专利名称：蛋白质晶体高通量样本自动观测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高通量样本自动观测系统，特别涉及到一种蛋白质晶体高通 量样本自动观测系统。
背景技术：
随着科学技术的发展到目前的“后基因组学时代”，生物科学研究在规模和速度上 都有了极大的飞跃，结构生物学也不例外。结构生物学研究已经迈进了结构基因组学时代， 世界各国纷纷启动了结构基因组学计划，建立高通量、大规模的蛋白克隆、表达、纯化、结晶 以及晶体结构解析平台，用以开展高效、快速蛋白质结构和功能研究工作。传统的蛋白晶体 筛选及观察为手工操作，一般研究人员对于一个蛋白筛选几十到几百种结晶条件；随着很 多新型结晶条件及方法的建立，越来越多的蛋白需要筛选上千种结晶条件，对于手工操作 来说，筛选条件的增多，大大加重了研究人员的工作量和精确度；手工操作速度慢，样品易 挥发，都会严重影响实验结果，特别是对于纳升级超小体积操作更是如此。蛋白晶体筛选操 作本身时间长，很容易疲劳而引起加错筛选试剂，对于显微镜下观察晶体条件，也是这样， 长时间，大量结晶条件的人工观察，很容易出错，精确记录每一个结晶条件随时间演化条件 根本不可能。大量的可筛选条件以及蛋白晶体生长时间的不确定性，使得晶体生长和观察 成为一项耗时费力的工作。对于从事大量蛋白晶体结构解析研究的结构生物学实验室来说，高效率同时又要 低成本的自动化晶体生长和观测系统成为必要条件。目前国际市场上虽然已有一些晶体生 长和观测的自动化仪器问世，这些商品仪器的功能常常较为单一，要配备一整套自动化的 晶体生长和观测系统需要大量的资金投入。此外，这些系统常常不能很好地切合实验室研 究人员的实际需要，研发中实际研究人员参与较少，片面追求自动化，黑匣操作较多，致使 许多结果可能被忽略，甚至被错误处理。在自动化产品问世之前，对蛋白等晶体结晶过程的 监测及记录都是手工操作，对价格适中，精度、准确性及实时检测方面的晶体检测系统的需 求已经显得迫在眉睫。现有的显微镜主要有以下三个缺点1.无法自动控制拍照，有些甚至无法拍照。2.无法连续记录晶体生长状况，无法形成系统的晶体生长库。3.无法自动调节光照来适应各种晶体板或各种晶体状态。
实用新型内容本实用新型所解决的技术问题是提供一种蛋白质晶体高通量样本自动观测系统， 解决了实验室晶体照明光源调控的困难和无法辨析晶体及其边界的问题。技术方案如下一种蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，包括平移台、运动控制器和光源控制 器，所述平移台、运动控制器和光源控制器互相连接。[0011 ] 进一步还包括通用串行总线USB集线器，客户端通过所述USB集线器连接到所述 平移台和光源控制器，所述客户端通过RS232串行接口和所述运动控制器相连接。进一步连接有至少一个客户端。进一步所述运动控制器通过所述RS232串行接口接收所述客户端送来的指令， 所述运动控制器根据所述指令驱动所述平移台移动。进一步所述平移台把生成的采样信号通过所述USB集线器传回给所述客户端。进一步还包括控制信号分配器，客户端通过连接到所述运动控制器和光源控制
ο进一步包括至少一组所述平移台、运动控制器和光源控制器，每组中的所述平移 台、运动控制器和光源控制器互相连接；所述控制信号分配器和每组所述运动控制器和光 源控制器分别相连接。进一步所述平移台把生成的采样信号通过所述控制信号分配器传回给所述客户端。进一步所述运动控制器通过所述控制信号分配器接收所述客户端发送来的指 令，所述运动控制器根据所述指令驱动所述平移台。进一步所述运动控制器和光源控制器分别和网络相连接。技术效果1、目前多数商业产品的图像质量并不理想，本实用新型在光源及成像方面，例如， 采取LED代替传统冷光源技术，利用计算机数字化控制光源，使得光源的调控自动化，解决 了一些实验室晶体照明光源调控的困难和无法辨析晶体及其边界的问题。2、在图像拍照收集策略上，针对晶体及其生长环境的特殊性，采用多层切面聚焦 技术，而不是简单的单面自动聚焦技术，提高了数据采集的准确性和精确性，记录了晶体的 三维空间尺寸。3、数据库及网络管理系统设计先进合理，可以进行远程控制及访问，能够大大减 少现场操作，这对于在特殊条件下(如冷室中)晶体生长观测尤为必要。管理系统还可以 在保持原有数据管理系统(LIMS)的前提下，根据需要添加或删除观测仪器及相应控制系 统的数目。4、数据管理系统具有跨平台性，在Linux和Windows系统下可自由移植，不需要修 改程序代码。而且该系统既可以作为一个完整部分独立存在，也可以整合到其他LIMS中。5、该系统具有较好的开放性和通用性，可以方便地移植、修改应用于各种晶体生 长研究(如小分子晶体生长)或其他类似实验中(如斑马鱼卵及胚胎、蛙卵及胚胎、甚至细 胞或组织培养自动化观察中)。
图1是本实用新型的多客户端_单工作台方案示意图；图2是本实用新型的多客户端_单工作台方案的布线图；图3是本实用新型的单客户端_多工作台方案示意图；图4是本实用新型的单客户端_多工作台方案的布线图；图5是本实用新型中晶体切片示意4[0031]图6是本实用新型中切片合并示意图。
具体实施方式
本实用新型完全改变了过去研究蛋白质晶体的实验模式，进一步说，把现有实验 模式中的显微镜手动拍照改为远程自动控制拍照，并能连续记录晶体生长状况，形成系统 的晶体生长库，并能针对不同的晶体培养板和不同的晶体生长环境与状态自动调节拍照参 数，并实现了网络化、远程化，使用户不需要置身于冷室中来处理数据，每套机器可支持多 个用户同时使用观测数据，每套机器支持多个客户端，可以在不同的位置来操作。本实用 新型典型的应用方式是多客户端_单工作台和单客户端_多工作台，当然也可以是多客户 端-多工作台方式。此处的客户端可以是电脑终端等接入设备，工作台是对本实用新型的 统称，电脑终端可以通过鼠标和键盘输入指令。下面参考附图和优选实施例，对本实用新型的技术方案做详细描述。如图1所示，是本实用新型的多客户端-单工作台方案示意图。本方案中，包括: 客户端11、客户端12和工作台13，客户端11和客户端12通过导线和工作台相连接；客户 端U设置在隔离墙内部，客户端12设置在隔离墙外部，操作人员可以通过客户端11和客 户端12下发操作命令给工作台13，实现对晶体生长的随时观测。如图2所示，是本实用新型的多客户端-单工作台方案的布线图。其结构包括 平移台22、运动控制器23和光源控制器21，平移台22、运动控制器23和光源控制器21互 相连接；为了便于和外部相连，设置了通用串行总线(USB，Universal Serial BUS)集线器 24，客户端11或者客户端12通过该USB集线器24分别连接到平移台22和光源控制器21， 客户端11或者客户端12通过RS232串行接口和运动控制器23相连接。运动控制器23通过RS232串行接口接收客户端11或者12发送来的指令，运动控 制器23根据指令加电，驱动运动电机工作，进而驱动平移台22的工作。光源控制器21通过USB集线器24接收客户端11或者12发送的指令，光源控制 器21根据接收到的指令控制继电器，从而达到控制光源控制器21的目的。平移台22对晶体采用立体多焦面切片拍照并记录，在晶体生长的不同界面分别 采样，把生成的采样信号通过USB集线器24传回客户端11或者12，进而生成全息图像，避 免了信息的遗漏。如图3所示，是本实用新型的单客户端-多工作台示意图。本方案中，包括客户 端31和工作台1 N，客户端31分别和工作台1 N相连接；操作人员可以通过客户端31 下发操作命令给工作台1 N，实现对工作台1 N监测下晶体生长的随时观测。如图4所示，是本实用新型的单客户端-多工作台方案的布线图。其结构包括n 个平移台22、运动控制器23和光源控制器21，平移台22、运动控制器23和光源控制器21 互相连接；为了便于和外部相连，设置了控制信号分配器41，客户端11通过该控制信号分 配器41连接到运动控制器23和光源控制器21。运动控制器23通过控制信号分配器41接收客户端11发送来的指令，运动控制器 23根据指令加电，驱动运动电机工作，进而驱动平移台22的工作。光源控制器21通过控制信号分配器41接收客户端11发送的指令，光源控制器21 根据接收到的指令控制继电器，从而达到控制光源控制器21的目的。[0043]平移台22对晶体采用立体多焦面切片拍照并记录，在晶体生长的不同界面分别 采样，把生成的采样信号通过控制信号分配器41传回客户端11，进而生成全息图像，避免 了信息的遗漏。上述运动控制器23和光源控制器21可以分别和网络相连接，用户可以利用客户 端11通过网络，远程登录到本实用新型，从而进行远程控制，避免去实验室操作而破坏某 些晶体的生长或者破坏实验条件。如图5和图6所示，本实用新型采用分焦切片技术，对晶体进行三维采样，进而合 成全息图像，避免了信息遗漏。由于晶体本身生长于溶液中，为三维立体状，且由于其颜色 和透明度与其培养母液非常接近，因而一般的图像处理算法不能正确识别。实现蛋白质晶体高通量样本自动观测系统的运作，是通过专门生产配套的软件， 只需要用户输入相应信息，即可以自动运转，来观测晶体并拍照记录。使用步骤如下第一步启动控制计算机和控制部件；第二步启动软件；第三步软件连接各个控制器，向各个控制器发送初始化指令；第四步控制器和工作部位就位后，反馈给软件，开始工作；第五步用户输入相应信息，点击运行按钮，即可以自动开始观测晶体并拍照记录。整个系统基于先进的高速网络及数据库，实现了远程操作、实时记录及监控；检测 系统集合了光学放大、程控光源、数据成像、自动控制定位和远程数据处理等多项技术，系 统实现了高速、微量、多用的功能，系统的三维运动精度控制在5微米以内；软件用户界面 良好。
权利要求1.一种蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在于，包括平移台、运动控制器 和光源控制器，所述平移台、运动控制器和光源控制器互相连接。
2.如权利要求1所述的蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在于还包括通 用串行总线USB集线器，客户端通过所述USB集线器连接到所述平移台和光源控制器，所述 客户端通过RS232串行接口和所述运动控制器相连接。
3.如权利要求2所述的蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在于连接有至 少一个客户端。
4.如权利要求2所述的蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在于所述运动 控制器通过所述RS232串行接口接收所述客户端送来的指令，所述运动控制器根据所述指 令驱动所述平移台移动。
5.如权利要求2所述的蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在于所述平移 台把生成的采样信号通过所述USB集线器传回给所述客户端。
6.如权利要求1所述的蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在于还包括控 制信号分配器，客户端通过连接到所述运动控制器和光源控制器。
7.如权利要求6所述的蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在于包括至少 一组所述平移台、运动控制器和光源控制器，每组中的所述平移台、运动控制器和光源控制 器互相连接；所述控制信号分配器和每组所述运动控制器和光源控制器分别相连接。
8.如权利要求6所述的蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在于所述平移 台把生成的采样信号通过所述控制信号分配器传回给所述客户端。
9.如权利要求6所述的蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在于所述运动 控制器通过所述控制信号分配器接收所述客户端发送来的指令，所述运动控制器根据所述 指令驱动所述平移台。
10.如权利要求1至9任一项所述的蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，其特征在 于所述运动控制器和光源控制器分别和网络相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种蛋白质晶体高通量样本自动观测系统，包括平移台、运动控制器和光源控制器，所述平移台、运动控制器和光源控制器互相连接。本实用新型解决了一些实验室晶体照明光源调控的困难和无法辨析晶体及其边界的问题；本实用新型在图像拍照收集策略上，针对晶体及其生长环境的特殊性，采用多层切面聚焦技术，而不是简单的单面自动聚焦技术，提高了数据采集的准确性和精确性，记录了晶体的三维空间尺寸。
文档编号G01N21/84GK201780273SQ201020220358
公开日2011年3月30日 申请日期2010年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者寇明喜, 艾瑞克, 苏晓东 申请人:博亚捷晶科技(北京)有限公司