专利名称：一种小型底栖生物标本自动分离系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋生物标本，特别涉及小型底栖生物标本的分离。
背景技术：
深海小型底栖生物是深海底层食物网的重要环节，对其进行研究对深海生态学研究和深海采矿环境影响评价有十分重要的意义。从沉积物样品中分离小型底栖生物是对小型底栖生物定量研究过程中一个很关键的基本步骤，其分离精度直接影响到调查资料的可靠性和准确性，从而影响到研究的结果。由于小型底栖生物的大小、比重等物理特性与沉积物颗粒接近，如何高精度地分离样品成为一个难题。传统的分离方法有人工挑选和离心两种方法，前者分离精度虽高但极为费时，并且人为因素影响较大，后者分离精度低，因此如何采用最有效的方法来实现小型底栖生物的高精度自动化分离成为海洋研究机构研究的重要课题。
发明内容本发明的目的在于提出一种高精度自动化的小型底栖生物标本分离系统，使小型底栖生物标本分离结果准确、可靠、分离效率提高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下，包括液路子系统，生物光学识别子系统，和电机械分离采集子系统。首先把沉积物样品经32μm孔径的网筛筛选后，将被32μm孔径网筛截留的样品用蛋白质荧光染色剂染色，选择性地将样品中的生物标本染色，而沉积物保持原样；再通过液路子系统将样品进行稀释，使沉积物颗粒和小型底栖生物逐个进入生物光学识别子系统；在生物光学识别子系统中采用一定波长的激光照射，当有生物体通过时，生物体上的染色剂受激发产生荧光，光传感器接受荧光信号并转换成电信号进行分析判断，并放大信号驱动电机械分离采集子系统捕获小型底栖生物样品。
进一步地，所述液路子系统包括但不限于混合室样品加入其中经旋转搅拌后在离心力的作用下沉积物颗粒和生物标本外移逐个进入检测流道；流道通过混合室中的沉积物颗粒和生物标本；搅拌装置采用电机及功率调节板，控制混合室和检测流道的效率匹配，并采用搅拌杆进行转动搅拌；和液位控制组件采用电磁水阀及液位计将混合室的液面控制在一定高度以内。
进一步地，所述生物光学识别子系统包括但不限于激光光源组件发出532nm的激发光，并加用532nm的窄带滤光片滤去其他波段的杂光；透镜组件生物体上的染色剂受激发产生荧光通过580nm的窄带滤光片，滤去杂光，并通过透镜聚焦；光传感器收集光信号并转化为电信号；暗盒光学部件置于其中，阻挡外界杂光进入；和数据采集与分析模块采集信号数据，收集的数据进行加权计算，设定固定的阀值，检测到光电培增管输出大于阀值时就放大电信号。
进一步地，所述电机械分离采集子系统包括但不限于比例电磁铁推动接盘进入接收位置；导轨及滑块维持接盘的直线移动；弹簧控制接盘的复位，调节系统的动态性能；和接盘捕获小型底栖生物标本。
本发明的有益效果本发明综合利用生物、光学、电子、机械等技术，实现了沉积物中小型底栖生物标本的高精度自动分离。采用本发明1.提高了小型底栖生物样品的分离精度，减少了人为因素造成的误差，保证了资料的准确性和可靠性；2.大幅提高了工作效率，将科研工作者从繁重的样品分选工作中解脱出来，将更多的时间投入到进一步的研究工作中去；3.大幅提高了分离样品的数量，使深海生物学研究和深海采矿影响评价等工作做得更细致，结果更准确。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
图1是本发明的一种小型底栖生物标本自动分离系统结构示意图；图2是本发明的液路子系统的结构示意图；图3是本发明的生物光学识别子系统的结构示意图；图4是本发明的电机械分离采集子系统的结构示意图。
具体实施方式如图1所示为本发明一种小型底栖生物标本自动分离系统的结构示意图。包括液路子系统1、生物光学识别子系统2和电机械分离采集子系统3。本发明综合利用了生物、光学、电子、机械等技术，是一套小型底栖生物标本高精度自动分离系统。实施方式是先把沉积物样品经32um孔径的网筛筛选后，将被32um孔径网筛截留的样品用蛋白质荧光染色剂(虎红)进行染色，虎红能选择性地将样品中的生物标本染色，而沉积物则保持原样；样品进入所述液路子系统1进行稀释，沉积物颗粒和小型底栖生物逐个进入检测装置；所述生物光学识别系统2判断检测装置中是否有小型底栖生物标本通过，即采用532nm的激光进行照射，当有生物体通过时，生物体上的染色剂受激发产生荧光，光传感器接受580nm波长的荧光信号并转换成电信号并进行分析判断，放大电信号驱动所述电机械分离采集子系统3捕获小型底栖生物样品。
如图2所示为本发明一种小型底栖生物标本自动分离系统中液路子系统的结构示意图，包括混合室11、检测流道12、搅拌装置13和液位控制组件14。样品加入所述混合室11经旋转搅拌稀释，并在离心力的作用下沉积物和生物颗粒外移进入检测流道12，所述检测流道12接收混合室11中的沉积物和生物颗粒并进行检测。所述混合室11采用1000ml杯状玻璃皿，距离底部15mm处以毛细孔111与检测流道12相连，连接处采用锥形密封结构及小孔套大孔技术，可以有效避免连接处的易堵塞问题。所述检测流道12主体采用内径1mm的毛细玻璃管，长度约30cm，流道中检测点距末端接收位置19cm。所述搅拌装置13包括电机131、搅拌杆132和功率调节板，电机131采用24V直流电机，最大转速3000转/分，功率调节板133可对功率和转速进行调节，搅拌杆132与混合室内接触部分采用流线、光滑型，避免小型底栖生物样品沉积、粘连或被破坏，搅拌装置13控制混合室11和检测流道12的效率匹配，并采用搅拌杆132进行转动搅拌，使样品在混合室11内均匀。所述液位控制组件14采用电磁水阀141及液位计142，将液面浮动控制在5mm以内，这样检测流道12中由液位浮动带来的速度影响基本可以忽略，液位计142采用改进的三线电极，利用水体接触开关控制电磁水阀141通断。
如图3所示为本发明一种小型底栖生物标本自动分离系统中生物光学识别子系统的结构示意图，包括激光光源21，透镜组件22，光传感器23，暗盒24，数据采集与分析模块25。所述激光光源产生532nm的激发光，并经过532nm的滤光片滤除杂光，照射在检测流道12上，虎红染色过的沉积物样品逐个通过激光照射处，小型底栖生物标本上附着的虎红染色剂会被激发产生荧光。实验证明受532nm激光激发，虎红染色剂产生的荧光在580nm波长处最强。所述透镜组件22由580nm的滤光片和透镜组成，荧光经透镜组件22过滤并汇聚于光传感器23。所述光传感器23选用日本滨淞公司生产的H7712-02型光电倍增管。因光电倍增管的灵敏度很高，检测系统不能有外界杂光进入，所有光学部件包括检测流道的检测部份置于暗盒黑色24之中。信号从光电倍增管输出以后，进入所述数据采集与分析模块25，即经由一个同相放大器和滤波电路，被12位AD采样，采样频率15KHz，并分别进行软件滤波和进行加权计算，设定固定的阀值作为DA启动条件，大于设定值时，则程序判断为样品中有荧光信号产生(即样品中存在小型底栖生物)，启动DA转换模块，输出与信号大小相应的模拟信号，再将此信号放大可驱动电机械分离采集子系统3捕获标本。
如图4所示为本发明一种小型底栖生物标本自动分离系统中电机械分离采集子系统的结构示意图。来自生物光学识别子系统2的信号驱动比例电磁铁31，比例电磁铁31与接盘34直接接触，接盘34则安装在滚动导轨滑块33上，于是接盘34被快速地推动并到达指定位置接收小型底栖生物标本，接到标本后信号消失，接盘34则通过安装在两边的弹簧32复位。实验检测小型底栖生物标本与混合液一起落下的平均时间为0.45秒，由亥根-泊肃叶(Hagen-Poiseuille)流动理论，最大速度约为0.84米/秒，落下的最快是为0.23秒，保留余量所述比例电磁铁31必须达到在0.2秒内将接盘推入接收位置，并在接收位置上维持0.4秒时间的要求，以保证标本不被遗漏。所述弹簧32主要负责滑块的复位，调节系统的动态性能，弹簧32的刚度为10.8N/mm。所述导轨及滑块33采用不锈钢材料，选用RSR 9NMUU型号不锈钢滚动导轨。这款导轨外形比较小巧，滑块尺寸高度×宽度×长度仅10×20×41.4mm可以使得机电分离装置结构比较紧凑，而滑块质量仅有27g，却可以承受1600～3960N的力。所述接盘34设计成废水腔和样品腔两个腔，废水腔采用管道接出流走的方式，两腔之间的间隔加工成刀口式，尽可能薄。
小型底栖生物标本自动分离系统完成后，进行了相关的实验来检测系统的精度、可靠性和稳定性。1.分离精度检验手工挑选小型底栖生物标本50条，混入经处理不含生物标本的沉积物中，再通过分离系统进行分捡，4小时后分别检测样品腔和废液腔中的标本数，重复一次，两次实验分离到标本数分别为48和50条，检出率＞5％，标本在流道中的损失率＜5％，符合系统设计和使用要求。2.样品实测取同一地点的两管沉积物芯样，其中一管用于分离系统测试，另一管请专业人员用手工挑选的方法进行挑选，以作对比，样品放入1.5‰的虎红溶液中染色一小时后，用分离系统进行分捡，分别检测样品腔和废液腔中的标本数，样品腔共有小型底栖生物标本2993条，废液腔中有265条，检出率＞90％，检出数与另一管样品专业人员手工分选的检出数(3127条)相当，实验结果基本符合设计和使用的要求，分离系统的分离的标本数量与手工挑选相当，但大大降低了操作人员的工作强度。
权利要求
1.一种小型底栖生物标本自动分离系统，其特征在于包括但不限于液路子系统(1)样品截留染色后通过液路系统(1)进行稀释，稀释后的沉淀物颗粒和小型底栖生物再逐个进入检测装置；生物光学识别子系统(2)判断检测装置中是否有生物通过，当有生物通过时生物体上的染色体就会受激发产生荧光，测量产生的光信号，并将光信号转换成电信号；和机械分离采集子系统(3)捕获小型底栖生物样本。
2.如权利要求1所述的一种小型底栖生物标本自动分离系统，其特征在于所述液路子系统(1)包括但不限于混合室(11)样品加入其中经旋转搅拌后在离心力的作用下沉积物和生物颗粒外移进入检测流道(12)；检测流道(12)接收混合室(11)中的沉积物和生物颗粒并进行检测；搅拌装置(13)采用电机及功率调节板，控制混合室(11)和检测流道(12)的效率匹配，并采用搅拌杆进行转动搅拌；和液位控制组件(14)采用电磁水阀及液位计将液面控制在一定高度以内。
3.如权利要求1所述的一种小型底栖生物标本自动分离系统，其特征在于所述生物光学识别子系统(2)包括但不限于激光光源组件(21)发出532nm的激发光，并加用532nm的窄带滤光片滤去其他波段的杂光；透镜组件(22)生物体上的染色剂受激发产生荧光通过580nm的窄带滤光片，滤去杂光，并通过透镜聚焦；光传感器(23)收集光信号并转化为电信号；暗盒(24)光学部件置于其中，阻挡外界杂光进入；和数据采集与分析模块(25)采集信号数据，收集的数据进行加权计算，设定固定的阀值，检测到光电培增管输出大于阀值时就放大电信号。
4.如权利要求1所述的一种小型底栖生物标本自动分离系统，其特征在于所述电机械分离采集子系统(3)包括但不限于比例电磁铁(31)接收来自生物光学识别子系统(2)的信号，推动接盘进入接收位置；弹簧(32)控制接盘的复位，调节系统的动态性能；导轨及滑块(33)维持接盘的直线移动；和接盘(34)捕获小型底栖生物标本。
全文摘要
本发明公开了一种小型底栖生物标本自动分离系统，包括但不限于液路子系统、生物光学识别子系统和电机械分离采集子系统，本发明综合利用生物、光学、电子、机械等技术，实现了小型底栖生物标本从沉积物样品中自动分离。采用本发明提高了小型底栖生物样品的分离精度，减少了人为因素造成的误差，保证了资料的准确性和可靠性；提高了工作效率；提高了分离样品的数量，使深海生物学研究和深海采矿影响评价等工作做得更细致，结果更准确。
文档编号B07C5/342GK1762612SQ20051006153
公开日2006年4月26日 申请日期2005年11月11日 优先权日2005年11月11日
发明者杨俊毅, 叶树明, 李世伦, 王春生, 潘建明, 钱鑫炎 申请人:国家海洋局第二海洋研究所