将物质传输到细胞内的系统、总控装置、微控制器及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种将物质传输到细胞内的系统、总控装置、微控制器及方法，其中，系统包括：微流控芯片用于固定待测细胞；载物台，用于放置固定有待测细胞的微流控芯片；显微镜的物镜，用于在总控装置的控制下，对待测细胞进行光学采样得到采样图片；总控装置，用于对采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞对应的三维重构体；对三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；微控制器，用于根据位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达待测细胞内的最佳传输位置；微注射器，用于在总控装置的控制下，提供推射压力给微针，将微针内的待传输外界物质传输到细胞内部。上述技术方案实现了高效准确地将物质传输到细胞内，提高了传输成功率。

【技术实现步骤摘要】
将物质传输到细胞内的系统、总控装置、微控制器及方法
本专利技术涉及细胞内传输处理
，特别涉及一种将物质传输到细胞内的系统、总控装置、微控制器及方法。
技术介绍
在微组装和基因编辑，如DNA及RNA的转染操作中，涉及将外界物质传输到细胞内部的步骤。目前的细胞内传输的方案存在以下问题：在传输操作前，需要对细胞进行固定处理，以防止操作时细胞的运动。传统的固定方法，例如利用微针吸附细胞方法等，在较短的时间内，无法固定并排列更多的细胞，使得细胞内传输效率低。传统的细胞内传输方法一般为生物、化学传输方法，例如囊泡，病毒等作为载体等，以及物理方法：电穿孔，微流芯片，磁球等。利用这些传统方法进行传输，外部物质只能传输到细胞质内，并间接地扩散到目标细胞器内。而在DNA转染中，大部分的DNA物质必须在细胞核内实现功能，而细胞质的扩散将降低其的生物活性。因此，传统传输方法不适合细胞内物质的传输，传输精度低，使得转染等操作效果差。早期的传输操作集中研究了贴壁细胞，而贴壁细胞具有较平整表面形态，其内部的细胞器较容易定位。而悬浮细胞在细胞培养液中呈现近似圆球的形态，相较于贴壁细胞具有更大的高度。因此，传输部件(内部有待传输外界物质)在不适宜的高度上将很难成功地穿破细胞膜，传输部件在刺破细胞膜过程中细胞会发生倾斜运动。目前一些研究提出了一些传输部件高度调整算法，例如模板匹配，熵计算法，但是由于细胞器与周围细胞质的图像具有高度地相似性，这些算法无法获取细胞核等细胞器及细胞内微小部件的位置，从而无法精确地将外界物质传输到细胞内部，细胞传输成功率低。传统的诊所操作依赖训练有素的操作员完成细胞内操作，操作员必须人为手动地将微操作工具和目标物体对齐，凭借经验调节微操作工具的位置，实现将外界物质传输到细胞内部。疲劳和经验将不可避免地会导致实验的失败，从而降低了细胞传输的效率。综上，现有将外界物质传输到细胞内部的方案存在：传输精确度低、效率低、成功率低的问题。针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种将外界物质传输到细胞内的系统，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该系统包括：显微镜、载物台、物镜、微控制器、微针、微注射器、微流控芯片和总控装置，其中：微流控芯片，用于固定待测细胞；载物台，用于放置固定有待测细胞的微流控芯片；显微镜的物镜，与总控装置连接，用于在总控装置的控制下，对所述待测细胞进行光学采样，得到采样图片；总控装置，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞对应的三维重构体；对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；微控制器，与总控装置连接，用于根据所述位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质；微注射器，与总控装置连接，用于在总控装置的控制下，提供推射压力给微针，将微针内的待传输外界物质传输到细胞内部。本专利技术实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的总控装置，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该装置包括：采样控制单元，用于控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；三维重构单元，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；最佳传输位置确定单元，用于对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；传输控制单元，用于在微控制器根据位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。本专利技术实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的微控制器，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该微控制器包括：接收单元，用于接收位置调整指令；所述位置调整指令中包括最佳传输位置；位置调整控制单元，用于根据所述位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质。本专利技术实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的方法，应用于系统，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该方法包括：总控装置控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；总控装置对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；总控装置对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；微控制器根据所述位置调整指令，控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质；总控装置在微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。本专利技术实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的方法，应用于总控装置，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该方法包括：控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；在微控制器根据位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置时，控制微注射器提供推射压力给微针，将微针内预置的待传输外界物质传输到细胞内部。本专利技术实施例还提供了一种将外界物质传输到细胞内的方法，应用于微控制器，用以高效准确地进行细胞内传输，提高传输成功率，该方法包括：接收位置调整指令；所述位置调整指令中包括最佳传输位置；根据所述位置调整指令控制微针和/或载物台移动，使得微针到达被固定待测细胞内的所述最佳传输位置；所述微针内预置有待传输外界物质。本专利技术实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述将外界物质传输到细胞内的方法。本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述将外界物质传输到细胞内的方法的计算机程序。与传统的细胞内传输方案相比较，本专利技术实施例提供的技术方案的有益技术效果是：首先，与传统的细胞内传输方案中固定细胞方法相比较，本专利技术实施例提供的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，包括：显微镜(101)、载物台(102)、物镜(103)、微控制器(105)、微针(106)、微注射器(107)、微流控芯片(108)和总控装置(109)，其中：/n微流控芯片(108)，用于固定待测细胞(200)；/n载物台(102)，用于放置固定有待测细胞(200)的微流控芯片(108)；/n显微镜(101)的物镜(103)，与总控装置(109)连接，用于在总控装置(109)的控制下，对所述待测细胞(200)进行光学采样，得到采样图片；/n总控装置(109)，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞(200)对应的三维重构体；对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器(105)；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；/n微控制器(105)，与总控装置(109)连接，用于根据所述位置调整指令，控制微针(106)和/或载物台(102)移动，使得微针(106)到达被固定待测细胞(200)内的所述最佳传输位置；所述微针(106)内预置有待传输外界物质；/n微注射器(107)，与总控装置(109)连接，用于在总控装置(109)的控制下，提供推射压力给微针(106)，将微针(106)内的待传输外界物质传输到细胞内部。/n...

【技术特征摘要】
20190508 US 16/406,1341.一种将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，包括：显微镜(101)、载物台(102)、物镜(103)、微控制器(105)、微针(106)、微注射器(107)、微流控芯片(108)和总控装置(109)，其中：
微流控芯片(108)，用于固定待测细胞(200)；
载物台(102)，用于放置固定有待测细胞(200)的微流控芯片(108)；
显微镜(101)的物镜(103)，与总控装置(109)连接，用于在总控装置(109)的控制下，对所述待测细胞(200)进行光学采样，得到采样图片；
总控装置(109)，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞(200)对应的三维重构体；对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送位置调整指令至微控制器(105)；所述位置调整指令中包括：所述最佳传输位置；
微控制器(105)，与总控装置(109)连接，用于根据所述位置调整指令，控制微针(106)和/或载物台(102)移动，使得微针(106)到达被固定待测细胞(200)内的所述最佳传输位置；所述微针(106)内预置有待传输外界物质；
微注射器(107)，与总控装置(109)连接，用于在总控装置(109)的控制下，提供推射压力给微针(106)，将微针(106)内的待传输外界物质传输到细胞内部。


2.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，还包括：成像装置(104)，用于在显微镜(101)的物镜(103)对所述待测细胞(200)进行光学采样时成像得到采样图片。


3.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，还包括：荧光源(110)和白光源(111)；
所述总控装置(109)还用于：在控制显微镜(101)的物镜(103)对所述待测细胞(200)进行光学采样之前，控制开启荧光源(110)，关闭白光源(111)；在发送位置调整指令至微控制器(105)之前，控制关闭荧光源(110)，开启白光源(111)。


4.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述微针(106)的针尖朝向微流控芯片(108)固定有待测细胞(200)的一侧，所述微针(106)平行于所述载物台(102)；
所述微控制器(105)具体用于：根据所述位置调整指令，控制微针(106)在竖直方向上移动，以调整微针(106)高度至最佳传输位置所在平面；控制载物台(102)在与微流控芯片(108)固定有待测细胞(200)的一侧边平行的方向移动，以调整微针(106)与最佳传输位置对齐；控制载物台(102)朝向微针(106)的方向移动，以使微针到达被固定待测细胞(200)内的所述最佳传输位置。


5.如权利要求4所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述微控制器(105)具体用于：根据所述位置调整指令，按照如下模型控制微针(106)和载物台(102)移动，使得微针(106)到达被固定待测细胞(200)内的所述最佳传输位置：
τ＝τ0+τs；其中：



τS＝-Karctan(S)；



式中，为载物台(102)及微针(106)构成的运动模块的质量估计矩阵、为所述运动模块的阻尼估计矩阵、为所述运动模块的重力估计矩阵，K＝diag[Kx,Ky,Kz]为增益矩阵，arctan(S)为滑模量的反正切函数，Γ为正则矩阵，τd为运动干扰量，为所述运动模块内参数估计矩阵。


6.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述总控装置(109)具体用于：
将所述采样图片转换为灰度采样图片；
从所述灰度采样图片中提取目标区域，得到目标采样图片；
根据预先建立的点扩散函数PSF，得到目标采样图片对应的点扩散函数PSF值；
根据点扩散函数PSF值，对所述目标采样图片进行去卷积处理，得到去卷积采样图片；
对去卷积采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片；
根据所述分割采样图片，得到待测细胞对应的三维重构体。


7.如权利要求6所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述总控装置(109)还用于：
对去卷积采样图片进行图片过滤处理，得到图片过滤处理的采样图片；
对所述图片过滤处理的采样图片进行图形分割操作，得到分割采样图片。


8.如权利要求1所述的将物质传输到细胞内的系统，其特征在于，所述总控装置(109)具体用于：
搜寻三维重构体内具有最大截面积的平面；
获取具有最大截面积的平面的椭圆拟合边界的长轴值和短轴值；
根据所述长轴值和短轴值，确定被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积；
根据被最大截面积的平面分隔开的两个三维重构体的体积，搜寻三维重构体内的平衡平面；
根据三维重构体内的平衡平面，得到最佳传输位置。


9.一种将物质传输到细胞内的总控装置，其特征在于，包括：
采样控制单元，用于控制显微镜的物镜对待测细胞进行光学采样，得到采样图片；所述待测细胞被固定在微流控芯片的沟道中；固定有待测细胞的微流控芯片放置在载物台上；
三维重构单元，用于对所述采样图片进行三维重构处理，得到待测细胞的三维重构体；
最佳传输位置确定单元，用于对所述三维重构体进行几何分析，得到最佳传输位置；发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙东，高文迪，
申请(专利权)人：香港城市大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44