CN108841569A - 一种微生物细胞调换方法及其光镊装置 - Google Patents

一种微生物细胞调换方法及其光镊装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，包括细胞培养室、电动载物台、显微物镜、照明光源、图像传感器、第一光镊发射器和第二光镊发射器，所述电动载物台上设置有细胞培养室，位于所述细胞培养室的上方设置有显微物镜，所述显示物镜的上方设置有图像传感器，所述图像传感器通过图像处理器与图像显示器连接，所述图像传感器和显微物镜之间设置有光线分束器，所述光线分束器将显微物镜一侧的第一光镊发射器和第二光镊发射器所发射的激光光束折射到电动载物台上的细胞培养室。本发明采用光镊进行细胞调换，不仅精度高，不易损伤细胞，而且能够有助于调换后的细胞生长，减少培养时间，广泛应用于细胞捕获与分析。

Description

一种微生物细胞调换方法及其光镊装置
技术领域
本发明涉及生物细胞领域，尤其涉及一种微生物细胞调换方法及其光镊装置。
背景技术
微生物包括：细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，与人类关系密切。涵盖了有益跟有害的众多种类，广泛涉及食品、医药、工农业、环保等诸多领域。在中国大陆地区的教科书中，均将微生物划分为以下8大类：细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、衣原体、螺旋体。有些微生物是肉眼可以看见的，像属于真菌的蘑菇、灵芝等。还有微生物是一类由核酸和蛋白质等少数几种成分组成的“非细胞生物”，但是它的生存必须依赖于活细胞。
真菌，是一种真核生物。最常见的真菌是各类蕈类，另外真菌也包括霉菌和酵母。现在已经发现了七万多种真菌，估计只是所有存在的一小半。大多真菌原先被分入动物或植物，现在成为自己的界，分为四门。真菌自成一门，和植物、动物和细菌相区别。真菌和其他三种生物最大的不同之处在于，真菌的细胞有含甲壳素（又叫几丁质、甲壳素、壳多糖）为主要成分的细胞壁，和植物的细胞壁主要是由纤维素组成的不同。
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。
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，提供一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，本发明采用光镊进行细胞调换，不仅精度高，不易损伤细胞，而且能够有助于调换后的细胞生长，减少培养时间，广泛应用于细胞捕获与分析。
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：
一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，包括细胞培养室、电动载物台、显微物镜、照明光源、图像传感器、第一光镊发射器和第二光镊发射器，所述电动载物台上设置有细胞培养室，位于所述细胞培养室的上方设置有显微物镜，所述显示物镜的上方设置有图像传感器，所述图像传感器通过图像处理器与图像显示器连接，所述图像传感器和显微物镜之间设置有光线分束器，所述光线分束器将显微物镜一侧的第一光镊发射器和第二光镊发射器所发射的激光光束折射到电动载物台上的细胞培养室，其微生物细胞调换的方法包括以后步骤：
1)将同样质量份的蘑菇和灵芝进行冲洗，清洗蘑菇和灵芝上的残留物；
2)将清洗后的蘑菇和灵芝剪成小块，分别放入不同的细胞搅拌样品室中，加入0.8-1.6倍质量的培养基，封闭细胞搅拌样品室；
3)运转细胞搅拌样品室，在转速为800-2800 rpm，运转10-12分钟，将样品室中放入的蘑菇或灵芝小块切碎打浆；
4)将步骤所得到的浆液通过250-500目的滤网过滤，将过滤后的滤液以及滤网上残留的碎渣分别进行收集，得到到过滤后的蘑菇滤液和灵芝滤液；
5)将得到的蘑菇滤液和灵芝滤液少量的倒入带有培养基的细胞培养室的两侧；
6)调整显微物镜，使其能够清晰的看清细胞培养室滤液中的蘑菇细胞和灵芝细胞；
7)打开第一光镊发射器，使第一光镊发射器发射的激光在培养室中形成光刀；
8)移动电动载物台，使电动载物台上的细胞培养室一起移动，细胞培养室在移动时，其内部的蘑菇细胞和灵芝细胞向第一光镊发射器所发射的光刀移动，切割蘑菇细胞和灵芝细胞的细胞壁，使其能够容纳蘑菇细胞和/或灵芝细胞的细胞核；
9)关闭第一光镊发射器，同时打开第二光镊发射器，使第二发射器发射的激光光束在细胞培养室中形成光镊，夹取蘑菇细胞和/或灵芝细胞中的细胞核；
10) 移动电动载物台，将光镊夹取的蘑菇细胞核移植到灵芝细胞壁或将灵芝细胞核移植到蘑菇细胞壁中，从而得到带有灵芝细胞核的蘑菇细胞和带有蘑菇细胞核的灵芝细胞；
11) 将带有灵芝细胞核的蘑菇细胞和带有蘑菇细胞核的灵芝细胞分装到不同的培养基中进行培养。
作为优选，所述图像传感器包括摄像机、CCD或摄像头中的一种。
作为优选，所述光线分束器设置为光线反射镜。
作为优选，所述图像传感器前面放置有滤光片。
作为优选，所述第一光镊发射器和/或第二光镊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。
作为优选，所述电动载物台设置为可前后、左右上下移动的位移台，所述位移台包括支架以及设置在支架上的Z轴位移机构、Y轴位移机构和X轴位移机构，所述X轴位移机构、Y轴位移机构和Z轴位移机构设置为电控高精密位移台，所述电控高精密位移台在移动时，带动载物台上的细胞培养室一起移动。
本发明的有益效果是：
1.使生产出来的灵芝具有蘑菇的实用性，生产出来的蘑菇具有灵芝的药效，综合灵芝和蘑菇的功效，用途广泛；
2.本发明使用光镊进行细胞调换，不仅精度高，不易损伤细胞，而且能够有助于调换后的细胞生长，减少培养时间，广泛应用于细胞捕获与分析；
3.本发明质量可控；采用细胞系提取物，比用植株提取物，生产质量更加可控；因为不会受 地域，季节，气候，病虫害影响；
4.本发明实现了对香菇真菌细胞和灵芝真菌细胞的精确捕获、搬运、筛选操作。
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；
图2为本发明涉及的示意图；
图3为本发明涉及的细胞培养室示意图；
图4为本发明涉及的带有灵芝细胞核的蘑菇细胞和带有蘑菇细胞核的灵芝细胞结构示意图。
图中标号说明：细胞培养室1，电动载物台2，显微物镜3，照明光源4，图像传感器5，第一光镊发射器6，光刀601，第二光镊发射器7，图像传感器8，图像处理器9，图像显示器10，光线分束器11，蘑菇细胞12，灵芝细胞13，光镊701，滤光片14。
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，一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，包括细胞培养室1、电动载物台2、显微物镜3、照明光源4、图像传感器5、第一光镊发射器6和第二光镊发射器7，所述电动载物台2上设置有细胞培养室1，位于所述细胞培养室1的上方设置有显微物镜3，所述显示物镜3的上方设置有图像传感器8，所述图像传感器8通过图像处理器9与图像显示器10连接，所述图像传感器8和显微物镜3之间设置有光线分束器11，所述光线分束器11将显微物镜3一侧的第一光镊发射器6和第二光镊发射器7所发射的激光光束折射到电动载物台2上的细胞培养室1，其微生物细胞调换的方法包括以后步骤：
1）将同样质量份的蘑菇和灵芝进行冲洗，清洗蘑菇和灵芝上的残留物；
2）将清洗后的蘑菇和灵芝剪成小块，分别放入不同的细胞搅拌样品室中，加入0.8-1.6倍质量的培养基，封闭细胞搅拌样品室；
3）运转细胞搅拌样品室，在转速为800-2800rpm，运转10-12分钟，将样品室中放入的蘑菇或灵芝小块切碎打浆；
4）将步骤3所得到的浆液通过250-500目的滤网过滤，将过滤后的滤液以及滤网上残留的碎渣分别进行收集，得到到过滤后的蘑菇滤液和灵芝滤液；
5）将得到的蘑菇滤液和灵芝滤液少量的倒入带有培养基的细胞培养室1的两侧；
6）调整显微物镜3，使其能够清晰的看清细胞培养室1滤液中的蘑菇细胞12和灵芝细胞13；
7）打开第一光镊发射器6，使第一光镊发射器6发射的激光在培养室中形成光刀601；
8）移动电动载物台2，使电动载物台2上的细胞培养室1一起移动，细胞培养室1在移动时，其内部的蘑菇细胞12和灵芝细胞13向第一光镊发射器6所发射的光刀移动，切割蘑菇细胞12和灵芝细胞13的细胞壁，使其能够容纳蘑菇细胞12和/或灵芝细胞13的细胞核；
9）关闭第一光镊发射器6，同时打开第二光镊发射器7，使第二发射器7发射的激光光束在细胞培养室1中形成光镊701，夹取蘑菇细胞12和/或灵芝细胞13中的细胞核；
10）移动电动载物台2，将光镊701夹取的蘑菇细胞核移植到灵芝细胞壁或将灵芝细胞核移植到蘑菇细胞壁中，从而得到带有灵芝细胞核的蘑菇细胞12和带有蘑菇细胞核的灵芝细胞13；
11）将带有灵芝细胞核的蘑菇细胞12和带有蘑菇细胞核的灵芝细胞13分装到不同的培养基中进行培养。
作为优选，所述图像传感器7包括摄像机、CCD或摄像头中的一种。
作为优选，所述光线分束器11设置为光线反射镜。
作为优选，所述图像传感器7前面放置有滤光片14。
作为优选，所述第一光镊发射器6和/或第二光镊发射器7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，所述电动载物台2设置为可前后、左右上下移动的位移台，所述位移台包括支架以及设置在支架上的Z轴位移机构、Y轴位移机构和X轴位移机构，所述X轴位移机构、Y轴位移机构和Z轴位移机构设置为电控高精密位移台，所述电控高精密位移台在移动时，带动载物台上的细胞培养室1一起移动。
具体实施例：
在实际使用中，将同样质量份的蘑菇和灵芝进行冲洗，清洗蘑菇和灵芝上的残留物；将清洗后的蘑菇和灵芝剪成小块，分别放入不同的细胞搅拌样品室中，加入0.8-1.6倍质量的培养基，封闭细胞搅拌样品室；运转细胞搅拌样品室，在转速为800-2800 rpm，运转10-12分钟，将样品室中放入的蘑菇或灵芝小块切碎打浆；将步骤3所得到的浆液通过250-500目的滤网过滤，将过滤后的滤液以及滤网上残留的碎渣分别进行收集，得到到过滤后的蘑菇滤液和灵芝滤液；将得到的蘑菇滤液和灵芝滤液少量的倒入带有培养基的细胞培养室1的两侧；调整显微物镜3，使其能够清晰的看清细胞培养室1滤液中的蘑菇细胞12和灵芝细胞13；打开第一光镊发射器6，使第一光镊发射器6发射的激光在培养室中形成光刀601；移动电动载物台2，使电动载物台2上的细胞培养室1一起移动，细胞培养室1在移动时，其内部的蘑菇细胞12和灵芝细胞13向第一光镊发射器6所发射的光刀移动，切割蘑菇细胞12和灵芝细胞13的细胞壁，使其能够容纳蘑菇细胞12和/或灵芝细胞13的细胞核；关闭第一光镊发射器6，同时打开第二光镊发射器7，使第二发射器7发射的激光光束在细胞培养室1中形成光镊701，夹取蘑菇细胞12和/或灵芝细胞13中的细胞核；移动电动载物台2，将光镊701夹取的蘑菇细胞核移植到灵芝细胞壁或将灵芝细胞核移植到蘑菇细胞壁中，从而得到带有灵芝细胞核的蘑菇细胞12和带有蘑菇细胞核的灵芝细胞13；将带有灵芝细胞核的蘑菇细胞12和带有蘑菇细胞核的灵芝细胞13分装到不同的培养基中进行培养。
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 (6)

1.一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，其特征在于：包括细胞培养室（1）、电动载物台（2）、显微物镜（3）、照明光源（4）、图像传感器（5）、第一光镊发射器（6）和第二光镊发射器（7），所述电动载物台（2）上设置有细胞培养室（1），位于所述细胞培养室（1）的上方设置有显微物镜（3），所述显示物镜（3）的上方设置有图像传感器（8），所述图像传感器（8）通过图像处理器（9）与图像显示器（10）连接，所述图像传感器（8）和显微物镜（3）之间设置有光线分束器（11），所述光线分束器（11）将显微物镜（3）一侧的第一光镊发射器（6）和第二光镊发射器（7）所发射的激光光束折射到电动载物台（2）上的细胞培养室（1），其微生物细胞调换的方法包括以后步骤：
将同样质量份的蘑菇和灵芝进行冲洗，清洗蘑菇和灵芝上的残留物；
将清洗后的蘑菇和灵芝剪成小块，分别放入不同的细胞搅拌样品室中，加入0.8-1.6倍质量的培养基，封闭细胞搅拌样品室；
运转细胞搅拌样品室，在转速为800-2800 rpm，运转10-12分钟，将样品室中放入的蘑菇或灵芝小块切碎打浆；
将步骤3所得到的浆液通过250-500目的滤网过滤，将过滤后的滤液以及滤网上残留的碎渣分别进行收集，得到到过滤后的蘑菇滤液和灵芝滤液；
将得到的蘑菇滤液和灵芝滤液少量的倒入带有培养基的细胞培养室（1）的两侧；
调整显微物镜（3），使其能够清晰的看清细胞培养室（1）滤液中的蘑菇细胞（12）和灵芝细胞（13）；
打开第一光镊发射器（6），使第一光镊发射器（6）发射的激光在培养室中形成光刀（601）；
移动电动载物台（2），使电动载物台（2）上的细胞培养室（1）一起移动，细胞培养室（1）在移动时，其内部的蘑菇细胞（12）和灵芝细胞（13）向第一光镊发射器（6）所发射的光刀移动，切割蘑菇细胞（12）和灵芝细胞（13）的细胞壁，使其能够容纳蘑菇细胞（12）和/或灵芝细胞（13）的细胞核；
关闭第一光镊发射器（6），同时打开第二光镊发射器（7），使第二发射器（7）发射的激光光束在细胞培养室（1）中形成光镊（701），夹取蘑菇细胞（12）和/或灵芝细胞（13）中的细胞核；
移动电动载物台（2），将光镊（701）夹取的蘑菇细胞核移植到灵芝细胞壁或将灵芝细胞核移植到蘑菇细胞壁中，从而得到带有灵芝细胞核的蘑菇细胞（12）和带有蘑菇细胞核的灵芝细胞（13）；
将带有灵芝细胞核的蘑菇细胞（12）和带有蘑菇细胞核的灵芝细胞（13）分装到不同的培养基中进行培养。
2.根据权利要求1所述的一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，其特征在于：所述图像传感器（7）包括摄像机、CCD或摄像头中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，其特征在于：所述光线分束器（11）设置为光线反射镜。
4.根据权利要求1所述的一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，其特征在于：所述图像传感器（7）前面放置有滤光片（14）。
5.根据权利要求1所述的一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，其特征在于：所述第一光镊发射器（6）和/或第二光镊发射器（7）采用可调谐激光光源或可调强度激光光源的光镊发射器。
6.根据权利要求1所述的一种微生物细胞调换方法及其光镊装置，其特征在于：所述电动载物台（2）设置为可前后、左右上下移动的位移台，所述位移台包括支架以及设置在支架上的Z轴位移机构、Y轴位移机构和X轴位移机构，所述X轴位移机构、Y轴位移机构和Z轴位移机构设置为电控高精密位移台，所述电控高精密位移台在移动时，带动载物台上的细胞培养室（1）一起移动。
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