CN109609365A - 用于细胞核注射的机器人和细胞核注射设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于细胞核注射的机器人和细胞核注射设备，所述用于细胞核注射的机器人包括：机体，所述机体内限定有工作腔；操作针，所述操作针设于所述机体且具有与所述工作腔连通的调压端和与外界连通的操作端；压力调节从动器，所述压力调节从动器设于所述机体，所述压力调节从动器在压力调节主动器的作用下调节所述工作腔内的压力以使所述操作端进行吸取和喷射；水平向从动器，所述水平向从动器设于所述机体且在水平向主动器的作用下带动所述机体在水平方向上移动。根据本发明实施例的用于细胞核注射的机器人，能够提高注射效率和细胞成活率。

Description

用于细胞核注射的机器人和细胞核注射设备

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及一种用于细胞核注射的机器人和具有所述用于细胞核注射的机器人的细胞核注射设备。

背景技术

动物细胞克隆技术在现代生物技术中有着相当的重要性，其过程是受体卵细胞与供体细胞的细胞核(或体细胞整体)相结合，在电刺激作用下进一步分化发育成胚胎，被移植入母体后孕育出动物体。

为实现将细胞核与卵细胞结合，相关技术中广泛采用的方法为，技术人员在显微镜的观测条件下，手动操作具有六自由度的微机械臂，进行细胞核注射。但这种方法对技术人员的操作要求较高，且该操作为接触式，相对开放的细胞操作环境会导致细胞被污染，导致注射效率和细胞成活率均不理想。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种用于细胞核注射的机器人，该用于细胞核注射的机器人能够提高注射效率和细胞成活率。

本发明还提出一种具有所述用于细胞核注射的机器人的细胞核注射设备。

根据本发明的第一方面的实施例提出一种用于细胞核注射的机器人，所述用于细胞核注射的机器人包括：机体，所述机体内限定有工作腔；操作针，所述操作针设于所述机体且具有与所述工作腔连通的调压端和与外界连通的操作端；压力调节从动器，所述压力调节从动器设于所述机体，所述压力调节从动器在压力调节主动器的作用下调节所述工作腔内的压力以使所述操作端进行吸取和喷射；水平向从动器，所述水平向从动器设于所述机体且在水平向主动器的作用下带动所述机体在水平方向上移动。

根据本发明实施例的用于细胞核注射的机器人，能够提高注射效率和细胞成活率。

根据本发明的一些具体实施例，所述机体包括：底座，所述工作腔形成于所述底座，所述水平向从动器设于所述底座；弹性膜，所述弹性膜设于所述底座且封盖所述工作腔，所述压力调节从动器设于所述弹性膜。

进一步地，所述压力调节从动器和所述水平向从动器均为永磁体。

进一步地，所述弹性膜封盖所述工作腔的上表面，所述压力调节从动器设于所述弹性膜的中心处。

进一步地，所述水平向从动器为多个且沿所述底座的周向等间隔地围绕在所述工作腔的外周侧。

进一步地，所述底座的下表面设有多个嵌槽，多个所述水平向从动器一一对应地内嵌于多个所述嵌槽。

进一步地，所述水平向从动器和所述压力调节从动器在同一水平面内的正投影错开设置。

进一步地，所述操作针为玻璃毛细管且具有大径段、过渡段和小径段，所述小径段的直径小于大径端的直径且所述过渡段连接在所述大径段和所述小径段之间，所述调压端形成于所述大径段且所述操作端形成于所述小径段，所述底座设有装配孔，所述大径段装配于所述装配孔。

进一步地，所述嵌槽的横截面为圆形且直径为0.6mm-1.6mm，所述水平向从动器的横截面为圆形且直径为0.5mm-1.5mm。

根据本发明的一些具体示例，所述弹性膜的横截面为圆形且直径为8mm-12mm，所述弹性膜的厚度为500μm-700μm。

根据本发明的一些具体示例，所述压力调节从动器的横截面为圆形且直径为1mm-3mm，所述压力调节从动器的厚度为0.3mm-0.7mm。

根据本发明的一些具体示例，所述工作腔的横截面为圆形且直径为3mm-5mm。

根据本发明的第二方面的实施例提出一种细胞核注射设备，所述细胞核注射设备包括：至少一对控制台；微流控芯片，所述微流控芯片置于所述至少一对控制台；至少一对根据本发明的第一方面的实施例所述的用于细胞核注射的机器人，所述至少一对机器人置于所述微流控芯片中，每对机器人中的一个作为持核机器人且另一个作为持卵机器人；至少一对水平向主动器，所述水平向主动器设于所述控制台且用于作用对应机器人的水平向从动器；至少一对压力调节主动器，所述水平向主动器设于所述控制台且用于作用对应机器人的压力调节从动器。

根据本发明实施例的细胞核注射设备，通过利用根据本发明的第一方面的实施例所述的用于细胞核注射的机器人，具有注射效率和细胞成活率高等优点。

根据本发明的一些具体实施例，所述水平向主动器和所述压力调节主动器均为永磁体。

根据本发明的一些具体实施例，每个所述控制台包括：角撑架，所述水平向主动器设于所述角撑架；螺杆，所述螺杆螺纹配合于所述角撑架且在竖直方向上可移动，所述压力调节主动器设于所述螺杆。

进一步地，所述水平向主动器为多个且沿所述螺杆的周向等间隔地围绕在所述螺杆的外周侧。

根据本发明的一些具体实施例，所述细胞核注射设备还包括：显微镜，所述显微镜配备有高速摄像机；夹具，用于将所述微流控芯片置于所述显微镜下；至少一对微动台，所述微动台与所述控制台一一对应地相连；成像系统，所述成像系统与所述显微镜相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的细胞核注射设备的立体图。

图2是根据本发明实施例的细胞核注射设备的局部剖视图。

图3是根据本发明实施例的用于细胞核注射的机器人的俯视立体图。

图4是根据本发明实施例的用于细胞核注射的机器人的爆炸图。

图5是根据本发明实施例的用于细胞核注射的机器人的仰视立体图。

附图标记：

细胞核注射设备1、

控制台10、角撑架11、螺杆12、

微流控芯片20、

用于细胞核注射的机器人30、

水平向主动器40、

压力调节主动器50、

显微镜60、

夹具70、

微动台80、

机体100、工作腔110、底座120、嵌槽121、装配孔122、弹性膜130、

操作针200、调压端210、操作端220、大径段230、过渡段240、小径段250、

压力调节从动器300、

水平向从动器400。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的细胞核注射设备1。

如图1-图5所示，根据本发明实施例的细胞核注射设备1包括至少一对控制台10、微流控芯片20、至少一对机器人30、至少一对水平向主动器40以及至少一对压力调节主动器50。

首先参考附图描述根据本发明实施例的用于细胞核注射的机器人30。

根据本发明实施例的用于细胞核注射的机器人30包括机体100、操作针200、压力调节从动器300和水平向从动器400。

机体100内限定有工作腔110，举例而言，工作腔110的横截面可以为圆形且直径可以为3mm-5mm，优选地，工作腔110的直径为4mm。操作针200设于机体100且为中空结构，操作针200具有彼此连通的调压端210和操作端220，调压端210与工作腔110连通，操作端220与外界连通，这里的外界是相对于工作腔110而言。压力调节从动器300设于机体100，压力调节从动器300在压力调节主动器50的作用下调节工作腔110内的压力，进而调节工作腔110的内外压差，以使操作针200的操作端220进行吸取和喷射。水平向从动器400设于机体100且在水平向主动器40的作用下带动机体100在水平方向上移动，需要理解地是，这里的移动可以为平移，也可以包括平移和旋转，该旋转运动的旋转轴线沿竖直方向延伸，即附图中所示的上下方向。

在根据本发明实施例的细胞核注射设备1中，机器人30为至少一对，其中，每对机器人30中的一个，通过调节工作腔110内的压力使操作针200的操作端220利用负压将受体卵细胞固定，作为持卵机器人；每对机器人30中的一个，通过调节工作腔110的内外压差变化使操作针200的操作端220对细胞核吸取和喷射，作为持核机器人；持卵机器人和持核机器人协同工作，而实现细胞核注射。每对机器人30均置于微流控芯片20中。

在理想操作下，持核机器人吸取待注射的细胞核(或体细胞)，移动到持卵机器人面前，将操作针200插入被固定的卵细胞，然后进行注射，完成后拔出操作针200。当然，在本发明的实施例中，持核机器人和持卵机器人可以同时移动，也可以是两者中的的任一个移动。

控制台10为至少一对，即控制台10的数量与机器人的数量一致并一一对应，微流控芯片20置于这些控制台10上，微流控芯片20的底部可以为200μm厚的玻璃片。

水平向主动器40和压力调节主动器50分别为至少一对，也就是说，水平向主动器40的数量与水平向从动器400的数量一致并一一对应，压力调节主动器50的数量和压力调节从动器300的数量一致并一一对应。其中，水平向主动器40设于控制台10且用于作用对应机器人30的水平向从动器400；水平向主动器40设于控制台10且用于作用对应机器人30的压力调节从动器300。

本领域的技术人员可以理解地是，所谓“水平向主动器40”和“水平向从动器400”是指，水平向主动器40能够作用于水平向从动器400而使水平向从动器400运动，进而通过水平向从动器400带动机体100在水平方向上移动，两者的作用形式可以为磁力、压力、物理接触等，本发明对此不做限制。

所谓“压力调节主动器50”和“压力调节从动器300”是指，压力调节主动器50能够作用于压力调节从动器300而使压力调节从动器300运动，进而通过压力调节从动器300改变工作腔110内的压力，两者的作用形式可以为磁力、压力、物理接触等，本发明对此亦不做限制。

根据本发明实施例的用于细胞核注射的机器人30及细胞核注射设备1，其操作原理为利用一对机器人30协同工作，实现克隆过程中细胞核的注射操作。由于机器人30和操作对象(细胞核和卵细胞)封装于微流控芯片20中而进行集成，密闭的环境隔绝了污染，且非接触式操作，进一步实现了操作环境的无污染，从而大幅提高注射效率和细胞成活率。

在本发明的一些具体实施例中，如图1所示，根据本发明实施例的细胞核注射设备1还包括显微镜60、夹具70和至少一对微动台80。

显微镜60配备有高速摄像机。夹具70用于将微流控芯片20置于显微镜60下。微动台80与控制台10一一对应地相连，利用微动台80实现机器人30的水平向的平移、竖向的旋转以及对细胞核的吸取和喷射。所述成像系统可以由计算机构成，并与显微镜60相连。夹具70将装有机器人30和操作对象(细胞核和卵细胞)的微流控芯片20固定在显微镜60下，显微镜60配备有高速摄像机，连接计算机，实时观测、记录实验情况。机器人30的动作可由计算机控制，精确度高、操作更简便，操作过程的可视性更强，利于后续细胞克隆技术的自动化批量处理。

在本发明的一些具体实施例中，如图2-图5所示，机体100包括底座120和弹性膜130。

工作腔110形成于底座120，水平向从动器400设于底座120。弹性膜130设于底座120且封盖工作腔110，压力调节从动器300设于弹性膜130。压力调节从动器300在压力调节主动器50的作用下运动，从而带动弹性膜130发生形变，进而改变工作腔110的体积，以改变工作腔110的内外压差，使操作针200进行吸取和喷射。

其中，底座120采用光敏树脂紫外光固化3D打印得到，弹性膜130的制造则是用Ecoflex为材料，经过旋涂、放置压力调节从动器300、热烘固化、切割等步骤得到。

在本发明的一些具体示例中，压力调节从动器300、水平向从动器400、压力调节主动器50和水平向主动器40均为永磁体，如磁铁，由此以磁力为动力驱动机体100运动以及调节工作腔110的内外压差，实现非接触式驱动，进而进一步保证操作环境无污染。

为了保证对机体100的移动驱动以及对工作腔110的内外压差调节互不干涉，水平向从动器400和压力调节从动器300在同一水平面内的正投影错开设置，水平向主动器40和压力调节主动器50在同一水平面内的正投影错开设置。

在本发明的一些具体实施例中，如图2所示，底座120的上表面敞开以露出工作腔110，弹性膜130封盖工作腔110的上表面，例如，底座120的上表面可以设有围绕工作腔110的沉槽以容纳弹性膜130，使弹性膜130的上表面与底座120的上表面平齐，压力调节从动器300设于弹性膜130的中心处，以均匀带动弹性膜130上凸和下凹，利于对工作腔110内外压差的精准调节。

在本发明的一些具体示例中，如图2所示，每个控制台10包括角撑架11和螺杆12。

水平向主动器40设于角撑架11。螺杆12螺纹配合于角撑架11，螺杆12旋转时可在竖直方向上移动，压力调节主动器50设于螺杆12，例如可以设置在螺杆12的顶端并置于底座120的螺纹孔内。带有压力调节主动器50的螺杆12上下移动时，由于压力调节主动器50和压力调节从动器300均为永磁体，这样可以带动压力调节主动器50对弹性膜130上的压力调节从动器300进行吸引和释放，配合弹性膜130的弹性恢复能力，可实现工作腔110的体积的缩小和恢复，从而利用工作腔110的内外压差变化对细胞核颗粒进行吸取和喷射。

可选地，弹性膜130的横截面为圆形且直径为8mm-12mm，弹性膜130的厚度为500μm-700μm，优选地，弹性膜130的直径为10mm，弹性膜130的厚度为600μm。压力调节从动器300的横截面为圆形且直径为1mm-3mm，压力调节从动器300的厚度为0.3mm-0.7mm，优选地，压力调节从动器300的横截面为圆形且直径为2mm，压力调节从动器300的厚度为0.5mm。

在本发明的一些具体实施例中，如图2、图4和图5所示，水平向从动器400为多个且沿底座120的周向等间隔地围绕在工作腔110的外周侧，水平向主动器40为多个且沿螺杆12的周向等间隔地围绕在螺杆12的外周侧，多个水平向主动器40与多个水平向从动器400一一对应，从而保证机体100在水平方向上平移以及竖直方向上旋转的灵活性和准确性，例如，如附图所示，水平向主动器40和水平向从动器400分别为四个。

进一步地，如图4和图5所示，底座120的下表面设有多个嵌槽121，嵌槽121可以竖直方向贯通底座120，嵌槽121的上表面由弹性膜130封盖，多个水平向从动器400一一对应地内嵌于多个嵌槽121。

可选地，嵌槽121的横截面为圆形且直径为0.6mm-1.6mm，水平向从动器400的横截面为圆形且直径为0.5mm-1.5mm，优选地，嵌槽121的直径为1.1mm，水平向从动器400的直径为1mm。

在本发明的一些具体实施例中，如图2-图5所示，操作针200为玻璃毛细管，可以采用拉制仪拉制而成，操作针200具有大径段230、过渡段240和小径段250。

小径段250的直径小于大径段230的直径，过渡段240连接在大径段230和小径段250之间，过渡段240的直径大小渐变，即过渡段240的最大直径等于大径段230的直径，而过渡段240的最小直径等于小径段250的直径。调压端210形成于大径段230且操作端220形成于小径段250，底座120的侧壁设有与工作腔110连通的装配孔122，大径段230装配于装配孔122。通过设置大径段230、过渡段240和小径段250，能够在操作端220放大工作腔110内外压差变化的影响，从而利于操作端220吸取和喷射细胞核。

根据本发明实施例的细胞核注射设备1的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

在本说明书的描述中，参考术语“具体实施例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (17)

1.一种用于细胞核注射的机器人，其特征在于，包括：

机体，所述机体内限定有工作腔；

操作针，所述操作针设于所述机体且具有与所述工作腔连通的调压端和与外界连通的操作端；

压力调节从动器，所述压力调节从动器设于所述机体，所述压力调节从动器在压力调节主动器的作用下调节所述工作腔内的压力以使所述操作端进行吸取和喷射；

水平向从动器，所述水平向从动器设于所述机体且在水平向主动器的作用下带动所述机体在水平方向上移动。

2.根据权利要求1所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述机体包括：

底座，所述工作腔形成于所述底座，所述水平向从动器设于所述底座；

弹性膜，所述弹性膜设于所述底座且封盖所述工作腔，所述压力调节从动器设于所述弹性膜。

3.根据权利要求2所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述压力调节从动器和所述水平向从动器均为永磁体。

4.根据权利要求3所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述弹性膜封盖所述工作腔的上表面，所述压力调节从动器设于所述弹性膜的中心处。

5.根据权利要求3所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述水平向从动器为多个且沿所述底座的周向等间隔地围绕在所述工作腔的外周侧。

6.根据权利要求5所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述底座的下表面设有多个嵌槽，多个所述水平向从动器一一对应地内嵌于多个所述嵌槽。

7.根据权利要求3所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述水平向从动器和所述压力调节从动器在同一水平面内的正投影错开设置。

8.根据权利要求2所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述操作针为玻璃毛细管且具有大径段、过渡段和小径段，所述小径段的直径小于大径端的直径且所述过渡段连接在所述大径段和所述小径段之间，所述调压端形成于所述大径段且所述操作端形成于所述小径段，所述底座设有装配孔，所述大径段装配于所述装配孔。

9.根据权利要求6所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述嵌槽的横截面为圆形且直径为0.6mm-1.6mm，所述水平向从动器的横截面为圆形且直径为0.5mm-1.5mm。

10.根据权利要求2-9中任一项所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述弹性膜的横截面为圆形且直径为8mm-12mm，所述弹性膜的厚度为500μm-700μm。

11.根据权利要求3-9中任一项所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述压力调节从动器的横截面为圆形且直径为1mm-3mm，所述压力调节从动器的厚度为0.3mm-0.7mm。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的用于细胞核注射的机器人，其特征在于，所述工作腔的横截面为圆形且直径为3mm-5mm。

13.一种细胞核注射设备，其特征在于，包括：

至少一对控制台；

微流控芯片，所述微流控芯片置于所述至少一对控制台；

至少一对根据权利要求1-12中任一项所述的用于细胞核注射的机器人，所述至少一对机器人置于所述微流控芯片中，每对机器人中的一个作为持核机器人且另一个作为持卵机器人；

至少一对水平向主动器，所述水平向主动器设于所述控制台且用于作用对应机器人的水平向从动器；

至少一对压力调节主动器，所述水平向主动器设于所述控制台且用于作用对应机器人的压力调节从动器。

14.根据权利要求13所述的细胞核注射设备，其特征在于，所述水平向主动器和所述压力调节主动器均为永磁体。

15.根据权利要求13所述的细胞核注射设备，其特征在于，每个所述控制台包括：

角撑架，所述水平向主动器设于所述角撑架；

螺杆，所述螺杆螺纹配合于所述角撑架且在竖直方向上可移动，所述压力调节主动器设于所述螺杆。

16.根据权利要求15所述的细胞核注射设备，其特征在于，所述水平向主动器为多个且沿所述螺杆的周向等间隔地围绕在所述螺杆的外周侧。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的细胞核注射设备，其特征在于，还包括：

显微镜，所述显微镜配备有高速摄像机；

夹具，用于将所述微流控芯片置于所述显微镜下；

至少一对微动台，所述微动台与所述控制台一一对应地相连；

成像系统，所述成像系统与所述显微镜相连。