CN1300339C - 填埋有组织阵列的蜡块的制备方法 - Google Patents

Abstract

生物组织微阵列芯片自动制备仪，包括X-Y工作台系统，在Y轴滑台的上端面固定有受体蜡块架和供体蜡块架，X轴滑台的一侧设置有转台和Z轴滑台，Z轴滑台上固定有T型架，各滑台和转台分别连接有用于控制各滑台和转台的交流伺服电机，X轴、Y轴、Z轴滑台均安置光栅尺，各交流伺服电机和光栅尺通讯接口通过四轴联动运动控制卡与计算机相连接，T型架上分别固定有空白蜡块打孔器、与计算机的图像采集卡相连接的CCD图像采集器及组织蜡块填埋器和电磁铁。本发明采用自动化控制，并采用图像自动寻优法，从供体蜡块上自动寻找组织最佳挖取点。运用机器视觉反馈自动控制挖取需要填埋的组织核心，然后自动将所挖取的组织核心填埋到受体阵列孔中。

Description

填埋有组织阵列的蜡块的制备方法

技术领域

本发明属于生物医疗领域使用的实验材料制备仪器，特别涉及一种填埋有组织阵列的蜡块的制备方法。。

背景技术

“组织芯片”来自于名词“tissue chip”，是指在基质(载玻片)表面固定大量的、可寻址的微小组织样本，用于高通量检测不同组织中DNA、RNA和蛋白质等分子的变化情况，一般称为组织微阵列(tissue microarray，TMA)，由于具有微型化和自动化等特点，并且每个组织微阵列都能得到大量数据，所以又被称为组织芯片。

生物组织微阵列芯片是将不同来源的生物组织分别整齐地按照行列植入空白的基体(如石蜡块)中，形成组织微阵列，然后经切片机切片而得到可用于显微观察分析的生物组织阵列薄片。芯片分析的实质是对生物微组织阵列芯片在相同条件下进行结合或反应，反应结果用同位素法，化学荧光法，化学发光法或酶标法显示，然后用精密的扫描仪或CCD摄像技术记录，通过计算机软件进行分析，综合成可读的IC总信息。

生物组织微阵列芯片制备仪用于完成基体阵列孔的产生，生物组织的采样和阵列填埋。目前比较常用的是美国Beecher公司生产的手动组织芯片制备仪，型号为Manual Tissue Arrayer I或Manual Tissue Arrayer II，该类仪器采用完全手工操作。该仪器的结构主要有机座、供体和受体蜡块卡紧定位装置、水平X-Y移动工作台、针具转换装置、垂直方向运动导轨。该装置由于采用完全手工操作，所以工作效率比较低，操作人员的工作量大而繁琐；采用手动调节来控制芯片制作精度，易受操作员的生理心理状态及熟练程度的影响，废片率较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以有效提高工作效率，减少重复工作量，提高系统定位和芯片加工精度，降低废片比例的填埋有组织阵列的蜡块的制备方法。

为达到上述目的，本发明的制备仪包括由X轴滑台和Y轴滑台组成的X-Y工作台系统，在Y轴滑台的上端面固定有受体蜡块架和供体蜡块架，X轴滑台的一侧设置有转台、转台上固定有Z轴滑台，Z轴滑台上固定有T型架，X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台和转台分别连接用于控制各滑台的X轴交流伺服电机、Y轴交流伺服电机、Z轴交流伺服电机和转台交流伺服电机，X轴、Y轴、Z轴滑台均安置光栅尺，各交流伺服电机和光栅尺通讯接口通过四轴联动运动控制卡与计算机控制器相连接，T型架上分别固定有空白蜡块打孔器、与计算机的图像采集卡相连接的CCD图像采集器以及组织蜡块填埋器和电磁铁。

本发明的制备方法为：首先根据X轴滑台的原始零点，将X轴滑台的正中心和Y轴滑台的正中心确定为X-Y滑台的基准点，Z轴滑台的中心作为Z轴的基准点，将受体蜡块和供体蜡块放置在受体蜡块架和供体蜡块架上；设定需要制备的受体蜡块的行、列、行间距阵列孔的参数、起始孔的X-Y坐标，通过控制系统控制X轴滑台交流伺服电机和Y轴滑台交流伺服电机驱动X-Y滑台系统，使受体蜡块进入作业区；然后通过控制系统控制转台交流伺服电机驱动转台，使空白蜡块打孔器进入作业区，保证第一个起始打孔点位于基准点处；然后驱动Z轴滑台下移通过空白蜡块打孔器受体蜡块上打孔，每打完一个孔，控制系统将控制X轴平台交流伺服电机和Y轴平台交流伺服电机使X-Y平台移动一个行间距或列间距，如此循环，直至所有的受体蜡块打孔全部完成；再通过控制系统控制转台交流伺服电机驱动转台，使CCD图像采集器进入作业区；同时控制系统将控制X轴交流伺服电机和Y轴交流伺服电机驱动X-Y滑台系统，使供体蜡块进入CCD图像采集器的识场区；CCD图像采集器自动识别供体蜡块中包埋的组织，确定所要挖取的组织点，然后通过控制系统控制X轴交流伺服电机和Y轴交流伺服电机驱动X-Y滑台系统，使供体组织的采样点位于基准点处；驱动转台转动，使组织蜡块填埋器进入作业区，驱动Z轴滑台下移，采集供体组织；此时根据需要确认填埋孔的位置即列和行，否则系统将默认为从第一行第一列开始填埋，控制系统发出指令通过X轴交流伺服电机和Y轴交流伺服电机驱动X-Y平台系统，使空白阵列孔蜡块进入作业区并选定某一空白孔移动到基准点；所需要填埋的空白孔移至基准点后，控制系统控制Z轴滑台下移使组织蜡块填埋器开始作业，此作业过程是通过四轴联动运动控制卡的IO口的开断控制电磁铁开断，将组织蜡柱填入空白孔；转到步骤4，进行下一个组织蜡柱的识别、采集、填埋，整个阵列填埋完毕之后，取下填埋有组织阵列的蜡块，即完成制备作业，本系统中X轴、Y轴、Z轴滑台的每一次移动，各轴滑台的光栅尺在控制中作为负反馈，构成闭环控制，每次都将记录移动的距离，以确定每个阵列孔的绝对坐标，以及各滑台的位置，以确保运动精度。

本发明采用自动化控制，在计算机的控制下完成在受体蜡块上自动制备阵列孔，并采用图像自动寻优算法，从供体蜡块上自动寻找组织最佳挖取点。运用机器视觉反馈自动控制，自动挖取需要填埋的组织核心，然后自动将所挖取的组织核心填埋到受体阵列孔中。由于采用了自动化控制，可以有效提高工作效率，减少重复工作量，降低废品比例。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的控制系统的结构示意图；

图3是本发明控制系统的软件流程图；

图4是本发明的软件操作界面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1，2，本发明包括由X轴交流伺服电机、Y轴交流伺服电机控制的X轴滑台4和Y轴滑台1组成的X-Y平台系统，在Y轴滑台1的上端面固定有受体蜡块架2和供体蜡块架3，X轴滑台4的一侧设置有转台5和控制转台5的转台交流伺服电机、转台5上固定有Z轴滑台8和控制Z轴滑台8的Z轴交流伺服电机，X轴、Y轴、Z轴滑台均安置光栅尺，各交流伺服电机和光栅尺通讯接口通过四轴联动运动控制卡13与计算机控制器12相连接，且在Z轴滑台8上还固定有T型架9，T型架9上分别固定有空白蜡块打孔器10、与计算机的图像采集卡14相连接的CCD图像采集器11以及组织蜡块填埋器6和电磁铁7。电磁铁7用于填埋时候的执行器，CCD图像采集器11主要用于自动获取组织图像，通过控制系统实现图像的自动识别和组织的自动定位。

参见图3，4，本发明进入控制系统操作界面，1)点击系统还原。系统将自动进行标定，根据滑台的原始零点，将X轴滑台4的正中心和Y轴滑台1的正中心确定为X-Y滑台的基准点，Z轴滑台中心作为Z轴的基准点；2)在操作界面里输入需要制备阵列孔的参数：行、列、行间距、起始孔的X-Y坐标；通过控制系统控制X轴滑台交流伺服电机和Y轴滑台交流伺服电机驱动X-Y滑台系统，使受体蜡块进入作业区；然后通过控制系统控制转台交流伺服电机驱动转台5，使空白蜡块打孔器10进入作业区，保证第一个起始打孔点位于基准点处；3)系统确保第一个起始打孔点位于基准点后，驱动Z轴滑台8，在受体蜡块上打孔；每打完一个孔，让X-Y平台系统自动移动一个行间距或列间距，如此循环，直至所有的受体蜡块阵列孔全部完成；4)让控制系统自动驱动转台5，使CCD图像采集器11进入作业区；同时控制系统将控制X轴交流伺服电机和Y轴交流伺服电机驱动X-Y平台系统，使供体蜡块进入CCD图像采集器11的识场区；5)CCD图像采集器11自动识别供体蜡块中包埋的组织，在计算机屏幕上点击所要挖取的组织点。控制系统驱动X-Y平台系统使采样点位于基准点处；驱动转台5，使供体蜡块打孔填埋器进入作业区，驱动Z轴平台8下移动使组织蜡块填埋器6采集供体组织；6)此时可以在控制系统界面里输入需要填埋孔的位置(确认列和行)，如果不输入，控制系统认为从第一行第一列开始填埋。此时由控制系统发出指令驱动X-Y平台系统，使受体蜡块进入作业区并选定某一空白孔移动到基准点；7)所需要填埋的受体蜡块空白孔移至基准点后，控制系统控制Z轴平台交流伺服电机使Z轴平台下移，通过组织蜡块填埋器6的作业，此作业过程是通过四轴联动运动控制卡13的IO口的开断控制电磁铁7开断，将供体蜡块填入空白孔；8)转到步骤4，进行下一个组织蜡柱的识别、采集、填埋。整个阵列填埋完毕之后，取下填埋有组织阵列的蜡块，即完成制备作业，本系统中X轴、Y轴、Z轴滑台的每一次移动，各轴滑台的光栅尺在控制中作为负反馈，构成闭环控制，每次都将记录移动的距离，以确定每个阵列孔的绝对坐标，以及各滑台的位置，以确保运动精度。

本发明有效的提高了生物组织微阵列芯片加工的效率，降低了对操作人员的专业技能要求。

以打阵列孔为例，手工制备仪由于对每个打孔位置都需要进行手动定位和调节，所以效率低下，打10×10的阵列孔熟练的操作员大约需用时40-60分钟，使用本发明开发的仪器只需要操作者一次性输入行列数和间距数据，余下的工作可由机器在1-2分钟内完成。

对于组织取样过程，手工制备仪需要操作员手动寻找蜡块的组织位置，而且取样时的操作要求较高的技巧，否则容易提取失败。使用本发明可以借助CCD图像采集器，用鼠标在屏幕上点取组织在蜡块中的位置后，计算机自动确定需要挖取的组织位置，仪器自动高质量地完成组织提取。

本发明最显著的优点体现在对已取样组织向阵列空孔的回填过程中。手工仪器需要操作员仔细将取样针调节到阵列孔的每个空孔上方，这个过程需要反复调节才能保证回填质量，所以费时费力，对操作员要求也很高，稍有疏忽就容易出废品。使用本发明的操作员只需要用鼠标点击一下回填按钮，系统就会自动按照制定的行列号或者默认顺序将组织准确回填，提高了效率十几倍甚至几十倍，同时保证了回填质量。

Claims (1)

1、一种填埋有组织阵列的蜡块的制备方法，采用生物组织微阵列芯片自动制备仪进行所述蜡块的制备，该生物组织微阵列芯片自动制备仪包括由X轴滑台[4]和Y轴滑台[1]组成的X-Y工作台系统，在Y轴滑台[1]的上端面固定有受体蜡块架[2]和供体蜡块架[3]，X轴滑台[4]的一侧设置有转台[5]、转台[5]上固定有Z轴滑台[8]，Z轴滑台[8]上固定有T型架[9]，其特征在于：X轴滑台[4]、Y轴滑台[1]、Z轴滑台[8]和转台[5]分别连接有用于控制各滑台的X轴交流伺服电机、Y轴交流伺服电机、Z轴交流伺服电机和转台交流伺服电机，X轴、Y轴、Z轴滑台均安置光栅尺，各交流伺服电机和光栅尺通讯接口通过四轴联动运动控制卡[13]与计算机控制器[12]相连接，T型架[9]上分别固定有空白蜡块打孔器[10]、与计算机的图像采集卡[14]相连接的CCD图像采集器[11]以及组织蜡块填埋器[6]和电磁铁[7]，其特征在于：所说的制备方法为：

1)首先根据X轴滑台[4]的原始零点，将X轴滑台[4]的正中心和Y轴滑台[1]的正中心确定为X-Y滑台的基准点，Z轴滑台[8]的中心作为Z轴的基准点，将受体蜡块和供体蜡块放置在受体蜡块架[2]和供体蜡块架[3]上；

2)设定需要制备的受体蜡块的行、列、行间距、阵列孔的参数、起始孔的X-Y坐标，通过控制系统控制X轴滑台交流伺服电机和Y轴滑台交流伺服电机驱动X-Y滑台系统，使受体蜡块进入作业区；然后通过控制系统控制转台交流伺服电机驱动转台[5]，使空白蜡块打孔器[10]进入作业区，保证第一个起始打孔点位于基准点处；

3)然后驱动Z轴滑台[8]下移通过空白蜡块打孔器[10]在受体蜡块上打孔，每打完一个孔，控制系统将控制X轴平台交流伺服电机和Y轴平台交流伺服电机使X-Y平台移动一个行间距或列间距，如此循环，直至所有的受体蜡块打孔全部完成；

4)再通过控制系统控制转台交流伺服电机驱动转台[5]，使CCD图像采集器[11]进入作业区；同时控制系统将控制X轴交流伺服电机和Y轴交流伺服电机驱动X-Y滑台系统，使供体蜡块进入CCD图像采集器[11]的识场区；

5)CCD图像采集器[11]自动识别供体蜡块中包埋的组织，确定所要挖取的组织点，然后通过控制系统控制X轴交流伺服电机和Y轴交流伺服电机驱动X-Y滑台系统，使供体组织的采样点位于基准点处；驱动转台[5]转动，使组织蜡块填埋器[6]进入作业区，驱动Z轴滑台下移，采集供体组织；

6)此时根据需要确认填埋孔的位置即列和行，否则系统将默认为从第一行第一列开始填埋，控制系统发出指令通过X轴交流伺服电机和Y轴交流伺服电机驱动X-Y平台系统，使空白阵列孔蜡块进入作业区并选定某一空白孔移动到基准点；

7)所需要填埋的空白孔移至基准点后，控制系统控制Z轴滑台下移使组织蜡块填埋器[6]开始作业，此作业过程是通过四轴联动运动控制卡[13]的IO口的开断控制电磁铁[7]开断，将组织蜡柱填入空白孔；转到步骤4)，进行下一个组织蜡柱的识别、采集、填埋，整个阵列填埋完毕之后，取下填埋有组织阵列的蜡块，即完成制备作业，本系统中X轴、Y轴、Z轴滑台的每一次移动，各轴滑台的光栅尺在控制中作为负反馈，构成闭环控制，每次都将记录移动的距离，以确定每个阵列孔的绝对坐标，以及各滑台的位置，以确保运动精度。

Images