23、机器人与激光辅助生物样本制备：集成直观系统的开发

机器人与激光辅助生物样本制备：集成直观系统的开发

1. 引言

在生物样本制备领域，传统上对于小尺寸生物样本的处理，常采用手术刀等机械工具进行手动操作。这种方式具有工具成本低、易获取、无需特殊培训且操作相对快速的优点，同时灵活性高，能处理多种类型和几何形状的组织。然而，其缺点也十分明显，包括切割精度低、重复性差，以及由于高相互作用力和机械应力导致的周围组织损伤。

近年来，激光技术在生物医学领域的应用日益广泛，利用激光代替机械工具进行切割成为一种有前景的替代方案。激光切割具有对周围组织损伤小、切割质量高等显著优势。但激光辅助生物样本制备也面临诸多挑战，如可靠控制消融过程，这需要精确匹配组织光学特性、激光脉冲持续时间、波长和辐照度等参数；此外，还需解决精确自动样本定位、直观用户界面、全面安全功能以及各组件实时同步等工程问题。

本项目旨在开发一种集多功能与易用性于一体的激光生物样本制备系统，让非技术人员也能轻松完成实验所需的样本制备，从而有更多时间投入科学研究。

2. 方法

2.1 硬件设计

系统硬件主要分为样本定位和样本消融两个组件组，通过控制系统确保它们精确同步。
- 样本定位组件组 ：要求高精度（<1 µm）和足够大的工作空间（三维均>5 cm）。采用基于显微镜载物台（H101A）、实验室千斤顶（L490/M）和低压伺服电机（AM8111）的定制设计机器人载物台，具备高刚性、低间隙，能满足精度和工作空间要求。
- 样本消融组件组 ：需能可控地消融硬组织和软组织，且不损伤或碳化周围组织，同时要能在液体环境中工作