CN103695313B - 一种卵细胞捕获培养自动化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卵细胞捕获培养自动化装置，包括设置在支架上通过电机联动的培养液供给机构，培养液供给机构由支架连接电机，电机连接有由轴承连接的旋转轮盘，旋转轮盘环向均布有贯穿盘面的注射器。培养液供给机构下方设有细胞捕获机构，细胞捕获机构包括一矩形框架构成的基底，矩形框架围框上设镶嵌在基底上的双层孔洞薄膜。细胞捕获机构下方设置有废液清除机构，包括一三口容器下面连接一烧瓶。控制机构包括通过导线分别连接微泵、电机和马达的控制板。本发明解决了卵细胞的批量捕获以及换液培养的自动化实现，为实现卵细胞的体外培养、受精、胚胎的初期培养提供一种低成本、易操作的技术方案。

Description

一种卵细胞捕获培养自动化装置
技术领域
本发明涉及卵细胞捕获、培养及繁殖领域，具体地说是针对一种卵细胞捕获培养自动化装置。
背景技术
随着科技的进步“试管动物”、“试管婴儿”、“借腹怀胎”、体外受精等内容常见报端，卵细胞的体外培养、受精、繁殖获得了越来越多的重视和投入。“生育是人类正常生理现象，它使我们得以代代相传，但一些人因为生殖器官的病变或生殖细胞的缺陷造成了不孕。男子的精子数量太少而且精子不能向前游，只是胡乱地扭动，无法与卵子结合。在动物育种繁殖中，一些珍稀动物的生育率低，比如一头牛一胎只能产一头犊牛，一生只能生育四五次，这在保护珍稀动物和引进优良动物提高产量方面是大大不利的。这就使得我们探索和实施卵细胞体外培养、受精技术，将卵细胞取出放在合适的环境中培养起来然后在体外受精和早起胚胎培养，等到了合适的时机重新移入母体中，不仅能提高受精率、存活率，而且在提高育种品质方面有重要的意义。
细胞由于其体积小、重量轻、易于死亡等特性使得其在细胞捕获培养方面一直是一个研究热点，目前，实验室、生物医学机构和畜牧业，都是通过人工手动操作来对细胞培养，由于细胞尺寸较小，且极易受到损伤，还需要对浸泡时间进行掌握，因此手工操作的劳动强度较大，对技艺要求较高，成本高，成功率也无法保证。所以人们视图探索一条能够实现对细胞捕获并定向控制细胞运动和状态的装置来改善这一难题。随着微加工技术的发展微流控装置被广泛应用于细胞捕获中，科研人员基于已完成的大量工作并获得了一些成果。而卵细胞由于其粒径和体积比一般的动物细胞要大几十倍，在捕获、培养的结构和方法又有本质的区别。
传统的卵细胞体外培养，需要将卵细胞放入培养皿中，然后在实体显微镜下经过挑选和洗涤后，放入成熟培养液中培养。在不同的培养阶段或者需要将细胞液进行替换进行冷冻保存时，便需要人工将细胞从培养液中取出然后再放入不同的培养液中。由于细胞体积小、重量轻，在培养液中处于无规则的运动状态，人工方式很难去将其捕获并替换细胞培养液，在产业化批量培养过程中更是极大提高了操作成本。
因此，需要设计一种能够批量捕获卵细胞并实现其自动培养的装置成为本领域目前亟待解决的技术问题。
发明内容
基于传统细胞培养装置的不足之处，本发明针对一种卵细胞捕获培养自动化装置，着重解决卵细胞的批量捕获以及换液培养的自动化实现，为实现卵细胞的体外培养、受精、胚胎的初期培养提供一种低成本、易操作的技术方案。
本发明是通过以下技术方案来解决的：
一种卵细胞捕获培养自动化装置，包括设置在支架上通过电机联动的培养液供给机构，培养液供给机构下方设有细胞捕获机构，细胞捕获机构下方设置有废液清除机构，废液清除机构通过导线与控制机构相连。
进一步地，所述培养液供给机构，包括一由支架连接的电机，电机输出轴连接有由轴承连接的旋转轮盘，沿旋转轮盘环向均布有若干贯穿盘面的注射器，注射器的顶端设有马达。
进一步地，所述细胞捕获机构，包括一矩形框架构成的基底，在基底的下端垂直设有一矩形框架底部相连通的通风孔，矩形框架围框上部设有镶嵌在基底上的双层孔洞薄膜，双层孔洞薄膜与基底底部之间是空腔。
进一步地，所述双层孔洞薄膜上呈阵列分布有上层大孔，上层大孔下方设有下层小孔层，细胞在上层大孔中被捕获。
进一步地，所述双层孔洞薄膜上层大孔直径为100μm-150μm，相邻上层大孔之间的距离为10μm-20μm，下层小孔层为若干个直径为100nm小孔均匀分布在下层小孔层面板上。
进一步地，所述废液清除机构，包括与细胞捕获机构中的通风孔相对接的三口容器，三口容器下面连接有一烧瓶，三口容器的侧部通过导管连接有微泵。
进一步地，所述三口容器的顶部设有与通风孔密闭相连的上口，三口容器的侧壁设有与导管相连的侧口，三口容器的下方设有与烧瓶相连的下口，下口处有一个阀门。
进一步地，所述控制机构包括通过导线分别连接微泵、电机和马达的控制板。
本发明同现有技术相比，有以下几个优点：
本发明的研究内容具有明显的新颖性和实用性，研究工作属于卵细胞的捕获、体外培养、受精和繁殖领域，具有广泛的应用前景和实用性价值，在珍稀动物育种和动物优良品种引进方面尤其有重要意义。就本发明来说，它具有如下优点：
A、通过化学腐蚀方法制作双层孔洞结构，既能够实现细胞的捕获又能够使得培养液纳置在薄膜上实现对细胞的培养。
B、双层孔洞薄膜上加工出了几十个均匀排列的双层孔洞结构，可以实现卵细胞的批量捕获和培养。
C、本装置设计了一套废液清除机构，通过控制该机构的运行可以自动的清除细胞捕获机构中的旧培养液，使得培养液与卵细胞分离。
D、在培养液与卵细胞分离之后，本装置还设计了配套的培养液供给机构，能够及时供给不同类型或浓度的新细胞培养液。
E、通过控制机构的程序设定，能够协调细胞捕获、废液清除和培养液供给按指定顺序和时间间隔自动运行，实现细胞捕获培养的自动化。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是培养液供给机构示意图。
图3是细胞捕获机构示意图。
图4是细胞捕获机构剖视图。
图5是双层孔洞薄膜结构局部示意图。
图6是废液清除机构示意图。
图7是控制机构示意图。
图中：1、双层孔洞薄膜；2、基底；3、三口容器；4、导管；5、微泵；6、导线；7、控制板；8、旋转轮盘；9、注射器；10、轴承；11、电机；12、支架；13、导线；14、马达；15、烧瓶；1-1、上层大孔；1-2、下层小孔层；1-3、卵细胞；2-1、通风孔；2-2、空腔；3-1、三口容器上口；3-2、三口容器侧口；3-3、三口容器下口；3-4、三口容器阀门。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
如图1所示，本发明卵细胞捕获培养自动化装置分为四个机构，包括设置在支架12上通过电机联动的培养液供给机构，培养液供给机构下方设有细胞捕获机构，细胞捕获机构下方设置有废液清除机构，废液清除机构和培养液供给机构通过导线与控制机构相连。用于将纳置于细胞培养液中的卵细胞捕获；通过培养液供给机构自动给捕获机构上的卵细胞供给细胞培养液；最后，通过废液清除机构将旧的细胞培养液从细胞捕获机构中清除，实现卵细胞和培养液的分离。其中，细胞捕获机构、培养液供给机构和废液清除机构之间的协调配合是由控制机构来控制的。
其中，培养液供给机构，如图1、2所示，负责向细胞捕获机构中添加新的不同种类或浓度的培养液；细胞捕获机构，如图3、4、5所示，主要负责对卵细胞的捕获、培养；废液清除机构，如图1、6所示，主要负责对细胞捕获机构中旧的细胞培养液的清除，实现卵细胞和培养液分离；控制机构，如图1、7所示，负责控制协调废液清除机构和培养液供给机构中微泵、电机和马达的运动。
如图1、2所示培养液供给机构，由倒L型支架12的上端部垂直连接一电机11，电机11输出轴连接有由轴承10连接的旋转轮盘8，沿旋转轮盘8环向均布有2-10个贯穿盘面的注射器9，用于纳置不同种类或浓度的细胞培养液。注射器9的顶端设有马达14，通过控制马达的运动使注射器内的培养液注入细胞捕获机构中。
如图1、2所示培养液供给机构中，支架12将电机11固定，电机11通过轴承10带动旋转轮盘8转动，通过控制电机的运动来带动旋转轮盘转动一定的角度使得相应的注射器转到细胞捕获机构的中央。
如图1、2所示培养液供给机构中，当需要添加新的不同种类或浓度培养液时，电机启动将相应的注射器转动到细胞捕获机构中央，然后马达推动注射器中的培养液注入细胞捕获机构中。
如图3、4、5所示为细胞捕获机构，如图3、4所示，包括一矩形框架构成的基底2，在基底2的下端垂直设有一与矩形框架底部相连通的通风孔2-1，矩形框架围框上部设有镶嵌在基底上的双层孔洞薄膜1，中间是空腔2-2。
如图5所示为双层孔洞薄膜1放大示意图，双层孔洞薄膜1上呈阵列分布的透孔，透孔分为上层大孔1-1和均匀分布的下层小孔层1-2，细胞1-3在大孔中被捕获。
如图5所示双层孔洞薄膜中，上层大孔直径为100μm-150μm，大孔与大孔之间的距离为10μm-20μm，小孔均匀分布在大孔内部的下层小孔层1-2的面板上，小孔直径为100nm。卵细胞培养液由于其表面张力和毛细力的作用无法在没有外力的作用下自行通过下层小孔层1-2流走，锁存在双层孔洞薄膜1上。
如图1、6所示为废液清除机构，包括与细胞捕获机构中的通风孔2-1相对接的三口容器3，三口容器3下面连接有一烧瓶15，三口容器3的侧部通过导管4连接有微泵5。
三口容器3的上口3-1与细胞捕获机构中，基底2-1密闭相连；三口容器3的侧口3-2通过导管4与微泵5相连；三口容器3的下口3-3处有一个阀门3-4与烧瓶15相连，用于将三口容器中的废液放入烧瓶中。
如图1、6所示废液清除机构中，阀门3-4、微泵5通常处于关闭状态，使得细胞捕获机构和废液清除机构形成一个密闭的整体。当需要清除旧培养液时，微泵5启动，通过导管4给双层孔洞薄膜1中的培养液一个作用力，使培养液通过下层小孔层1-2流走，实现卵细胞与培养液的分离。当旧培养液通过下层小孔层1-2后，存储在三口容器3中，当培养液积累较多时打开阀门3-4，使旧培养液流入烧瓶15中，然后再次关闭阀门3-4。
如图1、7所示为控制机构，控制板7通过导线分别连接微泵5、电机11和马达14。控制机构通过程序的设定来控制微泵、电机和马达的运行。
如图1、7所示控制机构中，控制板7的控制顺序为首先启动微泵清除细胞捕获机构中的旧培养液，然后启动电机带动旋转轮盘转动相应角度，使得相应的注射器转动到细胞捕获机构的中央，最后启动马达使注射器内的细胞培养液注入细胞捕获机构。
循环上述过程可以实现卵细胞的批量捕获培养的自动化。
利用上述装置能够实现卵细胞捕获培养自动化，其包括以下步骤：
1)将卵细胞置于一种培养液中，注入到已加工出的双层孔洞薄膜上，使卵细胞被双孔结构捕获；
2)进行卵细胞培养；
3)一定时间之后，运行所述废液清除机构将旧的培养液从双层孔洞薄膜清除。
4)待旧培养液清除后，运行所述培养液供给机构，将新的培养液注入到双层孔洞薄膜上，继续培养细胞。
5)一定时间后取出培养的卵细胞进行其他的实验或培育。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，图中为了描述方便所画的尺寸不为实际尺寸，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种卵细胞捕获培养自动化装置，其特征在于：包括设置在支架(12)上通过电机联动的培养液供给机构，培养液供给机构下方设有细胞捕获机构，细胞捕获机构下方设置有废液清除机构，废液清除机构和培养液供给机构通过导线与控制机构相连；
所述细胞捕获机构，包括一矩形框架构成的基底(2)，在基底(2)的下端垂直设有一矩形框架底部相连通的通风孔(2-1)，矩形框架围框上部设有镶嵌在基底上的双层孔洞薄膜(1)，双层孔洞薄膜(1)与基底(2)底部之间是空腔(2-2)；
所述双层孔洞薄膜(1)上呈阵列分布有上层大孔(1-1)，上层大孔(1-1)下方设有下层小孔层(1-2)，细胞(1-3)在上层大孔(1-1)中被捕获；
所述双层孔洞薄膜(1)上层大孔(1-1)直径为100μm-150μm，相邻上层大孔(1-1)之间的距离为10μm-20μm，下层小孔层(1-2)为若干个直径为100nm小孔均匀分布在下层小孔层(1-2)面板上；
所述培养液供给机构，包括一由支架(12)连接的电机(11)，电机(11)输出轴连接有由轴承(10)连接的旋转轮盘(8)，沿旋转轮盘(8)环向均布有若干贯穿盘面的注射器(9)，注射器(9)的顶端设有马达(14)；
所述废液清除机构，包括与细胞捕获机构中的通风孔(2-1)相对接的三口容器(3)，三口容器(3)下面连接有一烧瓶(15)，三口容器(3)的侧部通过导管(4)连接有微泵(5)；
所述控制机构包括通过导线分别连接微泵(5)、电机(11)和马达(14)的控制板(7)。
2.根据权利要求1所述的卵细胞捕获培养自动化装置，其特征在于：所述三口容器(3)的顶部设有与通风孔(2-1)密闭相连的上口(3-1)，三口容器(3)的侧壁设有与导管(4)相连的侧口(3-2)，三口容器(3)的下方设有与烧瓶(15)相连的下口(3-3)，下口(3-3)处有一个阀门(3-4)。
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Inventor after: Ma Juan

Inventor after: Luo Yong

Inventor after: Yang Jimeng

Inventor before: Luo Yong

Inventor before: Ma Juan

Inventor before: Wang Fanglin

Inventor before: Xu Yalan

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Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LUO YONG MA JUAN WANG FANGLIN XU YALAN TO: MA JUAN LUO YONG YANG JIMENG

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