一种自动化电-磁场结合组织目标区域染色装置及方法

本发明属于生物电子工程领域，具体涉及了一种自动化电-磁场结合组织目标区域染色装置及方法。

背景技术：

1、生物组织常用的染色技术是被动孵育，通常适用于比较薄的组织切片，对于厚且致密的组织而言，时间代价很大，且深层组织的信号不均匀仍是一个严重的问题。伴随着电泳技术的出现，该技术被逐渐应用于组织染色实验中，借用电场外力可加速染色探针分子向厚且致密组织内部的移动，若施以高压，则会损坏组织结构，若降低电压，则降低探针分子进入组织内部的效率，影响最终的染色深度和均匀度。

2、为了解决电场染色带来的问题，kim等人开发了一种随机电旋转染色设备，利用旋转设备产生的旋转电场将探针分子以不同的角度扩散进入组织样本中，旋转的电场避免了同一方向的力对样本造成的损伤，但是它对仪器的要求很高且作用于厚样本时，时间代价也很大(5mm厚的脑样本需要16-24h)，另外染色分子在操作过程中可能会被稀释，从而降低标记效率。

3、随后，sekino等人利用磁铁和抗体标记的荧光铁氧体进行生物组织免疫荧光标记，二者结合可以提供高度特异性的免疫标记，可以用于检测特定的生物分子或细胞，并且荧光铁氧体具有较强的荧光信号，提供高分辨率的细胞或组织成像。然而，荧光铁氧体的合成和标记过程较为复杂，需要一定的操作技术和特殊设备，另外，磁铁和抗体标记的荧光铁氧体可能会对生物样本产生一定的毒性，影响其标记效率，实验前需要进行严格的毒性和兼容性评估，无疑增加了实验操作的复杂性。

4、近些年，也有人研究出了称为电磁聚焦免疫组织化学(efic)和磁流体动力学(mhd)的新型电磁染色方法，但是这些通常都具有设备复杂、聚焦点单一和需要大量标记物等缺点而不被广泛使用。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中的问题，弥补目前电-磁场结合染色技术中存在的标记效果差，染色效果不理想，设备复杂以及操作繁琐等缺陷，本发明的目的在于提出了一种自动化电-磁场结合组织目标区域染色装置及方法，可以快速、便捷、精确地实现生物组织目标区域的染色，且具有均匀性好、深度大、效率高等优点。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、一、一种自动化电-磁场结合组织目标区域染色装置：

4、染色装置包括底板、制冷器、样品槽组件、步进电机和磁铁组件；制冷器和步进电机分别固定安装在底板的两侧，样品槽组件固定连接在制冷器的顶部，待染色的组织样本和染色液均放置在样品槽组件中，制冷器用于对降低组织样本染色过程样品槽组件的温度，磁铁组件安装在步进电机的输出轴上，通过驱动步进电机运动从而控制磁铁组件中环形磁铁的位置，进而通过环形磁铁控制染色过程中电场力聚焦区域，并利用聚焦后的电场力对组织样本进行电磁染色。

5、所述的磁铁组件包括两个蜗轮蜗杆结构、环形磁铁、和移动仓，环形磁铁固定连接在移动仓的顶部，蜗轮蜗杆结构安装在移动仓上；所述的各个蜗轮蜗杆结构主要有蜗杆、蜗轮、方形电磁铁和圆环形电磁铁组成，圆环形电磁铁的外周与蜗轮的内周之间固定连接，使得蜗轮与圆环形电磁铁同步转动，蜗轮的外周和蜗杆之间啮合连接，方形电磁铁上设置有螺纹，蜗杆外周的螺纹和方形电磁铁上的螺纹连接；

6、两个蜗轮蜗杆结构中的圆环形电磁铁均套设在步进电机的输出轴上，且圆环形电磁铁的内径大于步进电机输出轴的外径，当圆环形电磁铁在步进电机的驱动下转动时，同一个蜗轮蜗杆结构中的蜗轮与圆环形电磁铁同步转动，从而带动与蜗轮啮合连接的蜗杆转动，进而带动连接在蜗杆上的方形电磁铁沿着蜗杆的轴向前后移动；

7、所述的制冷器包括半导体散热单元、散热铜管和方形铝板；所述的半导体散热单元主要有若干个半导体散热片自上而下依次层叠而成，半导体散热单元的底部安装在底板上，方形铝板通过散热铜管连接在半导体散热单元的顶部，样品槽组件中的冷却仓放置在方形铝板上，通过半导体散热单元、散热铜管的散热功能以及方形铝板的导热功能来降低样品槽组件的温度。

8、所述样品槽组件包括冷却仓、样品仓和样品仓盖，所述冷却仓和样品仓均为上端开口、下端闭合的空心柱状结构，样品仓放置在冷却仓内部，待染色的组织样本和染色液均放置在样品仓中，样品仓两侧的外壁上缠绕一对平行且外接电源的电极线，使得在样品仓位置处形成用于染色的平行电场，冷却仓内侧壁和样品仓外侧壁之间的空腔内存储有冷却液，样品仓内壁覆盖有一层用于将冷却液与染色液进行隔绝的纳米薄膜，样品仓盖安装在冷却仓的顶部。

9、所述两个蜗杆呈相互垂直布置，一个蜗轮蜗杆结构中的蜗杆呈水平方向布置，且该蜗杆的轴向与步进电机输出轴的轴向垂直，另一个蜗轮蜗杆结构中的蜗杆呈竖直方向布置，使得两个蜗轮蜗杆结构中的方形电磁铁分别在水平和竖直方向移动。

10、所述移动仓采用磁性材料进行制作，导电状态下的方形电磁铁用于吸附移动仓并带动移动仓和环形磁铁运动，进而通过环形磁铁控制染色过程中电场力聚焦区域。

11、所述冷却仓内还设置有温度传感器探头和ph传感器探头，用于实时监测冷却仓内的温度和ph数值。

12、冷却仓采用氧化铝、氧化硅；样品仓采用光敏树脂或尼龙材料进行制备。

13、二、一种自动化电-磁场结合组织目标区域染色方法，包括以下步骤：

14、步骤s1、首先往冷却仓和样品仓中分别注入冷却液和染色液，然后将待染色的组织样本放置在样品仓中；

15、步骤s2、启动与样品仓侧壁电极线外接的电源，使得样品仓的周围产生用于染色的平行电场；

16、步骤s3、调控磁铁组件的工作模式，使得磁铁组件带动环形磁铁运动，移动的环形磁铁使得样品仓周围的电场发生改变，通过调控环形磁铁的位置进而控制染色过程中的电场力聚焦区域，进而利用聚焦后的电场力在电场力聚焦区域对组织样本进行电磁染色。

17、所述步骤s3中，调控磁铁组件的工作模式，使得磁铁组件带动环形磁铁沿着水平方向移动的具体方式如下：

18、首先，启动与第一个蜗轮蜗杆结构连通的电源，同时关闭与第二个蜗轮蜗杆结构连通的电源，使得第一个蜗轮蜗杆结构中的圆环形电磁铁吸附在输出轴与输出轴同步转动，第二个蜗轮蜗杆结构中的圆环形电磁铁不运动，同时移动仓仅吸附在第一个蜗轮蜗杆结构中的方形电磁铁上，在第一个蜗轮蜗杆结构中，圆环形电磁铁通过蜗轮和蜗杆带动方形电磁铁水平移动，进而带动与移动仓连接的环形磁铁水平移动.

19、所述步骤s3中，调控磁铁组件的工作模式，使得磁铁组件带动环形磁铁沿着竖直方向移动的具体方式如下：

20、首先，关闭与第一个蜗轮蜗杆结构连通的电源，同时启动与第二个蜗轮蜗杆结构连通的电源，使得第二个蜗轮蜗杆结构中的圆环形电磁铁吸附在输出轴与输出轴同步转动，第一个蜗轮蜗杆结构中的圆环形电磁铁不运动，同时移动仓仅吸附在第二个蜗轮蜗杆结构中的方形电磁铁上，在第二个蜗轮蜗杆结构中，圆环形电磁铁通过蜗轮和蜗杆带动方形电磁铁在竖直方向移动，进而带动与移动仓连接的环形磁铁沿着竖直方向上下移动。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

22、1、本发明通过样品仓的设计，可将电压均匀、完整地施加在样本组织的两面，优化染色效果，缩短染色时间。

23、2、本发明通过引入蜗轮蜗杆和方形电磁铁，实现对移动仓独立的上下前后移动。

24、3、本发明通过引入步进电机和圆形电磁铁，实现了对蜗轮蜗杆的独立控制，本发明通过引入电场控制器件实现了对方形和圆形电磁铁的独立控制，实现了移动仓的独立移动，提高组织样品染色效率和精确率。

25、4、相对于现有的电-磁场结合目标区域染色方法，本发明可以对组织样本进行自动化处理，极大地缩短组织样本的处理时间，改善组织目标区域的染色效果。