CN101187639A - 线虫跟踪观测平台 - Google Patents

Abstract

线虫跟踪观测平台，属于生物实验仪器，目的在于能够快速、高效、持续、定量地观测描述各种与行为相关的线虫表型，为线虫表型参数的数字化提供方便。本发明由主体支架、纵向滑架和培养皿托盘组成，主体支架为矩形框架；纵向滑架亦为矩形框架，通过两根纵向导轨与主体支架滑动连接；培养皿托盘由互相分离的左、右圆弧板构成，左、右圆弧板两端分别通过横向导轨与纵向滑架滑动连接。本发明稳定，轻便，能够前后、左右自由移动，使被观测物处于显微镜头下的任何坐标点，在步进电机驱动下，可以方便的得到被观测线虫的一系列参数，为描述各种与行为相关的线虫表型提供一个稳定的平台。

Description

线虫跟踪观测平台

技术领域

本发明属于生物实验仪器，具体涉及研究线虫行为特征的实验平台，适用于长时程、实时观测线虫行为表现型的实验。

背景技术

秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)，简称线虫(C.elegans)是生物学研究中的一种经典模式生物。

2002年诺贝尔生理和医学奖颁发给三位研究线虫(C.elegans)的科学家，这使得近年来围绕线虫C.elegans的科学研究走向一个高潮。小小线虫所具有的庞大的基因体系、脉络清晰的神经系统、完全解读的基因组序列，足以使其成为生命科学领域研究行为学和发育生物学的最佳材料。更为重要的是由于人们可以在C.elegans中实现特定基因与特定行为的匹配，从而使得科学家们可以通过基因分析的方法去撬开不为人知的神经系统运转的分子机制这块密石。然而，面对C.elegans数量众多的基因，生物学家们很难人为的将各种基因与神经元之间的微妙关系精确的进行描述。因此，若要充分利用C.elegans这一绝佳模式生物去探索神经系统的奥妙，弄清楚基因与行为之间的关系，就势必需要快速、高效、持续、定量地描述各种与行为相关的线虫表型。

目前，国内尚采用人工手持培养皿在显微镜下对线虫进行观测，不能进行自动化采集。国外文献报道了有关的自动检测系统，Z.Feng等在2004年介绍了他们建立的一套用于线虫形态学和行为学的自动分析跟踪成像系统，见Feng Z.，Cronin C.，Wittig Jr J.，Sternberg P.and Schafer W.Animaging system for standardized quantitative analysis of C.elegans behavior.BMC Bioinformatics.2004，5：115；他们通过对单只线虫进行长时程的记录，分析得到了144种特定的表型参数。这个方法证实了表型分析定量化、标准化的可行性，并为后期高通量筛选和鉴定方法的研发奠定了基础。Christopher等于2005年发表了使用线虫运动参数自动定量分析系统，以正弦波形运动的特征来研究线虫发育、行为和生理学表型的研究论文，见Cronin C.，Mendel J.，Mukhtar S.，Kim Y.，Stirbl R.，Bruck J.and SternbergP.An automated system for measuring parameters of nematode sinusoidalmovement.BMC Genet.2005，6(5)：1～19.这些参数包括线虫质心运动速率、轨迹点速率、身体弯曲范围和频率、正弦运动的幅度和波长以及收缩传播等。K.Hoshi等设计的基于计算机控制的线虫运动状态自动跟踪、分析系统，实现了自动识别线虫运动状态以及再现实际空间中的运动轨迹的功能，跟踪采集数据的时间可达1小时。该系统对运动状态识别的误差率达到小于1％的水平，见Hoshi K.and Shingai R.Computer-drivenautomatic identification of locomotion states in Caenorhabditis elegans.J.Neurosci.Meth.，2006，Vol.157：355～363.上述文献中，均未涉及线虫跟踪观测平台的具体结构。

发明内容

本发明提供一种线虫跟踪观测平台，目的在于能够快速、高效、持续、定量地观测描述各种与行为相关的线虫表型，为线虫表现型参数的数字化提供方便。

本发明的一种线虫跟踪观测平台，由主体支架、纵向滑架和培养皿托盘组成，主体支架为矩形框架，其一侧为固定板，用于和电控平移台相连；纵向滑架亦为矩形框架，通过两根纵向导轨与主体支架滑动连接；培养皿托盘由互相分离的左、右圆弧板构成，左、右圆弧板两端分别通过横向导轨与纵向滑架滑动连接。

所述的线虫跟踪观测平台，其特征在于：所述纵向导轨和横向导轨的结构为：四根圆柱形钢条，其中心部位嵌入由卡位条限位的滚珠；使用时，所述四根圆柱形的钢条分别嵌入矩形框架和纵向滑架的导轨槽或者纵向滑架和左、右圆弧板两端的导轨槽。

本发明主体支架与电控平移台相连，起固定和承载整个装置的作用，还为培养皿的纵向移动提供一个方向的轨道；纵向滑架实现和主体支架的纵向相对滑动，而且起承载培养皿和为培养皿的横向移动提供轨道的作用；培养皿托盘实现横向的移动和承载与固定培养皿，圆弧形的结构能够满足各种培养皿的固定。整体用铝合金制作，轻便，结构强度符合要求，为步进电机减小了负荷，这样就避免了步进电机的失步，使实验结果精确可靠。

本发明纵向导轨和横向导轨采用滚动代替滑动，在移动方向上采用滚珠作为相对移动的媒介，由于滚珠直接在铝合金上滑动容易产生磨损和出现杂质阻塞滚动，利用四根圆柱形钢条嵌在方槽中作为导轨，这样就能够避免由于磨擦损害平台的寿命，而且滚珠在钢导轨上滚动更为方便。

本发明稳定，轻便，能够方便实现前后、左右自由移动，使被观测物处于显微镜头下的任何坐标点，在步进电机驱动下，通过程序控制可以方便的得到被观测线虫的一系列参数，为快速、高效、持续、定量地描述各种与行为相关的线虫表型提供一个稳定的平台，为线虫行为表型特征参数的数字化提供了可能和方便。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2A主体支架俯视图；

图2B主体支架右视图；

图3A纵向滑架俯视图；

图3B纵向滑架正视图；

图4A培养皿托盘俯视图；

图4B培养皿托盘正视图；

图5导轨横截面示意图；

图6A钢珠卡位条俯视图；

图6B钢珠卡位条正视图。

图中标记为：主体支架1、纵向滑架2、培养皿托盘3、纵向导轨槽4、横向导轨槽5、圆柱形钢条6、滚珠7。

具体实施方式

如图1所示，本发明由主体支架1、纵向滑架2和培养皿托盘3三个部分组成，纵向滑架2通过两根纵向导轨与主体支架1滑动连接；培养皿托盘3由互相分离的左、右圆弧板构成，通过横向导轨与纵向滑架2滑动连接，主体支架1通过螺丝和电控平移台连接，通过精确控制步进电机的转速以实现整个装置的数字化控制。

如图2A、图2B所示，主体支架1右部两侧为2mm深的纵向导轨槽4；如图3A、图3B所示，纵向滑架2上分别具有纵向导轨槽4和横向导轨槽5；如图4A、图4B所示，培养皿托盘3的两端分别具有横向导轨槽5。

纵向滑架2通过轨道和主体支架1连接，通过滚珠7实现纵向的自由移动，主体支架1与纵向滑架2的纵向导轨槽4同时放四根圆柱形钢条6，四根圆柱形钢条的正中央放置滚珠7，形成如图5的结构，如果纵向滑架与主体支架之间有相对力的作用时，就能实现相对的滑动。在横向上，培养皿托盘3采用相同的方法实现相对纵向滑架2的移动，为了节约空间，将横向导轨槽5做在纵向滑架2内侧，这样就增大了滑动的范围，提高了空间利用率。有时需要将培养皿固定在某个坐标点上，在所有相对移动的部件之间可以用螺丝固定位置，实现锁紧固定的作用。这样就能够方便实现二维移动，而且在想要的坐标点上实现锁紧，为实验的便捷性提供了帮助。

如图5所示，纵向导轨和横向导轨的具体实现方式如下：两边是相对移动的部件，上面有纵向导轨槽4或横向导轨槽5，深度为2mm，用来放导轨，纵向导轨槽4或横向导轨槽5两边分别是四根圆柱形导轨，中间是滚珠7，当支架之间有力的作用时，滚珠7就能在圆柱形钢条上滚动，而且移动方便，不会出现死角等阻碍滑动的因素。为了避免滚珠在滚动的过程中相互影响，利用图6所示的钢珠卡位条，固定滚珠之间的相对位置。为使滚珠和圆柱形钢条之间接触良好而不影响滚动，设计使用螺丝从侧面顶住一块垫片从而通过调节螺丝拧入的深度改变导轨之间的间隙，使滚珠处于最佳的滚动环境。如果想要滑动效果更好，可以在圆柱形钢条上加适当的润滑剂。

本发明能够满足线虫长时程、实时观测的需求，稳定、轻便，可以适应多种不同半径大小的培养皿。

Claims (2)

1.一种线虫跟踪观测平台，由主体支架、纵向滑架和培养皿托盘组成，主体支架为矩形框架，其一侧为固定板，用于和电控平移台相连；纵向滑架亦为矩形框架，通过两根纵向导轨与主体支架滑动连接；培养皿托盘由互相分离的左、右圆弧板构成，左、右圆弧板两端分别通过横向导轨与纵向滑架滑动连接。

2.如权利要求1所述的线虫跟踪观测平台，其特征在于：所述纵向导轨和横向导轨的结构为：四根圆柱形钢条，其中心部位嵌入由卡位条限位的滚珠；使用时，所述四根圆柱形钢条分别嵌入矩形框架和纵向滑架的导轨槽或者纵向滑架和左、右圆弧板两端的导轨槽。

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