一种基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统，包括用户接口、与用户接口通信连接的控制系统、与控制系统通信连接的可调焦相机以及与控制系统通信连接的三轴位移系统，三轴位移系统搭载有微流控芯片和移液器，可调焦相机拍摄微流控芯片的图像，并将拍摄到的微流控芯片图像反馈至控制系统，控制系统将接收到的微流控芯片图像传输至用户接口。本发明专利技术能代替实验人员完成微流控芯片加样、采样的操作，过程简单快捷，提高使用效率。本发明专利技术无需附加标记，无需微流控芯片的整体布局信息。本发明专利技术能够自动化操作，省时省力，可以降低污染风险，提高实验可重复性。提高实验可重复性。提高实验可重复性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统


[0001]本专利技术涉及微流控
，更具体地涉及一种基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统。

技术介绍

[0002]微流控芯片是一种能把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一起的微米级器件，对微流控芯片的加样、采样操作是在微流控芯片的研究和使用过程中最常用的操作之一。目前，对微流控芯片加样、采样的难点在于是否能够快速适应不同类型的微流控芯片的加样、采样位置和流程，以及是否能够自动化地进行操作。
[0003]传统的加样、采样操作依靠实验人员的手工操作，具体为：将移液枪对准百微米直径的微流控芯片外部接口，将特定的液体材料注入芯片或者从芯片中吸取液体材料。这种方法的缺点是需要人工操作，操作难度高，容易出错，效率低，污染风险高。
[0004]新兴的加样、采样方法能够克服传统手工操作方法的缺点。目前，在微流控领域最常见的是移液工作站。移液工作站通常由多通道移液器、滑轨以及配套的控制系统组成。移液工作站能根据用户定义的程序批量吸取、释放液体，移动移液器。移液工作站具有自动化、高通量、重复性好、准确、高速等优点。然而，移液工作站在用于微流控芯片时存在一些不足之处。移液工作站通常基于市面上常见的多孔板设计，具有为常见多孔板定制的卡槽。移液工作站基于卡槽位置和多孔板孔间距预定义原点位置与步进距离。通常，每一种微流控芯片的外部接口都具有不同的位置，外部接口的间距各不相同，芯片的尺寸都有差异。这使得移液工作站在用于微流控芯片时需要手工校准原点位置和每一次移动的距离，需要在使用同一程序时保证芯片对于设备的相对位置没有发生变化，具有校准复杂、需要频繁校准的问题。因此，需要设计一种适合微流控芯片加样、采样的自动化系统。
[0005]机器视觉是基于图像分析的计算机视觉技术，通过对图像的分析，为设备执行提供操作指导，主要分为成像和图像处理分析。当前，机器视觉在医疗领域、工业领域的自动化操作中都已有一些应用，例如，Houzhu Ding博士团队研制的皮肤修复系统，北京奥特恒业电气设备有限公司的高精度封帽机，Cognex(康耐视)公司的In
‑
Sight机器视觉系统。
[0006]Houzhu Ding博士团队研制的皮肤修复系统通过机器视觉技术获得烧伤伤口的位置形状和大小，进行边缘检测，进行打印喷头的路径规划，从而打印出伤口覆盖物对烧伤处的皮肤进行修复。北京奥特恒业电气设备有限公司的高精度封帽机从料盘中取出供给的管座和管帽，采用机器识别系统定位实施焊接，可以实现中心对位精度100％在5um以内，90％在2um以内。Cognex公司的In
‑
Sight机器视觉系统包括图案、像素计数、亮度、对比度和边线工具，能够解决简单的定位、存在/不存在、测量和计数应用问题，高性能型号配有非线性校准工具，其安装角度可达45度。

技术实现思路

[0007]为解决上述现有技术中的问题，本专利技术提供一种基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统，能够自动校准微流控芯片的相对位置，无需频繁校准，整个过程简单便捷。
[0008]本专利技术提供的一种基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统，包括：用户接口、与所述用户接口通信连接的控制系统、与所述控制系统通信连接的可调焦相机以及与所述控制系统通信连接的三轴位移系统，其中，所述三轴位移系统搭载有微流控芯片和移液器，所述可调焦相机设置为拍摄微流控芯片的图像，并将拍摄到的微流控芯片图像反馈至所述控制系统，所述控制系统将接收到的微流控芯片图像传输至所述用户接口。
[0009]进一步地，所述用户接口包括：图像显示模块，设置为：显示所述可调焦相机拍摄到的所述微流控芯片的图像；接口定义模块，设置为：定义所述微流控芯片的外部接口为加样口或采样口，并获取加样口或采样口的编号；运动控制模块，设置为：对所述三轴位移系统进行实时控制，以将所述微流控芯片的加样口或采样口移动至所述可调焦相机的视野中心。
[0010]进一步地，所述三轴位移系统包括底座、安装在所述底座上的水平支撑台和竖直支撑柱、设于所述水平支撑台上的水平滑台以及设于所述竖直支撑柱上的竖直滑台。
[0011]进一步地，所述微流控芯片放置在所述水平滑台上，所述移液器安装在所述竖直滑台上。
[0012]进一步地，所述水平滑台和所述竖直滑台通过滑轨分别与所述水平支撑台和竖直支撑柱连接。
[0013]进一步地，所述可调焦相机倒置于所述水平支撑台的正下方，并固定在所述底座上。
[0014]进一步地，所述控制系统设置为：根据所述可调焦相机拍摄到的微流控芯片的图像，检测所述微流控芯片的加样口或采样口的位置，并根据所述加样口或采样口的位置判断加样口或采样口是否需要移动到所述可调焦相机的视野中心，若是，则计算所述加样口或采样口到所述视野中心的距离，将所述距离转换为第一控制信号传输至所述三轴位移系统，以驱动所述微流控芯片进行水平移动；当所述微流控芯片移动到位后，所述控制系统向所述三轴位移系统传输第二控制信号，以驱动所述移液器的吸头插入所述加样口或采样口。
[0015]进一步地，所述竖直滑台上设有上接近传感器和下接近传感器。
[0016]进一步地，所述上接近传感器设于所述移液器远离所述微流控芯片时应停止的位置，下接近传感器设于移液器的吸头插入微流控芯片时应停止的位置。
[0017]本专利技术通过相机获取微流控芯片的图像，对加样、采样接口边缘进行检测以确定加样、采样接口的位置；通过用户界面将微流控芯片表面图像实时反馈给用户，允许用户基于图像定义加样、采样操作的流程；通过控制三轴位移系统将微流控芯片移动到指定位置，在移动中对加样、采样接口位置进行实时检测以修正运动路径。
[0018]本专利技术能代替实验人员完成微流控芯片加样、采样的操作，过程简单快捷，提高使用效率。本专利技术能够直接基于加样、采样口实现定位，无需附加标记；并能够基于加样、采样口间的相对位置区分不同接口，无需微流控芯片的整体布局信息。同时，本专利技术能够自动化操作，省时省力，可以降低污染风险，提高实验可重复性。
附图说明
[0019]图1是按照本专利技术的基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统的结构示意图。
[0020]图2是按照本专利技术的基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统的结构框图。
[0021]图3是图1中三轴位移系统的运动过程图。
[0022]图4是使用按照本专利技术的基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统进行加样采样的示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。
[0024]如图1所示，本专利技术提供的基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统，包括用户接口1、与用户接口1通信连接的控制系统2、与控制系统2通信连接的可调焦相机3以及与控制系统2通信连接的三轴位移系统4。其中，用户接口1用于将微流控芯片的图像反馈给用户，并使用户能够定义工作流程，提供多本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统，其特征在于，包括用户接口、与所述用户接口通信连接的控制系统、与所述控制系统通信连接的可调焦相机以及与所述控制系统通信连接的三轴位移系统，其中，所述三轴位移系统搭载有微流控芯片和移液器，所述可调焦相机设置为拍摄微流控芯片的图像，并将拍摄到的微流控芯片图像反馈至所述控制系统，所述控制系统将接收到的微流控芯片图像传输至所述用户接口。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统，其特征在于，所述用户接口包括：图像显示模块，设置为：显示所述可调焦相机拍摄到的所述微流控芯片的图像；接口定义模块，设置为：定义所述微流控芯片的外部接口为加样口或采样口，并获取加样口或采样口的编号；运动控制模块，设置为：对所述三轴位移系统进行实时控制，以将所述微流控芯片的加样口或采样口移动至所述可调焦相机的视野中心。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统，其特征在于，所述三轴位移系统包括底座、安装在所述底座上的水平支撑台和竖直支撑柱、设于所述水平支撑台上的水平滑台以及设于所述竖直支撑柱上的竖直滑台。4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的微流控芯片自动加样采样系统，其特征在于，所述微流控芯片放置在所述水平滑台上，所述移液器安装在所述竖直滑台上。5.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张郭远，吴蕾，赵建龙，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：