本發(fā)明屬于菌落挑選，具體涉及一種基于光操控技術(shù)的菌落挑選系統(tǒng)及挑選方法。

背景技術(shù)：

1、目前，在生物基因工程、微生物培養(yǎng)等生物實(shí)驗(yàn)中，微生物菌落的挑取主要是由手工來(lái)完成。隨著應(yīng)用的日益增多以及合成生物學(xué)的快速發(fā)展，微生物菌落挑選實(shí)驗(yàn)常常需要挑取幾千甚至上萬(wàn)個(gè)克隆菌落，微生物菌落挑選面臨以下問(wèn)題：

2、1、工作量大，手工挑選效率較低；

3、2、主觀判斷選擇克隆菌落，容易遺漏目標(biāo)克隆。

4、因此，手工挑取微生物菌落已經(jīng)漸漸的不能滿足高通量實(shí)驗(yàn)要求。

5、隨著生物技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)手工挑微生物菌落已經(jīng)漸漸被替代。微生物菌落挑選儀器代替手工自動(dòng)挑選，不僅可以提高挑取效率，而且在挑取精度上也有很大的提高。目前，市面上的微生物菌落挑選儀器主要采用96針挑取頭方式，在x、y、z三個(gè)直角坐標(biāo)軸上移動(dòng)，首先基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)，運(yùn)用相機(jī)對(duì)培養(yǎng)皿中的微生物菌落進(jìn)行識(shí)別、定位，96針挑取頭逐一挑取菌落，然后一次性接種到接種孔板中，最后對(duì)96挑針進(jìn)行清洗消毒，具體可參照中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利cn113604348a、cn108641903a、cn113667588a。

6、上述方案所存在的缺點(diǎn)主要有：

7、1、污染問(wèn)題，金屬挑取針在工作過(guò)程中重復(fù)使用，即使有消毒過(guò)程也可能會(huì)出現(xiàn)消毒不徹底的風(fēng)險(xiǎn)，降底了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和科學(xué)性；

8、2、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，96針挑選頭結(jié)構(gòu)方式，96針挑選頭為關(guān)鍵部件，需要實(shí)現(xiàn)x、y兩個(gè)軸向的高精度運(yùn)動(dòng)，以及96個(gè)針每一個(gè)需要z(上下方向)方向的單獨(dú)移動(dòng)，并且96針需要耐高溫、高剛性設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本較高；

9、3、能量消耗增加，主要包括96針的高溫消毒等各個(gè)消殺環(huán)節(jié)，能量消耗大；96針挑取方式，源板為常用的培養(yǎng)皿，然而實(shí)現(xiàn)高通量的挑選會(huì)涉及到多個(gè)培養(yǎng)皿，甚至十幾個(gè)才能完成一次挑選實(shí)驗(yàn)，造成耗材數(shù)量需求較多，能量消耗增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)在以下附圖和描述中提出，以使本技術(shù)的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)更加簡(jiǎn)明易懂。

2、本發(fā)明基于目前現(xiàn)有的陣列式腔室芯片，設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)的基于光操控技術(shù)的菌落挑選系統(tǒng)及挑選方法，從根源上避免了傳動(dòng)菌落挑選儀所存在的弊端，可極大的提升分選效率。

3、本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光操控技術(shù)的菌落挑選系統(tǒng)，包括：

4、芯片平臺(tái)，設(shè)有用于放置陣列式腔室芯片的芯片放置部；

5、孔板平臺(tái)，設(shè)有用于放置孔板的孔板放置部；

6、光熱模塊，用于發(fā)射光熱光路；

7、所述光熱光路的數(shù)量為1個(gè)且照射于相應(yīng)多個(gè)陣列式腔室芯片中一個(gè)腔室上的光感應(yīng)加熱部

8、或

9、所述光熱光路的數(shù)量為多個(gè)且并行照射于相應(yīng)多個(gè)陣列式腔室芯片中多個(gè)腔室上的光感應(yīng)加熱部；

10、成像模塊，用于識(shí)別當(dāng)前視野范圍內(nèi)陣列式腔室芯片中腔室內(nèi)菌落的狀態(tài)；

11、自動(dòng)采集控制模塊，通過(guò)所述成像模塊的識(shí)別對(duì)陣列式腔室芯片中腔室內(nèi)的菌落進(jìn)行識(shí)別標(biāo)定，以控制所述光熱模塊對(duì)識(shí)別標(biāo)定腔室上的光感應(yīng)加熱部進(jìn)行光熱加熱，并調(diào)整所述芯片平臺(tái)和/或所述孔板平臺(tái)的位置，使目標(biāo)菌落從陣列式腔室芯片中輸送至孔板的收集腔室內(nèi)。

12、在一些實(shí)施方式中，所述芯片放置部的水平高度高于所述孔板放置部的水平高度。

13、在一些實(shí)施方式中，還包括：

14、熒光檢測(cè)模塊，用于發(fā)射熒光光路；所述光熱模塊、所述成像模塊、所述熒光檢測(cè)模塊的發(fā)射端共用同一顯微物鏡并固定安裝于所述芯片放置部的上方。

15、在一些實(shí)施方式中，所述自動(dòng)采集控制模塊包括：

16、檢測(cè)識(shí)別模塊，用于檢測(cè)腔室內(nèi)的菌落；所述檢測(cè)識(shí)別模塊為熒光檢測(cè)模塊、拉曼檢測(cè)模塊、激光共聚焦檢測(cè)模塊、質(zhì)譜檢測(cè)模塊中的一種或任一幾種。

17、在一些實(shí)施方式中，所述光熱模塊包括菌落挑取光源和光束整形模塊；所述菌落挑取光源為激光光源或led光源；所述光束整形模塊用于對(duì)照射于光感應(yīng)加熱部上的光熱光路進(jìn)行單光束或多光束的整形并對(duì)光束進(jìn)行縮束。

18、在一些實(shí)施方式中，所述光熱模塊包括：激光器、光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)、準(zhǔn)直透鏡；

19、所述成像模塊包括：中繼透鏡、圖像采集器；

20、所述激光器用于發(fā)射光熱光路，并通過(guò)所述光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)將光熱光路進(jìn)行擴(kuò)束，再通過(guò)所述準(zhǔn)直透鏡得到平行光，最終通過(guò)二向色鏡的反射到達(dá)顯微物鏡；

21、所述顯微物鏡采集到的成像光路，通過(guò)二向色鏡的透射到達(dá)所述中繼透鏡并傳遞至所述圖像采集器；

22、所述熒光檢測(cè)模塊途經(jīng)所述二向色鏡和所述中繼透鏡之間設(shè)置。

23、在一些實(shí)施方式中，所述光熱模塊包括：激光器、二分之一玻片、光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)、準(zhǔn)直透鏡、空間光調(diào)制器、四分之一玻片、偏振分光棱鏡；

24、所述成像模塊包括：中繼透鏡、圖像采集器；

25、所述激光器用于發(fā)射光熱光路，并經(jīng)所述二分之一玻片的旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)以改變光熱光路的偏振方向，再通過(guò)所述光學(xué)擴(kuò)束系統(tǒng)將光熱光路進(jìn)行擴(kuò)束，再通過(guò)所述準(zhǔn)直透鏡得到平行光，并將其傳遞至所述偏振分光棱鏡處；通過(guò)所述偏振分光棱鏡的反射使其依次進(jìn)入所述四分之一玻片和所述空間光調(diào)制器；所述空間光調(diào)制器通過(guò)加載采集到多個(gè)目標(biāo)菌落所在腔室的位置坐標(biāo)形成的全息圖，進(jìn)而根據(jù)全息圖調(diào)制出多個(gè)光熱光路，調(diào)制出的多個(gè)光熱光路再依次通過(guò)四分之一玻片和偏振分光棱鏡的透射經(jīng)二向色鏡反射后射入顯微物鏡，形成陣列式的多個(gè)光熱光路；

26、所述顯微物鏡采集到的成像光路，通過(guò)二向色鏡的透射到達(dá)所述中繼透鏡并傳遞至所述圖像采集器；

27、所述熒光檢測(cè)模塊途經(jīng)所述二向色鏡和所述中繼透鏡之間設(shè)置。

28、在一些實(shí)施方式中，還包括：

29、檢測(cè)模組，用于識(shí)別所述從陣列式腔室芯片中排出的液滴中是否含有目標(biāo)菌落，并判斷陣列式腔室芯片排出液滴的末端處與孔板對(duì)應(yīng)的收集孔是否對(duì)齊。

30、在一些實(shí)施方式中，所述檢測(cè)模組包括：

31、視覺(jué)相機(jī)，設(shè)于所述孔板平臺(tái)的下方；

32、分光棱鏡，設(shè)于所述視覺(jué)相機(jī)的上方；

33、照明光源和反射鏡，分別設(shè)于所述分光棱鏡的兩側(cè)；所述照明光源發(fā)出光束并通過(guò)所述分光棱鏡將光束分成反射光和透射光；反射光用于對(duì)孔板對(duì)應(yīng)的收集孔進(jìn)行照明以用于判斷陣列式腔室芯片排出液滴的末端處與孔板對(duì)應(yīng)收集孔的對(duì)齊狀態(tài)；透射光經(jīng)所述反射鏡用于對(duì)陣列式腔室芯片進(jìn)行照明以用于成像。

34、在一些實(shí)施方式中，所述芯片平臺(tái)和所述孔板平臺(tái)在水平方向上沿xy軸運(yùn)動(dòng)并在垂向上相對(duì)運(yùn)動(dòng)；通過(guò)所述視覺(jué)相機(jī)用于識(shí)別排出液滴的末端中是否含有目標(biāo)菌落，通過(guò)控制所述芯片平臺(tái)和所述孔板平臺(tái)在垂向上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)菌落的收集。

35、在一些實(shí)施方式中，還包括：

36、芯片導(dǎo)出管，用于與陣列式腔室芯片中的導(dǎo)出口相連接；所述芯片導(dǎo)出管垂直設(shè)置于導(dǎo)出口處或固定設(shè)置于所述芯片平臺(tái)和所述孔板平臺(tái)之間并通過(guò)柔性連接管與導(dǎo)出口相連接。

37、本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于上述實(shí)施方式中任一項(xiàng)所述的基于光操控技術(shù)的菌落挑選系統(tǒng)的挑選方法，目標(biāo)菌落的收集方法包括：同步模式和異步模式；

38、同步模式為獲取當(dāng)前視野范圍內(nèi)陣列式腔室芯片中目標(biāo)菌落的信息并按貪心算法對(duì)目標(biāo)菌落的挑取路徑進(jìn)行規(guī)劃并按照規(guī)劃路徑進(jìn)行收集，直至完成整個(gè)陣列式腔室芯片內(nèi)目標(biāo)菌落的挑?。?/p>

39、異步模式為完成陣列式腔室芯片的圖像采集，并根據(jù)圖像采集的情況對(duì)菌落進(jìn)行識(shí)別標(biāo)定，將全部標(biāo)定出來(lái)的目標(biāo)菌落按貪心算法進(jìn)行路徑規(guī)劃并完成依次的挑取。

40、在一些實(shí)施方式中，還包括芯片傾斜度校正方法：采集放置后陣列式腔室芯片的圖像信息并識(shí)別其各個(gè)腔室，通過(guò)位于同一水平基準(zhǔn)線上各個(gè)腔室的中心點(diǎn)以形成數(shù)據(jù)點(diǎn)列，并得到相應(yīng)二維數(shù)組坐標(biāo)；根據(jù)每一水平基準(zhǔn)線上相鄰數(shù)組之間的連接擬合以求解其平均斜率s?l?ope，s?l?ope對(duì)應(yīng)有正負(fù)，根據(jù)s?l?ope求解k，k值為各個(gè)腔室總體傾斜的距離，并根據(jù)k值移動(dòng)芯片平臺(tái)，k值為正上移；k值為負(fù)下移。

41、在一些實(shí)施方式中，所述光熱模塊照射于陣列式腔室芯片中腔室上光感應(yīng)加熱部的方法為：

42、通過(guò)調(diào)整芯片平臺(tái)的位置將激光器形成的單一光熱光路照射于含有目標(biāo)菌落的腔室上，以光熱加熱的方式將目標(biāo)菌落進(jìn)行導(dǎo)出；

43、或

44、通過(guò)將激光器形成的光束進(jìn)行擴(kuò)束、平行，并使其進(jìn)入空間光調(diào)制器，空間光調(diào)制器根據(jù)當(dāng)前視野范圍內(nèi)含有目標(biāo)菌落的腔室位置圖像，以形成當(dāng)前視野范圍內(nèi)的多個(gè)光熱光路并照射于相應(yīng)含有目標(biāo)菌落的各個(gè)腔室上，由于當(dāng)前視野范圍內(nèi)各個(gè)腔室距離出口處的距離各不相同，從而以光熱加熱的方式將全部目標(biāo)菌落進(jìn)行依次導(dǎo)出。

45、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下：

46、1、本裝置改變了傳統(tǒng)針挑式挑選菌落的方法，利用陣列式腔室芯片的結(jié)構(gòu)并基于光熱效應(yīng)，通過(guò)光熱的方式實(shí)現(xiàn)將目標(biāo)菌落的無(wú)接觸導(dǎo)出，同時(shí)還可以利用陣列式腔室芯片本身結(jié)構(gòu)內(nèi)的腔室特性同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)菌落的在線培養(yǎng)，以確保菌落挑選的成功率和高效。

47、2、為確保挑取過(guò)程的準(zhǔn)確性進(jìn)一步的增加了相應(yīng)的檢測(cè)模組不僅能檢測(cè)孔位是否對(duì)齊，還能同時(shí)檢測(cè)導(dǎo)出的液滴中是否含有目標(biāo)菌落，從而確保挑出過(guò)程的準(zhǔn)確性。

48、3、基于上述裝置結(jié)構(gòu)形成了同步提取和異步提取的兩種方式，以適配不同的工況，進(jìn)而提升菌落挑取的效率。

49、4、挑取的光熱模塊根據(jù)可實(shí)現(xiàn)單光熱光路或多光熱光路的模式，以實(shí)現(xiàn)單次的依次挑取或快速的多次挑取。

50、附圖說(shuō)明

51、此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。

52、圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

53、圖2為本發(fā)明多光束光路模組的結(jié)構(gòu)示意圖。

54、圖3為本發(fā)明檢測(cè)模組的結(jié)構(gòu)示意圖。

55、圖4為本發(fā)明陣列式腔室芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。

56、圖5為本發(fā)明機(jī)器視覺(jué)相機(jī)對(duì)齊成像的結(jié)構(gòu)示意圖。

57、圖6為本發(fā)明機(jī)器視覺(jué)相機(jī)液滴檢測(cè)的結(jié)構(gòu)示意圖。