CN108841568A - 一种细胞调换装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细胞调换装置及其方法，包括光镊细胞调换装置，所述光镊细胞调换装置包括光镊发射器、光刀发射器、细胞室和显微镜，所述显微镜包括底座、移动载物台和镜筒，所述细胞室设置于移动载物台，所述细胞室包括细胞调换室和细胞存放室，所述细胞存放室和细胞调换室之间设置有隔板，所述隔板上若干个连接细胞调换室和细胞存放室的细胞通道。本发明利用激光光刀和光镊技术进行细胞的移植，不仅操作精度高，而且不易损伤细胞，对于培养和研究细胞具有较大的贡献。

Description

一种细胞调换装置及其方法

技术领域

本发明涉及生物细胞领域，尤其涉及一种细胞调换装置及其方法。

背景技术

光镊技术基于光的力学效应，能够捕获操纵微米、纳米级的微粒，并对所施加的力进行测量，具有非接触、无损伤、高精度的特点，被广泛用于生物单分子、细胞等测量领域中，极大的促进了定量生物学的发展。光镊技术主要利用高度聚焦的激光光束产生三维势阱从而对微小粒子产生吸引，通过测量微球与光阱中心的距离计算相应受到的作用力。微球往往均匀分布于样品池中，传统的光镊系统在使用时缺少选择性和排他性，处于光阱附近的任何介电粒子都有可能被捕获。为防止同时捕获多个微粒而影响实验测试过程，目标样品必须以非常低的浓度分散在液体中。对于手动操作与半自动操作的光镊，往往需要花费较多时间用于微球的捕获上面，大大降低了实验效率，加重了操作者的实验负担。光镊技术的自动化因而成为研究的重点。

光镊技术的自动化技术目前已有很多成果与进展。Grover等人利用图像处理技术实现了一种自动分拣单细胞的方法，Wu等人实现了一种A*算法用于单细胞搬运的路径规划。同样，Banerjee等人实现了一种自由路径规划算法用于单细胞的搬运。Chapin等人将交通规则引入粒子的搬运，实现了粒子的排列。CHeah等人建立了包含粒子布朗运动的运动模型，实现了一种用于控制粒子运动的控制器。

以上研究多数建立在一种过度理想环境当中，如干净、稳定的液体环境。并且更多针对的是细胞等较大的粒子在具有较大视场下的运动控制算法，对于测量应用所需的算法还不多。针对用于力谱测量的光镊系统，其所需微粒直径更小，一般在1-2um左右；所需光阱的刚度更高，往往需要达到0.5pn/nm,也就意味着使用的物镜具有更高的数值孔径，从而使得观察视场和景深都变得有限，最终使得粒子重复捕获的现象更容易发生。同时由于刚度的提升也需要更高的激光功率，这样也导致了在样品池中加热效应更加明显，并导致了样品池中液体的对流。粒子除了布朗运动还要收到液体环境对流的影响，使得针对性的捕获粒子变得更加困难。

克隆技术已展示出广阔的应用前景，培育优良畜种和生产实验动物、生产转基因动物、生产人胚胎干细胞用于细胞和组织替代疗法等。尽管克隆技术有着广泛的应用前景，但离产 业化尚有很大距离，实践中克隆动物的成功率还很低。

克隆的方法主要有胚胎分割和细胞核移植两种。所谓细胞核移植技术，就是将供体细胞 核移入除去核的卵母细胞中，使后者不经过精子穿透等有性过程即可被激活、分裂并发育成 新个体，使得核供体的基因得到完全复制。以供体核的来源不同可分为胚细胞核移植与体细 胞核移植两种。哺乳动物胚胎细胞核移植研究的最初成果在1981年取得一卡尔伊尔门泽和 彼得霍佩用鼠胚胎细胞培育出发育正常的小鼠。到1995年，在主要的哺乳动物中，胚胎细 胞核移植都获得成功，包括冷冻和体外生产的胚胎。1997年2月英国罗斯林研究所维尔穆 特博士科研组公布体细胞克隆羊“多莉”培育成功，它是世界上第一例经体细胞核移植出生的 动物，是克隆技术领域研究的巨大突破，从而为大规模复制动物优良品种和生产转基因动物 提供了有效方法。近来，应用该技术可以将转基因(GFP)的神经细胞核植入卵母细胞质中， 可获得绿色荧光GFP转基因克隆鼠；还有学者将神经干细胞、成纤维细胞作为供体获得了 克隆鼠。目前，体细胞核移植克隆技术已成为国际上研究的热点之一。

总之，体细胞核移植技术的成功及其应用前景无疑是激动人心的，随着体细胞核移植技 术的进一步发展和完善，它将给世界带来巨大贡献。但是，目前细胞核移植技术本身还不完 善，还存在许多问题，如核移植的总效率低、存活率低和核移植动物的异常发育等等。维尔 穆特研究组在培育“多莉”的实验中，融合了277枚移植核的卵细胞，仅获得了“多莉”这 一只成活羔羊，成功率只有0.36％。而其中，移核和去核在核移植中起着决定性的作用，因 为核很小且极脆弱，必须做到既不损伤细胞核，又不损伤细胞质，才能使移核卵正常地分裂 发育。而传统的细胞核移植方法如基于微吸管地显微操作法和电融合移植法都不可避免的引 起大面积细胞膜的破损、细胞质的流失、细胞核的不完全去除等缺陷，从而影响核移植的成 功率。因此，体细胞核移植技术对核的操作提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种细胞调换装置及其方法，本发明利用激光光刀和光镊技术进行细胞的移植，不仅操作精度高，而且不易损伤细胞，对于培养和研究细胞具有较大的贡献。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种细胞调换装置及其方法，包括光镊细胞调换装置，所述光镊细胞调换装置包括光镊发射器、光刀发射器、细胞室和显微镜，所述显微镜包括底座、移动载物台和镜筒，所述细胞室设置于移动载物台，所述细胞室包括细胞调换室和细胞存放室，所述细胞存放室和细胞调换室之间设置有隔板，所述隔板上若干个连接细胞调换室和细胞存放室的细胞通道，其细胞调换方法包括如下步骤：

1)将需要调换的细胞A和细胞B放置在细胞调换室中；

2)使用光刀发射器发射的激光光束击穿细胞调换室中的细胞A中的细胞核；

3)使用光刀发射器发射的激光刀切除细胞B上的细胞被和细胞壁，使其细胞B切除后保留其中的细胞核；

4) 使用光镊发射器发射的光镊夹取细胞B上的细胞核，并将其移动到细胞A中，替换细胞A中的细胞核；

5)使用光镊发射器发射的光镊夹取替换好的细胞A，并将替换好的细胞A移动至细胞存放室中。

作为优选，所述光镊发射器和光刀发射器采用可调谐激光光源或可调强度激光光源的光镊发射器或光刀发射器。

作为优选，所述镜筒的一侧设置有物镜，另一侧设置有目镜。

作为优选，所述镜筒内设置有折射板，所述折射板用于将光镊发射器和/或光刀发射器所发射的激光折射到物镜，在物镜的前方会聚形成光镊和/或光刀。

作为优选，所述镜筒中设置有CCD摄像机或监示器或录像机，所述CCD摄像机或监示器或录像机与计算机连接。

作为优选，所述计算机包括机箱以及设置在机箱内的主控电路板以及设置在主控电路板上的处理器、存储器和显示器。

作为优选，所述细胞室的材料设置为透明的石英玻璃。

本发明的有益效果是：

1.本发明利用激光光刀和光镊技术进行细胞的移植，不仅操作精度高，而且不易损伤细胞，对于培养和研究细胞具有较大的贡献；

2.本发明通过光刀破坏细胞的细胞壁，并通过光镊将细胞壁内的细胞核取出，用于在不同细胞上进行移植替换，培养不同结构的细胞，有助于科研研究。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明涉及的结构示意图一；

图2为本发明涉及的结构示意图二；

图3为本发明涉及的细胞室示意图；

图4本发明涉及的细胞A和细胞B调换示意图。

图中标号说明：显微镜1，第一光镊发射器2，第二光镊发射器3，细胞室4，底座101，移动载物台102，镜筒103，物镜104，目镜105，细胞调换室401，细胞培养室402，隔板403，细胞通道404，折射板5，录像机6，计算机7。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

参照图1至图4所示，一种细胞调换装置及其方法，包括光镊细胞调换装置，所述光镊细胞调换装置包括显微镜1以及设置在显微镜1上的第一光镊发射器2、第二光镊发射器3和细胞室4，所述显微镜1包括底座101、移动载物台102和镜筒103，所述细胞室4设置于移动载物台102，所述第一光镊发射器2和第二光镊发射器3分别设置于镜筒103的两侧，所述细胞室4包括细胞调换室401和细胞培养室402，所述细胞培养室402和细胞调换室401之间设置有隔板403，所述隔板403上若干个连接细胞调换室401和细胞培养室402的细胞通道404，其细胞调换方法包括如下步骤：

1)将需要调换的细胞A和细胞B放置在细胞调换室401中；

2)使用第一光镊发射器2发射的激光光束击破细胞调换室401中的细胞A上的细胞壁以及细胞核；

3)使用第一光镊发射器2发射的激光光束击破细胞调换室401中的细胞B上的细胞壁；

4)使用第二光镊发射器3发射的激光光镊夹取细胞B中的细胞核，并将其移动到细胞A中，替换细胞A中的细胞核；

5)使用第二光镊发射器3发射的激光光镊夹取替换好的细胞A，并将替换好的细胞A移动至细胞培养室402中培养。

作为优选，所述第一光镊发射器2和第二光镊发射器3采用可调谐激光光源或可调强度激光光源的光镊发射器。

作为优选，所述镜筒103的一侧设置有物镜104，另一侧设置有目镜105。

作为优选，所述镜筒103内设置有折射板5，所述折射板5用于将第一光镊发射器2和/或第二光镊发射器3所发射的激光通过折射板5折射到物镜104，在物镜104的前方会聚形成光镊和/或光刀。

作为优选，所述镜筒103中设置有CCD摄像机或监示器或录像机6，所述CCD摄像机或监示器或录像机6与计算机7连接。

作为优选，所述计算机7包括机箱以及设置在机箱内的主控电路板以及设置在主控电路板上的处理器、存储器和显示器。

作为优选，所述细胞室4的材料设置为透明的石英玻璃。

具体实施例：

在实际使用中，将需要调换的细胞A和细胞B放置在细胞调换室中，使用光刀发射器发射的激光光束击穿细胞调换室中的细胞A中的细胞核；使用光刀发射器发射的激光刀切除细胞B上的细胞被和细胞壁，使其细胞B切除后保留其中的细胞核；使用光镊发射器发射的光镊夹取细胞B上的细胞核，并将其移动到细胞A中，替换细胞A中的细胞核；使用光镊发射器发射的光镊夹取替换好的细胞A，并将替换好的细胞A移动至细胞存放室中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种细胞调换装置及其方法，包括光镊细胞调换装置，其特征在于：所述光镊细胞调换装置包括显微镜（1）以及设置在显微镜（1）上的第一光镊发射器（2）、第二光镊发射器（3）和细胞室（4），所述显微镜（1）包括底座（101）、移动载物台（102）和镜筒（103），所述细胞室（4）设置于移动载物台（102），所述第一光镊发射器（2）和第二光镊发射器（3）分别设置于镜筒（103）的两侧，所述细胞室（4）包括细胞调换室（401）和细胞培养室（402），所述细胞培养室（402）和细胞调换室（401）之间设置有隔板（403），所述隔板（403）上若干个连接细胞调换室（401）和细胞培养室（402）的细胞通道（404），其细胞调换方法包括如下步骤：

将需要调换的细胞A和细胞B放置在细胞调换室（401）中；

使用第一光镊发射器（2）发射的激光光束击破细胞调换室（401）中的细胞A上的细胞壁以及细胞核；

使用第一光镊发射器（2）发射的激光光束击破细胞调换室（401）中的细胞B上的细胞壁；

使用第二光镊发射器（3）发射的激光光镊夹取细胞B中的细胞核，并将其移动到细胞A中，替换细胞A中的细胞核；

使用第二光镊发射器（3）发射的激光光镊夹取替换好的细胞A，并将替换好的细胞A移动至细胞培养室（402）中培养。

2.根据权利要求1所述的一种细胞调换装置及其方法，其特征在于：所述第一光镊发射器（2）和第二光镊发射器（3）采用可调谐激光光源或可调强度激光光源的光镊发射器。

3.根据权利要求1所述的一种细胞调换装置及其方法，其特征在于：所述镜筒（103）的一侧设置有物镜（104），另一侧设置有目镜（105）。

4.根据权利要求1所述的一种细胞调换装置及其方法，其特征在于：所述镜筒（103）内设置有折射板（5），所述折射板（5）用于将第一光镊发射器（2）和/或第二光镊发射器（3）所发射的激光通过折射板（5）折射到物镜（104），在物镜（104）的前方会聚形成光镊和/或光刀。

5.根据权利要求1所述的一种细胞调换装置及其方法，其特征在于：所述镜筒（103）中设置有CCD摄像机或监示器或录像机（6），所述CCD摄像机或监示器或录像机（6）与计算机（7）连接。

6.根据权利要求5所述的一种细胞调换装置及其方法，其特征在于：所述计算机（7）包括机箱以及设置在机箱内的主控电路板以及设置在主控电路板上的处理器、存储器和显示器。

7.根据权利要求1所述的一种细胞调换装置及其方法，其特征在于：所述细胞室（4）的材料设置为透明的石英玻璃。