[发明专利]一种视觉伺服三维旋转的斑马鱼胚胎心脏注射系统及方法

说明书

本发明公开了一种视觉伺服三维旋转的斑马鱼胚胎心脏注射系统及方法，涉及显微注射领域，包括立体显微镜、CCD相机、上位机、三轴机械手、旋转操纵器、微量移液管、泵；CCD相机位于立体显微镜上方，用于采集图像传送至上位机进行处理；上位机分别与三轴机械手和旋转操纵器连接，根据采集的图像分析斑马鱼胚胎的实时位置和姿态、微量移液管的尖端位置，向三轴机械手和旋转操纵器发送控制信号控制三轴机械手的方向和速度以及旋转操纵器的旋转角度；三轴机械手夹持住对应的微量移液管将尖端移动到目标位置；旋转操纵器夹持住对应的微量移液管旋转斑马鱼胚胎；泵提供吸持斑马鱼胚胎的吸力和推出外来物质的推力。系统结构简单，精度高，稳定性好。

技术领域

本发明涉及显微注射领域，尤其是一种视觉伺服三维旋转的斑马鱼胚胎心脏注射系统及方法。

背景技术

显微注射技术作为将外源物质引入活体细胞或生物幼体特定部位的通用方法，在现代生物工程试验中得到了大量应用，随着机器视觉和自动化技术的快速发展，基于视觉的自动显微操作技术由于其精度高、可靠性高、可大批量等优势备受关注。斑马鱼作为常见的模式动物，性成熟时间短，性成熟后的雌鱼每周可产卵一次，产卵数量多达300枚，其繁殖的快速性为试验研究节省了时间成本。同时，斑马鱼是体外发育，其胚胎通体透明，是进行胚胎发育过程和基因组学研究的绝佳材料。最重要的是，斑马鱼与人类具有高度相似的基因组，使得其成为研究生理和病理过程最佳的模式动物。

传统的斑马鱼显微注射通常是由技术娴熟的操作者在显微仪器辅助下使用一些柔性末端，例如动物超细睫毛或头发，轻轻接触幼虫来调整幼虫的姿势。幼虫体围绕其体轴及显微镜光轴旋转，直到幼虫心脏处于最佳的注射角度以方便后期的显微注射。这种反复姿态调整很大程度上取决于操作员的经验，而专业的操作员通常需要花费数年的时间成本。同时，人工显微操作的可重复性还不能得到保证，而且人工操作还会引入外界污染，导致实验失败。

发明内容

本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种视觉伺服三维旋转的斑马鱼胚胎心脏注射系统及方法。

本发明的技术方案如下：

第一方面，一种视觉伺服三维旋转的斑马鱼胚胎心脏注射系统，包括：立体显微镜、CCD相机、上位机、三轴机械手、旋转操纵器、微量移液管、泵；

所述立体显微镜用于操作人员对旋转和注射过程的全程监控；

所述CCD相机位于所述立体显微镜上方，所述CCD相机与所述上位机的输入连接，所述CCD相机用于采集所述立体显微镜视野下的图像，将采集的图像传送至上位机进行处理；

所述上位机的输出分别与所述三轴机械手和所述旋转操纵器连接，所述上位机根据采集的图像分析斑马鱼胚胎的实时位置和姿态、微量移液管的尖端位置，向所述三轴机械手和所述旋转操纵器发送控制信号，用于控制所述三轴机械手的方向和速度，以及控制所述旋转操纵器的旋转角度；

所述三轴机械手夹持住对应的微量移液管，所述三轴机械手用于将所述微量移液管的尖端移动到目标位置；

所述旋转操纵器夹持住对应的微量移液管，所述旋转操纵器用于旋转斑马鱼胚胎；

所述泵用于提供吸持斑马鱼胚胎的吸力和推出外来物质的推力。

其进一步的技术方案为：所述微量移液管包括接触移液管、注射移液管和旋转移液管；所述泵包括注射泵和维持泵；所述三轴机械手包括第一三轴机械手和第二三轴机械手；

所述第一三轴机械手用于抓持所述注射移液管，所述第二三轴机械手用于抓持所述接触移液管，所述旋转操纵器用于抓持所述旋转移液管；

所述接触移液管用于戳动斑马鱼胚胎使得斑马鱼胚胎围绕光轴旋转；

所述注射泵与所述注射移液管连接，所述维持泵与所述旋转移液管连接；