CN104542495A - 一种新型的秀丽线虫培养及实时动态观测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种新型的秀丽线虫培养及实时动态观测装置，在观察箱顶端设有6个光学摄像头，同时对六孔板中培养中线虫的运动轨迹进行观测记录。观察箱具有侧壁发光二极管灯带光源和底部平面光源，光源通过散热风扇以及外侧壁散热以维持六孔板工作温度稳定。该发明可通过光源的开关工作于明视场或暗视场状态，并通过计算机记录分析线虫的运动轨迹。
Description
技术领域
本发明属生命科学仪器领域，具体涉及一种新型的秀丽线虫培养及实时动态观测装置。
背景技术
秀丽线虫作为一种模式线虫，已广泛应用于当前生命科学研究的各个领域，而且它也被认为是研究寄生线虫的一个重要的实验室模型。秀丽隐杆线虫属于小杆亚纲、小杆目。以细菌为食，其生命周期大约为3天，平均寿命为3周。其呈蠕虫状、成体长约1.0-1.5mm，身体直径约70.0μm。秀丽隐杆线虫为两侧对称，体表有一层角质层覆盖物，无分节。
现有的线虫培养技术主要以LB培养基为基础，加入CaCl2，MgSO4磷酸缓冲液，胆固醇，蛋白胨以及大肠杆菌制成半透明培养基，在16-25℃环境下。其形态学观察手段主要为观察细胞用的倒置显微镜，进行线虫器官形态方面的研究。但是目前对于线虫长时间、大范围运动形态方面的研究仍然较少提及。
现有文献所提到的细胞培养观测装置如专利文献“用于外加直流电场下观察细胞生物学行为的装置”公开号CN200810070287.X主要用于拍摄静态细胞画面，而线虫体积远大于细胞，且在培养基质中快速游动，且六孔板单孔面积远大于96孔板，传统显微镜视野有限，因此上述现有技术无法长时间连续跟踪记录线虫的运动形态。
国外学者Sergio H.Simonetta，Diego A.Golombek在Journal of Neuroscience Methods161(2007)273-280中则公开了一种利用96孔板中观测、记录线虫运动情况的方法和装置。参见图1，其原理可简述为，用红外LED发射一束红外线，通过小孔准直、平行后，使红外线穿越96孔板的某个孔位的中心部位，在96孔板对侧放置光电传感器，当线虫游动到96孔板孔体的中心部位由于虫体遮挡红外线光束造成的光电脉冲信号。通过对脉冲信号计数-频率/电压转换-上位机采集的方法即可判断出该孔内线虫的活动情况。通常而言，脉冲信号越密集，说明线虫越活跃。
国外学者Steven D.Buckingham，David B.Sattelle在Invert Neurosci(2008)8：121-131中综述了目前主流的显微镜摄影摄像技术及计算机软件图像处理线虫活动情况的方法。
综上所述，现有线虫运动形态的记录分析装置主要面对96孔板中线虫活动的记录方式，既有采用光电脉方法，也有采用显微镜摄像法。然而受制于传统显微镜有限的视野，因此上述现有技术无法长时间、大范围连续跟踪记录线虫的运动形态。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，将主要加强对线虫行为的视频信号采集和监测系统设计，提供了一种具有大视野观察六孔板中线虫运动轨迹的的培养观测装置。本发明装置包括：箱体，用于装载培养线虫用的六孔板和和观测设备；电源，用于提供观测光源、观测设备、控制设备；观测设备，用于观察、记录线虫运动轨迹；控制设备，用于调整培养环境的温度、湿度以及光源工作状态。
而且，本发明涉及的线虫培养观测装置可以根据观测需要，调整光源以及六孔板位置，分别进行明视场和暗视场观测两种工作模式。
一种新型的秀丽线虫培养及实时动态观测装置，其包括由顶板、底板和侧壁构成的观察箱体(1)，在顶板上设有6个光学摄像头(2)，在观察箱内侧壁的下缘紧贴底板处安装有侧壁发光二极管灯带(4)，上述发光二极管灯带背面散热层紧贴观察箱体(1)的内侧壁，箱体(1)的材质为304不锈钢。
中空遮光板(3)为金属板，安装在观察箱体(1)内，安装于侧壁发光二极管灯带(4)的上缘，其安装高度基本与六孔培养板(5)的高度持平。
观察箱体(1)的底板内表面(即上表面)，安装有电源模块(6)，散热风扇(7)，以及底部平面光源(8)。其中散热风扇(7)、底部平面光源(8)与电源模块(6)相连，安装在六孔培养板(5)的下方，为上述六孔培养板提供底部光源照明。
附图说明
结合附图进一步说明本发明的结构：
图1现有光电脉冲测量法的线虫活动观察记录装置示意图。
图2为本发明的整体结构示意图。其中，1.观察箱体 1-2.下层箱体(设备箱体) 2.摄像头 3.中空遮光板 4.发光二极管灯带 5.六孔培养板 6.电源模块 7.散热风扇 8.底部平面光源。
图3典型96孔板几何尺寸示意图。
图4典型六孔板几何尺寸示意图。
具体实施方式
为了使该说明书便于理解，保持文字前后一致，特对下列术语进行解释：
96孔板：指的是一种常见的细胞培养板，其具有8*12共96个培养孔位，多用于细胞、细菌微量培养实验，其典型几何尺寸参见图3。
六孔板：指的是一种常见的细胞培养板，其具有2*3共6个培养孔位，其典型几何尺寸参见图4。
发光二极管灯带：又称LED灯带，一种新型线型冷光源，是指把发光二极管组装在带状的FPC(柔性线路板)或PCB(印刷电路板)硬板上，因其产品形状象一条带子一样而得名。可以任意弯曲、折叠、卷绕。
PVC电工管：又称PVC电工套管，五金店中最常见的塑料管材，通常用于埋墙铺设电线用。
本发明于一实施例中，参见图2，一种新型的秀丽线虫培养及实时动态观测装置，其包括由顶板、底板和侧壁构成的上层观察箱体(1)和下层箱体。观察箱体的侧壁和底板的材质可以是金属，包括但不限于不锈钢板。箱体分为上下两层，内壁及放置六孔板的底板颜色为黑色，可以喷涂黑色消光涂料或贴黑色膜，整个箱体的外形尺寸优选的600*600*300mm至200*200*150mm，优选的300*300*150mm。下层箱体容置有电源模块(6)、散热风扇(7)，为箱体光源提供稳定的低纹波直流电源。
观察箱体顶板上设有6个对称排列的圆形开孔，中心孔距与六孔板的孔距一致，优选的37mm，开孔直径优选的32-33mm。
摄像头(2)指的是一种带有自动对焦功能的光学玻璃镜摄像头，优选的，使用微软LifeCamCinema HD720p或1080p高清摄像头作为实施例。摄像头(2)安装在观察箱体(1)顶部的6个开孔处，其具体安装方法优选的：先截取6根长度为5-15cm，优选的，10cm，规格为Φ32*1mm的PVC电工管，PVC电工管表面以及摄像头的正面部分都要处理为黑色消光表面，例如可以喷涂有黑色消光涂料或贴黑色膜等，以减少其在培养基液面反光造成的图像干扰。用热熔胶棒将PVC电工管垂直固定于6个开孔处。然后拆除摄像头原配的弹簧夹形状的外固定装置后将再摄像头插入上述PVC电工管中，酌情在摄像头与PVC电工管缝隙中塞入弹性填充物，包括但不限于海绵、橡胶条、弹性密封条，使摄像头固定可靠。
在该实施例中，普通网络聊天用摄像头不具备光学对焦功能，因此由于微软LifeCamCinema HD摄像头具有自动对焦和录音功能，因此其麦克风部分有一定突起，正好卡住PVC管壁固定，缓慢调节摄像头、PVC管高度，使其视野完全覆盖六孔板，此时六孔板培养基距离摄像头约4-5cm，优选4.5cm，摄像头自动对焦后即可成像并开始拍摄记录。
侧壁发光二极管灯带(4)，安装在观察箱体(1)内侧壁，其安装高度为上层观察箱体的底部。(4)的背面散热层紧贴观察箱体(1)的内侧壁，其产生的热量主要通过(1)的金属壳体传导，通过散热风扇(7)和观察箱体外侧壁向周围空间散热，通过该优化的散热设计从而保持六孔培养板(5)的温度稳定。
六孔培养板(5)放置在上层观察箱体底板的中央部位，其下方放置有底部平面光源(8)，四周围绕有发光二极管灯带(4)，提供立体照明光源。中空遮光板(3)安装于侧壁发光二极管灯带(4)的上缘，其安装高度距离底板的高度为8-20mm，优选的15mm，基本与六孔培养板(5)的高度持平。
中空遮光板(3)指的是一块金属薄板，优选的，304不锈钢板，其外缘尺寸与(1)的内缘尺寸契合，尺寸195*195mm至595*595mm，本实施例中优选的270*270mm，中心开孔优选的130*88mm。(3)将(1)的上层观察箱体进一步分割为上下两部分，上半部分为摄像头观测部分，因此将(3)的上表面为黑色，例如可以喷涂有黑色消光涂料或贴黑色膜等，用以吸收杂散光减少对摄像头观测结果的影响；下半部分为培养、照明部分，因此将(3)的下表面为白色，例如可以喷涂白色涂料或贴白色膜等方法作为反光层，该中空板可以将散射的光线重新聚集到六孔板的侧壁，引导光线从侧面射入六孔板。用以加强光源的照射强度。(3)的中心开孔的尺寸略大于六孔培养板(5)的外缘，通常为125*75至145*100mm的矩形开孔，本实施例中优选的130*88mm矩形开孔，以便于摄像头(2)进行拍摄。
下层箱体即设备箱体(1-2)安装有电源模块(6)、散热风扇(7)，其中电源模块可以是交流和直流供电，优选使用直流电源，更优选的使用220V AC/12V DC以及220V AC/5V DC直流电源适配器，用以提供(4)、(7)、(8)工作所需的电源。目前市售的发光二极管灯带通常用两种供电规格，分别为交流供电和直流供电。在早期实践中发现交流供电发光二极管灯带在实施过程中发现有严重的频闪，影响摄像头的记录效果，因此在本实施例中优选的使用12V直流供电，且发光元器件规格为3528或5050的发光二极管灯带(4)。220V AC/5V DC电源适配器则用于给底部平面光源(8)和散热风扇(7)供电。底部平面光源(8)是一种常见的液晶显示器背光板，其由发光二极管和雾状匀光板组成，用以提供平面均匀的背光照明。散热风扇(7)是常见的轴流风机，本实施例中优选的，使用4025规格的双滚珠轴承轴流风机，提供高可靠性的散热解决方案。
根据观测对象的特性，通过控制底部平面光源(8)的开启及关闭，以使该观察箱工作在明视场和暗视场工作状态。为了进一步加强暗视场的观察效果，在六孔培养板(5)的下方放置黑色遮光板从而增强线虫图像的对比度也是一种可行的实施方式。摄像头(2)拍摄的图像可通过计算机进行存储和运动轨迹分析，摄像头可根据需要调整拍摄帧率在1-30帧/秒。
应被认为的是，这次公开的实施方式是对所有方面的例示，并不是限制性的。表明本发明的范围不是根据上述说明，而是根据权利要求的范围示出，包括与权利要求的范围同等的意义及在范围内的全部的变更。
Claims (15)
1.一种新型的秀丽线虫培养及实时动态观测装置，其特征在于，所述的装置包括箱体，箱体分为上下两层，上层箱体是由顶板、底板和侧壁构成的观察箱体(1)，下层箱体(1-2)为设备箱体；所述观察箱体(1)其在顶板上设有光学摄像头(2)，其底板的中央部位放置有六孔培养板(5)，在观察箱体的内侧壁安装有侧壁发光二极管灯带(4)，围绕在六孔培养板(5)周围，提供侧面光源照明，发光二极管灯带背面有散热层紧贴观察箱体(1)的内侧壁；其下层箱体(1-2)中安装有电源模块(6)，散热风扇(7)，及底部平面光源(8)放置在六孔培养板(5)下方，为上述六孔培养板提供底部光源照明。
2.根据权利要求1所述的观察箱体(1)，其特征在于，所述的发光二极管灯带(4)安装在观察箱体(1)内侧壁，其安装高度为上层观察箱体部分的底部。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的观察箱体(1)还包括中空遮光板(3)。
4.根据权利要求3所述的观察箱体(1)，其特征在于，所述的中空遮光板(3)安装于侧壁发光二极管灯带(4)的上缘，其安装高度基本与六孔培养板(5)的高度持平。
5.根据权利要求3所述的观察箱体(1)，其特征在于，所述的中空遮光板(3)，其上表面为涂有黑色吸光涂料，以吸收杂散光减少对摄像头观测结果的影响，其下表面喷涂白色涂料作为反光层，引导光线从侧面射入六孔板，用以加强光源的照射强度。
6.根据权利要求3所述的观察箱体(1)，其特征在于，所述的中空遮光板(3)，中心开孔略大于六孔培养板(5)的外缘，以便于摄像头(2)进行拍摄。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的观察箱体(1)的内壁(除六孔板下方的底板外)和摄像头(2)均为黑色以减少镜面反射干扰。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的观察箱体(1)顶板上设有6个光学摄像头(2)，顶板开孔直径为32mm，中心孔距与六孔板的孔距完全一致，优选的37mm。
9.根据权利要求1所述的观察箱体(1)，其特征在于，还包括PVC电工管垂直固定于6个开孔处，摄像头插入上述PVC电工管中。
10.根据权利要求1所述的装置，摄像头(2)，其特征在于，所述的摄像头(2)距离六孔板约4-5cm。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的底部平面光源(8)由发光二极管和雾状匀光板组成，用以提供平面均匀的背光照明，使六孔板底部照明光线均匀。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的电源模块(6)，是直流电源适配器。
13.根据权利要求12所述的电源模块(6)，其特征在于，所述的直流电源适配器是220VAC/12V DC电源适配器用以提供(4)工作所需的电源，以及220V AC/5V DC电源适配器用以提供(7)、(8)工作所需的电源。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的底部平面光源(8)上方还可以放置有黑色遮光板，以增加暗视场中的对比度。
15.根据权利要求1所述的装置在明视场或暗视场中用于秀丽线虫培养及实时动态观测方面的用途，底部平面光源(8)开启时箱体即处于在明视场中，底部平面光源(8)关闭时箱体即处于在暗视场中。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150429 |