CN108504538B - 用于单细胞的旋转注射装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于单细胞的旋转注射装置及方法，该装置包括倾斜角度调节滑块和固定角度楔形连接块，固定角度楔形连接块上方能移动的设有电机连接模块，电机连接模块连接设有注射用推进直线电机，电机连接模块上方设有注射用旋转电机，注射用旋转电机能移动的设有注射针，注射针在注射用推进直线电机和注射用旋转电机作用下旋转注射于待注射细胞；该方法包括：步骤S1，将注射针移动至注射用旋转电机的旋转中心；步骤S2，调节倾斜角度调节滑块，设置注射角度；步骤S3，移动电机连接模块，使注射针与待注射细胞对准；步骤S4，同时操作注射用推进电机与注射用旋转电机，进行旋转注射。本发明可对单细胞定位和旋转注射，减小细胞注射力。

Description

用于单细胞的旋转注射装置及方法
技术领域
本发明涉及细胞注射领域，具体是一种用于单细胞的旋转注射装置及方法。
背景技术
在显微环境下，通过特定的设备平台以及方法，将微量外源物质注射入细胞的细胞质或者细胞核内，被称为细胞注射，该技术是生物工程研究中一项重要的操作和研究手段，其对生物工程中的胚胎、细胞、染色体、DNA等的操作研究起着关键作用。
总体来说，整个细胞微注射过程主要由五个步骤组成：待注射细胞的准备、搜索细胞、吸附固定、进针刺膜和注射退针。其中，在进针刺膜这个细胞微注射阶段，由于细胞具有柔软、易碎和易破等特点，减少细胞注射力，从而减少对被注射细胞的损伤，提高细胞的生命活性对于细胞微注射有着重要意义。
传统的细胞微注射是通过研究人员的手动操作，因此受到其操作水平的约束，为了提高细胞微注射的成功率和重复性，研究人员需要经过长期的训练。随着细胞微注射自动化的发展，国内外研究所相继推出了一些各有优劣势的细胞微注射平台，但是受到定位精度以及操作精度的限制，有效的减少细胞微注射力从而减小细胞损伤，仍是当前面对的一个难题。
鉴于减小细胞微注射力的技术对于生物工程有着重大的需求，如减少细胞损伤，提高实验成功率，提高实验可重复性等等，本发明人结合相关制造领域多年的设计及使用经验，提供一种用于单细胞的旋转注射装置及方法，来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于单细胞的旋转注射装置，其可对单细胞进行定位和旋转注射操作，减小细胞注射力，适应性强，精度高，便于操作。
本发明的另一目的是提供一种用于单细胞的旋转注射方法，其可对单细胞进行定位和旋转注射操作，减小细胞注射力，适应性强，精度高，便于操作。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：
本发明提供一种用于单细胞的旋转注射装置，其中，所述用于单细胞的旋转注射装置包括倾斜角度调节滑块和固定角度楔形连接块，所述固定角度楔形连接块固设于所述倾斜角度调节滑块的上表面，所述固定角度楔形连接块的上方能移动的设有电机连接模块，所述电机连接模块连接设有注射用推进直线电机，所述电机连接模块上方设有注射用旋转电机，所述注射用旋转电机能移动的设有注射针，所述注射针能在所述注射用推进直线电机和所述注射用旋转电机的作用下旋转注射于待注射细胞。
在优选的实施方式中，所述注射用旋转电机上设有注射用垂直直线电机和注射用水平直线电机，所述注射针通过所述注射用垂直直线电机和所述注射用水平直线电机能移动至所述注射用旋转电机的旋转中心。
在优选的实施方式中，所述固定角度楔形连接块与所述电机连接模块之间设有能移动所述电机连接模块的定位用垂直直线电机和定位用水平直线电机。
在优选的实施方式中，所述电机连接模块的延伸方向与所述注射针的延伸方向平行。
在优选的实施方式中，所述固定角度楔形连接块具有倾斜上表面，所述电机连接模块的延伸方向与所述倾斜上表面的延伸方向平行。
在优选的实施方式中，所述电机连接模块上方设有电机支撑模块，所述注射用旋转电机固设于所述电机支撑模块。
本发明还提供一种用于单细胞的旋转注射方法，其中，所述用于单细胞的旋转注射方法采用如上所述的用于单细胞的旋转注射装置，所述用于单细胞的旋转注射方法包括如下步骤：步骤S1，将注射针移动至注射用旋转电机的旋转中心；步骤S2，调节倾斜角度调节滑块，设置注射角度；步骤S3，移动电机连接模块，使所述注射针与待注射细胞对准；步骤S4，同时操作注射用推进电机与注射用旋转电机，通过所述注射针对所述待注射细胞进行旋转注射。
在优选的实施方式中，在所述步骤S1之前，还包括步骤S0，将所述注射针的针尖和所述待注射细胞置于显微成像仪器的视野范围内。
在优选的实施方式中，在所述步骤S1中，通过注射用垂直直线电机与注射用水平直线电机移动所述注射针。
在优选的实施方式中，在所述步骤S3中，通过定位用垂直直线电机与定位用水平直线电机移动所述电机连接模块。
本发明用于单细胞的旋转注射装置及方法的特点及优点是：
1、本发明通过注射用垂直直线电机和注射用水平直线电机实现注射针的位置调节，以将注射针自动移动对中至注射用旋转电机的旋转中心，使注射针在旋转过程中能保持在旋转中心的直线上，且不会发生偏移抖动而对细胞造成损伤；且通过定位用垂直直线电机和定位用水平直线电机实现电机连接模块的位置调节，以将设于电机连接模块上的注射用旋转电机的旋转中心定位于待注射细胞，使注射针与待注射细胞对准；并通过注射用推进直线电机和注射用旋转电机的同时作用，使注射针旋转注射入待注射细胞，减小细胞注射力，减小细胞损伤，提高实验成功率和可重复性。
2、本发明能应用于细胞小损伤注射、胚胎小损伤注射和微小生物体操作等，其具有多自由度结构，具有较大的工作空间，可进行自动化操作，其通过与显微成像仪器的配套使用，实现在显微成像仪器下对细胞进行多自由度的操作，能对待注射细胞进行定位和微注射，实现对多种尺寸的细胞的注射操作，适应范围广，试验精度高，对生物工程领域的科学研究具有重大的研究价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明用于单细胞的旋转注射装置的立体结构示意图。
图2为本发明用于单细胞的旋转注射方法的工作流程图。
图3为利用本发明对待注射细胞进行旋转注射的示意图。
图4为本发明的注射针未移动至注射用旋转电机的旋转中心的坐标示意图。
图5为本发明的注射针的初始位置及旋转后对应位置的y-O-z的坐标示意图。
图6为本发明的注射针的初始位置及旋转后对应位置的x-O-y的坐标示意图。
附图标号说明：
1倾斜角度调节滑块，2固定角度楔形连接块，3定位用垂直直线电机，4定位用水平直线电机，5注射用推进直线电机，6电机连接模块，7电机支撑模块，8注射用旋转电机，9注射用垂直直线电机，10注射用水平直线电机，11注射针固定平台，12注射针，13待注射细胞，14细胞固定装置，15显微成像仪器，16视野范围。
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。
除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下等方向均是以本发明所示的图1中的上、下等方向为准，在此一并说明。
实施方式一：
如图1和图3所示，本发明提供一种用于单细胞的旋转注射装置，其中，所述用于单细胞的旋转注射装置包括倾斜角度调节滑块1和固定角度楔形连接块2，所述固定角度楔形连接块2固设于所述倾斜角度调节滑块1的上表面，所述固定角度楔形连接块2的上方能移动的设有电机连接模块6，所述电机连接模块6连接设有注射用推进直线电机5，所述电机连接模块6上方设有注射用旋转电机8，所述注射用旋转电机8能移动的设有注射针12，所述注射针12能在所述注射用推进直线电机5和所述注射用旋转电机8的作用下旋转注射于待注射细胞13。
具体的，如图1所示，固定角度楔形连接块2大体呈楔形，其具有底面、与底面垂直的四个侧面和倾斜上表面，倾斜上表面相对于其底面的倾斜角为一固定值，通过其底面固设于倾斜角度调节滑块1的上表面，以调节注射角度，通过倾斜上表面连接电机连接模块6，以实现各电机的设置；电机连接模块6大体呈长方形平板状，所述电机连接模块6的延伸方向与所述倾斜上表面的延伸方向平行，所述电机连接模块6的延伸方向与所述注射针12的延伸方向平行，以利于注射针12位置的调整，且便于注射针12定位待注射细胞13，更利于注射针12的对准后的注射；
同时，如图1所示，倾斜角度调节滑块1包括基座和能旋转的设于基座上方的旋转部，倾斜角度调节滑块1的侧壁设有调节旋钮，通过调节调节旋钮即可调整倾斜角度调节滑块1的旋转部的倾斜角度，以调节位于倾斜角度调节滑块1的旋转部的上表面的固定角度楔形连接块2的倾斜角度，进而获得最佳注射角度，倾斜角度调节滑块1的角度摆动范围为±20°，最佳注射角度是根据实验经验和显微成像结果自行定义；注射用推进直线电机5位于电机连接模块6与固定角度楔形连接块2之间，且与电机连接模块6相连，以通过注射用推进直线电机5驱动电机连接模块6，以操作电机连接模块6沿注射针12的延伸方向前进或后退，进而实现进针或退针；其中，倾斜角度调节滑块1和注射用推进直线电机5均为现有技术中已知结构，在此不再赘述。
进一步的，如图1所示，所述注射用旋转电机8上设有注射用垂直直线电机9和注射用水平直线电机10，所述注射针12通过所述注射用垂直直线电机9和所述注射用水平直线电机10能移动至所述注射用旋转电机8的旋转中心，具体的，注射用旋转电机8固设于所述电机连接模块6的上方，且与电机连接模块6同步位移，通过注射用旋转电机8实现注射针12的正反往复旋转转动，注射用旋转电机8的旋转中心所在的直线与注射针12的延伸方向平行(注射针12位于初始位置时)或共线(注射针12完成位置调节后)，注射用垂直直线电机9连接于注射用水平直线电机10和注射用旋转电机8之间，注射用垂直直线电机9和注射用水平直线电机10的中央设有注射针固定平台11，注射针12可拆卸的固定于注射针固定平台11，以便于安装和更换注射针12，通过注射用垂直直线电机9和注射用水平直线电机10对注射针固定平台11的位置的调节，实现对注射针12位置的调节，进而实现注射针12与注射用旋转电机8的旋转中心的对正，以实现注射用旋转电机8控制注射针12在同一直线上的旋转，其中，注射用旋转电机8、注射用垂直直线电机9和注射用水平直线电机10均为现有技术中已知的结构，在此不再赘述。
更进一步的，如图4至图6所示，P0、P1和P2分别为注射针12的初始位置、旋转后第一位置和旋转后第二位置，y0、y1和y2分别为注射针12对应初始位置P0、旋转后第一位置P1和旋转后第二位置P2的y轴上的坐标，O＇O为注射用旋转电机8的旋转中心，θ为OP0连线与y轴的夹角，r为注射针12偏离注射用旋转电机8的旋转中心的距离，注射针12的针尖位于显微成像仪器15的镜头下方，在将用于单细胞的旋转注射装置组装好且将注射针12安装好后，注射针12位于初始位置P0，为将注射针12调整至注射用旋转电机8的旋转中心O＇O，需要计算出注射针12偏离注射用旋转电机8的旋转中心O＇O的距离r，首先将注射针12顺时针旋转一角度α使其位于旋转后第一位置P1，然后再逆时针旋转角度2α，使其位于旋转后第二位置P2，并分别记录对应的初始位置P0、旋转后第一位置P1和旋转后第二位置P2的位置坐标，通过显微成像仪器15得出初始位置P0与旋转后第一位置P1在y轴的差值△y1(即△y1＝y1-y0)和初始位置P0与旋转后第二位置P2在y轴的差值△y2(即△y2＝y0-y2)，通过下述公式即可计算得出注射针12偏离注射用旋转电机8的旋转中心O＇O的距离r：
Figure BDA0001231328620000061
Figure BDA0001231328620000062
由此，通过操作注射用垂直直线电机9和注射用水平直线电机10将注射针12移动至注射用旋转电机8的旋转中心O＇O。
进一步的，如图1所示，所述固定角度楔形连接块2与所述电机连接模块6之间设有能移动所述电机连接模块6的定位用垂直直线电机3和定位用水平直线电机4，具体的，定位用垂直直线电机3和定位用水平直线电机4自下而上依次设置，且均与电机连接模块6相连，以分别对电机连接模块6进行垂直方向和水平方向的移动，此处的水平方向指的是电机连接模块6的延伸方向所在的平面的延伸方向，垂直方向指的是垂直于电机连接模块6所在的平面的方向，其中，定位用垂直直线电机3和定位用水平直线电机4均为现有技术中已知的结构，在此不再赘述。
进一步的，如图1所示，所述电机连接模块6上方设有电机支撑模块7，所述注射用旋转电机8固设于所述电机支撑模块7，电机支撑模块7的作用是将注射用旋转电机8侧向的支撑设于电机连接模块6上方，且使注射用旋转电机8的旋转中心的延伸方向(也即注射针12的延伸方向)与电机连接模块6的延伸方向平行。
本发明用于单细胞的旋转注射装置，可对单细胞进行定位和旋转注射操作，减小细胞注射力，适应性强，精度高，便于操作。
实施方式二：
如图2和图3所示，本发明提供一种用于单细胞的旋转注射方法，其中，所述用于单细胞的旋转注射方法采用如上所述的用于单细胞的旋转注射装置，该实施方式中的用于单细胞的旋转注射装置与实施方式一的结构、工作原理和有益效果相同，在此不再赘述，所述用于单细胞的旋转注射方法包括如下步骤：步骤S1，将注射针12移动至注射用旋转电机8的旋转中心；步骤S2，调节倾斜角度调节滑块1，设置注射角度；步骤S3，移动电机连接模块6，使所述注射针12与待注射细胞13对准；步骤S4，同时操作注射用推进电机5与注射用旋转电机8，通过所述注射针12对所述待注射细胞13进行旋转注射。
进一步的，在所述步骤S1之前，还包括步骤S0，将所述注射针12的针尖和所述待注射细胞13置于显微成像仪器15的视野范围16内，具体的，在步骤S0之前，还需要进行如下准备工作，将用于单细胞的旋转注射装置进行组装并安装注射针12，此处的注射针12处于初始位置P0，然后进行步骤S0，集成用于单细胞的旋转注射装置与显微成像仪器15(即将显微成像仪器15的镜头置于注射针12的针尖和待注射细胞13上方，其中显微成像仪器15可根据实际试验要求移动位置)，以通过显微成像仪器15观察位于其视野范围16(如图6所示)内的注射针12的针尖和待注射细胞13，其中待注射细胞13通过细胞固定装置14进行固定。
进一步的，在所述步骤S1中，通过注射用垂直直线电机9与注射用水平直线电机10移动所述注射针12，将注射针12移动至注射用旋转电机8的旋转中心，使注射针12在注射用旋转电机8的带动下能实现旋转，且使注射针12在旋转过程中能保持在旋转中心上，且不会发生偏移抖动而对细胞造成损伤，其中，注射用垂直直线电机9和注射用水平直线电机10的中央设有注射针固定平台11，注射针12设于注射针固定平台11，通过注射用垂直直线电机9和注射用水平直线电机10对注射针固定平台11的位置的调节，实现对注射针12位置的调节，具体的将注射针12移动至注射用旋转电机8的旋转中心的方法参见实施方式一，在此不再赘述。
进一步的，在所述步骤S2中，通过调节倾斜角度调节滑块1，以获得最佳的注射角度，利于注射针12对待注射细胞13的定位和注射。
进一步的，在所述步骤S3中，通过定位用垂直直线电机3与定位用水平直线电机4移动所述电机连接模块6，使注射针12能够准确定位待注射细胞13的位置，并能进行精确的注射操作。
进一步的，如图2和图3所示，在所述步骤S4中，同时操作注射用推进电机5与注射用旋转电机8，通过所述注射针12对所述待注射细胞13进行旋转注射，即如图3中箭头方向示出的来回旋转方向，其中，通过注射用推进电机5实现注射针12的进针和退针，通过注射用旋转电机8实现注射针12的往复旋转，因该操作中存在剪切力的影响，故减少了细胞注射力，从而减少了对待注射细胞13的损伤，利于实验研究和操作。
本发明用于单细胞的旋转注射方法，可对单细胞进行定位和旋转注射操作，减小细胞注射力，适应性强，精度高，便于操作。
本发明用于单细胞的旋转注射装置及方法的特点及优点是：
1、本发明通过注射用垂直直线电机9和注射用水平直线电机10实现注射针12的位置调节，以将注射针12自动移动对中至注射用旋转电机8的旋转中心，使注射针12在旋转过程中能保持在旋转中心的直线上，且不会发生偏移抖动而对细胞造成损伤；且通过定位用垂直直线电机3和定位用水平直线电机4实现电机连接模块6的位置调节，以将设于电机连接模块6上的注射用旋转电机8的旋转中心定位于待注射细胞13，使注射针12与待注射细胞13对准；并通过注射用推进直线电机5和注射用旋转电机8的同时作用，使注射针12旋转注射入待注射细胞13，减小细胞注射力，减小细胞损伤，提高实验成功率和可重复性。
2、本发明能应用于细胞小损伤注射、胚胎小损伤注射和微小生物体操作等，其具有多自由度结构，具有较大的工作空间，可进行自动化操作，其通过与显微成像仪器15的配套使用，实现在显微成像仪器15下对细胞进行多自由度的操作，能对待注射细胞13进行定位和微注射，实现对多种尺寸的细胞的注射操作，适应范围广，试验精度高，对生物工程领域的科学研究具有重大的研究价值。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种用于单细胞的旋转注射装置，其特征在于，所述用于单细胞的旋转注射装置包括倾斜角度调节滑块和固定角度楔形连接块，所述固定角度楔形连接块固设于所述倾斜角度调节滑块的上表面，所述固定角度楔形连接块的上方能移动的设有电机连接模块，所述电机连接模块连接设有注射用推进直线电机，所述电机连接模块上方设有注射用旋转电机，所述注射用旋转电机能移动的设有注射针，所述注射针能在所述注射用推进直线电机和所述注射用旋转电机的作用下旋转注射于待注射细胞；
其中，所述注射用旋转电机上设有注射用垂直直线电机和注射用水平直线电机，所述注射针通过所述注射用垂直直线电机和所述注射用水平直线电机能移动至所述注射用旋转电机的旋转中心，以实现所述注射用旋转电机控制所述注射针在同一直线上的旋转。
2.根据权利要求1所述的用于单细胞的旋转注射装置，其特征在于，所述固定角度楔形连接块与所述电机连接模块之间设有能移动所述电机连接模块的定位用垂直直线电机和定位用水平直线电机。
3.根据权利要求1所述的用于单细胞的旋转注射装置，其特征在于，所述电机连接模块的延伸方向与所述注射针的延伸方向平行。
4.根据权利要求1所述的用于单细胞的旋转注射装置，其特征在于，所述固定角度楔形连接块具有倾斜上表面，所述电机连接模块的延伸方向与所述倾斜上表面的延伸方向平行。
5.根据权利要求1所述的用于单细胞的旋转注射装置，其特征在于，所述电机连接模块上方设有电机支撑模块，所述注射用旋转电机固设于所述电机支撑模块。
6.一种用于单细胞的旋转注射方法，其特征在于，所述用于单细胞的旋转注射方法采用如权利要求1至5中任一项所述的用于单细胞的旋转注射装置，所述用于单细胞的旋转注射方法包括如下步骤：
步骤S1，将注射针移动至注射用旋转电机的旋转中心；
步骤S2，调节倾斜角度调节滑块，设置注射角度；
步骤S3，移动电机连接模块，使所述注射针与待注射细胞对准；
步骤S4，同时操作注射用推进电机与注射用旋转电机，通过所述注射针对所述待注射细胞进行旋转注射。
7.根据权利要求6所述的用于单细胞的旋转注射方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，还包括步骤S0，将所述注射针的针尖和所述待注射细胞置于显微成像仪器的视野范围内。
8.根据权利要求6所述的用于单细胞的旋转注射方法，其特征在于，在所述步骤S1中，通过注射用垂直直线电机与注射用水平直线电机移动所述注射针。
9.根据权利要求6所述的用于单细胞的旋转注射方法，其特征在于，在所述步骤S3中，通过定位用垂直直线电机与定位用水平直线电机移动所述电机连接模块。
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