專(zhuān)利名稱(chēng)：組織陣列儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
生物組織陣列可以通過(guò)在一系列嵌入組織的供體塊中從所關(guān)心區(qū)域中除去核芯而制成。除去的核芯被放在受體塊中有規(guī)則的陣列內(nèi)。這是典型地用兩種不同的沖孔器完成，一種用來(lái)獲得所關(guān)心的核芯而另一種造成在受體塊的接受孔。本發(fā)明涉及一種簡(jiǎn)化而經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)及裝置，供組織陣列的自動(dòng)化制造。
背景技術(shù)：
生物組織陣列包括布置成為可切片塊的嵌入生物組織的有規(guī)則陣列，典型地由同樣的原來(lái)用于核芯中組織的嵌入材料制成。新塊可以用傳統(tǒng)的裝置(顯微鏡用薄片切片機(jī))切片以便制造多個(gè)幾乎相同的切片，各包括幾打(12個(gè))、幾百或甚至超過(guò)幾千種不同的組織類(lèi)型。這些切片可以用作組織化學(xué)或其它的化驗(yàn)。在這些切片中任何一個(gè)上實(shí)行的試驗(yàn)即有效地在數(shù)百個(gè)樣品上立即實(shí)行。其結(jié)果是在精力及時(shí)間上得到巨大的節(jié)約，并且在實(shí)用性及樣品控制精度有所提高。組織陣列已經(jīng)完全在手工上建立(“多腫瘤(臘腸)組織塊免疫組織化學(xué)試驗(yàn)新穎方法”，Battifora，H.，試驗(yàn)室研究，卷55，第244-248頁(yè)，1986)，并且借助于機(jī)械裝置(“腫瘤樣本全面遍及分子分布的組織微陣列”，Kononen等，自然醫(yī)學(xué)，卷4，1998年7月4日，第844-847頁(yè))供多種生物上的應(yīng)用。
在美國(guó)專(zhuān)利No.6,103,518(Leighton)，題名為“建立組織陣列的儀器”中曾描述一種手工儀器。由于速度、精度和提高的密度的原因，手工方法已經(jīng)大部分被用儀器輔助的方法所替代。在這些裝置中采用兩個(gè)空心的針狀沖孔器。較小的一個(gè)用來(lái)在受體塊中制造孔洞，受體塊典型地用蠟質(zhì)或其它嵌入介質(zhì)制成。另一較大的沖孔器用來(lái)從所關(guān)心的嵌入生物組織的供體塊中獲取核芯樣本。沖孔器的尺寸使從供體塊中獲得的樣本正好適合在受體塊中制造的孔洞。如此，樣本在受體塊中是緊貼的配合并且可以建立起精確的陣列。
在整個(gè)過(guò)程中受體塊夾定在適當(dāng)?shù)膴A具中一雖然它可以移去并用一個(gè)或多個(gè)其它受體快代替，以便從一組供體塊中建立起一個(gè)以上的陣列。測(cè)微表式的驅(qū)動(dòng)器或其它精密線性定位裝置使沖孔器對(duì)于受體塊或者受體塊對(duì)于沖孔器精確地定位。顯然要求，在一次給定的測(cè)微表式驅(qū)動(dòng)器的設(shè)置中，供體沖孔器到達(dá)與受體沖孔器到達(dá)受體塊完全一樣的x，y坐標(biāo)位置。如果不是這樣，改正的樣品將不能平穩(wěn)地進(jìn)入剛才為其建立的孔洞，而將損壞或丟失。還要求這一運(yùn)動(dòng)將可靠和低價(jià)地建立。
在Kononen等的著作中說(shuō)明采用滑板和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)首先移動(dòng)受體沖孔器進(jìn)入中間部分和交替地移動(dòng)供體沖孔器。該機(jī)構(gòu)是笨重、高價(jià)、緩慢的并且對(duì)于未對(duì)準(zhǔn)誤差很敏感。如Kononen等所說(shuō)明在諸如45度的中間角度下的滑板特別有問(wèn)題，因在高度定位方面微小的誤差可導(dǎo)致在橫向位置上相應(yīng)的誤差，反之亦然。美國(guó)專(zhuān)利No.6,103,518中，Leighton的題名為“建立組織陣列的儀器”說(shuō)明采用一種轉(zhuǎn)塔或其它裝置，可以使二沖孔器合用一個(gè)單獨(dú)的z-軸方向滑板或者驅(qū)動(dòng)器。該機(jī)構(gòu)適合于簡(jiǎn)單手動(dòng)操縱儀器，但對(duì)于所有運(yùn)動(dòng)均是動(dòng)力拖動(dòng)(如氣動(dòng)、電動(dòng)等)的自動(dòng)化的儀器可能是笨拙的。特殊的機(jī)構(gòu)必須用機(jī)械加工和裝配，而且沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)部件可以供應(yīng)。
雖然上述系統(tǒng)是可行的，仍需要一種系統(tǒng)，它可以完全自動(dòng)化但具有比上述系統(tǒng)較少的智能機(jī)器零件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服傳統(tǒng)工藝笨拙的質(zhì)量和緩慢的速度，并提供一種可以在任何組織陣列儀器中交替地使沖孔器定位的簡(jiǎn)單而精確的裝置。此外本發(fā)明的目的是提供一種堅(jiān)固的自動(dòng)化儀器。
本發(fā)明包括完全隔開(kāi)二個(gè)沖孔器(供體和受體)、給予其各自的探針(不似上述裝置)和各自的z向驅(qū)動(dòng)器(不似Leighton)。必須具備的x和y方向驅(qū)動(dòng)器以便使供體和受體塊中不同的區(qū)域進(jìn)入任何陣列中沖孔器下的位置，能夠按需要輪流用對(duì)于在二個(gè)沖孔器下所關(guān)心點(diǎn)位置適當(dāng)?shù)钠浦岛?jiǎn)單地編制程序。
由于該偏移值現(xiàn)已在控制之下，它也可以用作進(jìn)一步的改進(jìn)即二個(gè)沖孔器的尖端位置可以定期地用安裝在如同供體和受體塊一樣的同一托盤(pán)上的傳感器自動(dòng)地測(cè)量。每當(dāng)其位置可能被移動(dòng)時(shí)(或許由于遇到更密集的塊或者不規(guī)則性，或許由于被操作者或異物所擾亂，或者簡(jiǎn)單地由于安裝了新沖孔器的變化)，可以測(cè)量新的位置并自動(dòng)地用來(lái)更新偏移值。該新穎組合是
a)用安裝在塊夾定托盤(pán)上的傳感器感受尖端的位置b)具有二種不同的z向驅(qū)動(dòng)器它使系統(tǒng)可以用標(biāo)準(zhǔn)部件建立起來(lái)，并且在環(huán)境挑戰(zhàn)和機(jī)械飄移面前是堅(jiān)固的。
各z向驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)其各自的沖孔器與沖孔器軸線一致。首先，各驅(qū)動(dòng)器可以使其沖孔器完全移動(dòng)到受體和供體塊以外，例如當(dāng)另一沖孔器正在使用或者x或y向驅(qū)動(dòng)器正在被用來(lái)移動(dòng)在沖孔器下或觀察中的塊上的不同點(diǎn)。其次，各驅(qū)動(dòng)器可以移動(dòng)其沖孔器正好接觸或接近接觸塊的表面，例如為把供體核芯沉積在受體塊上。第三，各驅(qū)動(dòng)器可以移動(dòng)其沖孔器進(jìn)入塊，例如為從受體塊中獲取或除去坯料核芯或從供體塊獲取或除去組織核芯。
由于二種驅(qū)動(dòng)器各可移動(dòng)其沖孔器進(jìn)入或移出，而且可促使其觸及或穿入適當(dāng)?shù)膲K，對(duì)于二個(gè)沖孔器只需要二個(gè)驅(qū)動(dòng)器。在本發(fā)明人為共同發(fā)明人的待批申請(qǐng)中，需要四個(gè)驅(qū)動(dòng)器，其中二個(gè)用于移動(dòng)沖孔器進(jìn)入或移出位置，而另外二個(gè)用使沖孔器進(jìn)入或移出塊。在Leighton的著作中考慮用手動(dòng)操作，但如果系統(tǒng)要自動(dòng)化則需要二個(gè)驅(qū)動(dòng)器，但它們要求是不同類(lèi)型，一個(gè)用來(lái)使轉(zhuǎn)塔從一個(gè)位置到另一個(gè)位置，而另一驅(qū)動(dòng)器使轉(zhuǎn)塔上下移動(dòng)。由于需要設(shè)計(jì)和制造為不同類(lèi)型運(yùn)動(dòng)的不同類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)器，這將導(dǎo)致較高的成本。在本發(fā)明中，二種驅(qū)動(dòng)器是全同的，可以減少成本和簡(jiǎn)化工作。
在本發(fā)明范圍內(nèi)可以使用多于二個(gè)沖孔器，各具有其驅(qū)動(dòng)器，例如容許為不同的應(yīng)用而在不同尺寸的沖孔器中進(jìn)行快速更換。
應(yīng)用這一改進(jìn)的系統(tǒng)其余部分可以相似于已經(jīng)在傳統(tǒng)工藝中所描述的。例如，動(dòng)力或者手動(dòng)測(cè)微器式驅(qū)動(dòng)器之類(lèi)可以用來(lái)使沖孔機(jī)構(gòu)在塊上定位或者使塊在沖孔機(jī)構(gòu)下定位。一種可移動(dòng)的橋形件可以用來(lái)在受體塊上支承供體塊，或者供體塊可以附著在夾定受體塊的同一托盤(pán)。后一種布置使同一x和y向驅(qū)動(dòng)器及滑板既可用于供體塊又可用于受體塊。
在本發(fā)明更進(jìn)一步的發(fā)展中，本發(fā)明人體會(huì)到，在所有傳統(tǒng)工藝中，傳統(tǒng)觀念是，不同的沖孔器應(yīng)該永久性地固定在機(jī)構(gòu)或驅(qū)動(dòng)器的某些部分上。顯然，曾經(jīng)認(rèn)為為了保證精度和正確對(duì)準(zhǔn)，沖孔器永久性地固定在各自的夾持器上是必須的，或者在一臺(tái)單個(gè)專(zhuān)用機(jī)器上操作簡(jiǎn)單性和快速性的首要目標(biāo)蒙蔽了在該領(lǐng)域中工作人員使用單一x-y-z軸向機(jī)組，然后增加一臺(tái)機(jī)構(gòu)的可能性，該機(jī)構(gòu)可以交錯(cuò)地在各軸線中一個(gè)工作端部位置上放置二個(gè)或多個(gè)沖孔器中第一個(gè)和然后第二個(gè)。
本發(fā)明人已經(jīng)驚異發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)工藝的雙重智能機(jī)器并不需要，并已開(kāi)發(fā)出一種簡(jiǎn)單而精確的裝置，可通過(guò)在任何組織陣列儀器中交錯(cuò)地使兩種不同沖孔器定位而形成組織陣列。
該發(fā)明包括完全隔開(kāi)的二個(gè)沖孔器(供體和受體)、給予其各自的探針(不似Konoen等)和使用單獨(dú)的z向驅(qū)動(dòng)器(不似Leighton專(zhuān)利申請(qǐng)中披露的雙z-向驅(qū)動(dòng)器)，但并不求助于笨拙的轉(zhuǎn)塔或滑板裝置(如披露于例如Leighton的美國(guó)專(zhuān)利No.6,103,518，題名為“建立組織陣列的儀器”)。較傳統(tǒng)工藝的改進(jìn)包括采用可更換的沖孔器，它可以自動(dòng)地和交錯(cuò)地被移動(dòng)的握持器和拖動(dòng)器所夾定。
在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室的智能機(jī)械中作為通用定位的x、y及z向驅(qū)動(dòng)器可以簡(jiǎn)單地編制程序，不但為使主動(dòng)沖孔器移動(dòng)到適當(dāng)?shù)奈恢茫乙彩箾_孔器夾頭移動(dòng)到工具庫(kù)或者貯存區(qū)域，以便釋放一個(gè)沖孔器并獲得另一個(gè)沖孔器。
二沖孔器尖端的位置可以定期地和自動(dòng)地用安裝在供體和受體塊同一托盤(pán)上的傳感器測(cè)量。每當(dāng)它們的位置移動(dòng)(或許由于遇到更密集的塊或者不規(guī)則性，或許由于被操作者或異物所擾亂，或者簡(jiǎn)單地由于安裝了新沖孔器的變化)，可以測(cè)量新的位置并自動(dòng)地用新的測(cè)量值更新偏移值。用安裝在塊夾定托盤(pán)上的傳感器感受尖端的位置使系統(tǒng)可以用標(biāo)準(zhǔn)部件建造，并且在環(huán)境挑戰(zhàn)和機(jī)械飄移面前十分堅(jiān)固。感受到的位置可以自動(dòng)地用來(lái)糾正任何由于交錯(cuò)地更換沖孔器造成的尖端位置變化。
典型地，沖孔器貯存在附著于夾持供體和受體塊的同一基底的簡(jiǎn)單夾持器上，并有一個(gè)補(bǔ)充夾持器或握持裝置附著在可以相對(duì)于所說(shuō)基底在x、y及z向運(yùn)動(dòng)的部件或臂部。(當(dāng)然，對(duì)于本行業(yè)中熟練的人員顯然存在各種運(yùn)動(dòng)組合，諸如有基底對(duì)于實(shí)驗(yàn)室參考框架固定而臂部在x、y及z方向運(yùn)動(dòng)，或者基底在x及y方向運(yùn)動(dòng)而臂部只在z向運(yùn)動(dòng)，或基底在x向運(yùn)動(dòng)而臂部在y及z向運(yùn)動(dòng)等。在z軸線方向的運(yùn)動(dòng)參考應(yīng)理解為在沖孔器和供體或受體塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。)夾持器或握持裝置可以通過(guò)同一計(jì)算機(jī)或控制器(控制儀器的其余操作)在握持和釋放模式之間切換，或者握持和釋放可以完全是機(jī)械的，被握持器對(duì)于夾持位置的接近或回收運(yùn)動(dòng)所拖動(dòng)。
一旦適當(dāng)?shù)臎_孔器牢固地夾持在握持裝置中，運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器可以移動(dòng)沖孔器到適當(dāng)?shù)奈恢靡员阍谑荏w塊上沖孔，排放廢物到廢物容器，從供體塊獲取組織，或者把組織插入受體塊。表面感受裝置可以或者永久性地附著在移動(dòng)臂部上或者可以是一個(gè)替代的工具，它可以在需要時(shí)取出代替沖孔器之一。
由于二沖孔器各自可以取出并用于同一軸線，只需要一個(gè)x、y、z驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。相比之下，Kononen等需要六個(gè)驅(qū)動(dòng)器，其中二個(gè)用于驅(qū)動(dòng)二沖孔器進(jìn)入和移出位置，一個(gè)用于沖孔器進(jìn)入或移出塊，而二個(gè)用于塊的x、y向運(yùn)動(dòng)。在Leighton(美國(guó)專(zhuān)利No.6,103,518，題名為“建立組織陣列的儀器”)文中，考慮采用手動(dòng)操作，但如果系統(tǒng)需要自動(dòng)化，則需要四個(gè)驅(qū)動(dòng)器，而且它們需要二種不同的類(lèi)型，一種用于使轉(zhuǎn)塔從一個(gè)位置切換到另一位置，而另一種移動(dòng)轉(zhuǎn)塔上下。這將導(dǎo)致較高的成本，因?yàn)閷?duì)于二種不同類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)需要設(shè)計(jì)和制造二種不同類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)器。
在本發(fā)明中，可以采用標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室智能機(jī)械，并導(dǎo)致成本降低和簡(jiǎn)單性。
為簡(jiǎn)單起見(jiàn)在以上討論中采用二個(gè)沖孔器，可以立即理解，很容易在本發(fā)明范圍內(nèi)采用二個(gè)以上沖孔器，各貯存在基底上的相似的夾持器中，例如為容許對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合在不同尺寸的沖孔器之間快速更換。也可能使用沖孔器夾持器夾持移動(dòng)塊的工具、對(duì)塊做標(biāo)簽的工具或者其它工具或裝置。
系統(tǒng)的其余部分可相似于已經(jīng)描述的傳統(tǒng)工藝。例如動(dòng)力或手動(dòng)測(cè)微器驅(qū)動(dòng)器之類(lèi)可以用來(lái)使沖孔機(jī)構(gòu)在塊上定位或者使塊在沖孔機(jī)構(gòu)下定位。一種可移動(dòng)的橋形件可以用來(lái)在受體塊上支承供體塊，或者供體塊可以附著在夾定受體塊的同一托盤(pán)。后一種布置使同一x和y向驅(qū)動(dòng)器及滑板既可用于供體塊又可用于受體塊?？商娲兀荏w塊和供體塊可以采用單獨(dú)的x、y系統(tǒng)。這比較更復(fù)雜，但對(duì)高輸出系統(tǒng)可容許更快的操作。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明為對(duì)本發(fā)明的性質(zhì)和目的更完整的理解，應(yīng)參考帶有附圖的下列詳細(xì)描述，其中

圖1為從操作者視野中觀察的本發(fā)明的半示意性立體(等角投影)圖；圖2為沖孔器/探針組件之一的縱向剖面圖；圖3為如圖1所示沖孔器之一和它與傳感器的關(guān)系放大圖；圖4為沖孔器更換組織陣列儀器的半示意性立體圖；圖5為夾鉗型握持機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)視圖；圖6為孔板型握持機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)視圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明提供一種建造組織陣列的簡(jiǎn)單、快速及方便地自動(dòng)化的裝置。本發(fā)明對(duì)于傳統(tǒng)工藝的改進(jìn)在第一方面歸功于采用對(duì)于每一沖孔器一個(gè)單獨(dú)的z軸，以及傳統(tǒng)工藝的雙重智能機(jī)構(gòu)不再需要，并且已經(jīng)開(kāi)發(fā)一種通過(guò)交錯(cuò)地使二個(gè)不同的沖孔器在任何組織陣列儀器中定位而形成組織陣列的簡(jiǎn)單而精確的裝置。在本發(fā)明第二實(shí)施方案中，自動(dòng)化的簡(jiǎn)化是通過(guò)完全分隔二個(gè)沖孔器(供體和受體)而達(dá)到的，給予其各自的探針(不似Kononen等)并且使用單獨(dú)的或雙重z-驅(qū)動(dòng)器，但并不求助于笨重的轉(zhuǎn)塔或滑板裝置(如Leighton的美國(guó)專(zhuān)利No.6,103,518，“建立組織陣列的儀器”中所披露)。對(duì)于傳統(tǒng)工藝的改進(jìn)也包括使用可更換的沖孔器，它可以自動(dòng)地和交錯(cuò)地由移動(dòng)握持器和拖動(dòng)器所握持。
另外的新穎特征在以下討論。
在探針端部的填充物或填料可以在探針端部設(shè)置填充物或填料封堵探針和沖孔器之間空隙以保持沿探針擠出的核芯避免損壞或丟失。
在傳統(tǒng)工藝中，探針為在金屬?zèng)_孔器管中滑動(dòng)的金屬絲。這一相當(dāng)粗糙的布置是實(shí)用的，但是，視組織的類(lèi)型、溫度和金屬絲在管內(nèi)的配合緊密度而定，有一些組織可能在金屬絲和管子之間擠出，導(dǎo)致組織不可預(yù)測(cè)的損失。在組織的簡(jiǎn)單損失以外，這還造成在探針下面組織的不同的體積和正在建立的陣列不均勻深度的附加問(wèn)題。該不均勻性導(dǎo)致可以從陣列塊上切割的有用切片減少很多產(chǎn)量。
本發(fā)明包括在探針端部使用小片填充物或填料以防止這一無(wú)關(guān)的擠出。這些小片較佳地為彈性體材料，諸如聚氨酯、天然橡膠或聚乙烯之類(lèi)。通過(guò)利用沖孔器作為工具精確地從所選擇薄板材料中沖制正確尺寸的圓片，可以制成精確地配合沖孔器的填料。
探針的力量控制作為一個(gè)或二個(gè)探針的驅(qū)動(dòng)器可以設(shè)計(jì)成為可以施加預(yù)定的力并且移動(dòng)到正確的位置，使核芯搗實(shí)以便更好為沖孔器所握持和更容易從塊除去核芯。
對(duì)于自動(dòng)化組織陣列本發(fā)明人所注意到最緊湊系統(tǒng)只采用探針的位置控制。這具有缺點(diǎn)；即當(dāng)探針收回或者推入到?jīng)_孔器端部齊平以便把組織核芯插入受體塊時(shí)，它只可以完全退出組織或蠟質(zhì)核芯。雖然在理論上中間位置是可能的，因?yàn)樽詣?dòng)化機(jī)器沒(méi)有關(guān)于蠟質(zhì)插塞正確長(zhǎng)度的信息以便計(jì)算探針的適當(dāng)中間位置而無(wú)法應(yīng)用。雖然存在組織類(lèi)型、蠟質(zhì)類(lèi)型、溫度及沖孔器形狀尺寸的組合，但從塊可靠地抽出核芯還是問(wèn)題。即使沖孔器已經(jīng)切出核芯，但不能把它移出，因?yàn)樗匀槐粔K夾持在底部并且沿沖孔器邊緣沒(méi)有足夠的摩擦力握持核芯并斷開(kāi)在塊底部的聯(lián)結(jié)。
本發(fā)明包括施加于探針力的控制，諸如通過(guò)氣動(dòng)或液壓氣缸。該受控制的力可以設(shè)定為足夠地高，以推動(dòng)核芯完全從沖孔器出來(lái)而進(jìn)入組織塊，或者到中間值，以便在收回以前搗實(shí)核芯。搗實(shí)使核芯軸向壓縮而由此使其徑向膨脹緊抵沖孔器的圓筒形管壁。增大的徑向力使沖孔器對(duì)對(duì)核芯建立更強(qiáng)的握持而促使沖孔器抽出核芯。這一現(xiàn)象有一點(diǎn)違反直覺(jué)，因某些早期自動(dòng)化機(jī)器的用戶(hù)認(rèn)為軸向力將把核芯完全推出沖孔器。如果用很大的力量從頭到尾把探針推到?jīng)_孔器管子的端部，實(shí)際上核芯將被推出。自動(dòng)化機(jī)器早期的描述說(shuō)明關(guān)于探針的簡(jiǎn)單工作循環(huán)或者是處于其全行程的一端或者是另一端。
受控制的力可以用本行業(yè)中任何已知的方法施加，諸如氣動(dòng)、液壓、控制電流馬達(dá)、在任何種類(lèi)拖動(dòng)器上牽涉力量傳感器的反饋系統(tǒng)或者彈簧和各種機(jī)構(gòu)的組合。
本發(fā)明將通過(guò)參照附圖闡明的實(shí)施方案更詳細(xì)地進(jìn)行描述。
在圖1中沖孔器1及2被臂部3及4所夾持，并且由驅(qū)動(dòng)器5及6所垂直地移動(dòng)。對(duì)于二個(gè)沖孔器分別各自提供器探針7及8。探針?lè)謩e由拖動(dòng)器9及10垂直地移動(dòng)。對(duì)于探針拖動(dòng)器設(shè)置驅(qū)動(dòng)器11及12。計(jì)算機(jī)13控制所有驅(qū)動(dòng)器或者拖動(dòng)器。通過(guò)拖動(dòng)器17及18托盤(pán)14在x和y方向移動(dòng)。托盤(pán)夾持受體塊15、供體塊16、廢物容器19和傳感器20。傳感器20探測(cè)探針使計(jì)算機(jī)尋找沖孔器相對(duì)于托盤(pán)的位置。其它傳感器、限位開(kāi)關(guān)、編碼器和反饋元件可能是必需的但為清楚起見(jiàn)沒(méi)有在圖中顯示，因?yàn)樵诒拘袠I(yè)中已眾所周知。美國(guó)專(zhuān)利No.6,103,518和No.6,136,592綜合在此作為參考。
在圖2中顯示沖孔器21、在沖孔器中的探針22、填充物或填料23和組織或蠟質(zhì)核芯24。
圖3是圖1中沖孔器之一的放大圖，較好地顯示雙向液壓或氣動(dòng)拖動(dòng)器9與傳感器20的關(guān)系。
雖然在發(fā)明人的考慮中有很多建造裝置的方法，在此僅描述較佳實(shí)施方案之一。二個(gè)沖孔器，受體沖孔器1和供體沖孔器2，各設(shè)置在單獨(dú)的電氣機(jī)械方式拖動(dòng)滑板5、6上。相應(yīng)的探針7、8獨(dú)立地被簡(jiǎn)單的氣動(dòng)氣缸9、10所驅(qū)動(dòng)。氣動(dòng)氣缸僅通過(guò)調(diào)整空氣壓力使探針不論在完全向上或完全向下的位置上均獲得正確的定位，并且也容許在中間位置上受控制力搗實(shí)核芯。
在本發(fā)明范圍內(nèi)也容許采用電氣機(jī)械拖動(dòng)器(如果必要時(shí)通過(guò)傳感器)代替氣動(dòng)氣缸。相似地氣動(dòng)或液壓氣缸令人信服地可用于沖孔器的定位。
較佳地，電氣機(jī)械驅(qū)動(dòng)的滑板在x及y軸線上使托盤(pán)14定位，以便一個(gè)或多個(gè)受體塊15和供體塊16的集合在沖孔器下精確定位。可替代地，托盤(pán)可以是圓形并且以圓周運(yùn)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)。必要的是供體和受體塊相對(duì)于沖孔器可以實(shí)行精確和可以預(yù)測(cè)的重復(fù)定位。通過(guò)許多眾所周知的手段，如限位開(kāi)關(guān)、傳感器、位置反饋、步進(jìn)和/或伺服馬達(dá)之類(lèi)，所有運(yùn)動(dòng)可以處于電子和計(jì)算機(jī)控制之下。
典型的循環(huán)包括所要求的受體位置由x-y驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)到受體沖孔器下面；受體沖孔器由其z向驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)以穿入和取出坯料核芯，建立孔穴供以后使用；受體沖孔器被移動(dòng)(由x-y驅(qū)動(dòng)器)到靠近廢物容器(它可以安裝在與塊相同的托盤(pán)上)處，而受體探針被移動(dòng)使坯料核芯排放入廢物容器；供體塊所要求的位置由x-y驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)到供體沖孔器下面；供體沖孔器由其z-向驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)以穿入并取出所要求的組織核芯；以前在受體塊之一中建立的孔穴由x-y驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)到供體沖孔器下面；最后供體沖孔器由其z-向驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)到接觸或接近受體塊，然后移動(dòng)其探針把組織核芯植入受體塊中已經(jīng)建立的孔穴中。其次，橫向位置用x或y驅(qū)動(dòng)器遞增到下一位置，并如此重復(fù)循環(huán)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)無(wú)論塊還是沖孔器均可在實(shí)驗(yàn)室參考框架上在x，y和z方向上移動(dòng)，在本發(fā)明中只有相對(duì)運(yùn)動(dòng)是要緊的。
例如，代替堅(jiān)固地附著在固定的基底或框架上，無(wú)論z-軸驅(qū)動(dòng)器的兩者或之一均可安裝在水平定位驅(qū)動(dòng)器上以便將其相對(duì)于固定基底移動(dòng)，因此也就是對(duì)于托盤(pán)移動(dòng)而不是使托盤(pán)對(duì)于固定基底移動(dòng)。可替代地，例如托盤(pán)可以在x-方向移動(dòng)而一個(gè)或兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器在y方向移動(dòng)。可替代地，可以采用根據(jù)極坐標(biāo)的定位系統(tǒng)，其中運(yùn)動(dòng)之一為旋轉(zhuǎn)的而另一為徑向運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，例如供體塊可以安裝在計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)上而受體塊在另一不同的轉(zhuǎn)臺(tái)上，其中z驅(qū)動(dòng)器水平地從一個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)到另一轉(zhuǎn)臺(tái)作直線運(yùn)動(dòng)。該直線運(yùn)動(dòng)也將用作在兩個(gè)轉(zhuǎn)臺(tái)上選擇所關(guān)心的徑向位置?？商娲兀唤M塊可以處于一個(gè)x-y臺(tái)上而另一組在轉(zhuǎn)臺(tái)上，或者各自在其自己的x-y臺(tái)上。
可以看到存在許多可能的組合和排列，對(duì)于不同的應(yīng)用有其優(yōu)點(diǎn)。所有共同的關(guān)鍵因素是采用至少二個(gè)獨(dú)立的z驅(qū)動(dòng)器。
此外，為增加無(wú)人管理儀器的范圍和能力，還可以設(shè)置含有供體和/或受體塊的儲(chǔ)存庫(kù)，可以或者是未加工的或者已沖孔的，其中儲(chǔ)存庫(kù)在操作上與所說(shuō)儀器聯(lián)合以便對(duì)所說(shuō)儀器提供塊，和/或從所說(shuō)儀器接受塊。
在圖4中闡明一種沖孔器更換組織陣列儀器，其中沖孔器31被臂部33夾持并且由驅(qū)動(dòng)器35垂直地移動(dòng)。在沖孔器內(nèi)有同軸的探針37，它被探針拖動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)器41所移動(dòng)，并垂直地由拖動(dòng)器39相對(duì)于沖孔器移動(dòng)。計(jì)算機(jī)43控制所有的驅(qū)動(dòng)器和拖動(dòng)器。托盤(pán)44通過(guò)拖動(dòng)器47及48在x和y方向運(yùn)動(dòng)。托盤(pán)夾持受體塊45、供體塊46、廢物容器49和傳感器50。傳感器使計(jì)算機(jī)尋找沖孔器相對(duì)于托盤(pán)的位置。也可以采用如限位開(kāi)關(guān)、編碼器、和反饋元件等其它傳感器，但為清楚起見(jiàn)沒(méi)有在圖中顯示，也由于在傳統(tǒng)工藝中這些應(yīng)用是眾所周知的。
圖5顯示一種雙夾緊機(jī)構(gòu)，作為握持機(jī)構(gòu)的一種可能類(lèi)型。計(jì)算機(jī)控制的電磁線圈70、73通過(guò)拖動(dòng)器72、75連接到夾緊爪71、74。上夾緊爪握持探針套并連接到探針驅(qū)動(dòng)器，下夾緊爪握持沖孔器套并連接到?jīng)_孔器驅(qū)動(dòng)器。
圖6顯示一種可替代的雙握持機(jī)構(gòu)。探針握持器80具有少許大于探針套的孔口。沖孔器握持器81具有少許大于沖孔器套的孔口。在液壓(例如，氣囊密封，液壓夾緊爪)、電磁、或真空抽吸裝置的作用下，探針握持器和沖孔器握持器各自握住探針和沖孔器。
較佳地握持器具有定位座(可以是V形)，靠著該定位座探針套或沖孔器套可以準(zhǔn)確定位。
顯然，各握持器的設(shè)計(jì)和操作可以是相同的，或各握持器可以是不同的類(lèi)型。
雖然有很多途徑建立沖孔器更換組織陣列儀器，以下將較詳細(xì)地描述一種較佳實(shí)施方案。兩沖孔器，受體和供體沖孔器，各自?xún)?chǔ)存在基底上分開(kāi)的夾持器中，該基底也夾持供體塊和受體塊(圖4)。各沖孔器設(shè)置有把蠟質(zhì)或組織推出沖孔器的探針。沖孔器或探針組件之一均可用同一個(gè)x，y移動(dòng)系統(tǒng)(用來(lái)移動(dòng)供體和受體塊)移動(dòng)到z-軸的握持器下面(圖5)。z-軸然后用來(lái)使握持器向下移動(dòng)，并握持需要為下一次操作的沖孔器。當(dāng)必須更換不同的沖孔器時(shí)，空沖孔器夾持器60被移動(dòng)到z-軸驅(qū)動(dòng)器的握持器下面，而z-軸驅(qū)動(dòng)器降低和釋放不再需要的沖孔器。z-軸驅(qū)動(dòng)器然后升起空握持器，另一沖孔器被放在握持器下面，而z-軸驅(qū)動(dòng)器降低握持器以便獲取目標(biāo)中的沖孔器。
當(dāng)獲取沖孔器后，在同一操作中其探針連接到探針驅(qū)動(dòng)器。主動(dòng)沖孔器的探針可以由簡(jiǎn)單的氣動(dòng)氣缸驅(qū)動(dòng)。氣動(dòng)氣缸不論在全升還是全降位置均可使探針精確定位，并且還允許僅僅通過(guò)調(diào)整空氣壓力使在中間位置的受控制力搗實(shí)核芯。在本發(fā)明范圍內(nèi)也可使用電氣機(jī)械拖動(dòng)器(如有必要可帶力傳感器)以替代氣動(dòng)氣缸，或者使用氣動(dòng)或液壓氣缸使沖孔器定位。
較佳地，電氣機(jī)械驅(qū)動(dòng)的滑片使托盤(pán)在x和y軸方向定位而容許一組包括一個(gè)或多個(gè)受體及供體塊在沖孔器下準(zhǔn)確定位。所有這些運(yùn)動(dòng)可以處于電子及計(jì)算機(jī)控制下，通過(guò)許多已知手段中任何一種，例如限位開(kāi)關(guān)、傳感器、位置反饋、步進(jìn)和/或伺服馬達(dá)之類(lèi)。
典型的循環(huán)包括所要求的受體位置由x-y驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)到受體沖孔器下面；受體沖孔器由其z向驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)以穿入和取出坯料核芯，建立孔穴供以后使用；受體沖孔器被移動(dòng)(由x-y驅(qū)動(dòng)器)到靠近廢物容器(它可以安裝在與塊相同的托盤(pán)上)處，而受體探針被移動(dòng)使坯料核芯排放入廢物容器；受體沖孔器被返回到其夾持器而獲取供體沖孔器，供體塊所要求的位置由x-y驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)到供體沖孔器下面；供體沖孔器由其z-向驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)以穿入并取出所要求的組織核芯；以前在受體塊之一中建立的孔穴由x-y驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)到供體沖孔器下面；最后供體沖孔器由其z-向驅(qū)動(dòng)器移動(dòng)到接觸或接近受體塊，然后移動(dòng)其探針把組織核芯植入受體塊中已經(jīng)建立的孔穴中。其次，橫向位置用x或y驅(qū)動(dòng)器遞增到下一位置，并如此重復(fù)循環(huán)。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，無(wú)論塊或沖孔器均可在x、y和z方向相對(duì)于實(shí)驗(yàn)室參考框架中移動(dòng)，在本發(fā)明中只有相對(duì)運(yùn)動(dòng)是要緊的。
可以看到存在許多可能的組合和排列，對(duì)于不同的應(yīng)用有其優(yōu)點(diǎn)。所有共同的關(guān)鍵因素是采用至少二個(gè)獨(dú)立的z驅(qū)動(dòng)器。
此外，為增加無(wú)人管理儀器的范圍和能力，還可以設(shè)置含有供體和/或受體塊的儲(chǔ)存庫(kù)，可以或者是未加工的或者已沖孔的，其中儲(chǔ)存庫(kù)在操作上與所說(shuō)儀器聯(lián)合以便對(duì)所說(shuō)儀器提供塊，和/或從所說(shuō)儀器接受塊?，F(xiàn)在本發(fā)明已經(jīng)描述完畢。
權(quán)利要求
1.一種在受體塊中建立組織陣列的儀器，儀器包括第一和第二沖孔器單元，各沖孔器單元包括一個(gè)包含沖孔器套的沖孔器和一個(gè)包含探針套的探針，夾持至少一個(gè)供體塊的裝置，夾持至少一個(gè)受體塊的裝置，選擇性地使所說(shuō)受體塊和所說(shuō)供體塊相對(duì)于所說(shuō)第一和第二沖孔器重新定位的裝置。
2.一種在受體塊中建立組織陣列的儀器，儀器包括夾持至少一個(gè)供體塊的平臺(tái)；夾持所說(shuō)受體塊的平臺(tái)；第一沖孔器單元，安裝在沖孔器臂部，所說(shuō)第一沖孔器單元包括受體沖孔器和相關(guān)的探針；第二沖孔器單元，安裝在沖孔器臂部，所說(shuō)第二沖孔器單元包括受體沖孔器和相關(guān)的探針，所說(shuō)供體沖孔器具有大于所說(shuō)受體沖孔器的內(nèi)部直徑；和選擇性地使所說(shuō)受體塊平臺(tái)和所說(shuō)供體塊平臺(tái)相對(duì)于所說(shuō)第一和第二沖孔器重新定位的裝置；其中，所說(shuō)第一和第二沖孔器單元各具有其自己獨(dú)立地操作的沖孔器驅(qū)動(dòng)器，并且其中所說(shuō)第一和第二沖孔器單元可獨(dú)立地沿各自第一和第二沖孔器軸線移動(dòng)，所說(shuō)沖孔器軸線是平行的而且互相隔開(kāi)。
3.如權(quán)利要求2所述的儀器，其特征在于，一個(gè)或更多的平臺(tái)移動(dòng)裝置和沖孔器移動(dòng)裝置在計(jì)算機(jī)控制之下。
4.如權(quán)利要求2所述的儀器，其特征在于，供體塊夾持平臺(tái)和受體塊夾持平臺(tái)為不同的平臺(tái)。
5.如權(quán)利要求4所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)供體塊夾持平臺(tái)和受體塊夾持平臺(tái)之一至少可在x和y軸線之一上移動(dòng)，并且其中所說(shuō)平臺(tái)的另一個(gè)由可圍繞z軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)形成。
6.如權(quán)利要求2所述的儀器，其特征在于，供體塊夾持平臺(tái)和受體塊夾持平臺(tái)為同一平臺(tái)。
7.如權(quán)利要求6所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)供體塊夾持平臺(tái)和所說(shuō)受體塊夾持平臺(tái)沿x和y軸線被驅(qū)動(dòng)，并且其中所說(shuō)沖孔器沿z軸線被驅(qū)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)供體塊夾持平臺(tái)和所說(shuō)受體塊夾持平臺(tái)形成可圍繞z軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)，并且其中無(wú)論所說(shuō)沖孔器或所說(shuō)平臺(tái)均設(shè)置有至少在x或y軸線之一上移動(dòng)的裝置。
9.如權(quán)利要求2所述的儀器，其特征在于，供體塊沖孔器和受體塊沖孔器能夠獨(dú)立地和同時(shí)地沿z軸線移動(dòng)。
10.一種在受體塊中建立組織陣列的儀器，儀器包括第一和第二沖孔器單元，各沖孔器單元包括含有沖孔器套的沖孔器和含有探針套的探針；夾持至少一個(gè)供體塊的裝置，夾持至少一個(gè)受體塊的裝置，握持器裝置，用于可釋放地每次精確夾持所說(shuō)沖孔器之一，與所說(shuō)握持器相關(guān)的裝置，用于相對(duì)于所說(shuō)沖孔器套移動(dòng)所說(shuō)探針套，相對(duì)于所說(shuō)供體和受體塊夾持器的至少一個(gè)精確地移動(dòng)和定位所說(shuō)沖孔器套的裝置，其中所說(shuō)握持器裝置適合于個(gè)別地接受、移動(dòng)和釋放所說(shuō)沖孔器。
11.如權(quán)利要求10所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)握持器設(shè)置有沿z軸線移動(dòng)的裝置。
12.如權(quán)利要求10所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)供體和受體塊夾持器設(shè)置有沿x和y軸線移動(dòng)的裝置，以便選擇性地使所說(shuō)供體塊夾持器和所說(shuō)受體塊夾持器相對(duì)于所說(shuō)握持器重新定位。
13.如權(quán)利要求10所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)供體塊夾持器和所說(shuō)受體塊夾持器設(shè)置在可繞z軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)上。
14.如權(quán)利要求10所述的儀器，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器處于計(jì)算機(jī)或手動(dòng)控制之下。
15.如權(quán)利要求10所述的儀器，其特征在于，供體塊夾持器和受體塊夾持器設(shè)置在不同的平臺(tái)上。
16.如權(quán)利要求10所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)供體塊夾持平臺(tái)和所說(shuō)受體塊夾持平臺(tái)之一可以至少沿x和y軸線在至少一軸線移動(dòng)，并且其中另一個(gè)所說(shuō)平臺(tái)由可繞z軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)形成。
17.如權(quán)利要求10所述的儀器，其特征在于，供體塊夾持器和受體塊夾持器設(shè)置在同一平臺(tái)上。
18.如權(quán)利要求2或10所述的儀器，其特征在于，還包括一定量的柔軟填充材料，設(shè)置在沖孔器內(nèi)的探針尖端處。
19.如權(quán)利要求18所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)柔軟填充材料為彈性體。
20.如權(quán)利要求2或10所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)探針由能夠施加受控制力的拖動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
21.如權(quán)利要求2或10所述的儀器，其特征在于，所說(shuō)探針的行程長(zhǎng)度能夠由所說(shuō)探針拖動(dòng)器控制。
22.如權(quán)利要求2或10所述的儀器，其特征在于，探針拖動(dòng)器由一計(jì)算機(jī)控制行程長(zhǎng)度。
23.如權(quán)利要求2或10所述的儀器，其特征在于，還包括含有塊的儲(chǔ)存庫(kù)，并且可操作地與移動(dòng)塊到所說(shuō)儀器和/或從所說(shuō)儀器接受塊的裝置聯(lián)合工作。
全文摘要
生物組織陣列可以通過(guò)在一系列嵌入組織的供體塊(16)中從所關(guān)心區(qū)域除去核芯而建立。取出的核芯可放置在受體塊(15)內(nèi)的有規(guī)則的陣列中。這是通常用兩個(gè)不同的沖孔器完成，一個(gè)用來(lái)獲得所關(guān)心的核芯，而另一個(gè)形成在受體塊(15)中的接受孔。本發(fā)明包括含有兩個(gè)單獨(dú)z－軸的系統(tǒng)，每沖孔器各有一個(gè)。各沖孔器有其自己的探針并且各沖孔器的軸線平行于其驅(qū)動(dòng)器的軸線?？商娲?，本發(fā)明可設(shè)置單個(gè)z軸線，并帶有自動(dòng)更換兩個(gè)或更多沖孔器進(jìn)入或退出在z軸線夾持器上的機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)G01N35/00GK1498263SQ02806824
公開(kāi)日2004年5月19日 申請(qǐng)日期2002年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月19日
發(fā)明者S·B·萊頓, S B 萊頓 申請(qǐng)人:比契器具公司