一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法及平台技术

本发明专利技术公开了一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法及平台。所述转运方法由压力控制器获取并输出实时压力，通过机器视觉获取液滴位置；转运平台装有流量传感器，用于检测规定时间内通过流水线悬浮细胞转运平台的液体流量；结合图像反馈与流量传感器的反馈信息，计算转运平台中液体的实时流速，基于该平台内的流速和压力信息，改变压力控制器的输出压力，补偿器件摩擦损耗，同时改变微量注射泵的压力输出，达到控制转运平台内部液体流动速度和趋势的目的。本发明专利技术可应用于基于光学显微镜搭建的显微操作平台，在细胞微操、显微注射以及其他相关生命科学领域，具备广泛的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法及平台


[0001]本专利技术涉及自动化显微操作领域，尤其涉及一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运平台。

技术介绍

[0002]近些年显微操作技术，如细胞微操作、显微注射等，在生命科学领域相关的研究与实践中得到广泛应用。然而，从事显微注射的相关人员培养训练周期长，以及手工操作存在精度低、可控性低、稳定性低以及重复性差等局限性，限制了相关研究与实践的效率。为提升显微操作的精度、可控性、稳定性及重复性，以及减少对专业人员的依赖，自动化显微操作得到广泛研究。但是自动化显微操作过程由于对于被操作细胞的位置控制要求较高难以实现真正的自动化。因此，如何实现流水线悬浮细胞转运十分关键。现有的细胞转运方法和平台，无法用于流水线操作，只适用于小批量的细胞，即当细胞完成培养之后，操作人员手动地移动显微镜附带的载物台，利用图像反馈筛选合适的细胞，再进行捕获和转移，重复上述过程，直至所有的细胞都完成了固定和转移才会进入显微操作过程，期间会进行多次的物镜转换、电动平台的移动和焦距的调节，过程不具备连续性，限制了显微操作效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运平台。在本专利技术中，由数码相机获取液滴在光学显微镜下的成像，通过机器视觉获取液滴的位置信息，基于机器视觉获取的液滴在二维平面内的位置信息包含两部分，一部分为液滴在转运平台中的绝对位置信息，另一部分为液滴相对于微流控芯片上微通道的曲面位置信息。通过流量传感器可获取液滴在转运平台内的移动参数。结合机器视觉与流量传感器的反馈信息，获得液体在转运平台中的压力信息。基于上述信息以及压力控制器反馈的压力信息，改变压力控制器和微量注射泵的压力输出，控制细胞在转运平台中的运动速度，使细胞在转运平台中的运动路径和运动趋势可控，实现流水线细胞转运。微量注射泵是一新型泵力仪器，将少量流体精确、微量、均匀、持续地输出。微量注射泵由控制器，执行机构和注射器组成，同时能提供负压或正压用于吸取细胞，是显微操作中常用的器件。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法，其本质是在细胞运动过程中基于液滴检测获取的反馈信息，进行液滴控制，并最终实现流水线细胞转运；该方法首先制备悬浮细胞悬液并吸取部分液体至微流控芯片，将所述微流控芯片放置于光学显微镜载物台上，并利用压力控制器对微流控芯片实施灌流操作使液体保持流动状态，具体包括以下步骤：
[0006]液滴检测：利用数码相机获取运动液滴在光学显微镜下的成像，通过机器视觉获取液滴在二维平面内的位置信息；通过流量传感器获取液滴在微流控芯片内的移动参数；通过压力控制器获取灌流的压力信息；
[0007]液滴控制：基于液滴在二维平面内的位置信息，获得液滴在微流控芯片中的压力信息；结合液滴在微流控芯片中的压力信息、液滴在微流控芯片内的移动参数以及灌流的压力信息，改变压力控制器和微量注射泵的压力输出，控制液滴大小不变同时使液滴在转运平台(微流控芯片)中的运动速度趋近于期望的细胞运动速度；
[0008]重复执行液滴检测和液滴控制，使细胞在转运平台中的移动速度(液体在转运平台中的运动速度)与期望的细胞运动速度一致，从而保证细胞始终处于理想的位置，实现流水线细胞转运过程。
[0009]上述技术方案中，进一步地，所述二维平面内的位置信息包含两部分，一部分为细胞在转运平台中的绝对位置信息，另一部分为液滴相对于微流控芯片微通道的曲面位置信息。
[0010]进一步地，所述通过流量传感器获取液滴在微流控芯片内的移动参数具体方法为，通过流量传感器的液体流量信息，获取悬浮细胞的运动方向、速度和距离。
[0011]进一步地，所述液滴相对于微流控芯片微通道的曲面位置信息具体包括：液滴的大小信息、曲率半径信息和压力信息。
[0012]进一步地，所述转运方法具体包括如下步骤：
[0013]细胞的初始状态为静止状态，且位于转运平台的入口；
[0014]基于压力控制器的输出压力P和微量注射泵的输出压力P
c
，细胞跟随液体开始流动；
[0015]待细胞开始运动后，基于数码相机反馈的图像信息，基于模板匹配算法检测t时刻细胞的位置信息d
t
和液滴的曲面位置信息d
m
；
[0016]计算因表面张力改变，t时刻液滴的压力信息P
B
：P0为大气压力，γ为液体的表面张力系数；
[0017]根据流量传感器反馈的流量信息，计算细胞的速度信息u：其中，Q为流量传感器反馈的流量，D为管道的直径；
[0018]计算因管道摩擦阻力和连接件引入的压力误差信息，其中，μ为液体的粘性系数，L为管道的长度；
[0019]基于误差信息ΔP，计算微量注射泵的输出压力其中，ρ为液体的密度，改变微量注射泵的压力输出，控制液滴大小和相对位置不变；
[0020]根据微量注射泵的输出压力P
cnew
，改变压力控制器的输出压力P
new
：：其中，u
c
是期望的液滴速度，实现细胞运动速度的控制；
[0021]重复执行上述步骤，直至细胞运动速度与期望的细胞速度一致。
[0022]其中，压力控制器的压力与微量注射泵的压力调整顺序并不固定，可互换。
[0023]本专利技术另一方面提供了一种用于显微操作的流水线悬浮细胞控制系统，系统包括液滴检测系统以及液滴控制系统。
[0024]所述液滴检测系统：由CCD相机获取光学显微镜成像，通过机器视觉获取液滴在二维平面内的位置信息；通过流量传感器获取细胞运动信息，通过压力控制器获取灌流的压
力信息；
[0025]所述液滴控制系统，基于液滴在二维平面内的位置信息，获得液滴在微流控芯片中的压力信息；结合液滴在微流控芯片中的压力信息、液滴在微流控芯片内的移动参数以及灌流的压力信息，改变压力控制器和微量注射泵的压力输出，控制细胞在微流控芯片中的运动速度，使细胞在转运平台中的运动路径和运动趋势可控。
[0026]更进一步地，所述的微流控芯片微通道用于保证在满足细胞转运的同时实现显微操作，所述微流控芯片微通道由横向微通道和纵向微通道构成；
[0027]所述横向微通道位于微流控芯片内部，用于细胞的转运；所述横向微通道的两端与两个贯通所述微流控芯片的通孔相连，所述横向微通道的一端与储液池的出口相连，另一端与微量注射泵相连；
[0028]所述纵向微通道为首尾相通的通道，所述纵向微通道的顶部贯通微流控芯片，其余部分位于微流控芯片内部，所述纵向微通道可吸纳多余的液体，防止液体渗漏影响环境和器材；所述横向微通道与纵向微通道十字交叉部分相通，用于辅助定位注射微针的显微操作区域。
[0029]本专利技术的有益效果如下：
[0030]本专利技术的一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法，液滴检测基于CCD相机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法，其特征在于，首先，制备悬浮细胞悬液并吸取部分液体至微流控芯片，将所述微流控芯片放置于光学显微镜载物台上，并利用压力控制器对微流控芯片实施灌流操作使液体保持流动状态；所述转运方法具体包括以下步骤：步骤1、液滴检测：利用数码相机获取运动液滴在光学显微镜下的成像，通过机器视觉获取液滴在二维平面内的位置信息；通过流量传感器获取液滴在微流控芯片内的移动参数；通过压力控制器获取灌流的压力信息；步骤2、液滴控制：基于液滴在二维平面内的位置信息，获得液滴在微流控芯片中的压力信息；结合液滴在微流控芯片中的压力信息、液滴在微流控芯片内的移动参数以及灌流的压力信息，改变压力控制器和微量注射泵的压力输出，控制液滴大小不变同时使液滴在微流控芯片中的运动速度趋近于期望的细胞运动速度；步骤3、重复执行液滴检测和液滴控制，使细胞在转运平台中的移动速度与期望的细胞运动速度一致，使细胞在转运平台中的运动路径和运动趋势可控，实现流水线细胞转运。2.根据权利要求1所述的一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法，其特征在于，所述二维平面内的位置信息包含两部分，一部分为细胞在转运平台中的绝对位置信息，另一部分为液滴相对于微流控芯片微通道的曲面位置信息。3.根据权利要求1所述的一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法，其特征在于，所述通过流量传感器获取液滴在微流控芯片内的移动参数具体方法为，通过流量传感器的液体流量信息，获取悬浮细胞的运动方向、速度和距离。4.根据权利要求1所述的一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法，其特征在于，所述液滴相对于微流控芯片微通道的曲面位置信息具体包括：液滴的大小信息、曲率半径信息和压力信息。5.根据权利要求1所述的一种用于显微操作的流水线悬浮细胞转运方法，其特征在于，步骤2中，所述液滴在微流控芯片中的压力信息，计算公式具体为：
B
为t时刻液滴的压力，d
m
为t时刻微流控芯片中液滴的曲面位置，P0为大气压力，γ为液体的表面张力系数。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧泉，史振兴，张永兴，李江涛，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：