【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于细胞培养器具领域，尤其是涉及一种缺氧后自动复氧的细胞培养装置。
技术介绍
1、由于血液运输不足或组织代谢旺盛，细胞在多种生理及病理状态下表现为缺氧状态。作为细胞内有氧呼吸电子传递链中的最终受体，氧是维持细胞生命活动的必需因素。在缺氧状态下，细胞内氧分压降低，细胞内氧气敏感分子活性会改变，低氧诱导因子(hif)在内的多种转录因子表达会被调控，细胞基因及蛋白质表达谱改变，如编码酪氨酸羟化酶、生长因子(vegf、pdgf等)、癌基因及抑癌基因、红细胞生成素及参与糖酵解的许多酶的基因，均可在缺氧条件下被诱导转录改变，最终导致细胞代谢、活动及功能的变化。因此，细胞感受缺氧并诱导基因转录和表达变化的分子机制一直是细胞学、分子生物学，乃至整个生命科学都是研究热点。例如，在脑卒中、心肌梗死、实体肿瘤等疾病中，缺氧是病理进展中的关键部分。缺氧细胞的体外研究工作，对理解相关疾病发展机制具有重要意义。
2、为了模拟体内缺血再灌注模型，构建体外细胞缺氧复氧的模型进行缺血再灌注后器官损伤机制的探索，体外模拟细胞生长的低氧环境、建立缺氧细胞模型的工作非常重要。目前，细胞的缺氧培养主要通过改变细胞培养的气体环境的方式实现低氧浓度，造成缺氧。
3、然而，现有的细胞缺氧箱实验人员无法实时获知细胞的生长状态，不能实时的观察细胞缺氧过程中损伤的情况，摸不清缺氧损伤的最佳时间点。目前虽然也有对细胞培养箱内的培养皿进行图像采集并对采集后的图像进行分析，然而现有技术在对采集到的图像进行分析时，并不能确保采集到的图像准确可靠，正如公开号
4、此外，现有的细胞缺氧箱缺氧培养完后要人为拿出来更换成新鲜的培养基并转移到正常氧浓度的培养箱，比较费时间和精力，而且还会因为细胞生长状态的差异和缺氧孵箱的不稳定导致很难控制细胞缺氧的时间，容易错过最佳细胞损伤的时间点而导致细胞死亡，可能要重新再摸缺氧时间重新做，很浪费试剂。
技术实现思路
1、根据以上现有技术中的不足，本专利技术要解决的技术问题是：提供一种缺氧后自动复氧的细胞培养装置，以通过对细胞培养皿中细胞的实时生长图像进行检测分析，实现在缺氧期间实时观察细胞状态，从而便于对目标细胞的缺氧损伤的最佳时间点进行判断，并能够在细胞缺氧损伤达到最佳的时间点后自动复氧以及对培养基进行自动更换。
2、所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，包括箱体、设于箱体内的若干独立控制的细胞培养腔室、固设于箱体外壁上的培养基暂存机构与废液存储机构、以及设于箱体顶部内腔中的控制机构，在所述细胞培养腔室内设置有若干培养皿，在每个所述细胞培养腔室内均设置有第一电动滑轨与第二电动滑轨，在所述第一电动滑轨上滑动设置有图像采集机构，在所述第二电动滑轨上滑动设置有培养基加注机构与培养基移出机构，所述培养基加注机构与所述培养基暂存机构连通，培养基移出机构与废液存储机构连通；
3、所述图像采集机构用于获取各培养皿内细胞的实时生长状况图像，并输出该实时生长状况图像至控制机构；
4、所述控制机构根据所述实时生长状况图像获取细胞状态数据，并依据细胞状态数据对目标细胞的缺氧损伤的最佳时间点进行判断，在细胞缺氧损伤达到最佳的时间点后自动复氧，同时控制所述培养基加注机构与培养基移出机构的工作状态，以实现培养皿内培养基的自动更换；
5、所述控制机构根据所述实时生长状况图像获取细胞状态数据的步骤如下：
6、步骤1、获取目标细胞在培养皿中不同缺氧培养时期的细胞图像，并进行预处理；
7、步骤2、对预处理后的图像进行判断，筛选出细胞区域面积不小于预设阈值的图像样本；
8、步骤3、对图像样本进行分类，筛选出疑似细胞的图斑并导出，获得疑似细胞面状图层；
9、步骤4、提取疑似细胞面状图层的光谱曲线特征，并进行特征分析后获得细胞区域的光谱特征，建立细胞区域的波谱库；
10、步骤5、构建卷积神经网络模型并初始化，将细胞区域波谱库中的数据作为训练样本数据，对该卷积神经网络模型进行训练；
11、步骤6、采集培养皿中细胞的实时生长状况图像并输入已完成训练的卷积神经网络模型，获得细胞区域初步识别结果；
12、步骤7、根据目标细胞在培养皿中不同缺氧培养时期的标准图像及标准状态数据，对获得的细胞区域初步识别结果进行校正，并分析获得细胞状态数据。
13、进一步的，所述细胞培养腔室的温度恒定为37℃；细胞培养腔室进行细胞缺氧培养时二氧化碳含量为5％，氧气含量为2％，氮气含量为93％。
14、进一步的，步骤1中对细胞图像进行预处理的过程如下：
15、利用图像增强技术增强图像中的有用信息；
16、采用图像分割技术将增强后的图像中的细胞与背景进行分割；
17、对背景分割后的图像进行平滑处理。
18、进一步的，所述培养基加注机构包括平移组件、升降组件、加注针管与供液管，所述平移组件固定在所述第二电动滑轨的滑块上，在所述平移组件的移动端固定所述升降组件，在所述升降组件的升降端固定所述加注针管，所述加注针管通过所述供液管与所述培养基暂存机构相连通，在所述供液管上设有供液泵。
19、进一步的，在所述箱体的左侧壁上还设置有第一快接组件与第二快接组件，所述第一快接组件用于连接外部供气系统，以输入细胞培养所需的氧气、氮气和二氧化碳；所述第二快接组件位于所述第一快接组件的下方，用于连接外部蒸馏水供应系统，以对细胞培养腔室的湿度进行调节；所述第一快接组件与第二快接组件均通过多根连接软管与每个所述细胞培养腔室一一连通，在每根连接软管上均设置有供给泵、电磁阀、流量计，在与第二快接组件相连接的每根连接软管上还设置有雾化组件。
20、进一步的，所述第二快接组件还用于与消毒液供给系统相连，以在需要时对细胞培养腔室进行消毒。
21、进一步的，所述第一快接组件由三个快接头构成，所述第二快接组件由两个快接头构成，所述快接头包括同轴设置的固定环与锁紧环，在所述固定环的外壁环向开设有安装槽，所述安装槽内设有多个安装孔，每个安装孔内设置有锁紧柱，所述锁紧柱上形成有环状凸起，在该环状凸起与安装槽底部之间的锁紧柱上套设有复位弹簧，所述锁紧环装设于所述安装槽内，且该锁紧环的内壁上开设有与所述锁紧柱的顶部抵接的锁紧槽，在所述固定环上连接有第一调节耳，在所述锁紧环上连接有第二调节耳，所述第一调节耳与第二调节耳上均设置有调节孔，在两个所述调节孔内设有锁紧螺栓，该锁紧螺栓配合安装有锁紧螺母。
22、进一步的，所述雾化组件包括雾化器与雾化喷头，所述雾化器与雾化喷头之间通过所述连接软管相连，所述雾化喷头设于所述细胞培养腔室内。
23、进一步的，在所述箱体的前侧设置有箱门，该箱门的左侧通过活页与箱体相铰接本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种缺氧后自动复氧的细胞培养装置，包括箱体(1)、设于箱体(1)内的若干独立控制的细胞培养腔室(2)、固设于箱体(1)外壁上的培养基暂存机构(3)与废液存储机构(4)、以及设于箱体(1)顶部内腔中的控制机构(5)，在所述细胞培养腔室(2)内设置有若干培养皿(6)，其特征在于：在每个所述细胞培养腔室(2)内均设置有第一电动滑轨(7)与第二电动滑轨(8)，在所述第一电动滑轨(7)上滑动设置有图像采集机构(9)，在所述第二电动滑轨(8)上滑动设置有培养基加注机构(10)与培养基移出机构(11)，所述培养基加注机构(10)与所述培养基暂存机构(3)连通，培养基移出机构(11)与废液存储机构(4)；
2.根据权利要求1所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：所述细胞培养腔室(2)的温度恒定为37℃；细胞培养腔室(2)进行细胞缺氧培养时二氧化碳含量为5％，氧气含量为2％，氮气含量为93％。
3.根据权利要求1所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：步骤1中对细胞图像进行预处理的过程如下：
4.根据权利要求1-3任一项所述的缺氧后自动复氧
5.根据权利要求1-3任一项所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：在所述箱体(1)的左侧壁上还设置有第一快接组件(12)与第二快接组件(13)，所述第一快接组件(12)用于连接外部供气系统，以输入细胞培养所需的氧气、氮气和二氧化碳；所述第二快接组件(13)位于所述第一快接组件(12)的下方，用于连接外部蒸馏水供应系统，以对细胞培养腔室(2)的湿度进行调节；所述第一快接组件(12)与第二快接组件(13)均通过多根连接软管与每个所述细胞培养腔室(2)一一连通，在每根连接软管上均设置有供给泵、电磁阀、流量计，在与第二快接组件(13)相连接的每根连接软管上还设置有雾化组件(14)。
6.根据权利要求5所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：所述第二快接组件(13)还用于与消毒液供给系统相连，以在需要时对细胞培养腔室(2)进行消毒。
7.根据权利要求6所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：所述第一快接组件(12)由三个快接头构成，所述第二快接组件(13)由两个快接头构成，所述快接头包括同轴设置的固定环(12.1)与锁紧环(12.2)，在所述固定环(12.1)的外壁环向开设有安装槽，所述安装槽内设有多个安装孔(12.3)，每个安装孔(12.3)内设置有锁紧柱(12.4)，所述锁紧柱(12.4)上形成有环状凸起(12.5)，在该环状凸起(12.5)与安装槽底部之间的锁紧柱(12.4)上套设有复位弹簧(12.6)，所述锁紧环(12.2)装设于所述安装槽内，且该锁紧环(12.2)的内壁上开设有与所述锁紧柱(12.4)的顶部抵接的锁紧槽(12.7)，在所述固定环(12.1)上连接有第一调节耳(12.8)，在所述锁紧环(12.2)上连接有第二调节耳(12.9)，所述第一调节耳(12.8)与第二调节耳(12.9)上均设置有调节孔(12.10)，在两个所述调节孔(12.10)内设有锁紧螺栓(12.11)，该锁紧螺栓(12.11)配合安装有锁紧螺母(12.12)。
8.根据权利要求5所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：所述雾化组件(14)包括雾化器(14.1)与雾化喷头(14.2)，所述雾化器(14.1)与雾化喷头(14.2)之间通过所述连接软管相连，所述雾化喷头(14.2)设于所述细胞培养腔室(2)内。
9.根据权利要求1-3任一项所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：在所述箱体(1)的前侧设置有箱门(15)，该箱门(15)的左侧通过活页与箱体(1)相铰接，所述箱门(15)的右侧通过锁闭组件与所述箱体(1)固定连接。
10.根据权利要求9所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：在所述箱门(15)上设有若干透明的观察窗(16)，所述观察窗(16)与所述细胞培养腔室(2)一一对应设置。
...【技术特征摘要】
1.一种缺氧后自动复氧的细胞培养装置，包括箱体(1)、设于箱体(1)内的若干独立控制的细胞培养腔室(2)、固设于箱体(1)外壁上的培养基暂存机构(3)与废液存储机构(4)、以及设于箱体(1)顶部内腔中的控制机构(5)，在所述细胞培养腔室(2)内设置有若干培养皿(6)，其特征在于：在每个所述细胞培养腔室(2)内均设置有第一电动滑轨(7)与第二电动滑轨(8)，在所述第一电动滑轨(7)上滑动设置有图像采集机构(9)，在所述第二电动滑轨(8)上滑动设置有培养基加注机构(10)与培养基移出机构(11)，所述培养基加注机构(10)与所述培养基暂存机构(3)连通，培养基移出机构(11)与废液存储机构(4)；
2.根据权利要求1所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：所述细胞培养腔室(2)的温度恒定为37℃；细胞培养腔室(2)进行细胞缺氧培养时二氧化碳含量为5％，氧气含量为2％，氮气含量为93％。
3.根据权利要求1所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：步骤1中对细胞图像进行预处理的过程如下：
4.根据权利要求1-3任一项所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：所述培养基加注机构(10)包括平移组件(10.1)、升降组件(10.2)、加注针管(10.3)与供液管(10.4)，所述平移组件(10.1)固定在所述第二电动滑轨(8)的滑块上，在所述平移组件(10.1)的移动端固定所述升降组件(10.2)，在所述升降组件(10.2)的升降端固定所述加注针管(10.3)，所述加注针管(10.3)通过所述供液管(10.4)与所述培养基暂存机构(3)相连通，在所述供液管(10.4)上设有供液泵。
5.根据权利要求1-3任一项所述的缺氧后自动复氧的细胞培养装置，其特征在于：在所述箱体(1)的左侧壁上还设置有第一快接组件(12)与第二快接组件(13)，所述第一快接组件(12)用于连接外部供气系统，以输入细胞培养所需的氧气、氮气和二氧化碳；所述第二快接组件(13)位于所述第一快接组件(12)的下方，用于连接外部蒸馏水供应系统，以对细胞培养腔室(2)的湿度进行调节；所述第一快接组件(12)与第二快接组件(13)均通过多根连接软管与每个所述细胞培养腔室(2)一一连通，在每根...
【专利技术属性】
技术研发人员：张文娟，周柏伟，
申请(专利权)人：南方医科大学南方医院，
类型：发明
国别省市：
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