的距离。在该方法的下一个步骤中，如图1c所示，收集管170以密封方式附接在解剖工具120的外表面。适当地，设备包括用于保持例如收集管托盘的平台，定位系统被配置为控制工具载体相对于平台的运动，使得工具120插入管170中。阀门140保持在第一位置，被解剖的材料117被保持在过滤元件125的下侧。由于继续与工作中的真空泵150连接，空气从收集管170中被抽走。
该方法的最后一个步骤包括在工具120的第二端将过滤元件125暴露在超压下。如图1d所示，这是通过将阀门140切换到第二位置来实现的，在该第二位置上，第一端口141与第三端口143和蓄压器160流体连通。优选地，当管170内达到真空状态，或者压力基本等于真空泵的绝对压力，例如1kPa-10kPa时，阀门被切换到第二位置。暴露在超压下会产生压力脉冲和流向工具孔口123的气流，在图1d中用箭头表示。上述压力脉冲将被解剖的材料117从过滤元件125的下侧弹入收集管170中。
蓄压器160可以简单地是大气。优选地，为了产生足够大的脉冲以确保所有的材料都从过滤元件125中喷射出来，使用保持在气缸内的泵或储气罐的加压空气来供应200kPa-400kPa的压力。优选地，供应的压力低于收集管170在工具体外表面周围的密封连接所产生的夹紧力。这可以防止管子被压力脉冲释放，该释放将产生失去被解剖材料的风险。
在暴露于大于100kPa的压力下，允许收集管中的压力与大气平衡。然后收集管可以从解剖工具120上分离，并适当地用端盖覆盖。
因此，本发明的方法能够自动化解剖并将生物材料从放置于载玻片115上的样本转移到收集管170中，而不需要在解剖期间使用任何液体或将被解剖的材料从工具体中“冲洗”出来。这不仅简化了过程，而且最小化污染。
图2示出了适合用于根据本发明的设备的解剖工具220的一个实施例。该工具具有中空的工具体，该工具体有内部通道，过滤元件被布置在该内部通道中。工具的第一端220a设置有喷嘴222，其一部分作为刮刀224，该刮刀224具有刮刀边缘224a，与载玻片115接触并相对于载玻片移动，以便解剖材料。本实施例中的刮刀224是由具有高屈服应力的金属制成的薄壁管段形成的单独部分。喷嘴222和工具体的其余部分可以由高分子材料形成，这些材料被包覆在刮刀224上。优选地，刮刀的内表面有防粘涂层，以防止在刮削和转移期间粘住被解剖的材料。
在使用该工具时，喷嘴222的端面与玻片115上的生物材料接触的一部分作为刮刀224。因此，在所描绘的实施例中，刮削边缘224a呈弧形，具有一定的宽度，当喷嘴的下侧与玻片表面接触并相对于玻片移动时，可在生物材料上切割出一条轨迹。因此，被解剖的材料可以具有带状的形状。
如所解释的那样，由真空泵产生的负压创造上升气流，该上升气流将被刮削边缘224a解剖的材料吸入。为了确保被解剖的材料带被抽吸到工具体中，重要的是，在刮削边缘的位置，气流的提升效果是最佳的。在所描绘的实施例中，喷嘴222的延伸部226促进了这一点，该延伸部226在与刮削边缘224a相对的圆周侧包围了大约一半的工具孔口。延伸部226形成弯曲的罩，由此在相对于刮削边缘224a的纵向方向L上测得的延伸部226的最大长度出现在喷嘴上相对于刮削边缘180度的圆周位置。在这个180°位置的任何一侧，喷嘴的延伸部长度减少。
在所描绘的实施例中，解剖工具220适于安装在工具载体上，使得刮刀224相对于玻片的水平表面以45度的刮削角度布置。刮刀的刀片轴线平行于喷嘴和工具的中心轴线L延伸，这意味着刮削角度与工具轴线相对于玻片表面的角度重合。
刮削边缘224a形成了抽吸喷嘴的一部分。延伸部226的外围边缘也形成了喷嘴的一部分，因此缩短了喷嘴和玻片表面之间的间隙G，从而增加了施加在被解剖的生物材料上的抽吸力。延伸部226被设计成使得当工具与玻片表面呈45度布置且刮削边缘与玻片接触时，间隙G基本恒定。在其他实施例中，喷嘴延伸部被设计为使得间隙沿圆周变化。
除了改善刮削边缘224a的提升效果外，延伸部226还可以作为物理屏障，以防止被解剖的材料带的侧向偏转，并将其保持在喷嘴内。
在工具220b的第二端，提供了机械接口，用于将工具220可释放地附接到工具载体上的配合接口。适当地，该接口允许密闭连接，以确保通过工具体的最佳抽吸和高度的机械对准，以促进刮削边缘224a相对于玻片115的准确定位。为了速度和自动化的目的，点击式配件、夹紧件或卡口式附接是有利的，但诸如螺纹连接的其他类型的接口也是可能的。
解剖工具220进一步包括外部连接接口，用于接收放置于工具体上的收集管。在所描绘的实施例中，工具体的外侧配合有由弹性密封材料制成的环227，用于与收集管建立密封连接。因此，环的尺寸取决于所使用的收集管。优选地，环具有倒角227a，用于将收集管的开口端引导到环的主要部分227b，环的主要部分227b的外径将与收集管的内径或边缘密封。适当地，环还具有较大直径的凸缘部分227c，它将保持收集管的边缘，以防止在附接和排空收集管时可能发生的损坏。
图3示出了根据本发明的解剖工具的一个实施例的侧视图。该工具320包括第一主体部分326，形成为单件。内部通道321延伸通过该主体部分326，过滤元件325(通过虚线表示)被布置在通道321中并保持在主体部分中。用于可释放地将工具连接至载体的机械接口设置在工具第二端320b，在主体部分326中。该机械接口包括若干锥形凹槽，这些锥形凹槽在工具第二端320b处围绕内部通道321。
该工具还包括第二部分327，该第二部分327包含了喷嘴部分322。第二部分可由聚合物材料形成，它被包覆在主体部分326上。刮刀324被嵌入到喷嘴部分322的端面。喷嘴部分和主体部分326也有可能完全由包覆在金属刮刀324上的材料形成。
在所描绘的实施例中，第二部分327不仅包括喷嘴322和刀片324，而且还包括用于连接收集管的第二机械接口或环。与图2所示的实施例一样，环具有用于保持收集管边缘的凸缘部分327c。
本实施例中的工具320适于被布置成使得在解剖期间喷嘴的纵向中心轴线L垂直于载玻片115。在工具的第一端320a，喷嘴322的端面围绕着内部通道321的入口处的孔口323，通过虚线表示。金属刮刀324被嵌入喷嘴中，由此刀片的一部分从喷嘴的端面突出。刀片的嵌入部分通过虚线表示。在所描绘的实施例中，刮刀如果由金属薄片形成，则其围绕刀片轴线B弯曲成半圆柱形。刮刀还可以是类似于凿子的直的平坦部分。
刀片轴线B相对于喷嘴轴线L延伸出一个角度，并且刮削角度由刀片轴线B和玻片表面之间的角度限定。当然，刮削角度可以通过调整工具体的定向来改变。适当地，刮刀324向喷嘴轴线L延伸，使得刀片的刮削边缘324a位于工具孔口323下方。
在图4a中以剖切侧视图示出了根据本发明的工具的另一个实施例。工具420包括由单件形成的主体部分426，工具内部通道延伸通过该主体部分426。内部通道421的一部分的直径向工具孔口423变细。内部通道的另一部分由锥形凹槽450形成，该锥形凹槽适于将工具与工具载体上相应形状的锥形突起精确对准。如可以理解的那样，锥形突起具有与工具的内部通道相匹配的内部通道。锥形凹槽450提供了与工具载体突起的密闭连接。在一些实施例中，工具和工具载体之间的联接力是经由过盈配合建立的。在所描绘的实施例中，第一连接接口额外包括卡扣式配合接头形式的快速释放联接。若干卡扣式配合接头455(在所描绘的实施例中为三个)被设置在锥形凹槽的入口处，并且当工具载体被推入工具凹槽450时，适于与工具载体的锥形突起上设置的环形凸起啮合。在所描绘的实施例中，卡扣式配合接头是在锥形凹槽450入口处的工具体426中相应的凹陷457内延伸的悬臂。每个臂455和凹陷457的径向外壁之间的间隙允许臂的弯曲，这对工具的接合和脱离是必要的。适当地，卡扣式配合接头455以均匀的角度间隔布置在锥形凹槽450的入口周围，并适于提供稳定的锁定力，该锁定力足够大以便能够使用工具进行精确解剖，但又足够小以允许相对较低的力脱离。
主要工具体部分426进一步包括用于在轴向定位过滤元件425的座(seat)430。图4b中以横截面图示出了合适的过滤元件的一个实施例。该过滤元件包括一薄片多孔透气性编织材料，其厚度为t例如为0.1mm。也可以使用膜过滤器，它的厚度通常较大，例如0.6mm。过滤元件425被保持在框架部分425a中，该框架部分可以围绕过滤元件的外圆周成型。在过滤元件425的座430的位置，框架部分425a的外径略大于内部通道的直径，使得框架部分425a以过盈配合径向保持在主体部分426内。
该工具的刮刀424被设置在第二部分427中，该第二部分被联结到主体部分426。适当地，第二部分427被包覆在刮刀424上，并且可以经由形状配合、粘合剂粘合或其他合适的联结方法不可逆地联接到主体部分426上。第二部分427还包括工具孔口423和喷嘴422的一部分。第二主体部分427中的喷嘴部分422的外表面适于插入收集管中。工具体进一步具有相对平坦的下表面428，用于接收收集管的边缘并与其建立密封连接。该密封表面428可以设置在主体部分426和第二部分427中的一个或两个。替代地，该密封表面可以由喷嘴部分422的锥形外表面形成。
在解剖和组织转移之后，根据本发明的解剖工具被处置，新的工具被连接到设备，从而消除交叉污染的风险。
实施例、实施方案或可选特征(不管是否指示为非限制性的)都不应理解为限制所要求保护的本发明。应注意，上面所提及的实施方案例示而非限制本发明，本领域技术人员能够在不脱离所附权利要求范围的情况下设计许多替代的实施方案。
在权利要求中，置于括号内的任何附图标记都不应被解释为对权利要求的限制。动词“包括”及其变体的使用并不排除除了权利要求中所陈述的元素或步骤之外的元素或步骤的存在。元素前面的冠词“一”或“一个”并不排除存在多个这样的元素。本发明可以借助于包括若干不同元素的硬件，以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举若干装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由同一硬件项实现。在相互不同的从属权利要求中记载了某些措施这一纯粹事实并不指示这些措施的组合不能被用来发挥优势。
附图标记
100 解剖设备
110 工作台
115 玻片
117 组织样本
120、220、320、420 解剖工具
121、321、421 通过解剖工具的内部通道
122、222、322、422 喷嘴
123、323、423 工具孔口
124、224、324、424 解剖工具的刮刀
125、325、425 透气性过滤元件
425a 过滤元件的框架部分
130 工具载体
135 定位单元
140 三通阀
141、142、143 第一、第二、第三阀口
150 真空泵
160 蓄压器
170 收集管
180 成像系统
190 定位系统的控制器
220a、320a 解剖工具的第一端
220b、320b 解剖工具的第二端
224a、324a 刮刀的刮削边缘
226 喷嘴的延伸部
227、327 密封圈
227a 密封圈的倒角边缘
227b 密封圈的主体
227c、327c 密封圈的固定凸缘
326、426 第一、主要工具体部分
327、427 含有刀片的第二部分
428 工具体的密封表面
430 主要工具体部分的座，用于定位过滤元件
450 锥形凹槽，用于与工具载体建立密封接口
455 卡扣式配合接头
457 锥形凹槽入口处的工具体的凹痕
L 工具喷嘴的纵向轴线
B 刀片轴线
α 刀片相对于玻片表面的刮削角度
G 喷嘴和玻片表面之间的间隙
Claims (15)
1.一种自动化方法，该方法使用解剖工具(120、220、320、420)从放置于平面基底(115)上的样本转移生物材料(117)到收集管(170)中，该解剖工具具有在工具的第一端和第二端(220a、220b；320a、320b)之间延伸的内部通道(121、321)和横跨该内部通道的透气性过滤元件(125、325、425)，其中工具的第一端设置有孔口(123、323、423)和布置在该孔口处的刮刀(124、224、324、424)，该方法包括以下步骤：
a)使用刮刀(124、224、324、424)将生物材料从平面基底(115)上物理分离；
b)在步骤a)期间，在工具的第二端(220b、320b)产生负压，在工具的孔口(123、323、423)创造上升气流，该上升气流将被分离的材料抽吸到内部通道(121、321)中，在内部通道中该材料被保持在过滤元件(125、325、425)的下侧；
c)将收集管(170)布置在孔口周围，以便与解剖工具上的连接接口(227、327、428)密封接触；以及
d)在工具的第二端产生超压，以便创造气流和压力脉冲，该气流和压力脉冲将保持在过滤元件(125、325、425)下侧的生物材料喷射出来，将该材料(117)转移到收集管(170)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
-产生负压的步骤包括将工具的内部通道(121、321)连接至真空发生器(150)；
-产生超压的步骤包括将内部通道连接至蓄压器(160)；以及
-该方法还包括一个步骤，即在内部通道被连接至蓄压器之前，使用真空发生器从收集管(170)中排空空气。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤a)包括使刮刀(124、224、324)与平面基底(115)接触，并使解剖工具相对于平面基底移动，并且其中该方法进一步包括控制解剖工具(120、220、320)和基底的相对位置，使得刮刀仅在感兴趣区与生物材料接合。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中步骤b)包括通过改变可变限制器的限制来控制通过解剖工具的气流，该限制响应于以下一项或多项：
-从解剖工具的过滤元件(125、325、425)下游测得的压力或气流；
-在步骤a)中已经从基底上分离的生物材料的估得的面积。
5.一种用于从放置于平面基底(115)上的样本中移除和收集生物材料(117)的解剖工具(320、420)，该工具包括工具体，内部通道(321)在第一端和第二端(320a、320b)之间延伸通过该工具体，其中该工具进一步包括：
-刮刀(324、424)，布置在工具的孔口(123、323)，设置在工具的第一端(320a)；
-第一连接接口，设置在工具的第二端(320b)，用于将解剖工具以密闭的方式可释放地连接到工具载体(130)上的配合接口；以及
-透气性过滤元件(325、425)，布置在内部通道(321)内，以横跨内部通道的全部直径；
其特征在于：
-该工具体包括主体部分(326、426)，在该主体部分中，第一连接接口整体形成，由此，该第一连接接口包括至少一个锥形凹槽(450)或至少一个锥形突起；
-过滤元件(325、425)被固定地保持在主体部分(326.426)内；以及
-主要工具体部分(326、426)被形成为单件。
6.根据权利要求5所述的解剖工具，其中刮刀(324、424)被包含在主要工具体部分(326、426)中。
7.根据权利要求5所述的解剖工具，其中刮刀(324、424)被包含在第二部分(327、427)中，该第二部分联结至主要工具体部分(326、426)。
8.根据权利要求5-7中的任一项所述的解剖工具，其中过滤元件(325、425)被保持在单独的框架部分(425a)中，该框架部分被固定地保持在主要工具体部分(326、426)中。
9.根据权利要求5-7中的任一项所述的解剖工具，其中主要工具体部分(326、426)被包覆在过滤元件(325、425)上。
10.根据权利要求5-9中的任一项所述的解剖工具，其中第一连接接口额外包括一个或多个卡扣式配合元件(455)。
11.根据权利要求5-10中的任一项所述的解剖工具，其中第一连接接口包括单个的锥形凹槽(450)，该锥形凹槽形成工具内部通道的一部分。
12.根据权利要求5-11中的任一项所述的解剖工具，进一步包括用于与收集管(170)建立密封连接的第二连接接口(327、428)。
13.根据权利要求12所述的解剖工具，其中第二连接接口在工具体中整体形成，并包括相对大直径的部分(327c)，该部分具有适于接收收集管(170)的上缘的下侧(428)。
14.一种用于从放置于平面基底(115)上的样本中解剖和转移生物材料到收集管(170)中的设备，其中该设备被配置为执行权利要求1-4中的任一项所述的方法，并包括：
-工具载体(130)，具有用于与解剖工具(120、220、320、420)密闭连接的机械接口，其中解剖工具具有在工具的第一端和第二端(220a、220b；320a、320b)之间延伸的内部通道(121、321)和横跨该内部通道的透气性过滤元件(125、325、425)，其中工具的第一端设置有孔口(123、323、423)和在孔口处的刮刀(124、224、324、424)；
-工作台(110)，用于支撑平面基底(115)；
-平台，用于保持至少一个收集管(170)；
-定位系统(135)，被配置为使工具载体(130)和工作台(110)相对于彼此移动并控制它们的相对位置，使得解剖工具的刮刀(124、224、324)选择性地与其预定区域中的生物材料(117)接合，并进一步配置为使工具载体相对于平台移动，使得收集管在解剖完成后以密封的方式围绕工具的孔口布置；
-真空发生器(150)或用于连接外部真空发生器的配件；
-蓄压器(160)或用于连接外部蓄压器的配件；
-阀门(140)，能够在第一位置和第二位置之间操作，在第一位置，解剖工具的内部通道(121、321)与真空发生器(150)相连通，在第二位置，通道与蓄压器(160)相连通，用于使收集到的生物材料被排入收集管。
15.根据权利要求14所述的设备，其中工具载体(130)上的机械接口包括中空的锥形突起，用于与解剖工具中相应的锥形凹槽(450)接合。
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