CN107475114A - 一种细胞分选系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细胞分选系统及方法。所述系统包括：信号发生器、功率放大器、继电器和超声换能装置；信号发生器与功率放大器连接，功率放大器与继电器连接，继电器与超声换能装置连接；信号发生器和功率放大器用于产生目标频率目标声能的超声波信号，继电器用于控制超声波信号的通断；超声换能装置包括超声换能器、超声换能器罩和声子晶体板，超声换能器罩的内部顶端安装超声换能器，超声换能器罩的底部安装声子晶体板，超声换能器用于接收超声波信号，声子晶体板用于依据超声波信号产生目标辐射力，目标辐射力用于吸引目标尺寸的细胞。采用本发明的系统或方法，不仅能够提高细胞分选的分选效率，还能避免对细胞造成伤害。

Description

一种细胞分选系统及方法

技术领域

本发明涉及细胞检测及分析技术领域，特别是涉及一种细胞分选系统及方法。

背景技术

实现同种或异种细胞的分类与筛选，具有重要的研究意义。传统的细胞分选方法有离心法、微流控方法、微孔筛法、免疫磁珠法和流式细胞仪等。对于细胞的物理特性测量，目前通常采用微吸管与微流控芯片法，上述两种方法在分选过程中，对于关键的测量部位都具有固定的尺寸，这就使得在通入细胞时，往往因为尺寸不匹配的问题而无法获得足够多的有效数据，造成分选效率不高。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提高分选效率的细胞分选系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种细胞分选系统，包括：信号发生器、功率放大器、继电器和超声换能装置；

所述信号发生器与所述功率放大器连接，所述功率放大器与所述继电器连接，所述继电器与所述超声换能装置连接；所述信号发生器用于产生目标声能的超声波信号，所述功率放大器用于对所述目标声能的超声波信号进行处理，得到目标频率目标声能的超声波信号，所述继电器用于控制所述目标频率目标声能的超声波信号的通断；

所述超声换能装置包括超声换能器、超声换能器罩和声子晶体板，所述超声换能器罩的内部顶端安装所述超声换能器，所述超声换能器罩的底部安装所述声子晶体板，所述超声换能器罩与所述声子晶体板形成一个密闭空间，所述超声换能器用于接收所述目标频率目标声能的超声波信号，所述声子晶体板用于依据所述目标频率目标声能的超声波信号产生目标辐射力，所述目标辐射力用于吸引目标尺寸的细胞。

可选的，还包括可移动载物平台，所述信号发生器、所述功率放大器和所述继电器设置在所述可移动载物平台上。

可选的，还包括储液池和培养皿，所述储液池设置在所述可移动载物平台上，所述超声换能装置设置在所述储液池的正上方，所述储液池内设置所述培养皿。

可选的，还包括第一电机和第二电机，所述第一电机与所述超声换能装置连接，用于控制所述超声换能装置的移动方向，所述第二电机设置在所述可移动载物平台上，用于控制所述可移动载物平台的移动方向。

可选的，还包括倒置显微镜镜头，所述倒置显微镜镜头设置在所述可移动载物平台的下方。

可选的，所述声子晶体板由黄铜板和设置在所述黄铜板上的多个条形凸起组成，多个所述条形凸起之间相互平行且间隔相等。

可选的，所述储液池的一侧设置有疏液口，所述疏液口用于接通管道并进行疏液。

可选的，所述培养皿包括一个装有待分选细胞的培养皿和多个待装分选后细胞的空培养皿，所述培养皿放置在培养皿座上，所述培养皿座上设置多个凹槽，所述凹槽用于固定所述培养皿。

本发明还提供了一种细胞分选方法，所述方法用于所述细胞分选系统，所述方法包括：

控制超声换能装置移动到第一位置，所述第一位置为储液池内缓冲溶液的液面以下且装有待分选细胞的培养皿的正上方的位置；

控制信号发生器发出目标声能的超声波信号，所述目标声能的超声波信号的频率经功率放大器处理后，得到目标频率目标声能的超声波信号；

将所述目标频率目标声能的超声波信号输入到继电器；

控制所述超声换能装置移动到第二位置，所述第二位置为所述装有待分选细胞的培养皿的盖子以下且细胞以上的位置；

控制所述继电器闭合，使所述超声换能装置发出辐射力，将目标尺寸的细胞吸附到所述超声换能装置的声子晶体板上；

控制所述超声换能装置移动到第三位置，所述第三位置为用于放置所述目标尺寸的细胞的空培养皿的正上方；

控制继电器断开，使所述目标尺寸的细胞放入到所述空培养皿中。

可选的，还包括：

获取倒置显微镜镜头拍摄的分选后的所述空培养皿中的细胞的图像；

记录所述图像中细胞的尺寸；

判断所述图像中细胞的尺寸与目标尺寸的差值是否在预设范围内；

所述差值在所述预设范围内，则分选成功，所述差值不在所述预设范围内，则返回所述控制超声换能装置移动到第一位置，所述第一位置为储液池内缓冲溶液的液面以下且装有细胞的培养皿的正上方的位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种细胞分选系统及方法，所述系统包括信号发生器、功率放大器、继电器和超声换能装置，信号发生器与功率放大器连接，功率放大器与继电器连接，继电器与超声换能装置连接，超声换能装置包括超声换能器、超声换能器罩和声子晶体板，超声换能器罩的底部与声子晶体板密封安装，超声换能器罩的内部顶端设置超声换能器。本发明控制信号发生器与功率放大器产生不同声能不同频率的超声波信号，超声换能装置在不同声能不同频率的超声波信号的作用下，在声子晶体板的底面产生不同的辐射力，不同的辐射力吸附不同的尺寸的细胞，并在继电器控制超声波信号通断的条件下，完成细胞的分选，不仅能够分选出尺寸过大或过小的细胞，提高分选效率，而且能够避免对细胞造成伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的细胞分选系统的结构图；

图2为本发明实施例的细胞分选系统中声子晶体板的结构图；

图3为本发明实施例的细胞分选方法的流程图；

图4为本发明一个具体的实施例的细胞分选过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例的细胞分选系统的结构图。

参见图1，实施例的细胞分选系统包括：信号发生器1、功率放大器2、继电器3、超声换能装置、可移动载物平台7、储液池8、培养皿9、倒置显微镜镜头10、第一电机和第二电机，所述超声换能装置包括超声换能器4、超声换能器罩5和声子晶体板6。

所述信号发生器1、所述功率放大器2和所述继电器3设置在所述可移动载物平台7上，所述信号发生器1与所述功率放大器2连接，所述功率放大器2与所述继电器3连接，所述继电器3与所述超声换能装置连接；所述信号发生器1用于产生目标声能的超声波信号，所述功率放大器2用于对所述目标声能的超声波信号进行处理，得到目标频率目标声能的超声波信号，所述继电器3用于控制所述目标频率目标声能的超声波信号的通断。

所述储液池8设置在所述可移动载物平台7上，所述超声换能装置设置在所述储液池8的正上方，所述超声换能器4安装在所述超声换能器罩5的内部顶端，所述超声换能器4通过设置在所述超声换能器罩5上的预设小孔与所述继电器3连接，所述超声换能器罩5的底部安装所述声子晶体板6，所述超声换能器罩5与所述声子晶体板6形成一个密闭空间，所述超声换能器4用于接收所述目标频率目标声能的超声波信号，所述声子晶体板6用于依据所述目标频率目标声能的超声波信号产生目标辐射力，所述目标辐射力为跨声子晶体板6的声波的共振透射引起的高度局部化的周期辐射力，也就是说，所述辐射力是由于穿过声子晶体板6的入射超声的声能量在其共振频率处达到一个较高的值所产生的，且只存在于声子晶体板6底部的很小的距离内，所述目标辐射力用于吸引目标尺寸的细胞。

所述储液池8内设置所述培养皿9，所述储液池8的一侧设置有疏液口11，所述疏液口11用于接通管道并进行疏液，所述培养皿9包括一个装有待分选细胞的培养皿和多个待装分选后细胞的空培养皿，所述培养皿9的尺寸为50mm*50mm，所述培养皿9放置在培养皿座12上，所述培养皿座12上设置多个凹槽，所述凹槽用于固定所述培养皿9。

所述倒置显微镜镜头10设置在所述可移动载物平台7的下方，所述倒置显微镜镜头10用于监控分选的过程和判断分选的结果，所述第一电机与所述超声换能装置连接，用于控制所述超声换能装置的移动方向，所述第二电机设置在所述可移动载物平台7上，用于控制所述可移动载物平台7的移动方向。

图2为本发明实施例的细胞分选系统中声子晶体板的结构图。

参见图2，所述声子晶体板6由黄铜板13和设置在所述黄铜板上的多个条形凸起14组成，多个所述条形凸起14之间相互平行且间隔相等，保证了声子晶体板6在目标频率目标声能的超声波信号的作用下，在黄铜板13的底部产生一个基于跨声子晶体板6的声波的共振透射引起的高度局部化的周期辐射力。

本实施例中的细胞分选系统不仅能够提高细胞分选的分选效率，还能避免对细胞造成伤害，并且利用该细胞分选系统分选得到的细胞可以直接用于接下来的研究，不用再进行其他复杂的操作，便于使用。

本发明还提供了一种细胞分选方法，所述方法用于上述细胞分选系统。

在细胞分选之前，在储液池内通入干净新鲜的缓冲溶液，并将一个装有细胞的带盖且封闭的培养皿放入培养皿座中间的凹槽内，在中间凹槽的两侧的凹槽内放置空培养皿，再利用长脚镊子小心地取下装有细胞的培养皿的盖子，接下来开始进行分选。

图3为本发明实施例的细胞分选方法的流程图。

参见图3，所述方法包括：

步骤S1：控制超声换能装置移动到第一位置，所述第一位置为储液池内缓冲溶液的液面以下且装有待分选细胞的培养皿的正上方的位置。

步骤S2：控制信号发生器发出目标声能的超声波信号，所述目标声能的超声波信号的频率经功率放大器处理后，得到目标频率目标声能的超声波信号。

步骤S3：将所述目标频率目标声能的超声波信号输入到继电器。

步骤S4：控制所述超声换能装置移动到第二位置，所述第二位置为所述装有待分选细胞的培养皿的盖子以下且细胞以上的位置。

步骤S5：控制所述继电器闭合，使所述超声换能装置发出辐射力，将目标尺寸的细胞吸附到所述超声换能装置的声子晶体板上。

步骤S6：控制所述超声换能装置移动到第三位置，所述第三位置为用于放置所述目标尺寸的细胞的空培养皿的正上方。

步骤S7：控制继电器断开，使所述目标尺寸的细胞放入到所述空培养皿中。

利用上述步骤完成分选后，将超声换能装置移动到液面以上，并擦干超声换能装置表面的液体。

本实施例中，完成细胞分选后，还包括以下步骤：

获取倒置显微镜镜头拍摄的分选后的所述空培养皿中的细胞的图像；记录所述图像中细胞的尺寸；判断所述图像中细胞的尺寸与目标尺寸的差值是否在预设范围内；所述差值在所述预设范围内，则分选成功，所述差值不在所述预设范围内，则返回步骤S1。

本实施例通过信号发生器与功率放大器来控制超声换能器的声能与频率，进而对分选的细胞尺寸进行选择，达到分选的目的，灵活方便，分选效率高。

图4为本发明一个具体的实施例的细胞分选过程示意图。

参见图4，图4(a)为开始分选时，超声换能装置所处第一位置的情况，如图4(a)所示，细胞都储存在中间的培养皿中，细胞的尺寸从直径十微米到几十微米大小不等；图4(b)为分选某一尺寸的细胞的某一时刻的分选情况，如图4(b)所示，声子晶体板上吸附有一些小尺寸的细胞，可移动载物台正在往右运动，当左边的培养皿位于超声换能装置的正下方时，超声换能装置下移至培养皿内，断开继电器，细胞掉落至左边的培养皿中；图4(c)为分选另一尺寸的细胞的某一时刻的分选情况，如图4(c)所示，声子晶体板上吸附一些中等尺寸的细胞，可移动载物台正在往左边移动，当右边的培养皿位于超声换能装置的正下方时，超声换能装置下移至培养皿内，断开继电器，细胞掉落至右边的培养皿中。

分选完成后，可以通过倒置显微镜镜头观察到，细胞被按照尺寸的大小分为三盘，左边为小尺寸细胞，中间为最大尺寸细胞，右边为中等尺寸细胞，还可以利用倒置显微镜镜头拍摄分选后三个培养皿中的细胞的图像，将拍摄的细胞的图像传输至计算机，记录每幅图像中细胞的尺寸，并判断每幅图像中细胞的尺寸与对应的目标尺寸的差值是否在预设范围内，如果差值在预设范围内，则分选成功，若不在所述预设范围内，则重新进行分选。

本实施例中的细胞分选方法不仅能够提高细胞分选的分选效率，还能避免对细胞造成伤害，并且利用该细胞分选方法分选得到的细胞可以直接用于接下来的研究，不用再进行其他复杂的操作，便于使用。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种细胞分选系统，其特征在于，包括：信号发生器、功率放大器、继电器和超声换能装置；

所述信号发生器与所述功率放大器连接，所述功率放大器与所述继电器连接，所述继电器与所述超声换能装置连接；所述信号发生器用于产生目标声能的超声波信号，所述功率放大器用于对所述目标声能的超声波信号进行处理，得到目标频率目标声能的超声波信号，所述继电器用于控制所述目标频率目标声能的超声波信号的通断；

所述超声换能装置包括超声换能器、超声换能器罩和声子晶体板，所述超声换能器罩的内部顶端安装所述超声换能器，所述超声换能器罩的底部安装所述声子晶体板，所述超声换能器罩与所述声子晶体板形成一个密闭空间，所述超声换能器用于接收所述目标频率目标声能的超声波信号，所述声子晶体板用于依据所述目标频率目标声能的超声波信号产生目标辐射力，所述目标辐射力用于吸引目标尺寸的细胞。

2.根据权利要求1所述的一种细胞分选系统，其特征在于，还包括可移动载物平台，所述信号发生器、所述功率放大器和所述继电器设置在所述可移动载物平台上。

3.根据权利要求2所述的一种细胞分选系统，其特征在于，还包括储液池和培养皿，所述储液池设置在所述可移动载物平台上，所述超声换能装置设置在所述储液池的正上方，所述储液池内设置所述培养皿。

4.根据权利要求2所述的一种细胞分选系统，其特征在于，还包括第一电机和第二电机，所述第一电机与所述超声换能装置连接，用于控制所述超声换能装置的移动方向，所述第二电机设置在所述可移动载物平台上，用于控制所述可移动载物平台的移动方向。

5.根据权利要求2所述的一种细胞分选系统，其特征在于，还包括倒置显微镜镜头，所述倒置显微镜镜头设置在所述可移动载物平台的下方。

6.根据权利要求1所述的一种细胞分选系统，其特征在于，所述声子晶体板由黄铜板和设置在所述黄铜板上的多个条形凸起组成，多个所述条形凸起之间相互平行且间隔相等。

7.根据权利要求3所述的一种细胞分选系统，其特征在于，所述储液池的一侧设置有疏液口，所述疏液口用于接通管道并进行疏液。

8.根据权利要求3所述的一种细胞分选系统，其特征在于，所述培养皿包括一个装有待分选细胞的培养皿和多个待装分选后细胞的空培养皿，所述培养皿放置在培养皿座上，所述培养皿座上设置多个凹槽，所述凹槽用于固定所述培养皿。

9.一种细胞分选方法，其特征在于，所述方法用于所述细胞分选系统，所述方法包括：

控制超声换能装置移动到第一位置，所述第一位置为储液池内缓冲溶液的液面以下且装有待分选细胞的培养皿的正上方的位置；

控制信号发生器发出目标声能的超声波信号，所述目标声能的超声波信号的频率经功率放大器处理后，得到目标频率目标声能的超声波信号；

将所述目标频率目标声能的超声波信号输入到继电器；

控制所述超声换能装置移动到第二位置，所述第二位置为所述装有待分选细胞的培养皿的盖子以下且细胞以上的位置；

控制所述继电器闭合，使所述超声换能装置发出辐射力，将目标尺寸的细胞吸附到所述超声换能装置的声子晶体板上；

控制所述超声换能装置移动到第三位置，所述第三位置为用于放置所述目标尺寸的细胞的空培养皿的正上方；

控制继电器断开，使所述目标尺寸的细胞放入到所述空培养皿中。

10.根据权利要求9所述的一种细胞分选方法，其特征在于，还包括：

获取倒置显微镜镜头拍摄的分选后的所述空培养皿中的细胞的图像；

记录所述图像中细胞的尺寸；

判断所述图像中细胞的尺寸与目标尺寸的差值是否在预设范围内；

所述差值在所述预设范围内，则分选成功，所述差值不在所述预设范围内，则返回所述控制超声换能装置移动到第一位置，所述第一位置为储液池内缓冲溶液的液面以下且装有细胞的培养皿的正上方的位置。