CN100338989C

CN100338989C - 制造人造种子的方法和系统

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Publication number: CN100338989C
Application number: CNB2005100823245A
Authority: CN
Inventors: 埃德温·平原
Original assignee: Weyerhaeuser Co
Current assignee: Weyerhaeuser Co
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: BRPI0502195B1; US7568309B2; AU2005201786B2; AU2005201786A1; CA2505193C; CN1714614A; US20060032121A1; BRPI0502195A; CA2505193A1

Abstract

本发明提供一种制造人工种子(20)的方法。该方法包括将种子壳(22)输送到培养基填充台(300)并且将培养基(26)设置到该种子壳内。该方法还包括将该培养基密封(28)在该种子壳的一端内，将一个胚(42)设置在该种子壳内，并将该胚密封(44)在该种子壳内。

Description

制造人造种子的方法和系统

技术领域

本发明一般涉及人工种子，更具体而言是涉及一种制造人造种子的方法和系统。

背景技术

业已表明，对于某些物种，植物的无性繁殖产生大量的基本相同的胚(embryo)，每个胚都能够成长为正常的植物。这种胚通常必须在实验室条件下进一步培养直到它们达到自养的“实生苗”状态，自养实生苗的特征是能够通过光合作用产生它们自己的养分、抵抗干旱、产生能够穿进土壤的根并抵御土壤微生物。一些研究人员已经用称之为人造种子的人工种子的生产进行了试验，其中单个植物的体细胞胚或合子胚放在一个种皮中。这种人造种子的例子公开在授予Carlson等人的美国专利第5701699号中，其公开内容通过参考直接结合于此。

通常人造种子包括种子壳，合成配子体以及植物胚。不包括植物胚的人造种子在现有技术中称为“种子坯料”(seed blank)。种子坯料通常放置在具有开口端和封闭端的圆柱形容器(capsule)内。合成配子体放置在种壳内以基本填满种壳的内部。通常称为子叶约束物的纵向延伸的坚硬多孔插入物可以居中地位于合成配子体内并包括对中定位的空腔，其部分地延伸通过该子叶约束物的长度。该空腔的尺寸做成在其中接纳植物胚。众所周知的植物胚包括胚根端和子叶端。植物胚在子叶约束物的空腔内优先设置于子叶端并且由至少一个端部密封件密封在种子坯料中。在该端部密封件中有弱化点，其允许该胚的胚根端穿透该端部密封件。

当前，种子壳由手工制造并且由截断的、例如细管的管子形成，并且处理该管子部分，以增强其经受暴露于环境中的能力。一种这样的种子壳由具纤维材料的截断的细管制造，并且然后用蜡涂覆得到的细管部分。一种用于进行蜡涂覆的合适的方法是将细管部分浸入蜡池中。然后将该细管部分从该蜡池中取出，并且然后使蜡变硬以密封该细管部分。

植物胚在种子皮内的输运利用基于液体的输送系统来通过人造种子生产线移动植物胚。在这种基于液体的输送系统中，植物胚被放置在液体容器内以将它们取向成相同的方向。使植物胚浮在该容器顶部，使每个胚向上浮在该容器内，子叶端优先。从该容器的顶部，使用另外的液体向容器外面驱动该植物胚，同时保持它们的子叶端优先取向。然后用液体输送该植物胚通过其余的人造种子生产线步骤。该胚用手工选择并且插入种皮中。其后，该胚被密封在种皮内，结果得到适合种植的人造种子。

虽然这种人造种子系统在生产人造种子时是有效的，但是它们不是没有问题。作为非限制性的例子，由于这种人造种子主要是由人控制的，所以这种种子昂贵，劳动强度大并且生产的种子质量较低。

因此，需要有一种生产人造种子的方法和系统，其能够以较低的成本可靠地生产大量人造种子，并将损坏或污染植物胚的危险减至最小。

发明内容

在具有用于自动组装的装置和在多个组装工作台之间输送人工种子的装置的材料处理系统中，提供制造人工种子的方法，其中该多个组装工作台设置成基本串行的布局。该方法包括将种子壳输送到培养基填充台并将培养基设置在该种子壳内。该方法还包括将该培养基密封在该种子壳的一端内。根据本发明的另一个实施例，该方法还包括在将种子壳输送到培养基填充台之前将种子壳与约束物相连接。另一个实施例还包括在将种子壳与约束物相连接之前将约束物放置到一个插孔(receptacle)上，在再一个实施例中，该方法还包括使该培养基改变状态。

还提供一种用于自动组装并在多个组装工作台之间输送人工种子的材料处理系统，该多个组装工作台设置成基本串行的布局。该材料处理系统包括具有用于选择性地约束并输送种子壳的装置的输送组件，和与该输送组件选择地连通的培养基填充台。该材料处理系统还包括与该输送组件选择性地连通的第一端密封形成部分，和与该输送组件选择性地连通的胚供给台。

在本发明的又一个实施例中，材料处理系统包括与该输送组件选择性地连通的第二端密封形成部分。还有，与该输送组件连通以冷却种子壳的冷却器也是本发明另一个实施例的合适部分。

根据本发明的各种实施例制造人工种子的方法和系统与当前的方法相比具有许多优点。由于本发明的方法和系统基本上将该组装过程的各个部分合并在一个位置，因此操作较简单。还有，因为这种方法和系统是自动化的，减少了制造和组装人工种子所需要的手工劳动，因此比现有的系统便宜。

因此，根据本发明的各种实施例制造人工种子的方法和系统具有高度可靠性并且能够以较低的成本批量生产人工种子。

附图说明

通过参考下面结合附图的详细描述，本发明的前述方面和附带的优点将变得更好理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例制造的人造种子；

图2是根据本发明的一个实施例构造的材料处理系统的等轴测图；

图3是图2的材料处理系统的死端密封组件；

图4是方块图，示出用于图2的材料处理系统的胚供给系统的各部件；

图5是用于图2的材料处理系统的胚供给系统的局部侧视平面图；

图6是图5的胚供给系统的一套微型镊子的透视图，示出该微型镊子提取合格的胚；

图7是根据本发明的另一个实施例构造的胚供给系统；

图8是根据本发明的各种实施例用于制造并连接端部密封件到人造种子上的装置的透视图；

图9是图8的装置的侧剖视平面图，示出处于打开位置的该装置；

图10是图9的装置的侧剖视平面图，示出处于夹紧位置的该装置；

图11是图10的装置的侧剖视平面图，示出根据本发明的一些实施例的包壳(enclosure)的形成；

图12是图11的装置的侧面剖视平面图，示出根据本发明的一个实施例的包壳与人造种子的连接；

图13是图10所示装置的侧面剖视平面图，示出根据本发明的另一个实施例的包壳的形成；

图14是图13的装置的侧面剖视平面图，示出根据本发明的另一个实施例的包壳与人造种子的连接；

图15是根据本发明的另一个实施例构造的材料处理系统顶视平面图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的一些实施例构造的人造种子20。该人造种子20包括圆筒形帽盖22，种子壳24，诸如配子体的营养培养基26以及死端密封件28。该种子壳24适于由管状材料段形成。在一个实施例中，该种子壳24是诸如纸的具纤维材料的截断的细管。该细管部分可以在诸如蜡的合适涂覆材料中预处理。在其他实施例中，种子壳24用生物可降解的塑料材料形成。应当明白，虽然截断的管子是优选的，但是，其他实施例，诸如获得用作人造种子的适当尺寸的管子也属于本发明的范围内。

圆筒形帽盖22用诸如陶瓷材料的具有足够强的硬度的多孔材料适当地制造，以承受发芽的胚的刺扎或折断，该圆筒形帽盖22包括端部密封部分30和子叶约束部分32。该子叶约束部分32是适当的一体地与或单个地用端部密封部分30形成。该圆筒形帽盖22还包括延伸通过端部密封部分30并局部地通过子叶约束部分32一端的纵向延伸的空腔34。该空腔34的敞开端称作子叶约束开口36。该空腔34的尺寸做成在其中容纳植物胚(未示出)。

在一些实施例中，由于圆筒形帽盖22是用多孔材料适当地制造，希望用阻挡层材料涂覆该圆筒形帽盖以减小水分损失速度或减少微生物的进入。这种阻挡层材料包括蜡、聚氨酯、釉料、指甲油以及Airproducts Aieflex 4514销售的涂料。

端部密封部分30从顶视平面图看时是适当的圆形并包括侧壁38。虽然圆形是端部密封部分30的优选实施例，但是其他实施例和形状，例如多边形、正方形、长方形、卵形以及其他形状也属于本发明的范畴。

在图1的实施例中，侧壁38由端部密封部分30的厚度形成并且其直径基本上等于种子壳24的内径。在一些实施例中，圆筒形帽盖22通过加热粘接到种子壳24上。作为非限制性的例子，在制造时，圆筒形帽盖22可以被加热到预定温度，使得当种子壳24和圆筒形帽盖22结合时，在圆筒形帽盖22和种子壳24之间传递的热要么使种子壳24熔化，要么使圆筒形帽盖22熔化，或者使该两者熔化，从而将两者粘接在一起。将圆筒形帽盖22粘接于种子壳24的其它方法，例如蜡粘接或热胶熔接也属于本发明的范畴。

参考图1可以清楚地看到，侧壁38可以包括锥形部分40。该锥形部分40可以是端部密封部分30一端的倒角。该锥形部分40在制造时有助于将圆筒形帽盖22组装到种皮24上。虽然锥形部分40是优选的，在其它实施例中，不包括锥形部分的圆筒形帽盖也属于本发明的范畴。胚40设置在空腔34中并且由活端密封件适当地密封在其中。

下面将详细描述根据本发明当前实施例的制造人造种子的方法和系统。从图2可以清楚地看到用于自动组装并在多个组装台之间输送人造种子的材料处理系统60。该材料处理系统60包括输送组件100、圆筒形帽盖和种子壳连接组件200，以及组合培养基分配器和冷却器组件300。材料处理系统60还包括死端密封形成组件400、胚供给系统500、活端密封形成组件600，以及人造种子取出组件700。

该输送组件100包括圆盘传送带110，其由延伸通过平台116的心轴114有效地连接于驱动组件112。该驱动组件112是合适的、悉知的电机，例如步进电机或悉知的交流或直流电机。该心轴114是在该驱动组件112和保持板118之间延伸的合适的圆杆。心轴114由悉知的轴承(未示出)连接于保持器118。

设置在该保持板118周围的是多个从该保持板118径向向外延伸的臂120。夹紧装置122可选择性地运行以在该材料处理系统60的各工作台之间夹紧和松开人造种子20。当臂120连接于保持板118时，其基本以圆形布局设置。虽然臂的圆形布局是优选的，但是其它顺序的布局，例如卵形和基本线性布局也属于本发明的范畴。

下面仍然参考图2详细描述圆筒形帽盖和种子壳连接组件200(“连接组件200”)。该连接组件200包括圆筒形帽盖操作组件210和种子壳操作组件212。该圆筒形帽盖操作组件210包括供料臂220以及第一和第二机械手臂222和224。该供料臂220适当地连接于装有多个圆筒形帽盖22的容器(未示出)。圆筒形帽盖存储在该容器内并供给到供料臂220中，使得圆筒形帽盖22的子叶约束部分32向上定位。

该供料臂220包括从该容器延伸的桥形件226。该桥形件226和容器适当地，但不是必须地，被加热，以将该圆筒形帽盖22加热到预定温度。希望该圆筒形帽盖22被加热，以使得当该圆筒形帽盖22连接于种子壳时，该圆筒形帽盖22和种子壳通过热熔化结合在一起。

该第一机械手臂222是适当地液动操作的机构，其包括有效地连接于该第一机械手222的镊子组件228。该镊子组件228运行以选择性地从桥形件226提取圆筒形帽盖并将其放置该第二机械手臂224的部分上。第一机械手臂222沿箭头230所示的方向在桥形件226和第二机械手臂224之间旋转。

第二机械手臂224是适当地液力操作的机构并包括连接于该第二机械手臂224一端的圆筒形帽盖保持板232。该圆筒形帽盖保持板232包括向上延伸的销234，其尺寸做成插入该圆筒形帽盖22相应形状的空腔34中。第二机械手臂224选择性地旋转到与种子壳操作组件212连接并由箭头236表示。

种子壳装操作件212包括具有镊子组件252的臂250，该镊子组件252有效地连接于该臂250的一端。该镊子组件252与第一机械手臂222的镊子组件228一样，是适当地可控制的拾捡装置，适于从容器(未示出)中选择性地提取种子壳。该种子壳装操作件212在圆筒形帽盖22上方定位种子壳24。在被定位时，臂250选择性地向下移动该种子壳24，使得该圆筒形帽盖22被接纳在该种子壳24内。镊子组件252然后松开该种子壳24，并且臂252向上升高并离开现在结合的圆筒形帽盖22和种子壳24。如上所述，该圆筒形帽盖22和种子壳24通过热熔化结合在一起。

虽然优选臂250和252向下驱动或者提取圆筒形帽盖22或者将种子壳24放置为与圆筒形帽盖接触，但是应当明白，其它方法，例如移动该材料处理系统60的其它部件也属于本发明的范畴。还应当明白，虽然材料处理系统60优选具有圆筒形帽盖操作组件210和种子壳操作组件212，但是这些组件对于该系统的运行可是选择的。作为非限制性的例子，种子可和圆筒形帽盖可以在与材料处理系统分开的位置预先组装，使得已经包括设置在其内的圆筒形帽盖的种子壳可以由输送组件100或等效装置提取。因此，这种实施例也是属于本发明的范畴。

现在连接的圆筒形帽盖22和种子壳24由输送组件100的一个臂120的夹紧装置122从圆筒形帽盖和种子壳组件200中选择性地提取。部分组件种子坯料被输送到组合培养基分配和冷却组件300。

该组合培养基分配和冷却组件300包括填充臂310、与该填充臂310流体连通的分配喷嘴312，以及冷却装置314。该填充臂310有效地连接于装有液体配子体的容器(未示出)。该分配喷嘴312适当地位于延伸通过该冷却装置314的孔316的上方。虽然本实施例将分配喷嘴312描述为位于靠近延伸通过该冷却装置314的孔316，但是其它实施例，例如分配喷嘴312位于该冷却装置314的前面也属于本发明的范畴。

当种子壳24位于该分配喷嘴312的下面时，预定量的配子体26选择性地分配进该种子壳24的开口端中。分配进该种子壳中的配子体的确切的量根据种子壳的容积而变化。在一个优选实施例中，包含圆筒形帽盖22的种子壳24用预定量的配子体26填充，该预定量少于该圆筒形帽盖22设置在该种子壳24内之后可得到的总的容积。

作为非限制性的例子，设置在种子壳24内的配子体26的预定量大约是10mm³到50mm³，少于装有圆筒形帽盖的种子壳的可得到的总的容积。确定确切的容积以使死端密封件28能够连接于所得到的人造种子20。因此，预定量的配子体26在组装工作台分配进种子壳24之后，该材料处理系统60选择性地进一步将该种子壳24移动到该组合培养基分配和冷却组件300的冷却装置314内。

该冷却装置314是悉知的冷却装置并且为了便于说明仅示出一部分。该冷却装置314包括冷却箱318，当它移动通过该组合培养基分配和冷却组件300时它基本上将种子壳24包围起来。该冷却装置314加速该种子壳24内的配子体26的状态变化。具体说，该冷却装置314加速该配子体26从基本上液体状态向凝胶体状态变化。还有，对于这些实施例该冷却装置314有助于该圆筒形帽盖22在该种子壳24内的粘接，其中该圆筒形帽盖22和种子壳24连接在一起作为该种子坯料20制造过程的一部分。

在配子体26被分配到种子壳24中之前，该种子壳24通过该冷却装置314部分，从而加速该种子壳24和圆筒形帽盖22结合的速度。虽然冷却装置314预冷该组合种子壳和圆筒形帽盖是优选的，但是其它实施例，例如使种子壳和圆筒形帽盖在环境条件下粘接也属于本发明的范畴。还有，组合培养基分配和冷却组件300是该材料处理系统的可选择的部件，因此，不包含这种组件的材料处理系统的其它实施例也属于本发明的范畴。

在冷却循环已经完成之后，输送组件100被选择性地驱动到死端密封形成组件400。在到达之前，或可选地，当种子壳24移动到死端密封形成组件400之前，该臂120如箭头320所示将该种子壳24旋转180°。该死端密封形成组件400包括诸如蜡的端部密封形成材料412的容器410。该容器410适当地连接于浸入臂机构416。该容器410是充满端部密封形成材料412的管状结构并且被加热装置(未示出)适当地加热以使该端部密封形成材料412基本保持为液体状态。

该浸入臂机构416是气动或液压致动的机构并且其运行以在装载位置和升高操作位置之间移动容器410，其中，预定位的种子壳24的一端部分地浸没在该容器410中。这基本上由箭头418指示。

在升高位置，该这种子壳24的开口端(未示出)进入该死端密封材料412中一段预定的时间。当种子壳放置在该容器410内时，该端预定的时间、所用的端部密封形成材料412以及死端形成材料412的温度都将影响得到的死端密封件28的形状和厚度。可以改变每个前述参数以控制该死端密封件28的形状和厚度。

作为非限制性的例子，如果种子壳24浸泡在端部密封形成材料412中的一段时间超过为了使端部密封形成材料412粘接该种皮24的开口端所需要的时间，那么该死端形成材料412流到该种皮24的端部，形成乳头状突起。

种皮24浸泡在容器410中的时间长度通过观察确定。具体说，在种皮24从容器410中取出之后，观察得到的死端密封件28以确保在死端密封件28和该种皮24之间形成适当的密封。在本发明的一些实施例中，该预定的时间段可以在0.1秒和50秒或以上的范围内。在另一个实施例中，该范围是0.1秒和8秒。在又一个实施例中，种皮24浸入端部密封形成材料412中在0.5到5秒的范围内。在再一个非限制性的实施例中种皮24浸入端部密封形成材料412中1秒钟。本领域的技术人员应当明白，该浸泡时间可以比上述提到的时间短或长，因此，比它们短或长的时间也属于本发明的范畴。

业已发现，种皮24浸入端部密封形成材料412中的时间、种皮24浸入该端部密封形成材料412中的深度，以及该端部密封形成材料412的密度和温度，所有的组合以确定死端密封件28是否形成并且确定该死端密封件28的形状。因此，调节诸如种皮24浸入端部密封形成材料412中的时间的各种参数，可以得到各种厚度和形状的死端密封件28。

在种皮24浸入端部密封形成材料412中预定的时间段之后，从该容器410中取出该种皮24。然后从该种皮24滴下并滴去端部密封形成材料412并使余下的端部密封形成材料412变硬以密封该种皮24的开口端。该端部密封形成材料412形成连接该种皮24的侧壁和端部的孔塞。

下面将参考图4-7详细描述胚供给组件500。正如在图4中清楚地看到的，该胚供给系统500包括胚定向组件510和传输组件512。胚供给系统500还包括具有计算机516或其他通常的计算装置的控制系统514。该控制系统514向组件510和512发送并从其接收控制信号，用于使胚供给过程自动化。

下面将参考图5和图6详细描述定向组件510。该定向组件510包括X-Y旋转定位台520(“定位台520”)。该定位台520选择性地在两维中直线运动并绕与直线运动方向正交的轴线旋转。具体说，该定位台520可沿X方向选择性地前后定位，沿Y方向从一侧到另一侧，以及绕Z轴旋转以产生角位移。在本发明的一个实施例中，定位台520可以由一个沿X方向，一个沿Y方向、型号为F55-332的两个线性运动台和一个型号为F55-327的旋转运动台组装，这些都可在市场上从新泽西州，Barrington市的Edmund Industrial Optics公司买到。

位于定位台520顶部的是支撑表面522，例如平皿(Petri dish)，其上有多个胚42随机地定向。该胚42可以由技术人员手工地或通过人造种子生产线的自动化方法随机地放置在支撑表面522上。

胚定向组件510还包括成像系统524或用于获得植物胚42的属性的其他合适的系统。该成像系统524可以获得任何数目的植物胚的属性，例如尺寸、形状、轴向对称。子叶形状或发育，表面纹理、颜色等。在一个实施例中，该成像系统524或者获得尺寸，或者获得尺寸和形状的量度，并根据这些量度将胚分为不合格的或合格的植物胚。为了分类作合格的胚，该胚42的量度应当在足够的公差范围内指示胚42安装在人造种子20的配子体约束物开口36中。

虽然使用如图所示的和描述的成像系统524在本发明一个实施例是优选的，但是本领域的技术人员应当明白，在其他实施例中不需要成像系统524。作为非限制性的例子，根据本发明形成的材料处理系统接收所有的胚，无论这些胚是否合格。结果，这种实施例也属于本发明的范畴。

前述属性首先由成像系统524获得，然后，如果需要，将该植物胚42的图像用悉知的数字成像照相机526数字地存储。该获得的并数字地存储的图像然后由用控制系统514的计算机执行的软件程序处理。该软件程序对每个植物胚进行量化确定并根据确定的参数，在这种情况下即尺寸和形状，形成并存储合格的植物胚，现在称之为合格的胚528。

此外，处理由数字图像照相机526所取的图像，用于选择胚属性，该软件程序还确定外部胚属性，在这种情况下，是与每个单个的合格的植物胚528相关的位置信息。由于每个生长培养基接纳单个的合格胚，可以理解，或者包括尺寸，或者包括尺寸和形状的选择标准将取消可能出现在支撑表面上的胚组或胚群的资格。

在另一个实施例中根据另外的标准，例如表面纹理、颜色、或IR吸收或反射、Beta射线的吸收、轴向对称性以及子叶发育或任何其他能够用照相机类的检测装置测量的属性，植物胚42可以是合格的或者被确定为适合发芽的。为此，数字成像照相机获得并数字存储的图像可以发送到控制系统514的计算机516中，并且可以由分类软件程序处理，例如公开在1999年6月1日提交名称为体细胞胚的分类方法申请号为PCT/US99/12128的PCT申请中的软件程序处。该软件程序对植物胚进行量化确定并根据预定的参数，定义并储存合格的植物胚。

应当明白，其他的分类方法和系统也可以应用于本发明用于选择合格的胚。例如，该胚可以用多级筛选法分类，这种方法公开在2003年6月30日提交的发明名称为用于获得并多级筛选植物胚的自动化系统和方法的同时待审查的美国专利申请第10/611756号中，其公开的内容通过参考直接结合于此。此外，胚可以用光谱分析法，例如IR光谱、NIR光谱或Raman光谱分析法分为合格的，该方法公开在1999年6月1日提交名称为体细胞胚的分类方法、申请号为PCT/US99/12128的PCT申请中。这些分类方法可以应用于胚的任何吸收、透射或反射光谱，以根据它们的化学成分分类该胚。

可以用于本发明的利用Raman光谱对胚进行分类的其它方法公开在2003年6月30日提交的发明名称为利用Raman光谱对植物胚进行分类的同时待审查的美国专利申请第10/611530号中，其公开的内容通过参考直接结合于此。而且，位于植物胚的子叶端的顶端圆顶可以是三维成像并解析的，用于将胚分类为合格的。植物胚的子叶端的顶端圆顶三维成像的一些方法公开在2003年6月30日提交的发明名称为用于三维成像植物胚的顶端圆顶的方法和系统的同时待审查的美国专利申请第10/611529号中，其公开的内容通过参考直接结合于此。

根据为每个合格胚528确定的位置信息，该合格的胚528被通过定位台52移动到由传输系统512提取的已知的提取位置而一次定向一个。然后，该合格的胚528由传输系统512提取，并且正如下面将要详细描述的随后插入种子壳24中。在所示的实施例中，该合格的胚528随后定向在提取位置以便每个合格的胚528可以以其与X方向对齐的子叶端被抓住，如图6清楚地所示。

根据本发明的一方面，为提取而选择的合格胚528的排队次序可以明确地确定用于改善胚提供过程的处理量，从支撑表面522提取合格胚528的次序可以由任何数目的处理量增强程序确定。在该优选实施例中，处理量增强程序由计算机516执行，该计算机516存储由成像系统524获得的位置信息并由计算机516处理，以根据该合格胚的相对位置选择合格胚的提取次序。

在运行中，该程序首先从以角度或弧度表示的旋转位置的合格胚开始区分所有合格胚528，该旋转位置最接近定义的参考位置，例如定位台的缺省位置设置。接下来，该程序控制定位台520，以顺序地定向合格胚528以便根据区分的旋转位置信息由传输组件512提取合格的胚528。

下面将参考图5详细描述该传输组件512。该传输组件512包括传输装置540，其能够以受引导方式沿轨道542可选择地移动。该传输装置的可选择的移动可以由悉知的线性致动器，例如电动的线性螺纹或气动活塞和汽缸装置(未示出)产生，并且由控制系统514控制。该产生装置540可以包括壳体544，其具有从该壳体544沿Y轴延伸的电动旋转轴546。

该旋转轴546在图5中用虚线所示提取位置(最左面)和图5中最右面所示的释放位置之间是可选择地旋转的。与用于旋转运动的该旋转轴546连接的是延伸件548。连接于该延伸件548末端的是微型镊子550。

如图6清楚地所示，该微型镊子550包括臂552，微型镊子端头554(“端头554”)连接该臂552。端头554优选以例如30度的一个角度连接于该臂552，以便于提取并释放合格的胚528。微型镊子550可以用蚀刻硅或类似方法制造。应当理解，所设想的尺度的硅是能够弯曲的。

端头554在打开位置(图6虚线所示)和闭合位置之间是可移动的，在打开位置该端头554之间的空间足以在其之间接纳合格胚528，而在闭合位置该端头554夹紧合格胚528。端头554构造成形成接触表面，该表面的尺寸做成对由接触该端头554的胚的水分所产生的张力影响最小。具体说，端头554构造成具有合适的接触面积使得当该微型镊子550被驱动到打开位置时能够释放该合格胚528，并在释放之前该合格胚528的转动或移动最小。

在一个实施例中，该接触面积的大小做成使得当该微型镊子550被驱动以释放合格胚528时，合格胚528的重量克服其之间的表面张力，这又从该微型镊子分离合格胚528。在另一个实施例中，每个端头554上的接触面积为大约10-100微米宽，约2毫米高。应当理解，由于该胚的尺寸、形状和表面曲率，该2毫米高只有很小一部分真正接触合格胚，优选在远端接触。用于本发明的微型镊子可以在市场上从MEMS精密仪器公司(http://www.memspi.com)买到。

在运行中，一旦定位台520将一个合格胚定向成提取位置之后，该传送组件512提取该合格胚528。为此，该传送装置540沿轨道542移动并且该微型镊子550通过旋转轴546旋转到图4虚线所示的提取位置。该微型镊子550随着传输装置的移动可以同时旋转到提取位置，或在该传输装置540移动之后旋转到该提取位置。

一旦到达提取位置，微型镊子550从图6虚线所示的打开位置被驱动到闭合位置以夹紧合格胚528。该微型镊子550可以用多种不同的方法驱动到闭合位置，但是，在该优选实施例中，通过在本领域悉知的对臂552施加电流，该微型镊子550被驱动到闭合位置，并且由计算机516控制。类似地，如果希望，正如本领域所知通过断开对该臂施加的电流，该微型镊子550可以被驱动到打开位置。

在合格胚528从支撑表面提取之后，该传输装置540沿轨道542移动到第二释放位置，同时，沿着由箭头556所示并与提取位置相反的方向同时地旋转该旋转轴546。由于微型镊子550和将被提取的合格胚528的尺寸小，因而成像照相机526可以连续地运行，以经由计算机516提供反馈控制信息来重定位定位台520和/或控制该微型镊子550的驱动。

虽然传输装置540被示为沿轨道514线性移动，但是应当理解，用于将合格胚528从提取位置传输到释放位置的其他方法也是可以的。例如，该传输装置540可以采用机械手旋转臂，其可以绕Z轴旋转以将微型镊子550在这种已知的位置之间移动。此外，应当理解，壳体544可以是机械手壳体，能够沿X、Y和Z方向移动并且绕Z轴旋转。这种传输装置的机械手壳体可以与定位台520一起使用或单独使用，该定位台用于定位微型镊子550以提取合格胚528。

虽然示于图5的实施例中的并在这里描述定位组件510采用定位台520，但是，应当理解，可以使用其他定位组件。例如，如图7中清楚地所示，合格胚可以从常规的运送皮带560上提取。在这个实施例中，该合格胚或者预定向在输送皮带560以便用这里公开的传输组件512夹紧，或者传输组件512可以采用用于相对于合格胚定位该微型镊子的多方向和旋转的机械手壳体。此外，为将合格胚在提取位置定位在充分的取向上，胚供给系统500可以采用公开在申请号为PCT/US00/40720(WO 01/13702 A2)的PCT申请中定向和成像系统，，所公开的内容通过参考直接结合于此。

还有，应当理解，合格胚不必在上面描述的释放位置直接插入人造种子皮。而是，合格胚可以在所希望的位置或定向插入临时的运输用容器，或释放在不同的表面上。该表面可以是临时存储位置或可移动的表面，例如传送皮带，可移动的织物，或定向台等。

通过参考图4-6胚供给系统500很容易理解。从胚胎发生生产线或者用手工，或者通过自动化的方法提供多个胚142，并且随机地放置在定位台520的支撑表面522。其次，如果必要，成像照相机526需要并数字化地存储图像，该图像将用来确定任何胚42是否能够被认为是合格的，以放置在种子壳24中。

如果胚42是合格的以放置在人造种子中，那么确定每个合格胚528的位置信息并用于组装胚提取队列。在本发明的一个实施例中，区分合格胚528并用旋转坐标信息设置成队列。一旦控制系统514或者用或者不用处理量增强程序生成提取队列，第一个合格胚528通过由控制系统514发送的控制信号由定位台520定向在精确的提取位置。

在将合格胚528定向在提取位置的同时或其后，控制系统514发送控制信号给传输装置540，使传输装置540移动到提取并且旋转轴546沿与箭头556相反的方向旋转该微型镊子550到胚提起位置。一旦该微型镊子559处于提起位置，它们被驱动到闭合位置，从而将合格的胚528夹紧在端头554之间。

在一个实施例中，为了提高提取位置的精度并确保该镊子提取合格胚528，该成像系统524可以连续地要求端头554相对于该合格胚528的位置图像，以向计算机516提供反馈控制信息。

在从支撑表面522提取合格胚之后，该传送装置540沿该轨道524在相反的方向移动到释放位置，并且同时在与箭头556相反的方向旋转旋转轴546。一旦合格胚528与子叶约束物开口36对齐，该微型镊子550就由控制系统514驱动到打开位置，从而将该合格胚528释放到种子壳24中。

如上所述，该微型镊子550的端头554构造成减小靠在合格胚528上的接触面积。这样，合格胚528的重量克服在该潮湿的合格胚528和该端头554的接触区域之间产生的张力，从而从该微型镊子550释放该合格胚528并将该胚设置在种子壳24中。其后，输送组件100被驱动以在箭头590所示的方向旋转该种子壳24，并将包含该胚的种子壳移动到活端密封形成组件600。

用来形成端部密封件44并将其连接于人造种子20的该活端密封形成组件600(“端部密封组件600”)清楚地示于图8-14中。该端部密封组件600包括密封材料推进组件610、密封组件612和端部密封形成和连接组件614。

该密封材料推进组件610包括支架620、气动汽缸622、推进辊子624和密封材料源626。该气动汽缸622有效地连接于该推进辊子624。该推进辊子624包括第一和第二辊子杆628和630。该第一辊子杆628连接于第一枢轴连杆632，并且在第一枢轴销634以可枢转方式连接于支架620。该第二辊子杆630连接于第二枢轴连杆636并且绕第二枢轴点638枢转，以选择地推进密封材料626。

在所示的实施例中，该密封材料626被固定在第一和第二辊子杆628和630的相对的表面之间。正如将要在下面详细描述的，在形成端部密封件44之后，气动汽缸622被驱动，通过绕各自的枢轴点634和638枢转该第一和第二枢轴连杆632和636，以相对于端部密封形成和连接组件614选择性地推进密封材料626。

该密封组件612是已知的诸如激光的发热器，并包括辐射器640。如下面更详细地说明的是，该密封组件612设置在端部密封形成和连接组件614上方并定位以将端部密封件44密封和分割为人造种子20。

下面将继续参考图8-12更详细地说明端部密封形成和连接组件614。端部密封形成和连接组件614包括吹风组件642、夹紧组件644和主汽缸646。该吹风组件642包括气动操作的汽缸648，该汽缸648与延伸穿过该吹风组件642一部分的第一空气通道650流体地连通。该吹风组件642可以包括容积控制组件652。可以是力矩调节螺母(torque thumb screw)的该容积控制组件652选择地设置在形成端部密封件44的过程中该汽缸648中使用的流体的量。在这方面，通过调节容积控制组件652，该汽缸648内的容积或者增加，或者减小，从而控制在形成端部密封件44的过程中所用的空间容积。

从图9可以清楚地看到，该夹紧组件644包括顶板654、透镜板656和有效地连接于该夹紧汽缸660的夹紧板658。该顶板654在构形上大体是为矩形并包括延伸通过该板的通孔662。孔662位于密封组件612的辐射器640的下面并且适当地位于靠近该透镜板656。

在一个实施例中该透镜板656包括位于部分地延伸通过该透镜板的凹腔中的激光透镜664。合适的O形环665密封该透镜板的凹腔中的激光透镜664。该透镜板还包括在该凹腔的下表面和该激光板656的下表面之间延伸的孔668。孔668还与在该孔668和该透镜板656侧面之间延伸的第二空气通道670流体地连通。该第二空气通道670与吹风组件642的第一空气通道650流体连通。

该夹紧板658连接于该夹紧汽缸660的部分672。该夹紧板658基本是矩形件并且还包括延伸通过该夹紧板的孔674。密封材料626适当地位于在该夹紧板658上并位于该孔674的上方。

在图10中可以清楚地看到，当夹紧组件644移动到夹紧位置时，该夹紧板658被推动向上靠在该透镜板656的下表面上，使得密封室676由激光透镜664的下表面和密封材料626的上表面形成。在密封材料626被夹紧在该透镜板656和夹紧板658之间之后，空气从吹风组件642通过第一和第二空气通道650和670传送，以形成包壳678，如图11所示。

该包壳678在构形上是气泡状的并且由流进密封室676的空气内流形成。当空气分配进该室676时，压缩使密封材料626在形成包壳678的密封材料的区域内拉伸并变薄。具体说，随着该包壳膨胀或充气，密封材料626的厚度变薄到预定的破裂强度。在该预定的破裂强度，并且在该包壳附着于该人造种子20上以形成端部密封件44后，在该人造种子20的空腔34内发芽的胚42将以预定的破裂强度突破该端部密封件44。该破裂强度的验证用众所周知的针穿硬度计得到。

虽然空气是形成包壳678的优选介质，但是应当明白，其他流体或气体介质也属于本发明的范畴。作为非限制形的例子，用来形成包壳678的介质还包括诸如水的液体。还有，在本发明的范围内所用的术语“包壳”不仅包括气泡状结构，而且还包括任何等同物的结构，例如由密封材料626或类似材料制造的预先形成的罩。因此，这种包壳也属于本发明的范畴。

正如在图12清楚地看到的，在形成包壳678之后，主汽缸622选择性地移动该包壳678到与种子壳24接触。其后，将热源680应用于该包壳678的内表面以将该包壳678的一部分密封于该种子壳24，因而形成端部密封件44。适当地，当该包壳密封该种子壳24时该热源680也可以同时或随后切割该包壳678的盘形部分。

在本发明的一个实施例中，该热源680适当地是来自众所周知的激光的激光光束。如前所述，应当明白，其他热源，例如将该包壳678熔化到该种子壳24的装置也属于本发明的范畴。本领域的技术人员还应当明白，主汽缸622或者选择性地移动该包壳678到与种子壳24接触，或者移动该种子壳24与该包壳678接触。因此，这种实施例也属于本发明的范畴内。

通过参考图8-12能够很好地理解本实施例方法的概括说明。关于这一点，密封材料626的薄片被夹紧在夹紧板658和透镜板656之间。流体的体积填充由孔668和密封材料626的上表面形成的室676。由于预定的流体体积分配到该室676，因而密封材料626的一部分膨胀以形成包壳678。由于形成包壳，因而形成该包壳的密封材料的厚度减小到基本恒定的厚度。结果，该包壳678具有预定的破裂强度。

在形成包壳678之后，它选择性地移动到与种子壳24接触。其后热源680应用于该包壳678的内表面以密封并切割掉该包壳678的一部分，从而形成端部密封件44。本领域的技术人员应当明白，用于形成该包壳678以达到预定破裂强度的流体的预定体积是选择用来形成该包壳的密封材料626的类型的函数。作为非限制性的例子，对于Parafilm，优选的流体体积在1.96mm³和6.642mm³之间。在另一个非限制性的例子中，预定的体积是25.25mm³。

下面将参考图13和图14详细描述根据本发明的形成并连接端部密封件44的另一个实施例。上面所述用于第一个实施例的所有装置和材料与具有一个明显不同的本实施例的装置和材料是同样的。具体说，根据本实施例形成包壳678包括通过提供第一空气体积，等待一段预定的时间，然后使该第一空气体积从该包壳678排出以在该包壳678内形成第二空气体积。其后，该包壳678的一部分以上述的和图14中所示的方式被密封并附着在该种子壳24上。

因此，本实施例包括分配预定的第一体积的流体到该包壳678中。该第一体积的流体在1600mm³到8200mm³的范围之间。然后等待预定的一段时间。该预定的一段时间合适地在1秒到20秒的范围之间。作为一个具体的非限制性的例子，该预定的一段时间是3秒。其后，预定的流体部分从该包壳678中抽出以形成第二空气体积，该体积适当地在0mm³到6600mm³的范围之间。

作为本实施例的一个具体的例子，该包壳678用等于3300mm³的第一空气体积充气。三秒钟之后，排除约820mm³的空气，从而在该包壳678内留下约2480mm³的第二容积的流体。然后如前面的实施例所述，该包壳678移动到与该人造种子接触并密封该人造种子。

在该种子壳24在活端密封形成组件600处密封之后，该输送组件100(图2)被驱动以将现在称之为人造种子20的该种子壳24移动到种子取出组件700。该种子取出组件700包括机械手臂710和种子插孔712。机械手臂710的一端包括夹紧装置714。该夹紧装置714的尺寸做成并定位成选择性地从输送组件100夹紧人造种子。这是由机械手臂旋转到夹紧装置714靠近输送组件100的夹紧装置122的位置来适当地完成的。在这个位置，人造种子20传输到种子取出组件700。

在机械手臂710接纳人造种子20之后，它以适当的枢转运动被驱动以定位人造种子20使其放置在种子插孔712。在图2的实施例中，该种子插孔712是传送带。虽然传送带被示作种子插孔的一个实施例，但是应当明白，本发明不限于此。作为一个非限制性的例子，种子插孔712可以是存储桶和其他容器，其大小做成并定位成接纳人造种子。结果，这种实施例也属于本发明的范畴内。

现在参考图15，下面将详细描述根据本发明另一个实施例构成的材料处理系统1200。本实施例的材料处理系统1200与关于图1-图14所描述的实施例在材料和操作方面是一样的，其区别如下。在这方面，材料处理系统1200包括多个材料处理系统60，每个从中心定位的胚板1220提取胚。具体说，所示的实施例包括总共三个材料处理系统60。这样的设置是有利的，因为它使多个材料处理系统能够同时提取胚。

虽然胚板1220是优选的，但是应当明白，本发明不限于此。作为非限制性的例子，将胚供给每个材料处理系统60的传送带装置是另一个实施例。因此，其他实施例也属于本发明的范畴内。

虽然在图15中示出总共三个材料处理系统60，但是应当明白，具有更少或更多材料处理系统，例如两个、四个、五个、十个等也属于本发明的范畴内。

虽然已经示出并描述了本发明的优选实施例，但是应当明白，在不脱离本发明精神实质和范围的情况下可以进行各种改变。

Claims

1.一种在材料处理系统中制造人工种子的方法，所述材料处理系统具有用于自动组装的装置和在串行设置的多个组装工作台之间输送人工种子的装置，该方法包括：

(a)将一个种子壳输送到一个培养基填充台；

(b)将培养基设置在该种子壳内；

(c)将该培养基密封在该种子壳的一端内；

(d)将一个胚设置在该种子壳内；以及

(e)将该胚密封在该种子壳内。

2.根据权利要求1的制造人工种子的方法，其特征在于，还包括在将种子壳输送到该培养基填充台之前将种子壳与约束物相连接的步骤。

3.根据权利要求2的制造人工种子的方法，其特征在于，还包括在将种子壳与约束物相连接之前将约束物放置在插孔上的步骤。

4.根据权利要求1的制造人工种子的方法，其特征在于，还包括使该培养基改变状态的步骤。

5.根据权利要求4的制造人工种子的方法，其特征在于，使该培养基改变状态包括冷却该种子壳。

6.根据权利要求5的制造人工种子的方法，其特征在于，在将培养基设置到该种子壳内之后进行冷却该种子壳。

7.根据权利要求1的制造人工种子的方法，其特征在于，还包括在将该培养基密封在该种子壳的一端内之前旋转该种子壳。

8.根据权利要求1的制造人工种子的方法，其特征在于，还包括在将该胚密封在该种子壳之后将该种子壳从一个输送组件传输到一个种子取出组件的步骤。

9.根据权利要求1的制造人工种子的方法，其特征在于，将该培养基密封在该种子壳的一端内的步骤包括将该种子壳浸入一个端部密封形成材料的容器中。

10.一种材料处理系统，具有用于自动组装并在多个组装工作台之间输送人工种子的装置，该多个组装工作台设置成串行的布局，该材料处理系统包括：

(a)输送组件，其具有用于选择性地约束并输送种子壳的装置；

(b)与该输送组件选择性地连通的培养基分配和冷却组件；

(c)与该输送组件选择性地连通的死端密封形成组件形成台，和

(d)与该输送组件选择性地连通的胚供给组件。

11.根据权利要求10的材料处理系统，其特征在于，还包括与该输送组件选择性地连通的第二端密封形成部分。

12.根据权利要求10的材料处理系统，其特征在于，还包括与该输送组件连通的冷却器以冷却种子壳。

13.根据权利要求12的材料处理系统，其特征在于，该冷却器冷却包含培养基的种子壳。

14.根据权利要求10的材料处理系统，其特征在于，还包括与该输送组件连通的约束和种子坯料组件。

15.根据权利要求14的材料处理系统，其特征在于，该约束和种子坯料组件包括

(a)第一机械手臂，其具有镊子组件；

(b)第二机械手臂，其具有轴销，该轴销的尺寸及构造被设置成接纳一个约束物，其中，该第一和第二机械手臂选择性地相互联结。

16.根据权利要求10的材料处理系统，其特征在于，还包括人造种子取出组件，其选择性地与该第二端密封形成组件联结，其中该人造种子取出组件从该第二端密封形成组件取出该人工种子。