CN103958661B - 用于拾取细胞物质的方法及用于执行该方法的组件 - Google Patents

Abstract

在用于从培养皿拾取细胞物质的方法中，使拾取工具朝向所述细胞物质移位。所述工具和所述细胞物质之间的接触通过执行电容测量来确定。在接触之后，所述工具从所述细胞物质移开。在用于执行所述方法的组件中，由导电材料制成的支撑体支撑所述培养皿。在所述工具处于初始位置时，测量装置确定由拾取工具和支撑体组成的系统的初始电容，并且当朝向所述培养皿降低所述工具时，所述测量装置确定所述系统的电容。所述测量装置将代表电容的信号提供给控制器，所述控制器包括用于执行降低所述工具期间的电容和所述初始电容的比较的比较器。所述控制器至少基于这种比较来控制所述工具的定位。

Description

用于拾取细胞物质的方法及用于执行该方法的组件

技术领域

本发明涉及一种用于从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质的方法。

背景技术

从JP-A-62273429可知这种方法。这种已知的方法涉及通过将移植针用作电极并且由电信号来检测所述移植针和培养基之间的接触而获得恒定的针刺深度。电极被放置在培养基之上并且所述移植针然后被降低到所述培养基上。电源和可变电阻器通过引线被连接到电极和移植针上。因为培养基具有高的水分含量，所以传导的存在或缺乏可以通过检测器来检测并且检测阀值可以通过调节可变电阻器来改变。当使用这种已知的方法时可出现的问题是，尽管可以获得恒定的针刺深度，但是有时会出现的是，所述移植针已经拾取了细胞物质和所述细胞物质下方的培养基的混合物。另外，连接到电极和移植针上的电源产生了穿过培养基的电流，该电流可以对培养基上的细胞物质有害。另外，当朝向不同的培养皿改变时，电极不得不被替换或彻底地清洁以防止交叉污染。

发明内容

本发明的目标在于提供一种用于从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质的方法，其中所述细胞物质可以选择性地被拾取。

本发明的进一步目标在于提供一种用于拾取细胞物质的方法，所述方法对细胞物质无害。

本发明的进一步目标在于提供一种尽可能使用较少的装置零件来拾取细胞物质的方法。

这些目标的至少一个或这些目标的至少一部分由通过提供一种用于从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质的方法的本发明实现，该方法顺序地包括以下步骤：

-使拾取工具朝向所述细胞物质移位，

-确定所述拾取工具和所述细胞物质之间的接触，以及

-将所述拾取工具从所述细胞物质移开从而拾取细胞物质，其中，确定所述拾取工具和所述细胞物质之间的接触的步骤通过执行电容测量进行。因为接触通过执行电容测量来确定，所以没有用以直接与培养基接触的附加电极对确定拾取工具和细胞物质和/或培养基之间的接触是必要的。此外，通过使用电容测量，拾取工具不需要全部穿刺到细胞物质中以建立接触，从而使得能够仅拾取细胞物质。另外，需要产生这种测量的电压等级足够低，以不引发对细胞物质的生长的任何不良影响。

在这种情况下提供了根据本发明的非常精确的方法，所述方法包括以下步骤：

-将所述培养皿放置到由导电材料制成的支撑体上；

-使用由电绝缘材料制成的培养皿；

-使用由导电材料制成的拾取工具；

-将所述拾取工具放置在远高于所述培养皿的初始位置；

-在所述拾取工具处于所述初始位置时测量由所述拾取工具和所述支撑体组成的系统的初始电容；

-沿朝向培养皿的方向从所述初始位置降低所述拾取工具；

-在降低所述拾取工具期间测量由所述拾取工具和所述支撑体组成的系统的电容。

优选地，所述方法进一步包括步骤：当所测得的电容偏离所述初始电容时，在接触位置下停止降低所述拾取工具。这防止了拾取工具被过度降低，使得可以防止拾取细胞物质下方存在的培养基。优选地，所述方法进一步包括步骤：当所测得的电容偏离所述初始电容时，测量所述拾取工具的接触位置。

在根据本发明的方法的有利的实施例中，所述方法进一步包括以下步骤：将所述拾取工具从所述接触位置朝向检验位置移开预定距离并且将该拾取工具保持在所述检验位置；以及在所述检验位置下测量由所述拾取工具和所述支撑体组成的系统的电容。在一些情况下，待拾取的细胞物质非常粘或黏滑。当与这种细胞物质接触之后的拾取工具从细胞物质移开时，细线状物有时会保持所述拾取工具和培养皿中的细胞物质之间相接触。这种细线状物可以破坏并且可能污染所述拾取工具装置。通过测量检验位置(例如可以在培养皿的上方数毫米)的电容，可检测这种线状物的存在，使得可以采取适当的动作。尤其是在根据本发明的拾取工具保持器被设置用于可移除地保持拾取工具的方法的实施例中，当该拾取工具保持器适合于夹持和释放拾取工具时，能够使这样的动作在检测到残留线状物的情况下自动化。优选地，于是所述方法包括以下步骤：在所述检验位置下所测得的电容不同于所述初始电容的情况下从所述拾取工具保持器释放所述拾取工具，使得所述拾取工具落入到所述培养皿中；并且所述方法可选地包括丢弃所述培养皿的步骤。这些步骤可以以自动方式容易地执行，使得没有对丢弃培养皿必要的人为干涉耗时。

在根据本发明的方法的实施例中，其中所述方法包括提供导电材料的环形元件来作为所述由导电材料制成的支撑体的步骤以及将透明电绝缘材料的元件或层片夹置于所述支撑体和所述培养皿之间的步骤，可从所述培养皿的下方提供照明以有助于确定细胞物质在培养皿中的位置。

优选地，所述方法包括以下步骤：使用由导电塑料制成的拾取工具，使得所述拾取工具可任意使用。尽管在拾取工具拾取细胞物质之后和被用于拾取进一步的细胞物质之前可彻底地清洁拾取工具，但是根据本发明的方法的实施例优选在每当细胞物质必须从培养皿中的培养基的表面拾取时使用新的拾取工具。按照这种方式，可以实现从培养皿拾取细胞物质的可靠的、廉价的和快速的方式。

本发明还涉及一种根据前述权利要求中任一项所述的用于执行从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质的方法的组件，该组件包括：

-拾取工具装置，所述拾取工具装置包括导电材料的拾取工具保持器，该拾取工具保持器以电绝缘的方式被安装到所述拾取工具装置上，该拾取工具保持器保持由导电材料制成的拾取工具，该拾取工具以导电的方式被所述拾取工具保持器保持；

-培养皿，所述培养皿由电绝缘材料制成；

-支撑体，所述支撑体由导电材料制成并且用于支撑所述培养皿；

-定位装置，所述定位装置用于将所述拾取工具定位到所述培养皿上方的初始位置，并且所述定位装置用于分别朝向所述培养皿降低所述拾取工具以及远离所述培养皿提升所述拾取工具；

-控制器，所述控制器用于控制所述定位装置的运动；

-测量装置，所述测量装置用于执行电容测量以便确定由所述拾取工具和所述支撑体组成的系统的电容，所述测量装置适合于在所述拾取工具处于初始位置时确定由所述拾取工具和所述支撑体组成的系统的初始电容并且适合于将代表所述初始电容的信号提供给所述控制器，所述测量装置适合于在朝向所述培养皿降低所述拾取工具时确定由所述拾取工具和所述支撑体组成的系统的电容并且适合于将代表所测得的电容的信号提供给所述控制器；

-该控制器包括比较器，所述比较器用于执行降低所述拾取工具期间的电容与所述初始电容的比较并且用于提供指示该比较的比较信号，该控制器至少基于所述比较信号来控制所述定位装置的运动。

优选地，根据本发明的组件的实施例在组件的独权中描述。

参考附图，在一些示例性实施例的以下详细说明中描述本发明的进一步的目标、方面、效果和细节。

附图说明

图1为根据本发明的用于执行用于从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质的方法的组件的示意图。

具体实施方式

图1为根据本发明的用于执行用于从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质的方法的组件的示意图。

所述组件包括拾取工具装置1，所述拾取工具装置1包括导电材料的拾取工具保持器2。所述拾取工具保持器2以电绝缘的方式被安装到所述拾取工具装置1上。所述拾取工具保持器2适合于以导电的方式保持由导电材料制造的拾取工具3。所述拾取工具3可以由金属制造，但是所述拾取工具3还可以由导电的塑性材料(例如，包括碳的塑料)制造。

此外，根据本发明的组件包括培养皿4，所述培养皿4由例如玻璃或电绝缘塑料的电绝缘材料制造。所述培养皿4包含培养基11，所述培养基11上存在有例如菌落12的细胞物质12。所述培养皿4支撑在由导电材料制造的支撑体5上。所述培养皿4可以直接地或间接地通过将电绝缘材料的元件或层片夹置于所述培养皿4和所述支撑体5之间被支撑在导电的支撑体5中。在图1中示出的实施例中，所述支撑体5为导电材料的环形元件，所述环形元件包围透明的电绝缘材料的层6，所述培养皿4可以支撑在所述电绝缘材料的层6上。按照这种方式，可从所述培养皿4的下方提供照明以有助于确定细胞物质在所述培养皿4中的位置。应注意的是，所述层6在替代性的实施例中还可以被放置在环形支撑体5的上部。

定位装置7被布置用于将所述拾取工具3(和所述拾取工具保持器2)定位到所述培养皿4上方的初始位置。在例如微处理器8或用于控制所述定位装置的操作的任何其它的适合的装置的控制器的控制下，该定位装置7可以分别朝向所述培养皿降低所述拾取工具3以及远离所述培养皿提升所述拾取工具3。另外，所述定位装置7可以在与所述培养皿4的平面平行的平面中使所述拾取工具3移位。所述移位在图1中利用双向箭头XY和Z示意性地指示。所述微处理器8利用信号线9被连接到所述定位装置7上，以便正确地控制所述定位装置7。

图1中示出的组件进一步包括用于在所述拾取工具3接触所述细胞物质12或所述培养基11时进行检测或测量的测量装置10。所述测量装置10可以执行电容测量以便确定由所述拾取工具3和所述支撑体5组成的系统的电容。在图1中示出的实施例中，所述测量装置10由振荡电路18组成，所述振荡电路18还起交流电压源的作用，所述振荡电路18通过电引线14被连接到所述拾取工具保持器2上并且通过另一电引线15被连接到所述环形支撑体5上。在该实施例中，所述振荡电路18提供了具有值在大约1.25和大约3.5伏(V)之间的电压，所述振荡电路18具有可以在100和150千赫(kHz)的范围内选择的固定频率。如图1中的图表所示意性地示出的，所提供的交流电压V为锯齿电压。

所述振荡电路18例如可以包括运算放大器多谐振荡器。振荡电路的振荡频率取决于由电引线14、拾取工具保持器2、拾取工具3、细胞物质和/或培养基11、培养皿4、绝缘元件/层6、环形支撑体和电引线15组成的测量电路的电容的值。此外，在所述拾取工具3与所述细胞物质12分离的情况下(图1中的实线所示)，电容由所述拾取工具3和所述细胞物质12和/或培养基11之间存在的气柱确定。如图1中的虚线所示，当拾取工具3′与所述细胞物质12和/或培养基11接触时，该气柱不存在。所述振荡电路18通过测量线19被连接到所述微处理器8上。所述微处理器在图示的实施例中包括用于显示测量结果的显示屏20。

因此，所述测量装置10可以确定由所述拾取工具3和所述支撑体5(除了其它以外)组成的系统在所述拾取工具3的初始位置的初始电容，如图1中的实线所示，所述初始位置远高于所述培养皿4。在该初始位置，所述测量装置10将代表初始的电容的信号提供给所述微处理器8。在本发明的实施例中，代表初始电容的该信号为所述振荡电路18的振荡频率，所述频率可以在所述显示屏上示出。

当朝向所述培养皿4降低所述拾取工具3时，所述测量装置10继续确定所述电容(即，振荡频率)并且连续地将代表振荡频率的信号提供给所述微处理器8。所述微处理器包括比较器21，所述比较器21用于执行在所述拾取工具3的降低期间的电容(即，振荡频率)与所述初始电容(即，初始振荡频率)的比较。在所述拾取工具3′接触所述细胞物质12的时刻，所述系统的电容改变，这具有直接的后果，即，所述振荡电路的振荡频率改变。所述微处理器8的比较器21检测该改变并且提供表明该改变(或比较)的比较信号，所述比较信号被所述微处理器使用以控制所述定位装置7的运动。在所述拾取工具3的降低期间所测量的振荡频率(即，电容)偏离初始振荡频率的情况下，例如当所述拾取工具3接触所述细胞物质时，所述控制器基于由所述比较器21提供的比较信号而立即停止所述拾取工具3的降低。按照这种方式，可以保证所述拾取工具不穿透所述细胞物质并且仅细胞物质与所述拾取工具接触。

在所述拾取工具3′接触所述细胞物质12的情况下，流经所述测量电路并且因此还流经所述细胞物质的电流小于0.1毫安(mA)，这对细胞物质的生长无害。流经所述测量电路的电路在图1中通过字母A示意性地指示。

在所述拾取工具3已经接触所述细胞物质12并且所述微处理器已经控制所述定位装置7以停止所述拾取工具沿所述培养皿的方向的运动之后，所述微处理器8控制所述定位装置以使所述拾取工具3的运动方向，即，从所述细胞物质12中移开所述拾取工具3。

尽管所述拾取工具3与由所述拾取工具3携带的细胞物质可以直接地被转移以便进一步处理，但是如现有技术已知的，目前在本发明最优选的实施例中，所述微处理器8控制所述定位装置7的反向运动，使得所述拾取工具3首先远离接触位置朝向检验位置而移开预定距离(初始位置和接触位置的中间)并且被保持在该检验位置。在该检验位置下，包含所述拾取工具3和所述环形支撑体5的测量电路的振荡频率(即，电容)被测量。在该检验位置下确定的振荡频率偏离初始振荡频率(如由比较器21确定)的情况下，所述微处理器8提供警告信号，所述警告信号指示存在有仍将所述拾取工具3和所述培养基上的细胞物质12连接的线状细胞物质。该警告信号可以被提供给操作者，操作者可以采取适当的动作。

然而，因为想要使拾取细胞物质和转移细胞物质尽可能地自动化，所以在目前最优选的实施例中，使用了适合于可移除地保持所述拾取工具3的拾取工具保持器2。因此，所述拾取工具保持器2适合于例如利用可移位的指状物或任何其它适合的装置来夹持和释放所述拾取工具3。按照这种方式，所述警告信号可以被使用以在检验位置测量的振荡频率(即，电容)与初始振荡频率(即，初始电容)不同的情况下从所述拾取工具保持器2释放所述拾取工具3，使得所述拾取工具3落至所述培养皿4中。然后，所述培养皿4与已经掉落到所述培养皿4中的拾取工具3一起可以通过本身已知的任何适合的自动装置来丢弃。另外，当拾取工具保持器适合于可移除地保持所述拾取工具时，每当必须从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质时，可以使用新的拾取工具。

上述测量装置是可以在从初始位置朝向培养皿运动的期间所述拾取工具接触所述细胞物质时被用于测量电容的变化的许多测量装置的一种。本发明不限于特定装置，但是本领域技术人员已知的任何测量装置可以在本发明中使用。另外，没有详细地描述所述定位装置，因为对于该定位装置而言，适合于使所述拾取工具至少沿垂直尺寸移位的任何已知的装置可以在本发明中使用。

因此，上述组件通常执行用于从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质的方法，所述方法顺序地包括以下步骤：使拾取工具朝向所述细胞物质移位；确定所述拾取工具和所述细胞物质之间的接触；以及将所述拾取工具从所述细胞物质移开从而拾取细胞物质，其中，确定所述拾取工具和所述细胞物质之间的接触的步骤通过执行电容测量来执行。当所测得的电容偏离初始电容时，所述拾取工具的降低被停止在接触位置。在拾取工具的接触位置被测量的情况下，该确定的位置还可以被微处理器使用以控制用于移动所述拾取工具的定位装置的操作。例如，所述拾取工具可以在不同的速度下被移位，例如，从初始位置以较高的速度开始并且当拾取工具接近上一周期的接触位置时减小速度。这是可能的，因为可以假设所述培养基的表面通常是水平的。

Claims (15)

1.用于从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质的方法，所述培养皿由电绝缘材料制成，所述方法包括以下步骤：

将所述培养皿放置到支撑体上，所述支撑体具有由导电材料制成的环形元件，所述环形元件包围电绝缘材料的层；

将由振荡电路生成的初始信号提供给微处理器，所述信号由代表测量电路的电容的振荡频率特征化，所述测量电路由第一电引线和第二电引线特征化，第一电引线电连接到保持导电拾取工具的导电拾取工具保持器，第二电引线电连接到所述支撑体的所述环形元件，所述测量电路通过第一电引线和第二电引线电连接到所述振荡电路；

使拾取工具朝向放置在所述支撑体上的所述培养皿中的细胞物质移位，

当所述拾取工具朝向所述培养皿移位时，继续将所述初始信号提供给所述微处理器；

检测与初始振荡频率相比振荡频率的改变，所述振荡频率的改变指示所述拾取工具和所述细胞物质之间的接触；

当检测到与初始振荡频率相比振荡频率的改变时，停止所述拾取工具的移位；

将所述拾取工具从所述细胞物质移开，从而拾取所述细胞物质。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括以下步骤：

将指示所述振荡频率的改变的比较信号提供给所微处理器；以及

使用所述比较信号来控制定位装置的移动。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述振荡电路提供由锯齿电压特征化的交流电压。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述交流电压具有在100到150kHz之间的固定频率。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方法进一步包括以下步骤：

将所述拾取工具从所述接触位置朝向在接触位置和最终预定位置之间的检验位置，移开最终预定距离，

将所述拾取工具保持在所述检验位置，以及

当处于所述检验位置时，测量所述振荡频率，以确定是否存在有仍将所述拾取工具和所述培养基上的细胞物质连接的线状细胞物质。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法进一步包括当处于所述检测位置时，在振荡频率偏移初始振荡频率的情况下，提供警告信号的步骤。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述方法进一步包括步骤：当处于所述检测位置时，在振荡频率偏移初始振荡频率的情况下从所述拾取工具保持器释放所述拾取工具的步骤。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括：将透明电绝缘材料的元件或层片夹置于所述支撑体和所述培养皿之间的步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述拾取工具的移位期间，由与初始振荡频率进行比较的比较器检测振荡频率的改变。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括每当必须从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质时使用新的拾取工具的步骤。

11.用于执行根据权利要求1-10中任一项所述的用于从培养皿中的培养基的表面拾取细胞物质的方法的组件，所述组件包括：

拾取工具装置，所述拾取工具装置包括导电材料的拾取工具保持器，所述拾取工具保持器以电绝缘的方式被安装到所述拾取工具装置上，所述拾取工具保持器保持由导电材料制成的拾取工具，所述拾取工具以导电的方式被所述拾取工具保持器保持，所述拾取工具保持器电连接到第一电引线；

培养皿，所述培养皿由电绝缘材料制成；

用于支撑所述培养皿的支撑体，所述支撑体具有由导电材料制成的环形元件，所述环形元件包围电绝缘材料的层，所述培养皿可支撑在所述电绝缘材料的层上，所述环形元件电连接到第二电引线；

定位装置，所述定位装置用于将所述拾取工具定位到所述培养皿上方的初始位置，并且所述定位装置用于分别朝向所述培养皿降低所述拾取工具以及远离所述培养皿提升所述拾取工具；

控制器，所述控制器用于控制所述定位装置的运动；

振荡电路，与第一电引线和第二电引线相连接，被配置为提供代表振荡频率的信号，所述振荡频率由测量电路的电容特征化，所述测量电路包括所述第一电引线、所述拾取工具保持器、所述拾取工具、所述第二电引线、所述电绝缘材料的层、所述支撑体和所述培养皿；

比较器，所述比较器用于执行降低所述拾取工具期间的振荡频率与所述初始振荡频率的比较并且用于提供指示所述比较的比较信号，所述控制器至少基于所述比较信号来控制所述定位装置的运动。

12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述控制器适合于当所述振荡电路的振荡频率改变时停止降低所述拾取工具。

13.根据权利要求11或12所述的组件，其中，所述振荡电路包括运算放大器多谐振荡器。

14.根据权利要求11所述的组件，其中，所述电绝缘材料的层是透明的。

15.根据权利要求11所述的组件，其中，所述拾取工具由导电塑料制成。