CN103823025A - 用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置 - Google Patents

用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种便利、高效的用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置，它包括抗冻剂溶液供给模块和透明的生物容器，所述抗冻剂溶液供给模块与生物容器连通以向生物容器供给抗冻剂溶液，它还包括计算机（1）、显微数字图像获取模块，生物容器位于显微数字图像获取模块可观察生物容器内细胞变化的位置，所述计算机（1）分别与显微数字图像获取模块、抗冻剂溶液供给模块电连接。

Description

用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置
技术领域
本发明涉及生物低温保存相关装置技术领域，具体讲是一种用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置。
背景技术
为了避免细胞在低温保存过程中受到伤害，添加抗冻剂溶液是必要的，然而在将抗冻剂溶液加入或取出细胞的过程当中，细胞极易遭受抗冻剂的毒性、自身体积的过度膨胀或收缩以及pH值的扰动等因素引起的损伤。制定合理的抗冻剂溶液加入或取出程序是低温保存成功的关键之一，而如何便利、高效地判断所制定的抗冻剂溶液加入或取出程序是否优选，目前尚没有相关筛选装置以供使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种便利、高效的用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置。
为解决上述技术问题，本发明提出一种用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置，它包括抗冻剂溶液供给模块和透明的生物容器，所述抗冻剂溶液供给模块与生物容器连通以向生物容器供给抗冻剂溶液，它还包括计算机、显微数字图像获取模块，生物容器位于显微数字图像获取模块可观察生物容器内细胞变化的位置，所述计算机分别与显微数字图像获取模块、抗冻剂溶液供给模块电连接。
采用上述结构后，与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明能够对抗冻剂溶液加入或取出细胞的过程当中按一定频率拍摄获取预先被染色的细胞的图像，并传送给计算机处理，得到实时的细胞体积变化和存活率数据，细胞的体积变化数据可进一步转化成细胞内的抗冻剂溶液浓度变化数据，通过综合分析各数据来判断所应用的抗冻剂溶液加入或取出程序的优劣，整个过程计算机上设定后可自动完成，弥补了用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选这一领域的空白。
作为改进，所述显微数字图像获取模块包括显微镜、CMOS照相机，CMOS照相机的拍摄镜头位于显微镜观察镜上方；所述生物容器位于显微数字图像获取模块可观察生物容器内细胞变化的位置是指生物容器位于显微镜的工作台和目镜之间；所述计算机与显微数字图像获取模块电连接是指计算机与CMOS照相机电连接，所述显微数字图像获取模块结构简单、紧凑、成本低，更有利于本发明的实施及推广。
作为改进，所述抗冻剂溶液供给模块包括注射泵、混匀容器、电导率计、第一半导体温控单元、热电偶、第二半导体温控单元，所述注射泵至少两个；所述抗冻剂溶液供给模块与生物容器连通是指生物容器、各个注射泵均与混匀容器连通；所述混匀容器、生物容器之间的抗冻剂溶液流通通路上还依序设置所述电导率计、第一半导体温控单元、热电偶，第二半导体温控单元设于生物容器底部以控制生物容器的温度；所述计算机与抗冻剂溶液供给模块电连接是指计算机分别与各个注射泵、电导率计、第一半导体温控单元、热电偶、第二半导体温控单元电连接，这样，更有利于向生物容器精准供给由抗冻剂溶液加入或取出程序所确定的抗冻剂溶液，包括温度、浓度、抗冻剂种类等各项参数均符合抗冻剂溶液加入或取出程序中的设定，进而更有利于提高抗冻剂溶液加入或取出程序筛选的准确性和稳定性。
作为改进，所述生物容器包括载样槽、用于固定细胞的多聚-D-赖氨酸涂层、盖玻片，多聚-D-赖氨酸涂层设于载样槽内底部，盖玻片盖住载样槽，这样，结构简单、紧凑、成本低，且方便操作，更有利于本发明的实施及推广。
附图说明
图1为本发明用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置的结构示意图。
如图所示：1、计算机，2、显微镜，3、CMOS照相机，4、第一注射泵，5、第二注射泵，6、混匀容器，7、电导率计，8、第一半导体温控单元，9、热电偶，10、第二半导体温控单元，11、载样槽，12、多聚-D-赖氨酸涂层，13、盖玻片。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细的说明：
本发明用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置，它包括抗冻剂溶液供给模块和透明的生物容器，所述抗冻剂溶液供给模块与生物容器连通以向生物容器供给抗冻剂溶液，它还包括计算机1、显微数字图像获取模块，生物容器位于显微数字图像获取模块可观察生物容器内细胞变化的位置，所述计算机1分别与显微数字图像获取模块、抗冻剂溶液供给模块电连接。
所述显微数字图像获取模块包括显微镜2、CMOS照相机3，CMOS照相机3的拍摄镜头位于显微镜2观察镜上方；所述生物容器位于显微数字图像获取模块可观察生物容器内细胞变化的位置是指生物容器位于显微镜2的工作台和目镜之间；所述计算机1与显微数字图像获取模块电连接是指计算机1与CMOS照相机3电连接。
所述抗冻剂溶液供给模块包括注射泵、混匀容器6、电导率计7、第一半导体温控单元8、热电偶9、第二半导体温控单元10，所述注射泵至少两个；所述抗冻剂溶液供给模块与生物容器连通是指生物容器、各个注射泵均与混匀容器6连通；所述混匀容器6、生物容器之间的抗冻剂溶液流通通路上还依序设置所述电导率计7、第一半导体温控单元8、热电偶9，第二半导体温控单元10设于生物容器底部以控制生物容器的温度；所述计算机1与抗冻剂溶液供给模块电连接是指计算机1分别与各个注射泵、电导率计7、第一半导体温控单元8、热电偶9、第二半导体温控单元10电连接；热电偶9为贴片式。
所述生物容器包括载样槽11、用于固定细胞的多聚-D-赖氨酸涂层12、盖玻片13，多聚-D-赖氨酸涂层12设于载样槽11内底部，盖玻片13盖住载样槽11。
所述的注射泵为两个，分别为第一注射泵4和第二注射泵5，第一注射泵4用于装平衡盐溶液，第二注射泵5用于装抗冻剂；所述的多聚-D-赖氨酸涂层12用于加强细胞的粘附效果，从而实现固定细胞的目的；混匀容器6为超声波混匀容器。
本发明的结构主要由三部分组成：溶液温度控制、溶液浓度控制和细胞图像采集与处理，溶液温度控制部分的作用是使抗冻剂溶液的温度按照设定的程序变化，由结构中的第一半导体温控单元8、热电偶9、第二半导体温控单元10以及计算机1来实现。溶液浓度控制部分的作用是使抗冻剂溶液的浓度按照设定的程序变化，由结构中的注射泵、超声波混匀容器、电导率计7以及计算机1来实现。细胞图像采集与处理部分的作用是获得实时的细胞图像，并通过内置在计算机1内的处理程序转化成实时的细胞体积、细胞存活率以及细胞内抗冻剂浓度数据，由显微数字图像获取模块、计算机1来现实。
对某种特定的细胞进行抗冻剂的加入或取出处理之前，首先需要知道该种细胞的一些生物物理参数（细胞膜的水力传导率、细胞膜对抗冻剂的渗透系数、细胞的表面积），并为该种细胞的活性检测选择合适的荧光染料（比如对于软骨细胞，可以选择吖啶橙/碘化丙啶(AO/PI)）。
以抗冻剂加入程序的筛选为例，工作过程如下所述：
打开内置在计算机内的程序，输入所需的细胞膜生物物理参数，并设定好温度以及浓度变化程序；将平衡盐溶液和抗冻剂分别装入第一注射泵4和第二注射泵5；将已进行过染色处理的细胞添加到载样槽11的多聚-D-赖氨酸涂层12上，待细胞粘附后，开启第一半导体温控单元8、第二半导体温控单元10、第一注射泵4、第二注射泵5以及超声波混匀容器。
抗冻剂溶液通过第一半导体温控单元8被冷却或加热后进入载样槽11，热电偶9检测溶液温度，传感信号进入计算机1转化为数值，并与预设温度进行比较，计算机1根据处理结果输出电压信号到第一半导体温控单元8、第二半导体温控单元10来控制半导体温控单元的冷量或热量输出，第二半导体温控单元10的作用是维持已冷却或加热的抗冻剂溶液在指定的温度。
抗冻剂溶液的浓度通过改变两个注射泵的推进速度来控制。平衡盐溶液和抗冻剂在超声波混匀容器里充分混匀，进入电导率计7，电导率计7检测溶液的电导率，把信号传送给计算机1转化为浓度数值，并与预设浓度进行比较，计算机1根据处理结果输出信号到第一注射泵4和第二注射泵5，控制两者的推进速度。
CMOS照相机3按照设定的频率拍摄获取经目镜放大的细胞图像，并传送给计算机1处理，计算机1按照设定的算法计算出实时的细胞存活率（比如对AO/PI染色的软骨细胞，红色的为死细胞，绿色的为活细胞，细胞的存活率=活细胞的数目/(活细胞的数目+死细胞的数目)×100%），以及细胞体积。通过细胞膜的两参数模型，由细胞的体积变化数据可进一步得到细胞内的抗冻剂浓度变化数据。当细胞内的抗冻剂浓度达到所需值时，本次加载处理过程结束，记录此时的细胞存活率。
重复上述过程，通过设定多个温度和浓度变化程序，对细胞进行多次加载处理，存活率最高的那一次可作为最佳的抗冻剂溶液加载处理程序。

Claims (4)

1.一种用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置，它包括抗冻剂溶液供给模块和透明的生物容器，所述抗冻剂溶液供给模块与生物容器连通以向生物容器供给抗冻剂溶液，其特征在于，它还包括计算机（1）、显微数字图像获取模块，生物容器位于显微数字图像获取模块可观察生物容器内细胞变化的位置，所述计算机（1）分别与显微数字图像获取模块、抗冻剂溶液供给模块电连接。
2.根据权利要求1所述的用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置，其特征在于，所述显微数字图像获取模块包括显微镜（2）、CMOS照相机（3），CMOS照相机（3）的拍摄镜头位于显微镜（2）观察镜上方；所述生物容器位于显微数字图像获取模块可观察生物容器内细胞变化的位置是指生物容器位于显微镜（2）的工作台和目镜之间；所述计算机（1）与显微数字图像获取模块电连接是指计算机（1）与CMOS照相机（3）电连接。
3.根据权利要求1所述的用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置，其特征在于，所述抗冻剂溶液供给模块包括注射泵、混匀容器（6）、电导率计（7）、第一半导体温控单元（8）、热电偶（9）、第二半导体温控单元（10），所述注射泵至少两个；所述抗冻剂溶液供给模块与生物容器连通是指生物容器、各个注射泵均与混匀容器（6）连通；所述混匀容器（6）、生物容器之间的抗冻剂溶液流通通路上还依序设置所述电导率计（7）、第一半导体温控单元（8）、热电偶（9），第二半导体温控单元（10）设于生物容器底部以控制生物容器的温度；所述计算机（1）与抗冻剂溶液供给模块电连接是指计算机（1）分别与各个注射泵、电导率计（7）、第一半导体温控单元（8）、热电偶（9）、第二半导体温控单元（10）电连接。
4.根据权利要求1所述的用于细胞的抗冻剂溶液加入或取出程序筛选装置，其特征在于，所述生物容器包括载样槽（11）、用于固定细胞的多聚-D-赖氨酸涂层（12）、盖玻片（13），多聚-D-赖氨酸涂层（12）设于载样槽（11）内底部，盖玻片（13）盖住载样槽（11）。
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