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具有基于成像的移液管吸头定位的对象挑取设备

阅读：874发布：2021-03-01

IPRDB可以提供具有基于成像的移液管吸头定位的对象挑取设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且通过获取对象的图像和移液管吸头的图像，可以从诸如细胞菌落等多个对象中挑取对象。对对象的图像进行分析以选定所关注的对象。使选定对象与坐标位置相关联。基于坐标位置，将移液管吸头定位在选定对象的上方。然后获取移液管吸头的图像并对其进行分析。使移液管吸头与坐标位置相关联。确定选定对象的坐标位置与移液管吸头的坐标位置之间的位置误差。基于位置误差，通过使移液管吸头的坐标位置与选定对象的坐标位置匹配，移动移液管吸头和/或支撑对象的样品保持件，以将移液管吸头对准在选定对象的上方。，下面是具有基于成像的移液管吸头定位的对象挑取设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种对象挑取设备，包括：

成像系统，其包括光源、照相机和物镜，所述成像系统被配置成将来自所述光源的光引导至所述物镜并且将来自所述物镜的光引导至所述照相机；

样品台，其被配置成支撑样品板，所述样品板被配置成保持多个对象；

移液器，其被配置成保持移液管吸头并将所述移液管吸头移动至所述样品板上方的一个或多个选定位置；

控制器，其被配置成：

控制所述光源以产生激发光束，其中，所述激发光束穿过所述物镜并照射所述多个对象，所述多个对象作为响应而发射第一发射光束，并且所述照相机接收所述第一发射光束并作为响应而输出第一输出信号；

通过接收并处理所述第一输出信号来获取所述多个对象的图像；

对所述多个对象的图像进行分析，并基于所述分析从所述多个对象中选定对象，并且识别选定对象在X-Y平面中的坐标位置；

控制所述移液器以将所述移液管吸头移动至在所述选定对象上方的位置，所述激发光束照射所述移液管吸头，所述移液管吸头作为响应而发射第二发射光束，并且所述照相机接收所述第二发射光束并作为响应而输出第二输出信号；

通过接收并处理所述第二输出信号来获取所述移液管吸头的图像；

对所述移液管吸头的图像进行分析，并基于所述分析识别所述移液管吸头在所述X-Y平面中的坐标位置；

确定所述选定对象的坐标位置与所述移液管吸头的坐标位置之间的位置误差；以及基于所述位置误差，通过使所述移液管吸头的坐标位置与所述选定对象的坐标位置匹配，控制所述移液器或所述样品台中的至少一个，以将所述移液管吸头对准在所述选定对象的上方，匹配包括使所述移液管吸头或样品容纳部中的至少一个相对于另一个移动。

2.根据权利要求1所述的对象挑取设备，其中，所述控制器被配置成控制所述样品台的操作，所述操作选自由如下步骤构成的组：将所述样品台移动成与所述物镜的视场对准；

将一样品容纳部移动成与所述物镜的视场对准，所述样品容纳部包括在所述样品板中并且容纳所述多个对象；

将多个样品容纳部顺次地移动成与所述物镜的视场对准，所述多个样品容纳部包括在所述样品板中并且容纳相应的多个对象；

将所述样品容纳部的一部分移动成与所述物镜的视场对准，所述样品容纳部包括在所述样品板中并且容纳所述多个对象；以及前述步骤中的两个或更多个步骤的组合。

3.根据权利要求1所述的对象挑取设备，其中，所述控制器被配置成：在获取所述多个对象的图像之前，控制所述物镜以调整对所述多个对象的聚焦；以及在获取所述移液管吸头的图像之前，控制所述物镜以调整对所述移液管吸头的聚焦。

4.根据权利要求1所述的对象挑取设备，其中，

照射所述多个对象的所述激发光束是第一激发光束；

所述控制器进一步被配置成：在获取所述移液管吸头的图像之前，控制所述光源以产生第二激发光束，所述第二激发光束穿过所述物镜并照射所述移液管吸头；并且响应于所述第二激发光束的照射，所述移液管吸头发射所述第二发射光束。

5.根据权利要求4所述的对象挑取设备，其中，所述第一激发光束以第一激发波长照射所述多个对象，并且所述控制器进一步被配置成：在获取所述移液管吸头的图像之前，选择所述第二激发光束照射所述移液管吸头所处的第二激发波长，所述第二激发波长不同于所述第一激发波长。

6.根据权利要求5所述的对象挑取设备，其中，所述光源包括被配置成产生不同相应波长的光的至少第一光源单元和第二光源单元，并且所述控制器被配置成通过从对所述第一光源单元的激活操作切换至对所述第二光源单元的激活操作来选择所述第二激发波长。

7.根据权利要求5所述的对象挑取设备，其中，所述成像系统包括能够移动到所述光源与所述物镜之间的激发光路中的至少第一激发滤光器和第二激发滤光器，所述第一激发滤光器和所述第二激发滤光器被配置成使不同相应波长的光通过，并且所述控制器被配置成：通过将所述第一激发滤光器从所述激发光路中切换出来并将所述第二激发滤光器切换到所述激发光路中，来选择所述第二激发波长。

8.根据权利要求5所述的对象挑取设备，其中，所述成像系统包括能够移动到所述光源与所述物镜之间的激发光路中的至少第一二向色镜和第二二向色镜，所述第一二向色镜和所述第二二向色镜被配置成反射不同相应波长的光或使不同相应波长的光通过，并且所述控制器被配置成：通过将所述第一二向色镜从所述激发光路中切换出来并将所述第二二向色镜切换到所述激发光路中，来选择所述第二激发波长。

9.根据权利要求1所述的对象挑取设备，其中，所述控制器被配置成：在将所述移液管吸头对准在所述选定对象的上方之后，控制所述移液器以将所述选定对象抽吸到所述移液管吸头中。

10.根据权利要求9所述的对象挑取设备，其中，所述控制器被配置成：控制所述移液器，以将所述移液管吸头移动至目标板，并将所述选定对象从所述移液管吸头分配到所述目标板中。

11.根据权利要求10所述的对象挑取设备，其中，

所述目标板是多孔板；并且

所述控制器被配置成：控制所述移液器，以将所述移液管吸头移动成与所述多孔板的选定孔对准，并将所述选定对象从所述移液管吸头分配到所述选定孔中。

12.根据权利要求1所述的对象挑取设备，其中，所述控制器被配置成：对所述移液管吸头的图像进行分析，以识别所述移液管吸头沿着与所述X-Y平面正交的Z轴距所述样品板的实际距离；

确定所述实际距离与设定点距离之间的位置误差；并且

基于所述实际距离与所述设定点距离之间的所述位置误差，控制所述移液器，以将所述移液管吸头沿着所述Z轴移动，直到所述实际距离等于所述设定点距离为止。

13.一种用于从多个对象中挑取对象的方法，所述方法包括：

在样品容纳部中提供多个对象；

用激发光束照射所述多个对象，其中，所述多个对象作为响应而发射第一发射光束；

在照相机处接收所述第一发射光束，所述照相机输出第一输出信号；

通过处理所述第一输出信号来获取所述多个对象的图像；

对所述多个对象的图像进行分析，并基于所述分析从所述多个对象中选定对象，并且识别选定对象在与顶表面平行的X-Y平面中的坐标位置；

将移液管吸头移动至在所述选定对象的上方的位置，所述激发光束照射所述移液管吸头，并且所述移液管吸头作为响应而发射第二发射光束；

在所述照相机处接收所述第二发射光束，所述照相机输出第二输出信号；

通过处理所述第二输出信号来获取所述移液管吸头的图像；

对所述移液管吸头的图像进行分析，并基于所述分析识别所述移液管吸头在所述X-Y平面中的坐标位置；

确定所述选定对象的坐标位置与所述移液管吸头的坐标位置之间的位置误差；以及基于所述位置误差，通过使所述移液管吸头的坐标位置与所述选定对象的坐标位置匹配，移动所述移液管吸头或所述样品容纳部中的至少一个，以将所述移液管吸头对准在所述选定对象的上方。

14.根据权利要求13所述的方法，包括：在照射所述多个对象之前，将所述样品容纳部或所述样品容纳部的一部分移动成与物镜的视场对准，其中，所述物镜与所述照相机光学连通。

15.根据权利要求13所述的方法，包括：

在获取所述多个对象的图像之前，调整物镜对所述多个对象的聚焦，其中，所述物镜与所述照相机光学连通；以及在获取所述移液管吸头的图像之前，调整对所述移液管吸头的聚焦。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，

照射所述多个对象的所述激发光束是第一激发光束；

所述方法进一步包括：在获取所述移液管吸头的图像之前，产生第二激发光束，所述第二激发光束照射所述移液管吸头；以及响应于所述第二激发光束的照射，所述移液管吸头发射所述第二发射光束。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一激发光束以第一激发波长照射所述多个对象，并且所述方法进一步包括：在获取所述移液管吸头的图像之前，选择所述第二激发光束照射所述移液管吸头所处的第二激发波长，所述第二激发波长不同于所述第一激发波长。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，选择所述第二激发波长包括选自由如下步骤构成的组的步骤：从对第一光源单元的激活操作切换至对第二光源单元的激活操作，所述第一光源单元和所述第二光源单元产生处于不同相应波长的光；

将第一激发滤光器从激发光路中切换出来，并将第二激发滤光器切换到所述激发光路中，所述激发光路位于光源与物镜之间，并且所述第一激发滤光器和所述第二激发滤光器被配置成使不同相应波长的光通过；

将第一二向色镜从所述激发光路中切换出来，并将第二二向色镜切换到所述激发光路中，所述激发光路位于光源与物镜之间，并且所述第一二向色镜和所述第二二向色镜被配置成反射不同相应波长的光或使不同相应波长的光通过；以及前述步骤中的两个或更多个步骤的组合。

19.根据权利要求13所述的方法，包括：在将所述移液管吸头对准在所述选定对象的上方之后，将所述选定对象抽吸到所述移液管吸头中。

20.根据权利要求19所述的方法，包括：在抽吸之后，将所述移液管吸头移动至目标板，并将所述选定对象从所述移液管吸头分配到所述目标板中。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述目标板是多孔板，将所述移液管吸头移动至所述目标板包括：将所述移液管吸头移动成与所述多孔板的选定孔对准，并且分配所述选定对象包括将所述选定对象分配到所述选定孔中。

22.根据权利要求13所述的方法，包括：

对所述移液管吸头的图像进行分析，以识别所述移液管吸头沿着与所述X-Y平面正交的Z轴距所述样品容纳部的实际距离；

确定所述实际距离与设定点距离之间的位置误差；并且

基于所述实际距离与所述设定点距离之间的所述位置误差，控制移液器装置以移动所述移液管吸头，使得所述实际距离等于所述设定点距离。

23.根据权利要求13所述的方法，其中，所述对象是生物细胞菌落。

说明书全文

具有基于成像的移液管吸头定位的对象挑取设备

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求2017年7月18日提交的标题为“Object Picking Apparatus with Imaging-based Locating of Pipette Tip(具有基于成像的移液管吸头定位的对象挑取设备)”的美国临时专利申请NO.62/533,767的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

[0003] 本发明总体上涉及使用自动化移液管吸头的对象挑取，诸如细胞菌落挑取。具体地，本发明涉及利用基于成像的方法将移液管吸头相对于待挑取对象进行准确地定位的对象挑取。

背景技术

[0004] 对象挑取器通常是被构造成将单个对象与一组相似对象进行隔离(即，“挑取”选定对象)的仪器。在生命科学中，对象通常是生物对象，诸如细胞或微生物，或者多细胞或多微生物的菌落。这样的仪器可以被称为细胞挑取器或菌落挑取器。挑取选定生物对象以使其能够被进一步分析或处理，例如用于测定、筛选、克隆、核酸测序等。像其它现代分析与液体处理仪器一样，对象挑取器的某些功能可以实现自动化，以提高生产量。

[0005] 在一类对象挑取器中，利用移液管吸头挑取诸如浸没在液体中的粘附性细胞菌落等对象。移液管吸头安装到移液管头部的适配器上，且可由移液器机器人典型地沿三个轴线移动。具体来讲，朝向对象降低移液管吸头，与移液管吸头的管腔连通的泵产生吸力，并且将对象抽吸经过移液管吸头的开口远端并进入管腔中。为了确保挑取操作的成功和准确度，移液管吸头需要在待挑取对象上方恰好居中，以避免挑取非选定对象。当对象密度增加时，即当该组对象彼此非常靠近时，这尤其关键。移液管吸头的定位准确度可能受到几个因素的限制，包括不同移液管吸头之间的尺寸差异、自动化倾斜操作的可重复性差(例如，每次移液管吸头未以相同的深度和/或相同的角度被压到移液管头部上)以及移液器机器人的位置准确度的限制。已知的解决方案致力于提高机器人技术(例如，运动控制)的准确度和用于安装移液管吸头的机构的准确度，但是仍然存在刚刚提到的限制。也可以利用光学或电容传感器将移液管吸头相对于机器人臂进行定位，但是这样的解决方案仍然为位置误差留下空间。

[0006] 因此，期望提供一种移液管吸头在待挑取对象上方的改进的定位。

发明内容

[0007] 为了全部或部分解决前述问题和/或本领域技术人员可能已经观察到的其它问题，本公开提供了如在下面阐述的实施中作为实例描述的方法、过程、系统、设备、仪器和/或装置。

[0008] 根据实施例，一种对象挑取设备包括：成像系统，其包括光源、照相机和物镜，所述成像系统被配置成将来自所述光源的光引导至所述物镜并且将来自所述物镜的光引导至所述照相机；样品台，其被配置成支撑样品板，所述样品板被配置成保持多个对象；移液器，其被配置成保持移液管吸头并将所述移液管吸头移动至所述样品板上方的一个或多个选定位置；控制器，其被配置成：控制所述光源以产生激发光束，其中所述激发光束穿过所述物镜并照射所述多个对象，所述多个对象作为响应发射第一发射光束，并且所述照相机接收所述第一发射光束并作为响应输出第一输出信号；通过接收并处理所述第一输出信号获取所述多个对象的图像；对所述多个对象的图像进行分析，并基于所述分析从所述多个对象中选定对象，并且识别所述选定对象在X-Y平面中的坐标位置；控制所述移液器以将所述移液管吸头移动至在所述选定对象的上方的位置，其中所述激发光束照射所述移液管吸头，所述移液管吸头作为响应发射第二发射光束，并且所述照相机接收所述第二发射光束并作为响应输出第二输出信号；通过接收并处理所述第二输出信号获取所述移液管吸头的图像；对所述移液管吸头的图像进行分析，并基于所述分析识别所述移液管吸头在所述X-Y平面中的坐标位置；确定所述选定对象的坐标位置与所述移液管吸头的坐标位置之间的位置误差；以及基于所述位置误差，控制所述移液器或所述样品台中的至少一个，以通过使所述移液管吸头的坐标位置与所述选定对象的坐标位置匹配将所述移液管吸头对准在所述选定对象的上方，其中匹配包括使所述移液管吸头或样品容纳部中的至少一个相对于另一个移动。

[0009] 根据另一实施例，一种用于从多个对象中挑取对象的方法，所述方法包括：在样品容纳部中提供多个对象；用激发光束照射所述多个对象，其中所述多个对象作为响应发射第一发射光束；在照相机处接收所述第一发射光束，其中所述照相机输出第一输出信号；通过处理所述第一输出信号获取所述多个对象的图像；对所述多个对象的图像进行分析，并基于该分析从所述多个对象中选定对象，并且识别所述选定对象在与顶表面平行的X-Y平面中的坐标位置；将移液管吸头移动至在所述选定对象的上方的位置，其中所述激发光束照射所述移液管吸头，并且所述移液管吸头作为响应发射第二发射光束；在所述照相机处接收所述第二发射光束，其中所述照相机输出第二输出信号；通过处理所述第二输出信号获取所述移液管吸头的图像；对所述移液管吸头的图像进行分析，并基于该分析识别所述移液管吸头在所述X-Y平面中的坐标位置；确定所述选定对象的坐标位置与所述移液管吸头的坐标位置之间的位置误差；以及基于所述位置误差，移动所述移液管吸头或所述样品容纳部中的至少一个，以通过使所述移液管吸头的坐标位置与所述选定对象的坐标位置匹配将所述移液管吸头对准在所述选定对象的上方。

[0010] 通过检查以下附图和详细描述，本发明的其它装置、设备、系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。旨在将所有这样的附加系统、方法、特征和优点包括在本描述内，在本发明的范围内，并由所附权利要求书保护。

附图说明

[0011] 通过参考以下附图可以更好地理解本发明。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。在附图中，贯穿不同的视图，相似的附图标记表示相应的部分。

[0012] 图1是根据实施例的对象挑取设备的实例的示意性俯视图。

[0013] 图2是对象挑取设备的在X-Z平面中的示意性正视图。

[0014] 图3是设备的样品板和样品预备系统的示意图。

[0015] 图4是可以设置在设备中的成像系统的示意图。

[0016] 图5是与物镜光学对准的样品容纳部的示意性正视图。

[0017] 图6是样品容纳部中的对象的在X-Y平面中的示意图，并且进一步示出了选定对象。

[0018] 图7是样品容纳部、物镜和移液管吸头的示意性正视图。

[0019] 图8是在校正移液管吸头与选定对象之间的位置误差(ΔX，ΔY)之前的移液管吸头和选定对象的在X-Y平面中的示意图。

[0020] 图9是根据本公开的在校正移液管吸头与选定对象之间的位置误差(ΔX，ΔY)之后的移液管吸头和选定对象的在X-Y平面中的示意图。

[0021] 图10是类似于图5的与物镜光学对准的样品容纳部的示意性正视图，并且进一步示出了第二光源。

具体实施方式

[0022] 如本文所使用的，术语“对象”通常是指可以从一组对象中选定的物理对象。选定对象可以从该组对象中被移走或“挑取”，从而与非选定对象分开。在一些实施例中，对象是生物细胞。为了方便起见，如本文所使用的，术语“生物细胞”是指一种或多种生物细胞或微生物(例如，细胞菌落或微生物菌落)。

[0023] 如本文所使用的，术语“样品”通常是指位于单个可单独识别的位置处的一组对象。该位置可以是样品容纳部。样品容纳部可以是一组样品容纳部中的一个。作为实例，样品容纳部可以是皿、小瓶或多孔板(例如，微量滴定板或“微孔板”)的孔。当提供一组样品容纳部时，不同的样品容纳部可以容纳不同的样品。

[0024] 如本文所使用的，术语“光”通常是指可量化为光子的电磁辐射。就本公开而言，光可以以从紫外线(UV)到红外线(IR)的范围内的波长传播。在本公开中，术语“光”不旨在限于可见范围内的电磁辐射。在本公开中，术语“光”、“光子”和“辐射”可互换地使用。

[0025] 本文公开的各种实施例涉及获取对象或其它结构(例如，移液管吸头)的图像(或“成像”)。取决于实施例和/或被成像的结构，图像获取可以基于荧光、反射(或散射)或透射。通常，对象(或其它结构)的成像涉及“激发光”和“发射光”。对象的成像需要用激发光照射对象，并收集响应于照射而从对象发射的发射光。在基于荧光的成像中，激发光的波长(例如，在紫外线(UV)范围内)通常比(例如，更红的)发射光的波长短(例如，更蓝)。基于荧光的发射光的源可以是来自对象的自发荧光，或者是来自先前附着于对象的荧光团的荧光。在基于反射的成像中，激发光的波长可以与发射光的波长大约相同。在这种情况下，响应于入射的激发光而从对象反射(或散射)的光是发射光。在基于透射的成像中，入射在对象上的激发光穿过对象并且由于吸收和/或散射而衰减。在这种情况下，从对象发出的衰减光是发射光。在所有这些情况下，为了方便起见，在本公开中，“激发光”是指用于照射对象的光，并且“发射光”是指响应于照射而从样品收集的光，而不管获取图像的特定实例是基于荧光、反射还是透射，除非另有说明或上下文另有指示。

[0026] 图1是根据实施例的对象挑取设备100的实例的示意性俯视图。对象挑取设备100也可以被认为是样品分析设备。在图1中，以一般或任意方式示意性地布置了对象挑取设备100的各个组件，以便于图示和描述。在实际上转化为实践的实际实施例中，各个组件相对于彼此的位置可能与图1中示意性描绘或建议的位置显著不同。同样为了便于图示和描述，图1和其它附图提供了笛卡尔(X-Y-Z)参考系，其原点(0，0，0)已任意地定位在图中。图1的俯视图位于X-Y平面中。术语“X-Y平面”在本文中以一般意义用作指示取向的参考，而与X-Y平面的沿Z轴的具体高度位置无关，除非另有说明或上下文另有指示。沿Z轴的位置(诸如高度或高程)以及例如“上方”、“下方”、“之上”、“之下”等术语可以相对于X-Y平面中的平坦参考表面来考虑，例如布置有设备100的表面。

[0027] 设备100通常可以包括平台104(底座或台面)，各个组件可以相对于平台104定位(例如，在平台104上面、上方或下方)。在本实施例的上下文中，平台104取向在X-Y平面中。设备100还包括定位在平台104的上方的移液器108。移液器108可以直接安装在平台104上，或者经由诸如门架(未示出)等任何合适的中间支撑结构被平台104支撑。移液器108可在X-Z平面中水平地移动(即，沿X轴和Y轴)，如图1中的箭头所示，并且可竖直地移动(即，沿Z轴)，如图2中的双箭头所示。移液器108被构造成支撑至少一个移液管吸头112。如本领域技术人员所领会的，通常，移液器108被构造成将精确量的液体抽吸到移液管吸头112中并从移液管吸头112分配精确量的液体，并且进一步被构造成将存储在移液管吸头112的管腔中的液体(以及液体中携带的任何对象)输送至设备100的各个位置。该功能使得移液器108能够执行对象挑取，如下面将进一步描述的。

[0028] 设备100可以支撑一个或多个样品(或源)板116以及一个或多个目标板120，下面将进一步描述。设备100可以进一步包括成像系统124、移液管吸头供应站128、移液管吸头废料站132、移液管吸头移除(剥离)装置136和系统控制器140，下面将进一步描述。在所示的实施例中，样品板116、成像系统124和系统控制器140被定位在平台104的下方，而在其它实施例中，这些组件中的一个或多个可以定位在平台104上面或上方。一个或多个样品板116可以在X-Z平面中移动，如图1中的箭头所示，或者另外地沿着Z轴移动。一个或多个目标板120也可以在X-Z平面中移动，或者另外地沿着Z轴移动。

[0029] 设备100可以包括被构造成执行与样品制备、样品处理、液体处理、样品分析、测定等有关的功能的其它装置、站、系统、实验室器具等(未示出)。例如，设备100可以包括被构造成将试剂、缓冲液、标签等添加到由样品板116或目标板120支撑的样品中的装置。设备100还可以包括用于堆叠样品板116和/或目标板120的支撑结构。设备100还可以包括用于将组件(例如，样品板116、目标板120、新的和用过的移液管吸头112的容纳部等)装载到设备100上并从设备100上移除这样的组件的自动化(例如，机器人)装置。这样的机器人装置可以包括抓握组件或其它类型的末端执行器。设备100还可以包括或集成有或联接至用于样品制备的装置以及除成像系统124之外的分析仪器。通常，在对象挑取之前和之后可以使用或操作的各种装置、站、系统、实验室器具等对于本领域技术人员而言是已知的，因此在此无需详细描述。

[0030] 图2是对象挑取设备100的在X-Z平面中的示意性正视图。平台104可以形成为在平台104上方和/或下方延伸的壳体或外壳(未示出)的一部分或被该壳体或外壳包围。这样的壳体可以包括一个或多个门，该一个或多个门提供对定位在设备100内部的在平台104上方和/或下方的各个组件的访问。平台104通常包括顶表面144、底表面248(图2)以及在顶表面144与底表面248之间的沿Z方向的厚度。在本实施例中，平台104和一个或多个壁252在平台
104下方限定有样品室256。一个或多个样品板116可以诸如经由提供选择性进入样品室256的门(未示出)装载到样品室256中。样品室256可以被构造成特别是为生物样品提供与周围环境隔离的环境，从而促进温育、细胞培养或其它过程。例如，样品室256可以与设备100的其它装置(例如，气体供应部、加热器等)协作，以在样品室256的内部提供受控的环境(例如，气体成分、气体压力、温度等)。

[0031] 样品板116被支撑在样品台260上。样品板116的至少底部部分(在样品的支撑位置的下方)可以是光学透明的，以使得能够从样品板116下方对样品进行成像。样品室256和样品台260可以包括相应的开口264和268，以在样品板116与位于样品室256下方的成像系统124(图1)的物镜272(物镜透镜)之间提供光学光路。

[0032] 图3是设备100的样品板116(或样品保持件，或样品支撑件)和样品预备系统300的示意图。样品板116可以包括被构造用于容纳相应样品的一个或多个样品容纳部376。例如，样品板116可以包括布置成样品容纳部376的一维(线性)或二维阵列的多个样品容纳部376。在本上下文中，术语“包括”涵盖样品容纳部376是被支撑在样品板116上的离散的、可移除的组件(诸如培养皿、小瓶等)的实施例，以及样品容纳部376与样品板116成一体的实施例。因此，在后一实例中，样品板116可以是多孔板(即，微量滴定板或“微孔板”)，其中样品容纳部376是一体形成的孔。在典型的实施例中，孔以具有2:3的行列比的二维阵列布置。
这样的多孔板可以具有标准形式，诸如24孔、96孔或384孔或1536孔的形式。样品容纳部376可以是圆柱形或多边形的。样品容纳部376的底部可以是平坦的或锥形的(圆锥形或曲面的)。样品容纳部376或至少其底部可以是光学透明的。

[0033] 样品台260的开口264的尺寸设置成使得当将样品板116安装到样品台260上时，所有样品容纳部376可由物镜272寻址(图2)。样品台260可以包括被构造成将样品板116精确地定位在开口264的上方的安装特征(未示出)。

[0034] 样品预备系统300包括样品台260以及如虚线所示意性地描绘的与样品台260机械地相连的样品台机器人380。样品台260通常可以包括一个或多个托架(例如，台)，该托架被构造成使样品台260沿着X轴和Y轴移动，或者另外地沿着Z轴移动。样品台机器人380通常可以包括马达(例如，可逆步进马达)，马达被构造成借助虚线所描绘的合适的传动链路(例如，螺杆、皮带等)驱动托架。自动化X-Y和X-Y-Z预备装置的构造和操作通常是本领域技术人员已知的，因此在本公开中不需要进一步详细描述。样品预备系统300可以用于使选定的样品容纳部376与物镜272光学对准，即，使选定的样品容纳部376与物镜272的视场光学对准。样品预备系统300可以将样品板116所包括的其它样品容纳部376与物镜272顺次地对准。取决于诸如样品容纳部376的尺寸和物镜272的放大率等因素，物镜272的视场可以跨越整个样品容纳部376(样品容纳部376的整个X-Y截面)，或者跨越整个样品容纳部376(样品容纳部376的整个X-Y截面)的仅一部分。样品预备系统300可以将样品容纳部376的不同部分(例如，象限)与物镜272顺次地对准。因此，样品预备系统300可以用于选择不同的样品容纳部376，或者选择选定的样品容纳部376的不同部分，以进行成像。样品预备系统300还可以用于将移液管吸头112相对于驻留在选定样品容纳部376中的选定对象进行定位，如下面将进一步描述的。

[0035] 返回参考图2，平台104包括遮蔽件284，该遮蔽件284被构造成交替地打开和关闭沿着Z轴延伸穿过平台104的厚度的孔188。打开遮蔽件284使得移液管吸头112能够移动到样品室256中并靠近与移液管吸头112对准的样品容纳部376。打开遮蔽件284还使得能够在移液管吸头112与物镜272之间建立光路，从而使得能够对移液管吸头112进行成像，如下面将进一步描述的。

[0036] 同样如图2所示，移液器108包括移液器机器人288和移液管头部292，移液器机器人288借助虚线所描绘的合适的传动链路(例如，螺杆、皮带等)典型地沿着X轴、Y轴和Z轴驱动该移液管头部292。移液管吸头112包括远端214、轴向上相反的近端218以及从远端214和近端218的相应开口沿着移液管吸头112的长度延伸的管腔。近端218可以安装到移液管头部292的适配器296上。适配器296可以允许将不同尺寸和型号的移液管吸头安装到适配器296上。移液器108还包括与移液管吸头112流体连通的泵。泵被构造成跨越移液管吸头112的管腔交替地创建正压差和负压差，从而使得能够将液体抽吸到移液管吸头112中以及从移液管吸头112分配液体。泵可以是移液管头部292的一部分，或者定位成与移液管头部292分开。移液管吸头112的管腔的尺寸可以设置成使得被抽吸到移液管吸头112中的液体(至少本公开的典型实施例所设想的液体量)能够存储在移液管吸头112中，即，无需流入到与移液管吸头112分开的贮存器中。

[0037] 如图1所示，在一些实施例中，提供了移液管吸头供应站128和移液管吸头废料站132。移液管吸头供应站128可以包括被构造成提供未使用的移液管吸头112的架子、盒子或其它结构。移液管吸头废料站132可以包括被构造成接收用过的移液管吸头112的架子、盒子或其它结构。移液管头部292可移动至移液管吸头供应站128，并且可以进一步移动以使得未使用的移液管吸头112能够联接至移液管头部292。移液管头部292还可以移动至移液管吸头废料站132，并且可以进一步移动以使得用过的移液管吸头112能够从移液管头部
292上脱离(剥离)。如本领域技术人员所领会的，移液管吸头移除(剥离)装置136被构造成是可移动的以与用过的移液管吸头112接合，以帮助将用过的移液管吸头112从移液管头部
292上脱离。在其它实施例中，设备100可以包括漂洗站(未示出)，在该漂洗站可以漂洗用过的移液管吸头112以重新使用。

[0038] 图4是可以设置在设备100中的成像系统400(即，可以对应于图1所示的成像系统124)的示意图。通常，本领域技术人员可以理解包括基于显微镜的成像系统在内的各种类型的成像系统的结构和操作，因此仅简要描述成像系统400的某些组件和特征，以利于理解本文中教导的主题。成像系统400通常可以包括光源406、照相机(或图像传感器)414和光学器件(即，一组光学组件)。光学器件可以包括激发光学器件和发射光学器件，激发光学器件被构造成经由物镜272将来自光源406的激发光410引导至样品，发射光学器件被构造成经由物镜272将来自样品的发射光418引导至照相机414。

[0039] 光源406可以是发光二极管(LED)、激光二极管(LD)、激光器等。在其它实施例中，可以提供其它光源，如宽带光源。光源406可以被构造成根据照相机414是基于反射(或散射)、透射还是荧光对对象进行成像而生成处于不同可选波长的激发光410。为此，光源406可以包括被构造成以生成处于不同可选波长的激发光410的多个光源(或光源单元)，和/或激发光学器件可以被构造成对处于不同可选波长的激发光410进行滤光。如本领域技术人员所领会的，光源406可以包括光源保持器，光源保持器被构造成能够在不同光源之间进行切换的机动化波长选择器。例如，光源保持器可以是或包括安装有多个LED(或其它光源单元)的可转动轮或可线性平移滑动件。

[0040] 通常，激发光学器件可以根据需要包括例如一个或多个透镜、光阑、光圈、滤光器、光导(例如，光纤)、反射镜、分束器等，以限定激发光410从光源406传播到物镜272(并穿过物镜272到达样品)的光路。在本实施例中，激发光学器件包括激发滤光器422、二向色镜426和物镜272。激发滤光器422被构造成仅使激发光410(即，与激发光410相关联的特定波长或窄带波长)进一步通过光学系统，而阻挡诸如杂散光等其它光。如本领域技术人员所领会的，激发滤光器422可以被构造成充当能够在不同激发滤光器(或激发滤光器单元)之间进行切换的机动化波长选择器，从而使得能够选择性地过滤处于不同波长的激发光410。例如，激发滤光器422可以包括安装有多个激发滤光器的可转动轮或可线性平移滑动件。多个激发滤光器由具有不同的光透射特性的材料构成。因此，激发滤光器422的不同激发滤光器可以透射不同的相应波长的光，而阻挡其它波长的光。

[0041] 如本领域技术人员所领会的，二向色镜426被构造成反射激发光410并且使发射光418通过，反之亦然。为了使得不同选定波长的发射光418(或激发光410)能够反射或通过，二向色镜426可以包括安装到可转动或可平移的波长选择器上的多个二向色镜(或二向色镜单元)，类似于激发滤光器422的情况。

[0042] 通常，发射光学器件可以根据需要包括例如一个或多个透镜、光阑、光圈、滤光器、光导(例如，光纤)、反射镜、分束器等，以限定发射光418从物镜272(从样品穿过物镜272)到照相机414的光路。在本实施例中，发射光学器件包括发射滤光器430、一个或多个反射镜434、二向色镜426和物镜272。由于本实施例的构造，二向色镜426和物镜272可以被认为是激发光学器件和发射光学器件二者的一部分。发射滤光器430被构造成仅使发射光418(即，与发射光418相关联的特定波长或窄带波长)进一步通过光学系统，而阻挡诸如激发光410和杂散光等其它光。如本领域技术人员所领会的，发射滤光器430可以被构造成充当能够在不同发射滤光器(或发射滤光器单元)之间进行切换的机动化波长选择器，从而使得能够选择性地过滤处于不同波长的发射光418。例如，发射滤光器430可以包括安装有多个发射滤光器的可转动轮或可线性平移滑动件。多个发射滤光器由具有不同的光透射特性的材料构成。因此，发射滤光器430的不同发射滤光器可以透射不同相应波长的光，而阻挡其它波长的光。

[0043] 在一些实施例中，如本领域技术人员所领会的，激发滤光器422、二向色镜426和发射滤光器430可以集成在滤光器立方体438中。如本领域技术人员所领会的，为了能够选择性地过滤处于不同相应波长的激发光410和发射光418，滤光器立方体438可以包括安装到可转动或可平移的波长选择器上的多个滤光器立方体(或滤光器立方体单元)。因此，滤光器立方体438允许针对给定应用选择不同组的激发滤光器、二向色镜和发射滤光器。在其它实施例中，每个滤光器立方体单元可以仅包括激发滤光器单元和二向色镜，或者仅包括二向色镜和发射滤光器。

[0044] 成像系统400可以被构造用于广域和/或共焦成像。在共焦成像的情况下，成像系统400可以包括共焦旋转盘442，也称为扫描盘或尼普科夫(Nipkow)盘，该共焦旋转盘被定位在激发光410和发射光418的路径中。如本领域技术人员所领会的，典型的旋转盘包括沿着一个或多个螺旋路径布置的多个孔部。通过使该盘以高的角速度(例如，数千转每分(RPM))旋转来实施扫描。旋转盘442被安装到与旋转盘442的中心轴线同轴的轴或心轴446上。轴446的旋转由合适的马达(未示出)提供动力。在一些实施例中，旋转盘442可以选择性地移入和移出激发和发射光路，以使得能够实现共焦操作与广域操作之间的选择。

[0045] 照相机414可以是适合于广域和/或共焦显微镜的任何成像装置。在典型的实施例中，照相机414是多像素(或像素化)成像装置，例如，基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的电荷耦合器件(CCD)或有源像素传感器(APS)。

[0046] 通常，物镜272可以是任何透镜或透镜系统，其被构造为将激发光410透射并聚焦到在样品厚度上的焦平面上，并且收集从样品发射的发射光418并将发射光聚焦到照相机414的感测平面上。物镜272可以被安装到物镜台450上，该物镜台450被构造成使物镜272沿着Z轴(竖直方向)朝向和远离样品台260移动。物镜272沿着Z轴的移动或调整允许聚焦样品的图像并沿着Z轴扫描通过样品的厚度。Z轴调整还使得物镜272的焦平面能够移动到移液管吸头112的远端214，以从移液管吸头112的下方对远端214进行成像，如下面将进一步描述的。物镜台450也可以是可移动的(例如，可转动或可滑动的)，以使得能够选择不同的物镜272(例如，具有不同放大率的物镜)并将其切换到激发和发射光路中。如本领域技术人员所领会的，根据特定实施例的需要，成像系统400可以包括其它类型的透镜(例如，中继透镜、场透镜、镜筒透镜、柱面透镜、扩束器等)。

[0047] 将理解的是，图4所示的类似于落射荧光构造的成像系统400的构造只是一个实例。使各种光学组件可以以不同于图4中具体示出的方式相对于彼此布置或定位的其它构造可以适于实施本文中公开的主题。

[0048] 返回参考图2，除了定位在样品室256下方的(第一)光源406(图4)之外，在一些实施例中，在样品室256中可以设置有第二光源254。第二光源254可以用于从样品上方照射样品板116上容纳的样品。第二光源254可以定位在样品板116的上方，与定位在样品板116下方的物镜272相对。在这种情况下，激发光束是由第二光源254以初始强度生成的透射穿过样品的光束。由于样品中的吸收和/或散射，入射到样品上的光束被衰减，即，入射光束的强度降低。所得到的衰减光束是从样品传播穿过物镜272并到达照相机414(图4)的发射光束。如上所述，可以打开遮蔽件284以使得移液管吸头112能够进入选定的样品容纳部376，并且还使得能够通过提供移液管吸头112与物镜272之间的视线来对移液管吸头112进行成像。
为了适应吸头进入和成像操作，第二光源254可以被构造成在X-Y平面内移出该视线的路径，因此移出物镜272的视场。在一个实施例中，第二光源254可以被安装到遮蔽件284的下表面上。通过这种构造，当打开遮蔽件284时，第二光源254移出路径。

[0049] 现在将另外参考图5至图10来描述设备100的操作，包括用于从多个对象中挑取对象的方法。

[0050] 图5是与物镜272(的视场)光学对准的样品容纳部376(孔、皿等)的示意性正视图。样品容纳部376中容纳多个对象556。本实例将假定对象556是被支撑在(例如，粘附于)样品容纳部376的底部表面上的诸如细胞菌落等生物对象。如本领域技术人员所领会的，这样的对象556可以浸入适当的溶液中。此外，可以根据已知方法预先准备和处理这样的对象556，以准备用于挑取和分析。在一个实施例中，实施基于荧光的成像。基于荧光的信号的来源可以是来自对象556的自发荧光，或者是来自先前附着于对象556的荧光团的荧光。

[0051] 在对对象556进行成像之前，将样品容纳部376(或包括样品容纳部376的样品板116)装载到样品室256(图2)中。如果样品板116包括多个样品容纳部376，则选择样品容纳部376，并且操作样品台260(图2和图3)，以使选定的样品容纳部376移动成与物镜272光学对准。同样在对对象556进行成像之前，可以选择激发光的波长和/或发射光的波长。波长选择可以通过选择光源406(图4)的光源单元和/或激发滤光器422的激发滤光器单元和/或二向色镜426的二向色镜单元和/或发射滤光器430的发射滤光器单元的适当组合来完成。这可以例如通过如上所述操作一个或多个波长选择器来完成。另外，可以通过从物镜台450上设置的多个物镜中选择物镜272来选择图像的放大率。也可以操作物镜台450以使物镜272沿着Z轴移动以将物镜272聚焦在对象556上。

[0052] 然后，利用成像系统400(图4)对对象556进行成像。这通过操作光源406以生成(第一)激发光束510来完成。成像系统400的光学器件将激发光束510引导穿过物镜272和样品容纳部376的透明底部，从而照射对象556。响应于照射，对象556发射出发射光，物镜272将该发射光聚焦为(第一)发射光束518。成像系统400的光学器件将发射光束518引导至照相机414。

[0053] 照相机414接收发射光束518，并作为响应，将第一(电)输出信号输出至控制器140(图1)。控制器140根据需要处理第一输出信号以获取对象556的图像，该图像可以由用户在显示屏上查看。然后，控制器140对图像进行分析，以确定应从多个对象556中选定哪个对象进行进一步分析，并因此确定移液器108应挑取哪个对象。该分析可以基于多种因素，即分析(或细胞挑取)参数，诸如从对象发射的发射光的在特定波长处的最小阈值强度、形态学或形态学参数(例如，对象的大小、形状和形状因子)等。分析参数可以例如由用户经由由控制器140提供的图形用户界面(GUI)输入，或从控制器140的存储器或从可由控制器140访问的非暂时性计算机可读介质中取得等。

[0054] 图6是样品容纳部376中的对象556在X-Y平面上的示意图，并进一步示出了选定的对象560。一旦选定了对象560，控制器140就基于图像数据确定选定对象560的位置，并识别(或分配)在X-Y平面中与选定对象560的位置相对应的选定对象560的坐标位置(或地址)(例如，X1，Y1)。

[0055] 图7是样品容纳部376、物镜272和移液管吸头112的示意性正视图。样品容纳部376是与图5所示相同的样品容纳部376，其中容纳包括选定对象560在内的对象556。自从确定了选定对象560的坐标位置，不移动样品容纳部376，因此选定对象560保持在相同的坐标位置(X1，Y1)。在确定选定对象560的坐标位置之后，操作移液管头部292(图2)以移至样品容纳部376，并且具体地移至使移液管吸头112位于选定对象560正上方的位置。例如，基于选定对象560的已知坐标位置(X1，Y1)，控制器140(图1)可以将适当的控制信号发送至移液器机器人288，以沿着X-Y平面中的如下路径驱动移液管头部292：使得当移液管头部292到达该路径的末端时，移液管吸头112位于选定对象560的上方的名义(推定)对象挑取位置(例如，X2，Y2)处。

[0056] 在移液管吸头112到达名义位置(X2，Y2)之后，然后沿着Z轴移动(降低)移液管吸头112，直到移液管吸头112的远端214达到预定的(设定点)吸头高度为止。吸头高度是远端214的沿着Z轴的位置，该位置足够靠近选定对象560，以使得移液管吸头112能够将选定对象560抽吸到移液管吸头112的管腔中。吸头高度可以相对于任何合适的参考X-Y平面来定义。例如，吸头高度可以取为吸液管吸头112的远端214与样品板116的顶表面之间沿着Z轴的距离(图2和图3)。在实施例中，吸头高度为微米(μm)的量级。例如，吸头高度可以在10μm至100μm的范围内。设定点吸头高度可以是已经被预先确定为对于由设备100挑取对象最佳的吸头高度，其可以至少部分地取决于移液管吸头112的尺寸和型号。

[0057] 理想地，移液管吸头112在X-Y平面中的名义坐标位置(X2，Y2)应该与选定对象560的坐标位置(X1，Y1)确切地匹配。也就是说，移液管吸头112的远端214的中心(移液管吸头112的中心轴线)应该与选定对象560的中心确切地对准。然而，实际上，将存在移液管吸头
112和选定对象560的相应坐标位置的某种程度的未对准。图7以放大的比例示出了这种未对准。根据本公开，设备100被构造成部分地通过对移液管吸头112(的远端214)进行成像来检查和校正这种未对准。在典型的实施例中，移液管吸头112的成像是基于捕获从移液管吸头112反射的光，不过在其它实施例中，可以基于捕获从移液管吸头112由于自发荧光而发出的光。

[0058] 在对移液管吸头112进行成像之前，可以选择激发光的波长和/或发射光的波长。波长选择可以通过选择光源406(图4)的光源单元和/或激发滤光器422的激发滤光器单元和/或二向色镜416的二向色镜单元和/或发射滤光器430的发射滤光器单元的适当组合来完成。这可以例如通过如上所述操作一个或多个波长选择器来完成。典型地，用于照射对象
556的第一激发光510(图5)的波长不同于用于照射移液管吸头112的第二激发光710的波长。然而，取决于用于对对象556和移液管吸头112进行成像的相应方式(荧光、反射、透射)，在一些实施例中，第一激发光510的波长可以与第二激发光710的波长相同。

[0059] 为了对移液管吸头112进行成像，操作光源406(图4)以产生(第二)激发光束710，并且成像系统400的光学器件将激发光束710引导穿过物镜272以及样品容纳部376的透明底部，从而照射移液管吸头112(特别是其远端214)。响应于照射，移液管吸头112发射出发射光，物镜272将该发射光聚焦为(第二)发射光束718。成像系统400的光学器件将发射光束718引导至照相机414。照相机414接收发射光束718，并作为响应，将第二(电)输出信号输出至控制器140(图1)。控制器140根据需要处理第二输出信号，以获取移液管吸头112的图像，该图像可以由用户在显示屏上查看。然后，控制器140对图像进行分析，以基于图像数据确定移液管吸头112的位置，并识别(或分配)在X-Y平面中与移液管吸头112的位置相对应的移液管吸头112的坐标位置(或地址)(例如，X2，Y2)。

[0060] 控制器140然后将移液管吸头112的坐标位置(X2，Y2)与选定对象560的坐标位置(X1，Y1)进行比较，以判断在两个坐标位置之间是否存在位置误差(例如，ΔX，ΔY)或偏移。基于位置误差(假设发现了误差)，操作移液管头部292(图2)或支撑样品容纳部376的样品台260移动，直到移液管吸头112的坐标位置(X2，Y2)与选定对象560的坐标位置(X1，Y1)匹配为止，例如X1＝X2且Y1＝Y2，从而将移液管吸头112与选定对象560在空间上准确地处于同一位置。例如，基于所计算出的位置误差(ΔX，ΔY)，控制器140可以计算在X-Y平面中的误差路径，并且将适当的控制信号发送至移液器机器人288，以沿着该误差路径驱动移液管头部292，使得当移液管头部292到达该误差路径的末端时，移液管吸头112的坐标位置与选定对象560的坐标位置(X1，Y1)匹配，即，移液管吸头112与选定对象560正确地处于同一位置。作为替代方案，控制器140可以计算样品台260的误差路径。在这种情况下，控制器140可以将适当的控制信号发送至样品台机器人380(图3)，以沿着该误差路径驱动样品台260，使得当样品台260到达该误差路径的末端时，移液管吸头112与选定对象560正确地位于同一位置。在任一种情况下，移液管吸头112的经误差校正的坐标位置(例如，X2+ΔX，Y2+ΔY)都成为移液管吸头112的最终对象挑取位置。因此，在最终的对象挑取位置，移液管吸头112处于抽吸选定对象560的最佳位置。

[0061] 图8是在校正移液管吸头112与选定对象560之间的位置误差(ΔX，ΔY)之前的移液管吸头112和选定对象560的在X-Y平面中的示意图。相比之下，图9是根据本公开的在校正移液管吸头112与选定对象560之间的位置误差(ΔX，ΔY)之后的移液管吸头112和选定对象560的在X-Y平面中的示意图。

[0062] 如上所述，将移液管吸头112沿着Z轴移动(降低)到位于要挑取的对象560上方的预定设定点吸头高度。如同在移液管吸头112的X-Y定位的情况下，移液管吸头112的Z轴定位可能易于出错，即，从一个对象挑取操作到下一对象挑取操作缺乏精确的可重复性。在一些实施例中，设备100被构造成检查并校正移液管吸头112的Z轴定位中的位置差异，即，与规定的设定点吸头高度的偏差。因此，在获取移液管吸头112的图像之后，控制器140可以对移液管吸头112的图像进行分析，以测量实际的吸头高度，例如，移液管吸头112的远端214沿着Z轴距样品板116(图2和图3)的实际距离。吸头高度的测量可以基于例如图像对比度(例如，基于图像的自动聚焦)、可视化吸头端部的强度和尺寸(面积或直径)的组合等。控制器140然后可以判断在实际吸头高度(例如，Z2)与设定点吸头高度(例如，Z1)之间，即远端214距样品板116的距离与远端214距样品板116的设定点距离之间是否存在竖直位置误差(例如，ΔZ)。基于位置误差ΔZ(假定发现了误差)，可以操作移液管头部292(图2)移动，直到移液管吸头112沿着Z轴的坐标位置与设定点吸头高度Z1匹配为止，例如，其中Z2+ΔZ＝Z1。例如，基于所计算出的位置误差ΔZ，控制器140可以将适当的控制信号发送至移液器机器人288，以沿着Z轴驱动移液管头部292，直到实际吸头高度等于设定点吸头高度为止。

[0063] 在将吸液管吸头112在X-Y平面中正确地对准在选定对象560的上方之后，并且可选地在还正确地将吸液管吸头112定位在期望的吸头高度之后，然后可以操作移液器108(图2)以将选定对象560抽吸到移液管吸头112中。然后可以驱动移液管头部292以将移液管吸头112移动到任何期望的位置，诸如设置在平台104上的目标板120(图1)。在目标板120提供多个容纳部(例如，多孔板的孔)的情况下，移液管头部292可以将移液管吸头112移动成与目标板120的选定容纳部对准并将选定对象560从移液管吸头112分配到选定的容纳部中。如同在样品板116的情况下，目标板120所包括的每个容纳部可以是可独立识别或寻址的，使得所挑取的特定选定对象560可以在从样品板116捕获的图像与选定对象560在目标板120中的最终位置之间进行匹配。

[0064] 然后，如本领域技术人员所领会的，可以取决于应用对选定对象560进行进一步的分析或处理。为此，取决于实施例，可以通过任何合适的方式将目标板120从平台104输送到另一位置(分析仪器、反应室等)。

[0065] 在另一实施例中，样品板116也可以用作目标板，在这种情况下，不使用单独的目标板120。例如，样品板116的一半容纳部可以用于提供样品阵列，而同一样品板116的另一半容纳部可以用作挑取的对象560的目标位置。在这样的实施例中，移液管吸头112可以将挑取的对象560从样品板116的样品侧输送到目标侧，并将挑取的对象560分配到目标侧的选定容纳部中。

[0066] 对于相同样品容纳部376中容纳的其它对象和/或样品板116所包括的其它样品容纳部376，可以重复上述方法和操作。

[0067] 图10是类似于图5的与物镜272光学对准的样品容纳部376的示意性正视图，并且进一步示出了第二光源254。图10示出了替代实施例，其中从上方，即，从定位在对象556上方的第二光源254照射对象556。在这种情况下，对象556的成像基于透射。操作第二光源254以产生导向对象556的激发光束1010。激发光束1010透射穿过对象556，并且由于对象556内的吸收和/或散射，光的强度被衰减。衰减的光被物镜272收集并聚焦为发射光束1018。成像系统400的光学器件将发射光束1018引导至照相机414，从而使得能够如上所述捕获对象的图像。当随后如图7所示对移液管吸头112进行成像时，将第二光源254移出该路径，并且操作光源406(图4)以如上所述产生(第二)激发光束710。

[0068] 从前面的描述中可以明显看出，通过每次挑取对选定对象560和移液管吸头112本身进行成像，可以提高移液管吸头的定位准确度，从而使得移液管吸头112能够与选定对象560在空间上准确地处于同一位置。不管是否存在吸头之间的任何差异，都可以校正所产生的位置误差。可以通过操作移液管头部292(图2)或样品台260中具有较高的运动准确度和精度的一者移动来进行校正。另外，可以利用自动聚焦程序在Z方向上定位移液管吸头112，从而校正Z方向上的任何吸头之间的变化。代替依赖于找到移液管吸头112相对于机器人臂的定位，本文公开的实施例相对于待挑取的选定对象560定位移液管吸头112，这可以提高移液管吸头定位操作的精确度。此外，因为选定对象560和移液管吸头112都位于同一视场内，所以吸头检测与校正定位之间的“移动”幅度非常小，从而使得在其它情况下可能在从远程感测位置进行移动过程中发生的任何位置误差最小化。根据本公开提高移液管吸头定位准确度可以使得能够进行更一致的对象挑取，增加挑取成功率，并允许以增加的对象密度进行挑取。这样的优点可以具有如下能力：提供用于每个样品板116的更多的对象556、更少的实验室用具、更小的培养箱以及更高的生产量。

[0069] 图11是可以在本文公开的任何实施例中用作成像系统的一部分的波长选择器1100的实例的示意图。波长选择器1100包括支撑结构1104和安装到支撑结构1104上的多个光学元件1108。如本领域技术人员所领会的，支撑结构1104可以机械地关联到合适的马达(未示出)，该马达被构造成将支撑结构1104移动(转位)到选定位置。在本实施例中，选定位置是可通过使波长选择器1100转动(即，该波长选择器1100被构造成轮或转盘)而获得的角位置，如图11中的箭头所示。在任何给定的角位置处，光学元件1108之一处于激发光路和/或发射光路中。如上所述，光学元件1108可以是光源(例如，LED)、激发滤光器、发射滤光器、二向色镜或滤光器立方体。

[0070] 图12是可以在本文公开的任何实施例中用作成像系统的一部分的波长选择器1200的另一实例的示意图。波长选择器1200包括支撑结构1204和安装到支撑结构1204的多个光学元件1208。在该实施例中，波长选择器1200是可线性平移的，以使得能够将选定的光学元件1108定位在激发光路和/或发射光路中。为此，如本领域技术人员所领会的，支撑结构1204可以机械地关联到被构造成使支撑结构1204移动的合适的马达(未示出)。如上所述，光学元件1208可以是光源(例如，LED)、激发滤光器、发射滤光器、二向色镜或滤光器立方体。

[0071] 图13是系统控制器1300的非限制性实例的示意图，该系统控制器1300可以对应于上面所述且图1所示的控制器140。系统控制器1300典型地包括：基于电子系统的处理器1302，其可以表示提供总体控制的主电子处理器(例如，中央处理单元或CPU)；以及被构造用于专用控制操作或特定信号处理任务的一个或多个电子处理器(例如，数字信号处理器或DSP、专用集成电路或ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)、图形处理单元或GPU等)。系统控制器1300典型地还包括用于存储数据和/或软件的一个或多个存储器1304(易失性和/或非易失性类型)。系统控制器1300还可以包括一个或多个装置驱动器1306，一个或多个装置驱动器1306用于控制一种或多种类型的用户界面装置(用户输入装置1308和用户输出装置
1310)，并在用户界面装置与系统控制器1300的和用户界面装置连通的组件之间提供接口。
系统控制器1300还可以包括包含在存储器中和/或一种或多种类型的计算机可读介质1312上的一种或多种类型的计算机程序或软件。计算机程序或软件可以包含用于控制或执行本文公开的任何方法和操作的全部或部分的指令(例如，逻辑指令)。计算机程序或软件可以包括系统软件和应用软件。系统软件可以包括用于控制和管理系统控制器1300的各种功能(包括硬件和应用软件之间的交互)的操作系统(例如，Microsoft 操作系统)。特别地，操作系统可以提供可经由诸如显示屏等用户输出装置1310显示的图形用户界面(GUI)，并且用户可以与之交互使用诸如键盘或定点装置等用户输入装置1308。

[0072] 系统控制器1300还可包括一个或多个组件或模块(如可以体现在硬件、固件和/或软件中)，该一个或多个组件或模块用于控制或执行本文公开的任何方法和操作的全部或部分，包括格式化数据以通过GUI以图形形式进行演示。这些模块可以包括物料(样品/对象)跟踪器1314、移液器控制器1316、样品台控制器1318、光学系统控制器1320、图像处理器1322、对象分析器1324和位置校正单元1326。系统控制器1300可以根据需要协调各个模块的操作或功能，以执行本文公开的方法。系统控制器1300还可包括用于接收和读取(以及可选地写入)计算机可读介质1312的装置。物料跟踪器1314可以被构造成跟踪在一个或多个样品板116的特定容纳部中提供的特定样品的位置(地址或坐标位置)，以及已被输送到一个或多个样品板116或一个或多个目标板120的特定容纳部的选定对象560的位置。移液器控制器1316可以被构造成控制移液器108的移动以及对象挑取和分配操作。可选地，移液器控制器1316还可以代表用于控制移液管吸头移除装置136(如果提供的话)的控制器。样品台控制器1318可以被构造成控制样品台260的移动。光学系统控制器1320可以被构造成控制光学系统400的各个组件和操作，诸如光源406的激活和光源406的光源单元的选择/移动；照相机414的激活；物镜272的z轴聚焦和选择/移动；可能提供的激发滤光器422、二向色镜426和发射滤光器430或滤光器立方体438的各单元的选择/移动；以及旋转盘442(如果提供的话)的激活和移动。

[0073] 图像处理器1322可以被构造成基于从照相机414接收到的信号来获取对象和移液管吸头112的图像，从而允许用户在显示屏上查看图像并且使得系统控制器1300能够对图像进行分析。对象分析器1324可以被构造成选择或帮助用户选择要从样品中挑取的对象。为此，对象分析器1324可以基于诸如如上所述的对象挑取参数等的输入来执行一个或多个算法。位置校正单元1326可以被构造成(例如，基于图像处理器1322提供的数据)确定在移液管吸头112与选定对象之间在X-Y平面中是否存在位置误差(未对准)，并提供输出，使得系统控制器1300能够通过控制移液管吸头112的移动来校正X-Y位置误差。位置校正单元
1326还可包括吸头高度分析器，该吸头高度分析器被构造成(例如，基于图像处理器1322提供的数据)确定移液器112相对于容纳选定对象的样品板的高度是否存在(Z轴)位置误差，并提供输出，使得系统控制器1300能够通过控制移液管吸头112的移动来校正Z轴位置误差。

[0074] 将理解的是，图1和图13提供了与本公开一致的系统控制器140和1300及其相关组件的实例的高层级示意性描绘。根据实际实施的需要，可以包括其它组件，这些其它组件没有示出，但是本领域技术人员可以理解。还将理解的是，系统控制器140和1300在图1和图13中示意性地被表示为功能块，其旨在表示可以提供的结构(例如，硬件、电路、固件、软件、机制等)。各个功能块和信号链路已经被任意放置，仅出于说明的目的，并且不以任何方式进行限制。本领域技术人员将领会到，在实践中，系统控制器140和1300的功能可以以多种方式实现，而不必以图1和图13所示以及本文所述的确切方式来实现。

[0075] 将理解的是，本文描述的过程、子过程和过程步骤中的一个或多个可以由硬件、固件、软件或其中的两个或多个的组合在一个或多个电子或数控设备上进行。软件可以驻留在合适的电子处理组件或系统(例如，在图1和图13中示意性描绘的系统控制器140和1300)中的软件存储器(未示出)中。软件存储器可以包括用于实现逻辑功能(即，可以以数字形式(诸如数字电路或源代码)或以模拟形式(诸如模拟源，如模拟电、声音或视频信号)实现的“逻辑”)的可执行指令的有序列表。指令可以在处理模块内执行，该处理模块包括例如一个或多个微处理器、通用处理器、处理器的组合、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。此外，示意图描述了具有不受功能的体系结构或物理布局限制的物理(硬件和/或软件)实现的功能的逻辑划分。本文描述的系统的实例可以以各种构造来实现，并且可以作为单个硬件/软件单元中或单独的硬件/软件单元中的硬件/软件组件来操作。

[0076] 可执行指令可以被实现为存储有指令的计算机程序产品，当由电子系统(例如，图1和图13中的系统控制器140和1300)的处理模块执行时，该指令指导电子系统执行指令。计算机程序产品可以选择性地体现在任何非暂时性计算机可读存储介质中，以供指令执行系统、设备或装置(诸如，基于电子计算机的系统、包含处理器的系统或者可以选择性地从指令执行系统、设备或装置中提取指令并执行指令的其它系统)使用或与其结合使用。在本公开的上下文中，计算机可读存储介质是可以存储程序以供指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的任何非暂时性手段。非暂时性计算机可读存储介质可以选择性地是例如电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或装置。非暂时性计算机可读介质的更具体实例的非穷举列表包括：具有一根或多根导线的电连接部(电性)；便携式计算机磁盘(磁性)；随机存取存储器(电性)；只读存储器(电性)；可擦除可编程只读存储器，例如闪存(电性)；光盘存储器，例如CD-ROM、CD-R、CD-RW(光学)；和数字多功能光盘存储器，即DVD(光学)。请注意，非暂时性计算机可读存储介质甚至可以是纸或在其上打印有程序的另一种合适的介质，因为可以通过例如纸或其它介质的光学扫描来电子捕获程序，然后根据需要进行编译、解释或以适当方式进行其它处理，然后存储在计算机内存或机器内存中。

[0077] 还应理解的是，如本文所使用的，术语“信号连通”或“电连通”是指两个或更多个系统、装置、组件、模块或子模块能够经由在某种类型的信号路径上传播的信号彼此连通。信号可以是通信、功率、数据或能量信号，可以沿着第一和第二系统、装置、组件、模块或子模块之间的信号路径将信息、功率或能量从第一系统、装置、组件、模块或子模块传输到第二系统、装置、组件、模块或子模块。信号路径可以包括物理、电气、磁性、电磁、电化学、光学、有线或无线连接。信号路径还可以包括在第一和第二系统、装置、组件、模块或子模块之间的附加系统、装置、组件、模块或子模块。

[0078] 更一般地，诸如“进行连通”和“与……连通”等的术语(例如，第一组件“与”第二组件“进行连通”或“与第二组件连通”)在本文中用于指示两个或更多个组件或元件之间的结构、功能、机械、电、信号、光学、磁性、电磁、离子或流体关系。这样，一个组件被说成与第二组件连通这一事实并不旨在排除在第一和第二组件之间可能存在其它组件和/或与第一和第二组件可操作地关联或接合的可能性。

[0079] 将理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，以上描述仅出于说明的目的，而非出于限制的目的，本发明由权利要求书限定。

标题	发布/更新时间	阅读量
焊接线选定方法-专利编号CN102317024B	2020-05-13	366
伺服选定系统-专利编号CN103430115A	2020-05-11	166
电机选定装置-专利编号CN108574380A	2020-05-12	876
伺服选定系统-专利编号CN103430115B	2020-05-13	905
选定装置、选定方法及选定程序-专利编号CN110557971A	2020-05-11	519
马达选定装置-专利编号CN104396140B	2020-05-12	668
马达选定装置-专利编号CN104396140A	2020-05-13	769
焊接线选定方法-专利编号CN102317024A	2020-05-11	1007
空调机选定系统-专利编号CN110546437A	2020-05-11	62
橡胶的选定方法-专利编号CN109073521A	2020-05-12	945

具有基于成像的移液管吸头定位的对象挑取设备

具有基于成像的移液管吸头定位的对象挑取设备

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