[發(fā)明專利]一種視覺(jué)伺服三維旋轉(zhuǎn)的斑馬魚(yú)胚胎心臟注射系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910308046.2
• 申請(qǐng)日: 2019-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110016431B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊啟高;張海;朱一昕;謝林柏;李岳陽(yáng);羅海馳;徐駿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江南大學(xué)
• 主分類號(hào): C12M1/00
• 分類號(hào): C12M1/00;G16H20/17;G02B21/36
• 代理公司: 無(wú)錫華源專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發(fā)明公開(kāi)了一種視覺(jué)伺服三維旋轉(zhuǎn)的斑馬魚(yú)胚胎心臟注射系統(tǒng)及方法，涉及顯微注射領(lǐng)域，包括立體顯微鏡、CCD相機(jī)、上位機(jī)、三軸機(jī)械手、旋轉(zhuǎn)操縱器、微量移液管、泵；CCD相機(jī)位于立體顯微鏡上方，用于采集圖像傳送至上位機(jī)進(jìn)行處理；上位機(jī)分別與三軸機(jī)械手和旋轉(zhuǎn)操縱器連接，根據(jù)采集的圖像分析斑馬魚(yú)胚胎的實(shí)時(shí)位置和姿態(tài)、微量移液管的尖端位置，向三軸機(jī)械手和旋轉(zhuǎn)操縱器發(fā)送控制信號(hào)控制三軸機(jī)械手的方向和速度以及旋轉(zhuǎn)操縱器的旋轉(zhuǎn)角度；三軸機(jī)械手夾持住對(duì)應(yīng)的微量移液管將尖端移動(dòng)到目標(biāo)位置；旋轉(zhuǎn)操縱器夾持住對(duì)應(yīng)的微量移液管旋轉(zhuǎn)斑馬魚(yú)胚胎；泵提供吸持斑馬魚(yú)胚胎的吸力和推出外來(lái)物質(zhì)的推力。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，穩(wěn)定性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及顯微注射領(lǐng)域，尤其是一種視覺(jué)伺服三維旋轉(zhuǎn)的斑馬魚(yú)胚胎心臟注射系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

顯微注射技術(shù)作為將外源物質(zhì)引入活體細(xì)胞或生物幼體特定部位的通用方法，在現(xiàn)代生物工程試驗(yàn)中得到了大量應(yīng)用，隨著機(jī)器視覺(jué)和自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，基于視覺(jué)的自動(dòng)顯微操作技術(shù)由于其精度高、可靠性高、可大批量等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。斑馬魚(yú)作為常見(jiàn)的模式動(dòng)物，性成熟時(shí)間短，性成熟后的雌魚(yú)每周可產(chǎn)卵一次，產(chǎn)卵數(shù)量多達(dá)300枚，其繁殖的快速性為試驗(yàn)研究節(jié)省了時(shí)間成本。同時(shí)，斑馬魚(yú)是體外發(fā)育，其胚胎通體透明，是進(jìn)行胚胎發(fā)育過(guò)程和基因組學(xué)研究的絕佳材料。最重要的是，斑馬魚(yú)與人類具有高度相似的基因組，使得其成為研究生理和病理過(guò)程最佳的模式動(dòng)物。

傳統(tǒng)的斑馬魚(yú)顯微注射通常是由技術(shù)嫻熟的操作者在顯微儀器輔助下使用一些柔性末端，例如動(dòng)物超細(xì)睫毛或頭發(fā)，輕輕接觸幼蟲(chóng)來(lái)調(diào)整幼蟲(chóng)的姿勢(shì)。幼蟲(chóng)體圍繞其體軸及顯微鏡光軸旋轉(zhuǎn)，直到幼蟲(chóng)心臟處于最佳的注射角度以方便后期的顯微注射。這種反復(fù)姿態(tài)調(diào)整很大程度上取決于操作員的經(jīng)驗(yàn)，而專業(yè)的操作員通常需要花費(fèi)數(shù)年的時(shí)間成本。同時(shí)，人工顯微操作的可重復(fù)性還不能得到保證，而且人工操作還會(huì)引入外界污染，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題及技術(shù)需求，提出了一種視覺(jué)伺服三維旋轉(zhuǎn)的斑馬魚(yú)胚胎心臟注射系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

第一方面，一種視覺(jué)伺服三維旋轉(zhuǎn)的斑馬魚(yú)胚胎心臟注射系統(tǒng)，包括：立體顯微鏡、CCD相機(jī)、上位機(jī)、三軸機(jī)械手、旋轉(zhuǎn)操縱器、微量移液管、泵；

所述立體顯微鏡用于操作人員對(duì)旋轉(zhuǎn)和注射過(guò)程的全程監(jiān)控；

所述CCD相機(jī)位于所述立體顯微鏡上方，所述CCD相機(jī)與所述上位機(jī)的輸入連接，所述CCD相機(jī)用于采集所述立體顯微鏡視野下的圖像，將采集的圖像傳送至上位機(jī)進(jìn)行處理；

所述上位機(jī)的輸出分別與所述三軸機(jī)械手和所述旋轉(zhuǎn)操縱器連接，所述上位機(jī)根據(jù)采集的圖像分析斑馬魚(yú)胚胎的實(shí)時(shí)位置和姿態(tài)、微量移液管的尖端位置，向所述三軸機(jī)械手和所述旋轉(zhuǎn)操縱器發(fā)送控制信號(hào)，用于控制所述三軸機(jī)械手的方向和速度，以及控制所述旋轉(zhuǎn)操縱器的旋轉(zhuǎn)角度；

所述三軸機(jī)械手夾持住對(duì)應(yīng)的微量移液管，所述三軸機(jī)械手用于將所述微量移液管的尖端移動(dòng)到目標(biāo)位置；

所述旋轉(zhuǎn)操縱器夾持住對(duì)應(yīng)的微量移液管，所述旋轉(zhuǎn)操縱器用于旋轉(zhuǎn)斑馬魚(yú)胚胎；

所述泵用于提供吸持斑馬魚(yú)胚胎的吸力和推出外來(lái)物質(zhì)的推力。

其進(jìn)一步的技術(shù)方案為：所述微量移液管包括接觸移液管、注射移液管和旋轉(zhuǎn)移液管；所述泵包括注射泵和維持泵；所述三軸機(jī)械手包括第一三軸機(jī)械手和第二三軸機(jī)械手；

所述第一三軸機(jī)械手用于抓持所述注射移液管，所述第二三軸機(jī)械手用于抓持所述接觸移液管，所述旋轉(zhuǎn)操縱器用于抓持所述旋轉(zhuǎn)移液管；

所述接觸移液管用于戳動(dòng)斑馬魚(yú)胚胎使得斑馬魚(yú)胚胎圍繞光軸旋轉(zhuǎn)；

所述注射泵與所述注射移液管連接，所述維持泵與所述旋轉(zhuǎn)移液管連接；