一种自动化非接触生物样本的激光脉冲解冻系统的制作方法

本发明涉及生物工程技术领域，尤其是一种自动化非接触生物样本的激光脉冲解冻系统。

背景技术：

辅助生殖技术是一种集胚胎分割、嵌合、移植、体外受精、转基因等技术于一体的综合性技术，不但是动物繁殖领域的重要技术革命，也是治疗人类不孕不育的重要技术手段，利用此技术可以充分挖掘动物的遗传和繁殖能力、增加纯种家畜和优秀个体的后代数量、缩短家畜的改良周期以及保存具有优良遗传特性的胚胎和基因，在生物学及医学领域的被广泛地研究和应用。

其中，卵子和胚胎的保存主要有两种方式：其一是程序化冷冻技术，其二是玻璃化保存技术。程序化保存技术是通过程序降温仪在电脑程序控制下缓慢降温的过程，一般降温速度在0.5-1度/分钟，这个方法的缺点是需要程序化降温仪器和花费2-3个小时，优点是低温保护剂浓度相对较低，毒性较小。玻璃化保存技术的缺点是高浓度低温保护剂可能有毒性，优点是整个过程很短，处理样本简单，成活率比较高。

目前,玻璃化保存技术成为冷冻样本的主流选择方案，但是这个方法对处理样本的温度、时间以及过程要求非常严格。这种方法获得成活率对冷冻样本的解冻速率非常敏感，解冻速率是影响细胞获得高成活率的最重要的因素。金波等人使用激光脉冲解冻卵子和胚胎的方法是一种快速解冻的新技术，这个新技术通过激光脉冲的能量极大提高了解冻复温速率，因此降低了低温保护剂的浓度和缩减了处理样本的时间，这个新技术同时拥有程序化和玻璃化保存生物样本方法的优点，同时又克服了它们各自的缺点。

目前,在激光脉冲解冻方法通常采用手动的控制样本和激光脉冲的装置进行解冻操作，其无法应用于实际生产，还没有能够自动化精确控制样本和激光脉冲激发的装置，因此有必要研究一种自动化激光脉冲解冻设备，以精确定位细胞的位置和控制激光脉冲不接触卵子和胚胎，杜绝因为激光直接接触生物样本可能对卵子和胚胎发育的影响。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自动化非接触生物样本的激光脉冲解冻系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自动化非接触生物样本的激光脉冲解冻系统，它包括主控模块、激光脉冲发生子系统、样本识别子系统及样本传动子系统；

所述主控模块用于分别控制激光脉冲发生子系统、样本识别子系统和样本传动子系统并使激光脉冲发生子系统、样本识别子系统和样本传动子系统进行协同工作；

所述激光脉冲发生子系统主要用于在主控模块的控制下产生激光脉冲，所述激光脉冲发生子系统包括用于控制激光脉冲轨迹的激光轨迹控制模块和用于控制激光脉冲进行发射的激光发射模块，所述激光轨迹控制模块和激光发射模块分别受控于主控模块；

所述样本识别子系统主要用于对样本进行快速识别、定位和记录激光解冻过程；

所述样本传动子系统主要用于将样本运送到解冻位置、控制样本快速离开液氮、控制样本浸入解冻液以及在解冻后将样本运回初始位置。

优选地，所述样本传动子系统包括样本固定装置和分别受控于主控模块的样本传送装置、液氮传动装置及解冻液传动装置；所述样本固定装置用于固定样本，所述样本传送装置用于将样本从初始位置运送到解冻位置并在解冻后将样本运回初始位置，所述液氮传动装置用于控制样本与液氮快速分离以便于激光脉冲发生子系统进行激光解冻，所述解冻液传动装置用于在激光解冻后将解冻液移动到样本附近以便于样本快速浸入解冻液中。

优选地，所述液氮传动装置内设有一用于盛装液氮的液氮盒，所述液氮盒内设置有用于夹持固定杆帽的夹持装置。

优选地，所述主控模块内集成有激光能量控制模块和激光脉宽控制模块。

优选地，它还包括一样本光学观测模块，所述样本光学观测模块设置于初始位置以用于对解冻后的样本进行光学放大观察。

优选地，它还包括一用户交互模块，所述用户交互模块与主控模块电连接以用于通过主控模块实现对整个系统进行控制。

优选地，所述用户交互模块包括分别与主控模块电连接的显示器、触摸屏、鼠标及键盘。

优选地，它还包括一共享光路系统，所述激光脉冲发生子系统通过共享光路系统作用到样本上，所述样本识别子系统通过共享光路系统进行样本识别并记录激光解冻过程。

优选地，它还包括一电源模块，所述电源模块用于分别对主控模块、激光脉冲发生子系统、样本识别子系统及样本传动子系统进行供电。

由于采用了上述方案，本发明通过主控模块和激光脉冲发生子系统预设激光能量、脉宽以及轨迹的经验参数，利用样本识别子系统、激光脉冲发生子系统及样本传动子系统的协同工作，完成对样本的自动化非接触的快速解冻和记录，利用激光所具有能量密度大等特点，提高冷冻生物样本的解冻速率，实现对生物样本的超快速解冻处理，从而极大地提高了生物样本的成活率以及发育潜能；本装置可使激光解冻的新技术应用在实际生产中，可以自动化的完成从样本取出到解冻回收的全过程，不仅可以使过程控制精确，而且也可以提高工作效率；同时本系统对保存较困难的胚胎、卵子的冷冻后解冻有非常好的效果，对于胚胎和卵子的冻存方法的研究、普及具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例的系统结构框图；

图2是本发明实施例中载杆的结构示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本发明实施例提供的一种自动化非接触生物样本的激光脉冲解冻系统，它包括主控模块1、激光脉冲发生子系统2、样本识别子系统3及样本传动子系统4；

主控模块1主要用于分别控制激光脉冲发生子系统2、样本识别子系统3和样本传动子系统4并使激光脉冲发生子系统2、样本识别子系统3和样本传动子系统4进行协同工作；

激光脉冲发生子系统2主要用于在主控模块1的控制下产生激光脉冲，激光脉冲发生子系统2包括用于控制激光脉冲轨迹的激光轨迹控制模块21和用于控制激光脉冲进行发射的激光发射模块22，激光轨迹控制模块21和激光发射模块22分别受控于主控模块1；

样本识别子系统3主要用于对样本进行快速识别、定位和记录激光解冻过程；

样本传动子系统4主要用于将样本运送到解冻位置、控制样本快速离开液氮、控制样本浸入解冻液以及在解冻后将样本运回初始位置。

基于以上结构设置，在对样本进行解冻前，需要根据样本的种类及大小，通过主控模块1和激光轨迹控制模块21预设激光轨迹的经验参数；样本通常放在载杆末端，每个样本的初始位置基本一致，需要通过样本识别子系统3进行进一步的校准，完成精确的解冻，同时样本识别子系统3完成解冻过程中的记录，以便操作人员对解冻过程和效果进行确认、存档；样本传动子系统4可以便于将样本在解冻位置和初始位置进行来回传送，在解冻位置可实现样品与液氮的快速分离，分离后通过样本识别子系统3进行快速识别，识别后通过激光脉冲发生子系统2进行快速解冻，解冻后在通过样本传动子系统4控制样本快速地浸入解冻液中，并将解冻后将样本运回初始位置；现有的手动控制样本和激光脉冲装置只是一个实验装置，用来验证本实施例中激光解冻方案的可行性，其需要先将未冷冻样本，用显微镜对准激光照射位置，然后通过一弹射结构，将样本压入液氮中并锁住，当通过按键触发样本弹出液氮到设定位置的同时，激光激发完成实验。由于样本暴露在空气中会很快失去活性，因此实际使用中不能将冷冻样本长时间暴露在空气中，让使用者用显微镜对齐激光照射位置，所以该装置没有实用价值。而本装置却可使激光解冻的新技术应用在实际生产中，可以自动化的完成从样本取出到解冻回收的全过程，不仅可以使过程控制精确，而且也可以提高工作效率；同时本系统对保存较困难的胚胎、卵子的冷冻后解冻有非常好的效果，对于胚胎和卵子的冻存方法的研究、普及具有重要意义。

进一步地，作为优选方案，本实施例的样本传动子系统4包括样本固定装置41和分别受控于主控模块1的样本传送装置42、液氮传动装置43及解冻液传动装置44；样本固定装置41用于固定样本，样本传送装置42用于将样本从初始位置运送到解冻位置并在解冻后将样本运回初始位置，液氮传动装置43用于将控制样本与液氮快速分离以便于激光脉冲发生子系统2进行激光解冻，解冻液传动装置44用于在激光解冻后将解冻液移动到样本附近以便于样本快速浸入解冻液中。如图2所示，样本a通常放在载杆b前部的末端，载杆b的前部套接有一中空的杆帽c，样本位于杆帽c的中空结构内，当载杆b和样本a放在液氮中冷冻时，液氮会填充在杆帽c的中空结构内，当载杆b和样本a从液氮中取出时，液氮暂时会留存在杆帽c的中空结构内，仍然对样本a具有一定的保护作用，不会立刻复温。需要解冻时，在初始位置，当样本a从液氮箱中取出后，立刻将载杆b从连同样本a固定在样本固定装置41上(此时的杆帽c还套接在载杆b的前部，液氮仍然留存在杆帽c中)，自动卡死；利用样本传送装置42将样本a从初始位置运送到解冻位置；再利用液氮传动装置43将杆帽c移走，使样本a与液氮快速分离；再利用样本识别子系统3对样本a进行快速识别和定位，激光脉冲发生子系统2根据预设的参数和轨迹对样本a进行激光解冻，样本识别子系统3同步记录激光解冻过程；再利用解冻液传动装置44在激光解冻后将解冻液移动到样本a附近以便于样本快速浸入解冻液中；最后利用样本传送装置42将解冻后的样本a连同解冻液一起运送到初始位置，便于后续观察和分析解冻结果。

为最大限度地缩短样本暴露在空气中的时间，作为优选方案，本实施例的液氮传动装置43内设有一用于盛装液氮的液氮盒，液氮盒内设置有用于夹持固定杆帽的夹持装置。由此，在需要解冻时，当样本a从液氮箱中取出后，可先将载杆b上的样本连通杆帽c快速浸入到液氮传动装置43中的液氮盒内(液氮盒内盛装有液氮)，并通过夹持装置固定杆帽c，这样可确保载杆b中样本完全浸没在液氮中，不会因杆帽c中留存的液氮快速挥发，而使样本暴露在空气中；同时载杆b远离杆帽c的一端可外露于液氮盒分布，这样可控制液氮传动装置43移动靠近初始位置，使得载杆b远离杆帽c的一端可以固定在样本固定装置41上；样本固定装置41和液氮传动装置43可同步控制将样本a从初始位置运送到解冻位置，以确保移动过程中样本始终浸没在液氮中；而在解冻位置时，当液氮传动装置43带着液氮盒、夹持装置连同杆帽c移走后，即可实现样本a与液氮快速分离。最终实现最大限度地缩短样本暴露在空气中的时间，最大程度地确保样本的活性，最大化地提高胚胎、卵子的解冻效果。

为提高样本解冻的精确性，本实施例的主控模块1内集成有激光能量控制模块和激光脉宽控制模块。在每次激光解冻前主控模块1通过激光能量控制模块调整激光能量参数，并通过激光脉宽控制模块调整激光脉宽参数。不同的生物样本(卵子或受精卵)大小差别较大，解冻所需的能量不同，可通过设定激光能量和脉宽来实现。即使同是人类卵子，在冷冻过程中，由于使用的冷冻保护液的量不同，导致冷冻后的卵子大小也存在差异，也会造成解冻所需要的能量的不同。因此，可利用主控模块1设定好每次解冻的能量与脉宽，并根据预设参数与样本识别子系统3配合，对样本(卵子或胚胎)进行定位，调节激光轨迹，发射激光，完成解冻。

为便于观察和分析解冻结果，本实施例的解冻系统还包括一样本光学观测模块5，样本光学观测模块5设置于初始位置以用于对解冻后的样本进行光学放大观察。

为便于使用者对整个系统进行控制，本实施例的解冻系统还包括一用户交互模块6，用户交互模块6与主控模块1电连接以用于通过主控模块1实现对整个系统进行控制。作为优选，本实施例的用户交互模块6包括分别与主控模块1电连接的显示器、触摸屏、鼠标及键盘。由此，使用者可通过触摸屏、鼠标及键盘等对主控模块1进行参数预设，并通过主控模块1实现对整个系统进行控制；通过显示器可便于对解冻过程进行观察。

为优化系统的结构，本实施例的解冻系统还包括一共享光路系统7，激光脉冲发生子系统2通过共享光路系统7作用到样本上，样本识别子系统3通过共享光路系统7进行样本识别并记录激光解冻过程。通过激光脉冲发生子系统2和激光脉冲发生子系统2共享的光路系统，使得激光脉冲打到样本给样本解冻同时，样本识别子系统3可以同步识别样本并记录激光解冻过程。

进一步地，本实施例的解冻系统还包括一电源模块8，电源模块8用于分别对主控模块1、激光脉冲发生子系统2、样本识别子系统3及样本传动子系统4进行供电。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。