FI88119B - Foerfarande och apparatur foer plockning av smao partiklar ur vaetska - Google Patents

Description

1 88119 MENETELMÄ JA LAITTEISTO PIENTEN KAPPALEIDEN POIMIMISEKSI NESTEESTÄ

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osassa määritelty menetelmä pienten kappaleiden poimimiseksi nesteestä.

Keksinnön kohteena on myös patenttivaatimuksen 6 johdanto-osassa määritelty laitteisto pienten kappaleiden poimimiseksi nesteestä.

10 Ennestään tunnetaan soluerottelijoita, joissa solut yleensä värjätään ja solujen tunnistamisessa yleisesti mitattuja parametrejä ovat solusta sironneen, soluun absorboituneen ja solun fluoresoiman valon intensiteetti sekä solun resistanssi. Kyseisissä laitteissa 15 solujen erottelu perustuu varattujen soluja sisältävien nestepisaroiden poikkeuttamiseen sähkökentän avulla tai haarautuvaan virtaukseen.

Ongelmana entuudestaan tunnetuissa menetelmissä on, että nesteen mukana kulkevien soluja suurempien 20 partikkeleiden tunnistus ja erottelu on hankalaa.

Edelleen tunnetuissa menetelmissä kappaleiden yksityiskohtaisen muodon hyväksikäyttö tunnistamisessa on vaikeaa, joten ne soveltuvat ainoastaan tietun kaltaisten pienten kappaleiden erottelemiseen nesteestä.

25 Keksinnön tarkoituksena on tuoda julki uusi menetelmä ja laitteisto pienten kappaleiden poimimiseksi nesteestä, jolla menetelmällä ja laitteella ei ole sellaisia rajoituksia ja haittoja kuin tunnetuilla ratkaisuilla.

30 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnus omaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Keksinnön mukaiselle laitteistolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 6.

Keksinnön mukaisesti nestettä, joka sisältää 35 pieniä kappaleita, siirretään siirtoalustalla siten, että kappaleet ovat olennaisesti liikkumattomia siir-toalustaan nähden; kappaleet tunnistetaan ja niiden 2 88119 paikka määritetään siirtoalustan suhteen; kappaleet poimitaan nesteestä siirtosuunnassa etäisyyden päässä tunnistus- ja paikanmäärityskohdasta käyttäen hyväksi siirtotietoja ja kappaleiden paikkatietoja.

5 Menetelmän eräässä sovellutuksessa nestettä siirretään siirtoalustalla vakionopeudella.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa nestettä siirretään tietty määrä kerrallaan, josta määrästä kappaleet tunnistetaan ja niiden paikat siirtoalustan 10 suhteen määritetään.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa nestettä kuvataan kuvauslaitteella ja saaduista kuvista tunnistetaan kappaleet ja määritetään niiden paikat.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa kappaleet 15 poimitaan nesteestä imemällä.

Keksinnön mukaisesti laitteistoon kuuluu kuljetin pieniä kappaleita sisältävän nesteen siirtämiseksi; ensimmäiset välineet kappaleiden tunnistamiseksi ja paikantamiseksi nesteessä siiroalustan,kuten kuljettimen 20 suhteen; toiset välineet kappaleiden poimimiseksi nesteestä, jotka välineet on sijoitettu nesteen siirtosuunnassa tietyn etäisyyden päähän ensimmäisistä välineistä; ja ohjauslaite toisten välineiden ohjaamiseksi siirtoalustan siirtotietojen ja kappaleiden paikannustieto-25 jen perusteella.

Laitteiston eräässä sovellutuksessa neste on järjestetty astioihin, kuten paletteihin, joita siirretään kuljettimen avulla.

Laitteiston eräässä sovellutuksessa ensimmäi-30 siin välineisiin kuuluu kuvauslaite, kuten videokamera, jolla nestettä kuvataan, ja kuvan analysointilaite kappaleiden tunnistamiseksi ja paikantamiseksi kuvasta.

Laitteiston eräässä sovellutuksessa ensimmäisiin välineisiin kuuluu valaisin, jonka avulla kuvat-35 tavaa nestettä valaistaan.

Laitteiston eräässä sovellutuksessa toisiin välineisiin kuuluu manipulaattori tai sen kaltainen 3 88119 laite ja imulaite, kuten pipetti, joka on yhdistetty manipulaattoriin, jota imulaitetta liikutetaan manipulaattorin avulla ohjauslaitteen ohjaamana kappaleiden poimimiseksi nesteestä.

5 Keksinnön etuna on, että sen soveltaminen pienten kappaleiden tunnistamiseen ja poimimiseen on hyvin joustavaa. Siirtoalustalla siirretään nestettä, joka perustapauksessa käsitellään edullisimmin vain kerran, jolloin siinä olevista pienistä kappaleista 10 poimitaan halutut talteen. Laitteistoon voidaan sisällyttää useita kappaleiden tunnistus- ja paikannuspis-teitä sekä poimintapisteitä. Yhtä tunnistus- ja paikan-nuspistettä kohti voi olla useita poimintapisteitä. Käytettäessä erillisiä siirtoalustoja voidaan niitä 15 kierrättää kuljetinjärjestelmässä siten, että sama nestemäärä ja alusta kulkee useamman kuin yhden kerran saman tunnistus- ja paikannuspisteen ohi.

Edelleen keksinnön etuna on, että poimiminen suoritetaan kahdessa vaiheessa. Kappaleiden tunnistami-20 nen ja paikantaminen on erotettu varsinaisesta poimin-tavaiheesta. Tällöin poiminta on yksinkertaista ja •f* tehokasta eikä se häiritse tunnistus- ja paikannustoi- ♦ · ·» ·;·-· mintoja.

Lisäksi keksinnön etuna on, ettei erityisiä

» I

25 valmisteluja kappaleiden tunnistamisen ja poimimisen helpottamiseksi välttämättä tarvita, vaan pienet kap- ; paleet ovat nesteessä normaalissa tilassa ja tavanomai- • * · v*‘ sissa olosuhteissa. Kappaleen tunnistamisessa on myös mahdollista käyttää hyväksi sen yksityiskohtaista muotoa 30 tai muita sen pinnan ominaisuuksia. Esimerkiksi, jos tunnistus ja paikannus tapahtuvat videokameralla saadun kuvainformaation perusteella, voidaan monet kappaleet tunnistaa reunaviivan muodon perusteella käyttäen hyväksi jotain tunnettua menetelmää.

35 Edelleen keksinnön etuna on, että se soveltuu -*·' sekä orgaanisten että epäorgaanisten pienten kappaleiden : poimimiseen nesteestä.

' I t 4 88119

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää kaaviomaisesti erästä keksinnön mukaista laitteistoa; 5 kuva 2 esittää kaaviomaisesti pienen kappaleen tunnistamista ja paikantamista kuvan 1 mukaisessa laitteistossa; ja kuva 3 esittää vastaavasti poimintakohdan määrittelyä kuvan 1 mukaisessa laitteistossa.

10 Kuvan 1 mukainen laitteisto on tarkoitettu erityisesti kasvin alkioiden erottamiseksi kasvuliemes-tä. Tässä esimerkissä poimittavat pienet kappaleet 2 ovat siis kasvin alkioita ja neste 1 kasvulientä. Toimintavaiheessa olevien kasvialkioiden suurin ulottuvuus 15 on kasvilajista ja alkion kehitysvaiheesta riippuen yleensä välillä 0,01 - 5 mm.

Nestettä 1 siirretään siirtoalustalla. Siir-toalusta muodostuu kuljettimesta 4 ja astioista, kuten paleteista 3, joihin neste on järjestetty ohueksi ker-20 rokseksi. Tässä esimerkissä sopiva nestekerroksen paksuus on noin 5 mm.

Vaihtoehtoisesti siirtoalusta voi muodostua vain kuljettimesta 4, jonka avulla nestettä siirretään. Olennaista laitteiston toiminnalle on, että poimittavat 25 pienet kappaleet ovat levossa tai liikkuvat riittävän hitaasti palettiin 3 ja/tai kuljettimeen 4 nähden. Näin on, jos liike on tasaista eli kuljettimen siirtonopeus v on vakio ja kuljettimen alkukiihdytyksen vaikutus on hävinnyt tai jos kappaleen tiheys on selvästi suurempi 30 kuin nesteen tai jos nesteen viskositeetti on suuri.

Vaihtoehtoisesti neste 1 pienine kappaleineen 2 voidaan järjestää yhteen tai useampaan astiaan, joka on jaettu pieniin lokeroihin. Lokeroiden ansiosta niihin joutuneet pienet kappaleet pysyvät riittävän tarkasti 35 paikoillaan riippumatta kuljettimen nopeuden vaihteluista.

Kuljettimen 4 yhteyteen on järjestetty pienten i 5 88119 kappaleiden tunnistus- ja paikanmäärityskohta A. Tähän kohtaan on järjestetty ensimmäiset välineet pienten kappaleiden tunnistamiseksi ja paikantamiseksi.

Etäisyyden a päässä kuljettimen 4 siirtosuun-5 nassa x tunnistus- ja paikanmäärityskohdasta A eli ensimmäisistä välineistä on pienten kappaleiden poimin-takohta B. Tähän kohtaan on järjestetty toiset välineet kappaleiden poimimiseksi nesteestä.

Laitteistoon voidaan järjestää tarpeen mukaan 10 lisäpoimintakohtia kuten poimintakohta C etäisyyden b päähän kuljettimen 4 siirtosuunnassa x tunnistus- ja paikanmäärityskohdasta A.

Laitteistoon kuuluu lisäksi ohjauslaite 10. Tähän ohjauslaitteeseen 10 syötetään pienten kappaleiden 15 2 paikkatiedot kuljettimen 4 suhteen, jotka tiedot saadaan ensimmäiseltä välineeltä.

Ohjauslaitteen 10 avulla ohjataan toisia välineitä kappaleiden poimimiseksi nesteestä ensimmäisiltä välineiltä saatujen kappaleiden 2 paikannustietojen 20 perusteella.

Ensimmäisiin välineisiin kuuluu kuvan 1 mukaisessa toteutusesimerkissä kuvauslaite, kuten videokamera 5 ja kuvan analysointilaite 6. Videokameralla 5 kuvataan nestettä 1, jota siirretään kuljettimen 4 avulla. Saa-25 duista videokuvista tunnistetaan nesteessä 1 olevat '”· pienet kappaleet 2 ja paikannetaan ne.

Kuvassa 2 on esitetty havainnollisesti pienen kappaleen paikantaminen videokuvasta. Kuvan 1 mukaisessa laitteistossa videokameralla 5 kuvataan kuljettimella 4 30 siirrettävää palettia 3, joka kokonaisuudessaan mahtuu kameran 5 kuvakenttään. Kuva-akselistossa x-akseli edustaa kuljettimen kulkusuuntaa ja y-akseli kuljettimen poikkisuuntaa. Astian 3 kuva 3' on sopivasti sijoitettu xy-koordinaatistoon. Pieni kappale 2 tunnistetaan kuvas-35 ta ja sen koordinaatit x*, y* lasketaan ja tallennetaan muistiin kuvan analysointilaitteessa 6.

Ensimmäisiin välineisiin kuvan 1 laitteistossa 6 88119 kuuluu myös valaisin 7, jonka avulla videokameralla 5 kuvattavaa nestettä 1 astiassa 3 valaistaan. Tässä tapauksessa videokamera 5 ja valaisin 7 on sijoitettu eri puolille palettia 3 ja kuljetinta 4. Tällöin paletin 5 3 pohja ja kuljetin 4 läpäisevät hyvin valoa ja kuvaus videokameralla 5 on mahdollinen.

On selvää, että videokamera 5 ja valaisin 7 voivat olla samalla puolella kuljetinta 4 tai päinvastaisessa järjestyksessä kuljettimen 4 eri puolilla. 10 Tarkoituksenmukainen kuvausjärjestely riippuu nesteen 1 ja pienten kappaleiden 2 ominaisuuksista, kuten väristä, kappaleiden koosta ja nesteen ja kappaleiden tiheyssuh-teista.

Kun nesteessä olevat pienet kappaleet 2 on tun-15 nistettu ja paikannettu kohdassa A, kappaleiden paikat siirtosuunnassa x siirtoalustalla voidaan ennustaa myöhempinä ajanhetkinä riittävän tarkasti poimimisen suorittamiseksi. Tällöin tiedetään, koska pienet kappaleet ovat poimintakohdassa B tai C, kuten myöskin 20 kappaleiden sijainnit. Mikäli paletin 3 ja/tai kuljettimen 4 nopeus v on olennaisesti vakio ja tietyllä hetkellä kohdassa A suoritetaan kappaleiden 2 tunnistus ja paikannus nesteessä 1, poimintakohdan B (tai C) etäisyyden a (tai b) avulla voidaan laskea ajan hetki, 25 jolloin astia 3 tai vastaava nestealue on poimintakohdassa B (tai C) yksinkertaisesti jakamalla etäisyys kuljettimen nopeudella.

Kuvassa 3 on esitetty havainnollisesti poimintakohdan B koordinaatisto Xiya.. Kun kuljettimen nopeus 30 v, joka on sama kuin nesteen 1 siirtonopeus, tunnetaan ja tunnistus- ja paikanmäärityskohdan A ja poimintakohdan B (tai C) etäisyys a (tai b) tunnetaan, voidaan määrittää se aika T, jonka kuluttua tunnistus- ja pai-kanmäärityskohdassa A kuvattu kuljettimen 4 kohta ja 35 siinä oleva paletti 3 on siirtynyt riittävän tarkasti poimintakohdan B (tai C) vastaavaan koordinaatistoon xxyi. Tällöin pienen kappaleen 2 koordinaatit poimin- 7 88119 takohdassa B (tai C) Xic^yici kuvassa 3 vastaavat tunnistus- ja paikanmäärityskohdan A vastaavan pienen kappaleen 2 koordinaatteja Xicy* poimintakohdan B (tai C) koordinaatistossa x^y*.

5 Mikäli poimintakohta B, C on kaukana tunnis tus- ja paikanmäärityskohdasta A ja kuljettimen nopeus v ei ole riittävän tarkasti vakio, paleteissa 3 tai kuljettimessa 4 voidaan käyttää tunnistimia 11. Tunnistimen 11 paikka havaitaan sopivalla anturilla 12 jol-10 lakin sinänsä tunnetulla tavalla kuten elektronisesti, sähköoptisesti tai vastaavasti. Tällöin riittää, että poimintakohdan C läheisyydessä olevan tunnistuspaikan D etäisyys c poimintakohdasta C on järjestelmän tiedossa. Tunnistus- ja paikanmäärityskohdan A koordinaatisto xy 15 ja poimintakohdan c koordinaatisto Xiyi voidaan suhteuttaa näin toisiinsa.

Toisiin välineisiin poimintakohdassa B (tai C) kuuluu manipulaattori 8 tai sen kaltainen laite ja imulaite 9, kuten pipetti, joka on yhdistetty manipu-20 laattoriin 8. Imulaitetta 9 liikutetaan manipulaattorin 8 avulla pienten kappaleiden 2 poimimiseksi nesteestä 1. Kuvan analysointilaitteelta 6 saatujen pienen kap-paleen paikkatietojen x^y* perusteella ja ottamalla • huomioon kuljettimen 4 siirtonopeus v ja etäisyys a ·”·** 25 (tai b) edellä esitetyllä tavalla manipulaattoria 8 ja siihen kiinnitettyä imulaitetta 9 voidaan ohjata ohjaus-laitteen 10 avulla siten, että imulaite 9 poimii poimintakohdassa B (tai C) pienen kappaleen 2 nesteestä 1.

Manipulaattori 8 on sopivasti muodostettu 30 varsimaisesta elimestä tai robotin käsivarresta. Manipulaattorin tyyppi riippuu sovellutuksesta. Kuvan 1 toteutusesimerkissä on esitetty yksinkertainen manipulaattori 8, jonka tartuntaelin, johon imulaite 9 on liitetty, liikkuu y- ja z-suunnassa. Manipulaattoria 8 35 ohjataan ohjauslaitteella 10 siirtämään imulaite 9 tiettyyn kohtaan y-suunnassa, kuten kohtaan y** (kuva ‘· 3) ja laskemaan se annetulla ajanhetkellä alas z-suun- β 88119 nassa, joka vastaa x-akselistossa kohtaa Xxi( jonka jälkeen pieni kappale 2 imaistaan imulaitteeseen 9. Kun kappale 2 on imulaitteessa, se voidaan siirtää esim. toiselle rinnakkaisella (y-suunnassa) kuljettimella 5 olevaan astiaan jatkokäsittelyä varten.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyä sovellutusesimerkkiä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

10

Claims (10)

1. 9 88119
2. 1. Menetelmä pienten kappaleiden poimimiseksi nesteestä, erityisesti kasvin alkioiden poimimiseksi 5 kasvuliemestä, tunnettu siitä, että a) nestettä (1), joka sisältää pieniä kappaleita (2), siirretään siirtoalustalla siten, että kappaleet (2) ovat olennaisesti liikkumattomia siirtoalustaan nähden; b) kappaleet (2) tunnistetaan ja niiden paikka määrite-10 tään siirtoalustan suhteen; c) kappaleet (2) poimitaan nesteestä (1) siirtosuunnassa (x) etäisyyden (a, b) päässä tunnistus- ja paikanmääri-tyskohdasta (A) käyttäen hyväksi siirtotietoja ja kappaleiden (2) paikkatietoja.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siirtoalustaa ja nestettä (1) siirretään vakionopeudella (v).
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestettä (1) siir- 20 retään tietty määrä kerrallaan, josta määrästä kappaleet , (2) tunnistetaan ja paikka määritetään. • * *
5. 4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestettä (1) «· » . kuvataan kuvauslaitteella (5) ja saadusta kuvasta tun- 25 nistetaan kappaleet (2) ja määritetään niiden paikat. :T: 5. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukai- ·'·*· nen menetelmä, tunnettu siitä, että kappaleet (2) poimitaan nesteestä (1) imemällä.
6. 6. Laitteisto pienten kappaleiden poimimiseksi 30 nesteestä, erityisesti kasvin alkioiden poimimiseksi kasvuliemestä, tunnettu siitä, että laitteistoon kuuluu a) kuljetin (4) pieniä kappaleita (2) sisältävän nesteen (1) siirtämiseksi; ‘ . 3 5 b) ensimmäiset välineet (5, 6) kappaleiden (2) tunnis tamiseksi ja paikantamiseksi nesteessä (1) siirtoalustan, kuten kuljettimen (4), suhteen; 10 88 1 1 9 c) toiset välineet (8, 9) kappaleiden (2) poimimiseksi nesteestä (1), jotka välineet on sijoitettu nesteen (1) siirtosuunnassa (x) tietyn etäisyyden (a, b) päähän ensimmäisistä välineistä (5, 6)? d) ohjauslaite (10) toisten välineiden ohjaamiseksi siirtoalustan siirtotietojen ja kappaleiden (2) paikan määritystietojen perusteella.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että neste (1) on järjestetty astioihin, kuten paletteihin (3), joita siirretään kuljettimen (4) avulla.
8. 8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ensimmäisiin välineisiin kuuluu kuvauslaite (5), kuten videokamera, jolla nestettä (1) kuvataan ja kuvan analysointilaite (6) kappaleiden (2) tunnistamiseksi ja paikantamiseksi saadusta kuvasta.
9. 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että ensimmäisiin välineisiin kuuluu valaisin (7), jonka avulla kuvattavaa nestettä (1) valaistaan.
10. 10. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 6-9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että toisiin välineisiin kuuluu manipulaattori (8) tai sen kaltainen laite ja imulaite (9), kuten pipetti, joka on yhdistetty manipulaattoriin (8), ja jota imulaitetta (9) liikutetaan manipulaattorin (8) avulla ohjauslaitteen (10) ohjaamana kappaleiden (2) poimimiseksi nesteestä (1) . n 88119