專利名稱：玻璃化冷凍自動化操作系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及玻璃化冷凍技術領域，特別是涉及一種玻璃化冷凍自動化操作系統。
背景技術：
胚胎或細胞的冷凍保存是人類輔助生殖技術中的重要環節，傳統的冷凍方法耗時長，設備價格昂貴，且冷凍過程可能會形成冰晶，對細胞造成損傷，人們在不斷摸索和研究中實用新型了玻璃化冷凍技術。玻璃化冷凍技術是一種快速冷凍細胞或組織的方法，可避免凍融過程中細胞內冰晶的形成，最大限度的降低細胞損傷，方法簡易，設備簡單，在人類細胞、胚胎的冷凍保存中取得了不少進展。近年來，許多學者和專家致力于研究玻璃化冷凍技術在成熟卵母細胞、未成熟卵母細胞、精子及胚胎的各個發育時期冷凍保存中的應用，并陸續有健康嬰兒出生的報道。自1985年Rail和Fahy實用新型了玻璃化冷凍法以來，該方法獲得極大推廣，衍生了多種具有不同承載工具的玻璃化冷凍方法。根據冷凍過程中的胚胎冷凍主體承載工具的不同，具體可以分為細管法(一步法、二步法)、微滴法、電子顯微鏡銅網法、開放式拉長塑料細管法、玻璃微細管法、半細管法、封閉式拉長塑料細管法、固體表面玻璃化法、冷凍環法、開放式細管載體cryotop和密閉式細管載體cryotip等。迄今為止，細胞的冷凍過程基本上都是手工完成。人在手工作業時，可能發生精神緊張、手部顫抖、視線錯覺、疲勞等問題，會出現丟胚胎或細胞等操作錯誤，從而無法保證操作的穩定性、及時性、安全性等。因此，針對上述技術問題，有必要提供一種玻璃化冷凍自動化操作系統。
實用新型內容有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種玻璃化冷凍自動化操作系統。為了實現上述目的，本實用新型實施例提供的技術方案如下:一種玻璃化冷凍自動化操作系統，所述系統包括計算機、XY電機驅動工作臺、位于XY電機驅動工作臺下的CCD攝像頭、位于XY電機驅動工作臺上的玻璃化冷凍器件、位于玻璃化冷凍器件上的倒置顯微鏡、位于玻璃化冷凍器件旁側的三自由度自動化操作手、以及設于三自由度自動化操作手上的毛細管夾持器和玻璃毛細管，所述系統還包括與計算機相連的用于控制毛細管夾持器和玻璃毛細管的液壓泵、與計算機相連的用于驅動三自由度自動化操作手的操作手驅動器以及與計算機相連的用于驅動XY電機驅動工作臺的步進電機驅動器。作為本實用新型的進一步改進，玻璃化冷凍器件包括若干陣列設置的液池。作為本實用新型的進一步改進，液池設為6個,分別為液池①、液池②、液池③、液池④、液池⑤和液池⑥。[0012]作為本實用新型的進一步改進，液池為方形，且所述液池的四個側壁與底面的夾角為鈍角。作為本實用新型的進一步改進,每個液池的容積為75ii L,深度為2mm。作為本實用新型的進一步改進，液池中設有平衡液，所述平衡液包括ES溶液或VS溶液。作為本實用新型的進一步改進，液池中平衡液的體積設為20 u L0與現有技術相比，本實用新型使用玻璃化冷凍自動化操作系統來代替人工作業，用液池來取代人工操作時所需的培養皿，將過程集中化，降低了操作的復雜性，可以大大提升工作效率，保證了操作的穩定性、及時性和安全性。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型玻璃化冷凍自動化操作系統的示意圖；圖2為本實用新型玻璃化冷凍自動化操作系統中玻璃化冷凍器件的示意圖；圖3為本實用新型玻璃化冷凍自動化操作方法的流程圖；圖4為本實用新型一實施方式中胚胎從培養皿中轉移到玻璃化冷凍器件中的示意圖；圖5為本實用新型一實施方式中玻璃毛細管從液池①中吸取胚胎的示意圖；圖6為本實用新型一實施方式中胚胎從液池①轉移至液池②的示意圖；圖7為本實用新型一實施方式中玻璃毛細管吐出胚胎至液池②的示意圖；圖8為本實用新型一實施方式中胚胎從液池②轉移至液池③的示意圖；圖9為本實用新型一實施方式中玻璃毛細管吐出胚胎至液池③的示意圖；圖10為本實用新型一實施方式中玻璃毛細管從液池③中吸取胚胎的示意圖；圖11為本實用新型一實施方式中胚胎從液池③轉移至液池④的示意圖；圖12為本實用新型一實施方式中玻璃毛細管吐出胚胎至液池④的示意圖；圖13為本實用新型一實施方式中胚胎從液池④轉移至液池⑤的示意圖；圖14為本實用新型一實施方式中玻璃毛細管吐出胚胎至液池⑤的示意圖；圖15為本實用新型一實施方式中胚胎從液池⑤轉移至液池⑥的示意圖；圖16為本實用新型一實施方式中玻璃毛細管吐出胚胎至液池⑥的示意圖。
具體實施方式
本實用新型公開了一種玻璃化冷凍自動化操作系統，該系統包括計算機、XY電機驅動工作臺、位于XY電機驅動工作臺下的CXD攝像頭、位于XY電機驅動工作臺上的玻璃化冷凍器件、位于玻璃化冷凍器件上的倒置顯微鏡、位于玻璃化冷凍器件旁側的三自由度自動化操作手、以及設于三自由度自動化操作手上的毛細管夾持器和玻璃毛細管，系統還包括與計算機相連的用于控制毛細管夾持器和玻璃毛細管的液壓泵、與計算機相連的用于驅動三自由度自動化操作手的操作手驅動器以及與計算機相連的用于驅動XY電機驅動工作臺的步進電機驅動器。本實用新型使用玻璃化冷凍自動化操作系統來代替人工作業，將過程集中化，降低了操作的復雜性，可以大大提升工作效率。為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型中的技術方案，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本實用新型保護的范圍。參圖1所示，本實用新型的一種玻璃化冷凍自動化操作系統，該系統包括:計算機5 ；XY電機驅動工作臺9 ；位于XY電機驅動工作臺9下的CXD攝像頭2 ； 位于XY電機驅動工作臺9上的玻璃化冷凍器件8 ；位于玻璃化冷凍器件8上的倒置顯微鏡6 ；位于玻璃化冷凍器件8旁側的三自由度自動化操作手4 ；設于三自由度自動化操作手4上的毛細管夾持器3和玻璃毛細管7 ；與計算機5相連的用于控制毛細管夾持器和3玻璃毛細管7的液壓泵I ;與計算機5相連的用于驅動三自由度自動化操作手4的操作手驅動器10 ；以及與計算機5相連的用于驅動XY電機驅動工作臺9的步進電機驅動器11。本實用新型中自動化操作系統的玻璃化冷凍器件8是由醫用聚碳酸酯材料注塑制成，此種材料無色透明，適合在顯微鏡下操作，且獲FDA許可和達到ISO 10999標準PartI關于生物相容性要求，可以用來作為胚胎的冷凍器件。玻璃化冷凍器件8包括若干陣列設置的液池，每個液池有對應的序號，倒入不同的平衡液、冷凍保護劑等，操作時按照序號依次自動進行，這樣可以用液池來取代人工操作時所需的培養皿，將過程集中化，降低了操作的復雜性，可以大大提升工作效率。參圖2所示，在本實用新型的一優選實施方式中液池數量設為6個，呈3*2矩陣設置，每個液池上有各自的編號，分別為液池①81、液池②82、液池③83、液池④84、液池⑤85、液池⑥86，液池為方形，且液池的四個側壁與底面的夾角為鈍角。優選地,每個液池的容積為75 u L，深度為2mm。液池中設有ES溶液或VS溶液，液池中ES溶液或VS溶液的體積設為20 u L。參圖3所示，本實用新型的一種應用玻璃化冷凍自動化操作系統的操作方法，該方法包括:S1、確定并添加玻璃化冷凍器件上對應序號的液池所應添加的液體；S2、將玻璃化冷凍器件固定在倒置顯微鏡下的XY電機驅動工作臺上，在倒置顯微鏡系統坐標的基礎上，將玻璃化冷凍器件及液池的三維坐標信息輸入計算機；S3、通過CXD攝像頭獲取倒置顯微鏡物鏡視野，并通過圖像處理軟件將物鏡下的內容顯示在計算機上；S4、從保溫箱中取出裝有胚胎的培養皿，放在倒置顯微鏡下；[0056]S5、通過計算機發出指令，驅動三自由度自動化操作手運動，從而帶動玻璃毛細管在XYZ三方向移動，在倒置顯微鏡下觀察玻璃毛細管尖端處的位置，確定毛細管尖端相對玻璃化冷凍器件的空間坐標信息，并輸入計算機；S6、將培養皿放置在玻璃化冷凍器件旁，使用移液管將胚胎從培養皿中移到液池中；S7、控制三自由度自動化操作手，使得玻璃毛細管抓取、移動和釋放胚胎，使得胚胎在每個液池中完成相應的冷凍步驟；S8、將胚胎裝載到密閉式細管載體中進行熱封，并放入液氮中保存。下面以自制的玻璃化冷凍器件為基礎，具體介紹玻璃化冷凍的自動化操作過程。操作環境要求室溫(20-27° C)，操作過程中顯微鏡平臺不能過熱，細胞在ES和VS溶液中平衡時，胚胎的曝光量要盡量小。具體步驟如下:確定并添加玻璃化冷凍器件上對應序號的液池所應添加的液體，并給密閉式細管載體Cryotip標注必要信息；將玻璃化冷凍器件固定在倒置顯微鏡下的XY電機驅動工作臺上，在倒置顯微鏡系統坐標的基礎上，將玻璃化冷凍器件及液池的三維坐標信息輸入計算機；輕輕顛倒ES和VS溶液瓶兩次使溶液混合，在液池②82中滴有20 y L的ES液滴，在液池③83、液池④84、液池⑤85、液池⑥86中各滴有20 y L的VS溶液，分別為VSl溶液、VS2溶液、VS3溶液和VS4溶液；通過CXD攝像頭獲取倒置顯微鏡物鏡視野，并通過圖像處理軟件將物鏡下的內容顯示在計算機上；從保溫箱中取出裝有胚胎的培養皿，放在倒置顯微鏡下，并在計算機屏幕上檢查胚胎質量，選擇質量最好的胚胎來進行玻璃化冷凍；通過計算機發出指令，驅動三自由度自動化操作手運動，從而帶動玻璃毛細管在XYZ三方向移動，在倒置顯微鏡下觀察玻璃毛細管尖端處的位置，確定毛細管尖端相對玻璃化冷凍器件的空間坐標信息，并輸入計算機；將培養皿20放置在玻璃化冷凍器件8旁，使用移液管30將胚胎40從培養皿20中移到液池①81中(參圖4所示)；調節XY電機驅動工作臺及倒置顯微鏡，使胚胎在計算機屏幕上可以清晰地顯示，控制三自由度自動化操作手，使得玻璃毛細管抓取、移動和釋放胚胎，使得胚胎在每個液池中完成相應的冷凍步驟。參圖5-16并結合圖1所示，自動化操作步驟具體如下:參圖5所示，通過計算機給三自由度自動化操作手輸入適當步進量，移動玻璃毛細管7在水平方向上靠近液池①81，在移動過程中，使玻璃毛細管7的尖端在豎直方向上明顯高于玻璃化冷凍器件8，以防發生碰撞；當玻璃毛細管7尖端到達液池①81上部時，驅動三自由度自動化操作手在Z方向運動，讓玻璃毛細管7下降。當尖端在屏幕上變得清晰時，說明尖端到達細胞位置；打開液壓泵控制界面，輸入所需負壓參數，使玻璃毛細管尖端產生負壓，將胚胎吸入玻璃毛細管端部。參圖6所示，驅動三自由度自動化操作手將玻璃毛細管7垂直上升5mm，然后沿著液池分布方向，以設定好的相鄰兩個液池之間的距離，向左移動XY電機驅動工作臺，使玻璃毛細管處于液池②82上部，此時液池②82底部處于倒置顯微鏡焦點。參圖7所示，玻璃毛細管下降，尖端靠近ES溶液表面，增大壓力液壓泵，將胚胎吐到ES頂部，關閉液壓泵。再將玻璃毛細管退回到原來高度，胚胎在ES液滴中自由下降。開始計時，讓胚胎在ES溶液中平衡5_15min。接下來的后續所有步驟要在90-110S內完成。平衡結束后，玻璃毛細管以小步進量接近液池底部，當尖端也變得清晰時，可以認為尖端與胚胎已處在統一水平面上，在XY方向上移動玻璃毛細管使尖端靠近胚胎。參圖8所示，打開液壓泵，產生負壓，在玻璃毛細管中吸入適量ES溶液，再將胚胎吸入玻璃毛細管尖立而;尖端上升，然后沿著液池分布方向，向左移動XY電機驅動工作臺，使玻璃毛細管處于液池③83上部，此時液池③83底部處于倒置顯微鏡焦點。參圖9所示，增加玻璃毛細管中壓力，將胚胎吐出在VSl溶液中，卸去玻璃毛細管中壓力，玻璃毛細管尖端位置不動，讓胚胎在VSl溶液中保持5s。參圖10、11所示，玻璃毛細管中產生負壓，將胚胎吸入尖端，再上升3mm (圖10)，驅動工作臺XY方向電機，使工作臺先向后移動一個液池距離，再向右移動兩個液池距離，使玻璃毛細管處于液池④84上部(圖11)，此時液池④84底部處于倒置顯微鏡焦點。參圖12所示，玻璃毛細管尖端下降3mm，增加玻璃毛細管中壓力，將胚胎吐出在VS2溶液中，卸去壓力，玻璃毛細管尖端位置不動，讓胚胎在VS2溶液中保持5s。參圖13所示，玻璃毛細管中產生負壓，將胚胎吸入尖端，再上升3mm，然后沿著液池分布方向，向左移動工作臺，使玻璃毛細管處于液池⑤85上部，此時液池⑤85底部處于倒置顯微鏡焦點。參圖14所示，玻璃毛細管尖端下降3mm，增加玻璃毛細管中壓力，將胚胎吐出在VS3溶液中，卸去玻璃毛細管中壓力，玻璃毛細管尖端位置不動，讓胚胎在VS2溶液中保持10s。參圖15所示，玻璃毛細管中產生負壓，將胚胎吸入尖端，再上升3mm，然后沿著液池分布方向，向左移動工作臺，使玻璃毛細管處于液池⑥86上部，此時液池⑥86底部處于倒置顯微鏡焦點。參圖16所示，玻璃毛細管尖端下降，當尖端清晰時增加壓力將胚胎吐出在VS4溶液底部。最后將胚胎裝載到準備好的密閉式細管載體Cryotip中并進行熱封，并將密閉式細管載體Cryotip投入液氮保存。由上述技術方案可以看出，本實用新型使用玻璃化冷凍自動化操作系統來代替人工作業，用液池來取代人工操作時所需的培養皿，將過程集中化，降低了操作的復雜性，可以大大提升工作效率，保證了操作的穩定性、及時性和安全性。對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
權利要求1.一種玻璃化冷凍自動化操作系統，所述系統包括計算機、XY電機驅動工作臺、位于XY電機驅動工作臺下的CCD攝像頭、位于XY電機驅動工作臺上的玻璃化冷凍器件、位于玻璃化冷凍器件上的倒置顯微鏡，其特征在于，所述系統還包括位于玻璃化冷凍器件旁側的三自由度自動化操作手、以及設于三自由度自動化操作手上的毛細管夾持器和玻璃毛細管，以及與所述計算機相連的用于控制毛細管夾持器和玻璃毛細管的液壓泵、與計算機相連的用于驅動三自由度自動化操作手的操作手驅動器以及與計算機相連的用于驅動XY電機驅動工作臺的步進電機驅動器。
2.根據權利要求1所述的玻璃化冷凍自動化操作系統，其特征在于，所述玻璃化冷凍器件包括若干陣列設置的液池。
3.根據權利要求2所述的玻璃化冷凍自動化操作系統，其特征在于，所述液池設為6個，分別為液池①、液池②、液池③、液池④、液池⑤和液池⑥。
4.根據權利要求2所述的玻璃化冷凍自動化操作系統，其特征在于，所述液池為方形，且所述液池的四個側壁與底面的夾角為鈍角。
5.根據權利要求2所述的玻璃化冷凍自動化操作系統，其特征在于，所述每個液池的容積為75 u L,深度為2mm。
6.根據權利要求2所述的玻璃化冷凍自動化操作系統，其特征在于，所述液池中設有平衡液，所述平衡液包括ES溶液或VS溶液。
7.根據權利要求6所述的玻璃化冷凍自動化操作系統，其特征在于，所述液池中平衡液的體積設為20 u L0
專利摘要本實用新型公開了一種玻璃化冷凍自動化操作系統，包括計算機、XY電機驅動工作臺、位于XY電機驅動工作臺下的CCD攝像頭、位于XY電機驅動工作臺上的玻璃化冷凍器件、位于玻璃化冷凍器件上的倒置顯微鏡、位于玻璃化冷凍器件旁側的三自由度自動化操作手、以及設于三自由度自動化操作手上的毛細管夾持器和玻璃毛細管，還包括與計算機相連的用于控制毛細管夾持器和玻璃毛細管的液壓泵、與計算機相連的用于驅動三自由度自動化操作手的操作手驅動器以及與計算機相連的用于驅動XY電機驅動工作臺的步進電機驅動器。本實用新型使用玻璃化冷凍自動化操作系統來代替人工作業，將過程集中化，降低了操作的復雜性，可以大大提升工作效率。
文檔編號A01N1/02GK202918907SQ2012204594
公開日2013年5月8日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者汝長海, 朱玉龍, 皋龍成 申請人:蘇州大學