CN110567874A - 细胞培养结果自动观察机构及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及细胞培养结果自动观察机构及其工作方法，该机构包括支架、显微镜组件以及培养瓶移动组件，培养瓶移动组件包括移动结构以及承载结构，承载结构连接于移动结构上，移动结构连接于支架上，显微镜组件连接于支架上，当需要进行观察细胞培养结果时，培养瓶放置在承载结构上，承载结构在移动结构的驱动下移动，以使得显微镜组件对培养瓶内的细胞进行全面观察。本发明通过设置承载结构，用于承载培养瓶，由移动结构带动培养瓶在X轴方向和Y轴方向上移动，且将显微镜倒置，便可对培养瓶内的细胞进行全面观察，实现自动变动培养瓶的位置，提高观察效率，以便于全面检测培养瓶内细胞的生长情况，且整个移动过程不与人接触，进而降低污染风险。

Description

细胞培养结果自动观察机构及其工作方法

技术领域

本发明涉及细胞自动观察机构，更具体地说是指细胞培养结果自动观察机构及其工作方法。

背景技术

干细胞为贴壁细胞，培养的时候贴附在培养皿表面，可以持续增殖，直到增殖到细胞铺满整个培养皿表面，这时可以从培养皿中剥离出来干细胞。剥离下来的干细胞经过离心机分离等工艺流程得出来比较干净的细胞，可以进行下一代的培养。在干细胞培养期间需要定时从培养箱中把培养皿取出来，通过显微镜观察细胞生长状态，来判断细胞收获时间及判定该批次细胞的培养质量。

现有的细胞培养结果的观察方式是取出培养皿进行细胞检测，经过检测后，再送回培养箱，为了全面检测一个培养皿细胞生长情况，需要手动变动培养皿的位置，培养皿多次与人接触，增加污染风险，且效率低下。

因此，有必要设计一种新的机构，实现自动变动培养瓶的位置，提高观察效率，以便于全面检测培养瓶内细胞的生长情况，且整个移动过程不与人接触，进而降低污染风险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供细胞培养结果自动观察机构及其工作方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：细胞培养结果自动观察机构，包括支架、显微镜组件以及培养瓶移动组件，所述培养瓶移动组件包括移动结构以及承载结构，所述承载结构连接于所述移动结构上，所述移动结构连接于所述支架上，所述显微镜组件连接于所述支架上，当需要进行观察细胞培养结果时，培养瓶放置在所述承载结构上，所述承载结构在所述移动结构的驱动下移动，以使得所述显微镜组件对培养瓶内的细胞进行全面观察。

其进一步技术方案为：所述承载结构包括承载架以及立架，所述承载架上设有限位通槽，所述培养瓶置于所述限位通槽内，所述承载架与所述立架连接，所述立架连接于所述移动结构上。

其进一步技术方案为：所述立架的上端朝外连接有连接片，所述连接片与所述承载架连接。

其进一步技术方案为：所述移动结构包括Y轴移动结构以及X轴移动结构，所述Y轴移动结构连接于所述支架上，所述X轴移动结构连接于所述Y轴移动结构上；所述立架连接于所述X轴移动结构上。

其进一步技术方案为：所述X轴移动结构包括X轴直线模组，所述X轴直线模组通过安装板连接于所述Y轴移动结构上，所述立架连接于所述X轴直线模组上。

其进一步技术方案为：所述安装板的一侧设有竖直朝上的挡片。

其进一步技术方案为：所述Y轴移动结构包括Y轴直线模组，所述Y轴直线模组连接于所述支架上，所述安装板与所述Y轴直线模组连接。

其进一步技术方案为：所述显微镜组件包括显微镜以及控制器，所述显微镜通过显微镜安装架连接于所述支架上，所述显微镜安装架的下端设有通槽，所述Y轴移动结构的一端置于所述通槽内。

本发明还提供了细胞培养结果自动观察机构的工作方法，包括：

当需要进行观察细胞培养结果时，培养瓶放置在承载结构上，承载结构在移动结构的驱动下移动，以使得显微镜组件对培养瓶内的细胞进行全面观察。

其进一步技术方案为：还包括：

所述显微镜组件对培养瓶内的细胞进行全面观察时，获取培养瓶的图像；对培养瓶的图像进行二值化处理；提取细胞的背景图像；对二值化处理后的图像进内的无细胞区域进行涂黑处理，以得到处理后的图像；对处理后的图像进行粒子分析，以得到每个粒子占处理后的图像面积的百分比；根据每个粒子占处理后的图像面积的百分比计算融合度；发送融合度以及处理后的图像。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置承载结构，用于承载培养瓶，由移动结构带动培养瓶在X轴方向和Y轴方向上移动，且将显微镜倒置，便可对培养瓶内的细胞进行全面观察，实现自动变动培养瓶的位置，提高观察效率，以便于全面检测培养瓶内细胞的生长情况，且整个移动过程不与人接触，进而降低污染风险。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，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为本发明具体实施例提供的细胞培养结果自动观察机构的立体结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的细胞培养结果自动观察机构的爆炸结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的培养瓶内细胞的图像示意图；

图4为本发明具体实施例提供的细胞的背景图像示意图；

图5为本发明具体实施例提供的粒子分析的图像示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

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，本领域技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

如图1～5所示的具体实施例，本实施例提供的细胞培养结果自动观察机构，可以运用于细胞培养和制备过程中，以实现自动变动培养瓶的位置60，以进行全面观察，实现自动变动培养瓶的位置60，提高观察效率，以便于全面检测培养瓶60内细胞的生长情况，且整个移动过程在一个密封空间内执行，不会与人接触，进而降低污染风险。

请参阅图1，上述的细胞培养结果自动观察机构，包括支架(图中未示出)、显微镜组件以及培养瓶移动组件，培养瓶移动组件包括移动结构以及承载结构，承载结构连接于移动结构上，移动结构连接于支架上，显微镜组件连接于支架上，当需要进行观察细胞培养结果时，培养瓶60放置在承载结构上，承载结构在移动结构的驱动下移动，以使得显微镜组件对培养瓶60内的细胞进行全面观察。

培养瓶60放置在承载结构上，由移动结构来回移动，以使得培养瓶60处于不同的位置，进而显微镜组件可以获取到培养瓶60内的所有细胞图像，以实现全面观察。

在一实施例中，请参阅图2，上述的承载结构包括承载架50以及立架，承载架50上设有限位通槽，培养瓶60置于限位通槽内，承载架50与立架连接，立架连接于移动结构上。

限位通槽可以对培养瓶60的放置起到定位和限位的作用。承载架50可以恰好设置于显微镜10上，以便于观察细胞。

上述的限位通槽的一侧壁上设有一倾斜面，培养瓶60的瓶口与所述倾斜面抵接，起到放置培养瓶60的定位作用。

在一实施例中，请参阅图2，上述的立架的上端朝外连接有连接片44，连接片44与承载架50连接。

另外，立架的下端设有连接板41，该连接板41连接于移动结构上，具体地，可采用螺栓等紧固件将连接板41与移动结构连接。

在一实施例中，上述的立架包括竖直杆42以及水平杆43，所述水平杆43连接于所述竖直杆42的上端，且连接片44连接在水平杆43的外端，连接板41连接在竖直杆42的下端，设置水平杆43和竖直杆42所形成7字型结构的立架，可以使得培养瓶60在移动过程中，不会与显微镜组件碰撞，可以提高整个细胞观察过程中的成功率。

在一实施例中，请参阅图2，上述的移动结构包括Y轴移动结构以及X轴移动结构，Y轴移动结构连接于支架上，X轴移动结构连接于Y轴移动结构上；立架连接于X轴移动结构上。

利用X轴移动结构和Y轴移动结构实现对培养瓶60的自动移动，以便于在显微镜10下可以观察到培养瓶60内所有细胞的培养情况，以便于全面检测培养瓶60内细胞的生长情况，且整个移动过程在一个密封空间内执行，不会与人接触，进而降低污染风险。

在一实施例中，请参阅图2，上述的X轴移动结构包括X轴直线模组30，X轴直线模组30通过安装板31连接于Y轴移动结构上，立架连接于X轴直线模组30上。

在本实施例中，上述的X轴直线模组30上设有X轴滑块，该连接板41连接于X轴滑块上，通过X轴滑块在X轴直线模组30的驱动下进行X轴方向的移动，实现培养瓶60的X轴方向移动。

在一实施例中，请参阅图2，上述的安装板31的一侧设有竖直朝上的挡片32。该挡片32可以使得X轴直线模组30在移动过程中，不会直接碰撞到Y轴移动结构的边缘。

在一实施例中，请参阅图2，上述的Y轴移动结构包括Y轴直线模组20，Y轴直线模组20连接于支架上，安装板31与Y轴直线模组20连接。

在本实施例中，上述的Y轴直线模组20上设有Y轴滑块，该安装板31连接于Y轴滑块上，通过Y轴滑块在Y轴直线模组20的驱动下进行Y轴方向的移动，实现培养瓶60的Y轴方向移动，配合X轴直线模组30便可实现培养瓶60在Y轴以及X轴方向上的移动。

在本实施例中，上述的X轴直线模组30为电动伺服模组，Y轴直线模组20为电动伺服模组。

在一实施例中，请参阅图2，上述的显微镜组件包括显微镜10以及控制器11，显微镜10通过显微镜安装架12连接于支架上，显微镜安装架12的下端设有通槽，Y轴移动结构的一端置于通槽内。设置通槽，可以使得培养瓶60在Y轴直线模组20以及X轴直线模组30的驱动下移动至显微镜10上。另外，上述的显微镜安装架12的一端设有一缺口，以便于Y轴直线模组20以及X轴直线模组30的工作，Y轴直线模组20以及X轴直线模组30的组合运动可以将培养瓶60移动至某一范围内的任意一点，便于显微镜10多点观察成像。

显微镜10可以对培养瓶60进行拍照，并将拍摄所得的培养瓶60内的细胞图像数据发送至控制器11，以进行观察并计算培养结果，完成整个细胞培养结果的自动观察结果。

由于培养瓶60内的干细胞为无色透明物体，需要通过倒置布置的显微镜10，才能放大足以观察其生长形态。

在一实施例中，X轴直线模组30可以采用丝杆通过连轴器连接伺服马达的方式驱动X轴滑块滑动，X轴滑块上固定有Y轴直线模组20，Y轴直线模组20也是用丝杆通过连轴器连接伺服马达的方式驱动Y轴滑块滑动；结合X轴直线模组30以及Y轴直线模组20便可实现对培养瓶60在XY轴移动范围内的平面上移动。承载架50为中空设计，方便于在显微镜10下成像。

在本实施例中，还可以采用嵌入式控制器11通过通信方式接收控制X轴直线模组30以及Y轴直线模组20运动，触发显微镜10上的摄像机拍照，把照片及检测结果上传到控制器11。

在本实施例中，上述的显微镜安装架12上连接有摄像机以及照明灯。

上述的细胞培养结果自动观察机构，通过设置承载结构，用于承载培养瓶60，由移动结构带动培养瓶60在X轴方向和Y轴方向上移动，且将显微镜10倒置，便可对培养瓶60内的细胞进行全面观察，实现自动变动培养瓶的位置60，提高观察效率，以便于全面检测培养瓶60内细胞的生长情况，且整个移动过程不与人接触，进而降低污染风险。

在一实施例中，还提供了细胞培养结果自动观察机构的工作方法，包括：

当需要进行观察细胞培养结果时，培养瓶60放置在承载结构上，承载结构在移动结构的驱动下移动，以使得显微镜组件对培养瓶60内的细胞进行全面观察。

另外，还包括：

显微镜组件对培养瓶60内的细胞进行全面观察时，获取培养瓶60的图像；对培养瓶60的图像进行二值化处理；提取细胞的背景图像；对二值化处理后的图像进内的无细胞区域进行涂黑处理，以得到处理后的图像；对处理后的图像进行粒子分析，以得到每个粒子占处理后的图像面积的百分比；根据每个粒子占处理后的图像面积的百分比计算融合度；发送融合度以及处理后的图像。

在干细胞观察开始的时候，把培养瓶60放到检测机构的托盘上，工作模式有两种，一种为远程触发检测，控制器11可以通过通信发送命令，用来启动检测工作；另一种为定时触发检测，可以在控制器11上设置自动检测一次歌间隔时间，定时时间到了后可以自动触发检测开始工作。

X轴直线模组30以及Y轴直线模组20工作，并驱动承载组件带动培养瓶60在XY平面上移动，调节X轴直线模组30以及Y轴直线模组20的伺服马达的刚性及启动和停止的加减速时间，可以达到X轴直线模组30以及Y轴直线模组20移动时候动作比较柔和，最大程度减少培养瓶60的震动。摄像机和照明灯在固定的位置，本身不会产生抖动。当X轴直线模组30以及Y轴直线模组20移动到拍照位，延迟一定的时间，确保培养瓶60及培养液静止的状态，先打开照明灯，然后摄像机拍摄一张图片。摄像机拍完后，X轴直线模组30以及Y轴直线模组20可以立刻移动到下一工作位；当摄像机采集完培养瓶60内的细胞图片后，如图3所示，图片送到控制器11，图片先经过通过对Red、Green、Blue三个参数的设置恰当的阀值，对图像的红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三个颜色阀值调整后，可以使有深黄色背景的细胞的红色保留，绿色和蓝色过滤掉，同时背景色不变，从而对彩色图像进行二值化处理，对含有细胞背景区域的Red颜色放到最大，达到把细胞的背景提起出来，如图4所示；然后对没有细胞的图像区域进行涂黑，再对涂黑的图像进行粒子分析，如图5所示，得出每个粒子占总图像面积的百分比，并求和得出融合度。

如图3所示，以40倍的物镜放大培养瓶60后，用摄像机拍摄出来的原始图片，背景光源为卤素灯。无细胞的区域为黄色，干细胞中心为深黄色，周围无色。对没有无细胞区域颜色的背景完全涂黑处理，使有细胞和无细胞区域有着明显的差别，如图5所示，对处理出来的没有细胞的二值图像进行粒子检测，得出粒子总个数和每个粒子占图像的面积百分比；对所有粒子的占图像的面积百分比求和，可以得出细胞占图像区域培养皿表面的百分比，也就是融合度，因为拍照的区域只是一个培养瓶60其中的一小块区域，所以要对一个培养瓶60采集多个图像，通过对所有图像处理的结果进行统计，求平均值，才是最真实的融合的值。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述细胞培养结果自动观察机构的工作方法的具体实现过程，可以参考前细胞培养结果自动观察机构实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.细胞培养结果自动观察机构，其特征在于，包括支架、显微镜组件以及培养瓶移动组件，所述培养瓶移动组件包括移动结构以及承载结构，所述承载结构连接于所述移动结构上，所述移动结构连接于所述支架上，所述显微镜组件连接于所述支架上，当需要进行观察细胞培养结果时，培养瓶放置在所述承载结构上，所述承载结构在所述移动结构的驱动下移动，以使得所述显微镜组件对培养瓶内的细胞进行全面观察。

2.根据权利要求1所述的细胞培养结果自动观察机构，其特征在于，所述承载结构包括承载架以及立架，所述承载架上设有限位通槽，所述培养瓶置于所述限位通槽内，所述承载架与所述立架连接，所述立架连接于所述移动结构上。

3.根据权利要求2所述的细胞培养结果自动观察机构，其特征在于，所述立架的上端朝外连接有连接片，所述连接片与所述承载架连接。

4.根据权利要求2所述的细胞培养结果自动观察机构，其特征在于，所述移动结构包括Y轴移动结构以及X轴移动结构，所述Y轴移动结构连接于所述支架上，所述X轴移动结构连接于所述Y轴移动结构上；所述立架连接于所述X轴移动结构上。

5.根据权利要求4所述的细胞培养结果自动观察机构，其特征在于，所述X轴移动结构包括X轴直线模组，所述X轴直线模组通过安装板连接于所述Y轴移动结构上，所述立架连接于所述X轴直线模组上。

6.根据权利要求5所述的细胞培养结果自动观察机构，其特征在于，所述安装板的一侧设有竖直朝上的挡片。

7.根据权利要求5所述的细胞培养结果自动观察机构，其特征在于，所述Y轴移动结构包括Y轴直线模组，所述Y轴直线模组连接于所述支架上，所述安装板与所述Y轴直线模组连接。

8.根据权利要求7所述的细胞培养结果自动观察机构，其特征在于，所述显微镜组件包括显微镜以及控制器，所述显微镜通过显微镜安装架连接于所述支架上，所述显微镜安装架的下端设有通槽，所述Y轴移动结构的一端置于所述通槽内。

9.细胞培养结果自动观察机构的工作方法，其特征在于，包括：

当需要进行观察细胞培养结果时，培养瓶放置在承载结构上，承载结构在移动结构的驱动下移动，以使得显微镜组件对培养瓶内的细胞进行全面观察。

10.根据权利要求9所述的细胞培养结果自动观察机构的工作方法，其特征在于，还包括：

所述显微镜组件对培养瓶内的细胞进行全面观察时，获取培养瓶的图像；对培养瓶的图像进行二值化处理；提取细胞的背景图像；对二值化处理后的图像进内的无细胞区域进行涂黑处理，以得到处理后的图像；对处理后的图像进行粒子分析，以得到每个粒子占处理后的图像面积的百分比；根据每个粒子占处理后的图像面积的百分比计算融合度；发送融合度以及处理后的图像。