CN111321078B - 细胞培养箱及其控制方法和培养皿 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种细胞培养箱及其控制方法和培养皿，该细胞培养箱包括用于放置培养皿的箱体以及与箱体连接的检测系统，其中，检测系统包括：光源模块，位于箱体中，向培养皿的入光侧提供入射光；数据采集模块，位于箱体中，在培养皿的出光侧采集培养皿的检测图像，培养皿的出光侧与入光侧相对；图像处理模块，根据不同培养时间点采集的检测图像获得培养皿在不同时间点的吸光度；数据分析模块，根据培养皿的吸光度的变化量和数值范围判断待测细胞的生长状态；以及培养基自动更换控制模块，在待测细胞正常生长时，间隔预设时间自动更换培养皿中的培养基。
Description
技术领域
本发明涉及细胞培养技术，更具体地，涉及一种细胞培养箱及其控制方法和培养皿。
背景技术
传统细胞培养箱是一种用于模拟细胞生长环境的恒温恒湿箱体，培养箱使用微控制器控制箱体内的温度、湿度和二氧化碳含量等参数，当细胞在培养箱中生长时，实验人员无法实时获知细胞的生长状态，极易造成不必要的损失。尤其是一些特别珍贵的细胞，当细胞状态不佳时，实验人员无法进行及时的处理和挽救。与此同时，细胞培养中需要定期更换培养基，以保证细胞生长所需的能量，传统的手动更换培养基不仅耗时耗力，还因为需要将细胞从培养箱中取出，造成在更换过程中细胞染菌，甚至还可能将整个培养箱中的所有细胞都感染，导致大批量细胞死亡，损失严重。
发明内容
本发明的目的是提供一种细胞培养箱、细胞培养箱的控制方法和培养皿，通过在细胞培养箱中设置检测系统，从而解决了上述问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种细胞培养箱，包括用于放置培养皿的箱体以及与所述箱体连接的检测系统，其中，所述检测系统包括：光源模块，位于所述箱体中，向所述培养皿的入光侧提供入射光；数据采集模块，位于所述箱体中，在所述培养皿的出光侧采集所述培养皿的检测图像，所述培养皿的出光侧与入光侧相对；图像处理模块，根据不同培养时间点采集的所述检测图像获得所述培养皿的吸光度；数据分析模块，根据所述培养皿的吸光度的变化量和数值范围判断待测细胞的生长状态；以及培养基自动更换控制模块，在所述待测细胞正常生长时，所述培养基自动更换控制模块间隔预设时间自动更换所述培养皿中的培养基。
优选地，所述检测系统还包括告警模块，在所述待测细胞的生长状态异常或者正常传代时，所述告警模块自动发送告警信号。
优选地，所述待测细胞的生长状态异常包括待测细胞染菌，在所述待测细胞染菌时，所述培养基自动更换控制模块自动将所述培养皿中的培养基更换为预设培养基。
优选地，还包括第一换液接口与第二换液接口，均位于所述箱体内，其中，所述培养基自动更换控制模块根据所述数据采集模块采集的所述检测图像控制所述第一换液接口、所述第二换液接口分别与所述培养皿的注液口、出液口对准。
优选地，还包括：旋转装置，位于所述箱体内，分别与所述第一换液接口、所述第二换液接口连接；第一机械臂，位于所述箱体内；以及第二机械臂，位于所述箱体内，并与所述旋转装置连接，其中，在更换培养基时，所述培养基自动更换控制模块控制所述第一机械臂将所述培养皿搬运至换液位置，并通过所述第二机械臂控制所述旋转装置将所述第一换液接口、所述第二换液接口分别与所述培养皿的注液口、出液口对准。
优选地，还包括：承载台，位于所述箱体中，用于承载所述培养皿；第一滑轨，位于所述箱体中，并位于所述承载台上方，所述光源模块与所述第一滑轨滑动连接；以及第二滑轨，位于所述箱体中，并位于所述承载台下方，所述数据采集模块与所述第二滑轨滑动连接。
优选地，所述检测系统还包括样本细胞数据存储模块，记录样本细胞的培养数据，并根据所述样本细胞的培养数据建立预设吸光度与不同培养时间点的对应表。
优选地，所述数据分析模块包括：查找单元，根据所述对应表获得与所述检测图像的采集时间点相对应的预设吸光度；计算单元，计算所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值；第一判断单元，判断所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值是否大于第一预设值，以获得第一检测结果信号；以及第二判断单元，判断所述培养皿的吸光度是否大于第二预设值，以获得第二检测结果信号，其中，当所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值不大于所述第一预设值时，所述第一检测结果信号表征所述待测细胞的生长状态正常；当所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值大于所述第一预设值时，所述第一检测结果信号表征所述待测细胞的生长状态异常，在所述待测细胞的生长状态正常的情况下，当所述培养皿的吸光度不大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞正常生长；当所述培养皿的吸光度大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞正常传代。
优选地，所述计算单元还计算本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值，所述数据分析模块还包括第三判断单元，用于判断所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值是否大于第三预设值，以获得第三检测结果信号，其中，在所述待测细胞的生长状态异常的情况下，当所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值大于所述第三预设值时，所述第三检测结果信号表征所述待测细胞染菌；在所述待测细胞的生长状态异常，并且所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值不大于所述第三预设值的情况下，当所述本次培养皿的吸光度不大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞凋亡；当所述本次培养皿的吸光度大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞提前传代。
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种培养皿，所述培养皿的注液口位于所述培养皿顶部，所述培养皿的出液口位于所述培养皿顶部或者侧壁；当所述出液口位于所述培养皿顶部时，所述出液口与伸入所述培养皿中的管道连接，所述管道距所述培养皿底部具有预设距离；当所述出液口位于所述培养皿侧壁时，所述出液口距所述培养皿底部具有预设距离，其中，所述培养皿用于匹配如上述的细胞培养箱。
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种细胞培养箱的控制方法，待测细胞与培养基位于培养皿中，所述控制方法包括：在不同培养时间点，向所述培养皿的入光侧提供入射光，并在所述培养皿的出光侧采集所述培养皿的检测图像，该检测图像携带投射光强信息，所述培养皿的出光侧与入光侧相对；根据不同培养时间点采集的所述检测图像获得所述培养皿在不同时间点的吸光度；根据所述培养皿的吸光度的变化量和数值范围判断待测细胞的生长状态；以及在所述待测细胞正常生长时，间隔预设时间自动更换所述培养皿中的培养基。
优选地，还包括：在所述待测细胞的生长状态异常或者正常传代时，自动发送告警信号。
优选地，所述待测细胞的生长状态异常包括待测细胞染菌，所述控制方法还包括：在所述待测细胞染菌时，自动将所述培养皿中的培养基更换为预设培养基。
优选地，还包括：系统自适应的建立细胞生长库文件——在样本细胞的培养周期内，记录样本细胞的培养数据；根据所述样本细胞的培养数据设置预设吸光度与不同培养时间点的对应表；以及根据所述对应表获得与所述检测图像的采集时间点相对应的预设吸光度。
优选地，根据所述培养皿的吸光度的数值范围判断待测细胞的生长状态的步骤包括：计算所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值；判断所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值是否大于第一预设值，以获得第一检测结果信号；以及判断所述培养皿的吸光度是否大于第二预设值，以获得第二检测结果信号，其中，当所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值不大于所述第一预设值时，所述第一检测结果信号表征所述待测细胞的生长状态正常；当所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值大于所述第一预设值时，所述第一检测结果信号表征所述待测细胞的生长状态异常，在所述待测细胞的生长状态正常的情况下，当所述培养皿的吸光度不大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞正常生长；当所述培养皿的吸光度大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞正常传代。
优选地，根据所述培养皿的吸光度的变化量判断待测细胞的生长状态的步骤还包括：计算本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值；以及判断所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值是否大于第三预设值，以获得第三检测结果信号，其中，在所述待测细胞的生长状态异常的情况下，当所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值大于所述第三预设值时，所述第三检测结果信号表征所述待测细胞存在极大可能染菌；在所述待测细胞的生长状态异常，并且所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的检测吸光度的差值不大于所述第三预设值的情况下，当所述本次培养皿的检测吸光度不大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞极大可能凋亡；当所述本次培养皿的吸光度大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞提前传代，此时系统应及时通知实验人员对细胞进行传代操作，在本实施例中以短信方式通知实验人员。
优选地，所述培养皿的入光侧包括所述培养皿上方，入射光斑覆盖所述培养皿，其中，所述培养皿的底部图像为所述检测图像。
优选地，根据所述检测图像获得所述培养皿在不同时间点的吸光度的步骤包括：根据所述检测图像获得检测图像的像素灰度值；获得所述像素灰度值的累加值；以及将所述累加值乘以预定系数获得所述培养皿的吸光度。
优选地，获得检测图像像素灰度值的步骤包括：采用单元平均恒虚警检测、最大选择恒虚警检测以及最小选择恒虚警检测3种方式分别测出检测图像的像素灰度值；以及将3种方式分别测出的检测图像的像素灰度值进行均一化，其中，将所述均一化的结果进行累加获得所述累加值。
优选地，根据所述检测图像获得所述培养皿在不同时间点的吸光度还包括：将所述检测图像划分为多个区域；以及依次提取每个区域的每行像素，其中，分别采用所述3种方式依次测出每个区域的每行像素灰度值，通过灰度值图像可以有效的预判被覆盖区域，未覆盖区域，浑浊培养基三种状态，使用三种方法对结果进行均一化，已达到提高检测准确定的目的。
根据本发明实施例的细胞生培养箱，通过设置检测系统获得培养皿的吸光度，从而根据培养皿的吸光度的变化量和数值范围判断待测细胞的生长状态，达到了监控细胞生长状态的目的，当细胞正常生长时，细胞培养箱可以自动更换培养基，不仅减小了试验人员的工作强度，降低了试验人员对细胞的管理难度，而且避免了人工更换培养基污染细胞的问题。
进一步地，在待测细胞的生长状态异常或者正常传代时，细胞培养箱的会发送告警信号，从而使得试验人员及时对细胞采取相应措施，避免了不必要的损失。
进一步地，当待测细胞染菌时，细胞培养箱还会自动将培养皿中的培养基更换为预设培养基(比如具有抗生素的培养基)，从而及时地挽救了待测细胞，避免实验人员不能及时赶到造成的损失。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
图1a示出了本发明实施例的细胞培养箱的箱体内部的正视结构示意图。
图1b示出了本发明实施例的细胞培养箱的箱体内部换液位置的侧视结构示意图。
图1c示出了本发明实施例的细胞培养箱的检测系统的结构示意图。
图2a示出了本发明第一实施例的培养皿的结构示意图。
图2b示出了本发明第二实施例的培养皿的结构示意图。
图3示出了本发明实施例的细胞培养箱的控制方法的总流程示意图。
图4至图7示出了图3中总流程示意图的各部分具体步骤的流程示意图。
图8a至图8d示出了检测曲线和预设曲线的对比示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1a示出了本发明实施例的细胞培养箱的箱体内部的正视结构示意图，图1b示出了本发明实施例的细胞培养箱的箱体内部换液位置的侧视结构示意图，图1c示出了本发明实施例的细胞培养箱的检测系统的结构示意图。
如图1a至图1b所示，本发明实施例的细胞培养箱包括：箱体101、承载台102、第一滑轨103、第二滑轨104、第一机械臂105、第二机械臂106、旋转装置107、第一换液接口108、第二换液接口109以及检测系统100。其中，检测系统100包括：光源模块110、数据采集模块120、图像处理模块130、数据分析模块140、样本细胞数据存储模块150、培养基自动更换控制模块160以及告警模块170。
承载台102固定在箱体101内部的中间位置，多个培养皿10将间隔预设距离均匀地排列在承载台102的表面上。第一滑轨103位于箱体101内部，并固定在承载台102的上方。第二滑轨104位于箱体101内部，并固定在承载台102的下方。承载台102、第一滑轨103以及第二滑轨104之间相互平行。
第一机械臂105固定在箱体101内部的一个侧壁上，第二机械臂106位于换液位置、旋转装置107、第一换液接口108以及第二换液接口109均位于箱体101内部的换液位置，其中，旋转装置107分别与第二机械臂106、第一换液接口108以及第二换液接口109连接。在本实施例中，旋转装置107例如为电机。
光源模块110位于箱体101中，并与第一滑轨103滑动连接。其中，光源模块110包括光源与透镜组。在本实施例中，光源例如由三个功率分别为5瓦的LED组成，光源提供的入射光经过透镜组进行光学整形，当光源模块110通过第一滑轨103移动至某一个培养皿10的上方时，入射光斑可以正好覆盖单个培养皿10。
数据采集模块120位于箱体101中，并与第二滑轨104滑动连接。其中，数据采集模块120包括CCD相机。在本实施例中，数据采集模块120可以通过第二滑轨104移动至某一个培养皿10的下方，对培养皿10的底部进行图像采集。
在本实施例中，图像处理模块130、数据分析模块140、样本细胞数据存储模块150、培养基自动更换控制模块160以及告警模块170可以采用微控制器实现，从而实现数据存储、图像处理以及数据实时显示等功能，在后文中还会对检测系统的各个模块进行详细描述。
除此之外，本发明实施例的细胞培养箱还包括并未在图1a至图1c中示出的多点式温度采集温控系统、湿度控制系统、二氧化碳浓度控制系统以及自动灭菌气体循环系统。
图2a示出了本发明第一实施例的培养皿的结构示意图。
如图2a所示，培养皿10具有注液口11与出液口12。注液口11与出液口12分别位于培养皿10的顶部。出液口12与伸入培养皿中的管道13连接，管道13距培养皿底部具有预设距离。
图2b示出了本发明第二实施例的培养皿的结构示意图。
如图2b所示，培养皿20具有注液口21与出液口22。注液口21与出液口22分别位于培养皿20的顶部。出液口22位于培养皿20的侧壁，出液口22距培养皿底部具有预设距离。
由于细胞在培养皿的底部生长，无论是第一还是第二实施例的培养皿在通过进液、出液口更换培养基时，均不会影响培养皿的底部的细胞，并且适用于本发明实施例的细胞培养箱，有利于更好的更快速的更换培养基。
图3示出了本发明实施例的细胞培养箱的控制方法的总流程示意图。
在步骤S100中，细胞培养箱的检测待测细胞的生长状态。该步骤可以通过细胞培养箱的检测系统100实现，其中，待测细胞的生长状态主要包括：正常生长、正常传代、细胞凋亡、细胞染菌以及提前传代。如图4所示，可以通过以下步骤S110至S150来检测待测细胞的生长状态。
在步骤S110中，建立预设吸光度与不同培养时间点的对应表。该步骤可以通过样本细胞数据存储模块150实现。如图5所示，可以通过以下步骤S111至S113来建立预设吸光度与不同培养时间点的对应表。
在步骤S111中，获得盛有样本细胞的培养皿。具体的，实验人员将样本细胞放入培养皿中，并在培养皿中注入相应的培养基。其中，样本细胞包括不同种类、不同批次的细胞。
在步骤S112中，在样本细胞的培养周期内，记录培养皿的吸光度。此时，在存储模块中会自适应的建立细胞生长库文件。在此期间，实验人员需要观察样本细胞的生长状态，并选择出某一批次或某一段培养时间内生长状态良好的样本细胞。
在步骤S113中，对样本细胞所在的培养皿的吸光度与不同培养时间点的对应关系进行归纳。在该步骤中，只需要对确认为生长状态良好的样本细胞进行归纳，以建立预设吸光度与不同培养时间点的对应表。当然，关于不同种类的样本细胞，对应表不同。
在本实施例中，当建立完对应表后，还可以将对应表绘制成预设曲线，如图8a至8d所示，在一段培养周期内，随着培养时间的增加，盛有样本细胞的培养皿的吸光度逐渐增加，该预设曲线近似于样本细胞的生长曲线，从而反映出了样本细胞的生长状态。在后续的细胞培养过程中，可以参考样本细胞的生长状态，对待测细胞的生长状态进行检测。
在步骤S120中，在不同培养时间点向培养皿的入光侧提供入射光，并在培养皿的出光侧采集培养皿的检测图像。其中，培养皿的出光侧与入光侧相对。
在本实施例中，由于放入细胞培养箱内的培养皿可能为多个，而各个培养皿中的待测细胞种类也可能不同，因此需要对每个培养皿进行标号，以示区分。当达到某种待测细胞的预定的培养时间点时，光源模块110与数据采集模块120分别通过第一滑轨103、第二滑轨104到达具有相应标号的培养皿的上方(入光侧)和下方(出光侧)。数据采集模块120采集到的培养皿的底部图像为检测图像。
在步骤S130中，根据检测图像获得培养皿在不同时间点的吸光度。该步骤可以通过图像处理模块130实现。如图6所述，可以通过以下步骤S131至S137来获得培养皿的吸光度。
在步骤S131中，将检测图像划分为多个区域。在该步骤中，例如将检测图像划分为9个区域，分别记为S1至S9。然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据需要不对检测图像进行区域划分，或者对区域的划分方式进行其他设置。由于在下文中，需要用到恒虚警(constant false alarm rate,CFAR)检测方式对检测图像进行处理，因此划分的每个区域面积越小，检测结果越精确。
在步骤S132中，提取某个区域的某行像素。在该步骤中，可以按照划分的区域顺序进行像素提取。例如先提取第一区域S1中的第一行像素。在后续的循环步骤中再提取第一区域S1中的第二行像素，以此类推，直到提取完第九区域S9中的最后一行像素。然而本发明实施例并不限于此，本领域技术人员可以根据其他顺序对检测图像的像素进行提取。
在步骤S133中，采用单元平均恒虚警(cell averaging CFAR)检测、最大选择恒虚警(greatest of selection CFAR)检测以及最小选择恒虚警(smallest of selectionCFAR)检测3种方式分别测出提取后的检测图像的像素灰度值。例如为第一区域S1中的第一行像素的灰度值。然而本发明实施例并不限于此，在一些其他实施例中，也可以采用其他检测方式获得检测图像的像素灰度值。
在步骤S134中，将3种方式分别测出的检测图像的像素灰度值进行均一化。在上一步骤S133中，由于3种检测方式均有肯存在误判的情况，因此需要进行均一化处理，从而提高检测的准确度。
在步骤S135中，判断是否提取了所有区域的每行像素。其中，如判断结果为是，则进行步骤S136；如果判断结果为否，则返回步骤S132。
在步骤S136中，将均一化的结果进行累加获得累加值。其中，累加值代表了检测图像的整体灰度值。
在步骤S137中，将累加值乘以预定系数获得培养皿的吸光度。
本实施例的图像处理方法通过灰度值图像可以有效的预判被覆盖区域，未覆盖区域，浑浊培养基三种状态，并使用三种方法对结果进行均一化，已达到提高检测准确定的目的。
在本实施例中，还可以将检测到的培养皿的吸光度与培养时间点的对应关系以曲线形式呈现，记为检测曲线，与上文中提到的预设曲线绘制在同一个坐标系中，如图8a至8d所示。此外，预设曲线与绘制曲线均可以通过微控制器进行实时显示。
在步骤S140中，根据对应表获得与检测图像的采集时间点相对应的预设吸光度。该步骤可以通过数据分析模块140的查找单元实现。在本实施例中，该步骤可以通过培养箱检测系统的查找模块实现。由于检测前已经在培养皿上进行了标记，因此可以通过标记查找出培养皿中的待测细胞所对应的预设吸光度与培养时间点的对应表。
在步骤S150中，根据培养皿的吸光度的变化量和数值范围判断待测细胞的生长状态。其中，培养皿的吸光度的变化量和数值范围与待测细胞的生长状态的对应表可参见表1。如图7所示，可以通过以下步骤S151至S154来判断待测细胞的生长状态。
在步骤S151中，通过数据分析模块的计算单元分别计算培养皿的吸光度与预设吸光度的差值、本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值。
在步骤S152中，通过数据分析模块的第一判断单元判断培养皿的吸光度与预设吸光度的差值是否大于第一预设值，以获得第一检测结果信号。
在步骤S153中，通过数据分析模块的第二判断单元判断培养皿的吸光度是否大于第二预设值，以获得第二检测结果信号。
在步骤S154中，通过数据分析模块的第三判断单元判断本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值是否大于第三预设值，以获得第三检测结果信号。
在本实施例中，第一预设值为检测到的培养皿的吸光度在对应的培养时间点偏离与预设吸光度的最大阈值，超过最大阈值时则会判定该培养时间点的待测细胞出现异常。
第二预设值为培养皿中细胞覆盖率达到75％至80％的时候培养皿所对应的吸光度，在细胞未染菌的情况下，培养皿的吸光度等于或超过第二预设值时，则会判定该培养时间点的待测细胞进入传代阶段。
第三预设值用于判断本次检测到的培养皿的吸光度相对与前一培养时间点的吸光度的变化剧烈程度，当本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值是大于第三预设值时，代表培养皿的吸光度剧烈变化，则会判定该培养时间点的待测细胞染菌。
表1培养皿的吸光度的变化量和数值范围与待测细胞的生长状态的对应表
为了更加清楚地说明判断待测细胞的生长状态的步骤，下面将会结合图8a至图8d进行详细说明。在图8a至图8d中，横坐标表示培养时间，纵坐标表示吸光度，A点表示本次检测的培养皿的吸光度，B点表示本次检测的培养时刻对应的预设吸光度，C点表示前次检测的培养皿的吸光度，P点表示第二预设值。在下文提到的差值为差值的绝对值。
如图8a所示，t2对应的培养时间为前次检测的培养时间点，t3对应的培养时间为本次检测的培养时间点。其中，先判断出A与B的差值大于第一预设值，则表明待测细胞的状态异常。然后判断出A与C的差值大于第三预设值，则表明待测细胞染菌。此时，A不大于P。
如图8b所示，t2对应的培养时间为前次检测的培养时间点，t3对应的培养时间为本次检测的培养时间点。其中，先判断出A与B的差值大于第一预设值，则表明待测细胞的状态异常。然后判断出A与C的差值大于第三预设值，则表明待测细胞染菌。此时，A大于P。
由于当待测细胞染菌时，培养基会变得非常浑浊。此时，无论A是否大于P，在待测细胞状态为异常的情况下，只要判断出A与C的差值大于第三预设值，就可以得出待测细胞染菌的结论。
如图8c所示，t3对应的培养时间为前次检测的培养时间点，t4对应的培养时间为本次检测的培养时间点。其中，先判断出A与B的差值大于第一预设值，则表明待测细胞的状态异常。然后判断出A与C的差值不大于第三预设值，则表明待测细胞未染菌。而此时A大于P，则可以得出待测细胞提前传代的结论。
如图8d所示，t3对应的培养时间为前次检测的培养时间点，t4对应的培养时间为本次检测的培养时间点。其中，先判断出A与B的差值大于第一预设值，则表明待测细胞的状态异常。然后判断出A与C的差值不大于第三预设值，则表明待测细胞未染菌。而此时A不大于P，则可以得出待测细胞凋亡的结论。
当待测细胞正常生长时，A与B的差值不会大于第一预设值，若此时的A大于P，则表明细胞正常传代，反之则表明细胞正常生长。
在步骤S200中，在待测细胞正常生长时，间隔预设时间自动更换培养皿中的培养基。该步骤可以通过培养基自动更换控制模块160实现。
在该步骤中，细胞培养箱的培养基更换系统会根据实验人员设定的预设间隔时间，例如预设间隔时间为10小时，利用检测系统的培养基自动更换控制模块160更换培养基。具体的，培养基自动更换控制模块160先控制第一机械臂105将相应标号的培养皿移动到箱体内部的换液位置。之后，再控制数据采集模块120会沿着第二滑轨104移动到换液位置，并利用数据采集模块120采集第一换液接口108、第二换液接口109以及培养皿的进液口11与出液口12的位置。接着，通过控制第二机械臂106来控制旋转装置107转动，从而使得第一换液接口108、第二换液接口109分别与进液口11、出液口12对准连接。然后开始更换液体培养基，先通过出液口12将原来的培养基排出，然后通过进液口11注入新的培养基，经过3-5次的注液循环后，换液流程结束。最后控制第二机械臂106将第一换液接口108、第二换液接口109与培养皿10分离，并控制通过第一机械臂105将将培养皿10送回原位。
在本实施例中，试验人员可以根据需要对更换培养基的预设间隔时间进行调整。第一机械臂105可以由三维机械臂实现。此外，培养基更换系统还可以作为培养皿的自动清洗系统，在清洗时，需要将培养基更换成清洗液。
在步骤S300中，在待测细胞的生长状态异常或者待测细胞正常传代时，发送告警信号。该步骤可以通过告警模块170实现。
在该步骤中，告警模块170可以通过短信或邮件等方式告知实验人员待测细胞的生长状态，同时还可以将检测曲线和预设曲线的对比图发送给实验人员。
在步骤S400中，在待测细胞染菌时，自动将培养皿中的培养基更换为预设培养基。该步骤可以通过培养基自动更换控制模块160实现。具体更换步骤可以参照步骤S200，此处不再赘述。需要注意的是，当检测到待测细胞染菌时，培养基自动更换控制模块160立即启动，此时的培养基是预设培养基，例如具有抗生素或其他杀菌物质的培养基。
根据本发明实施例的细胞生培养箱，通过设置检测系统获得培养皿的吸光度，从而根据培养皿的吸光度的变化量和数值范围判断待测细胞的生长状态，达到了监控细胞生长状态的目的，当细胞正常生长时，细胞培养箱可以自动更换培养基，不仅减小了试验人员的工作强度，降低了试验人员对细胞的管理难度，而且避免了人工更换培养基污染细胞的问题。
进一步地，在待测细胞的生长状态异常或者正常传代时，细胞培养箱的会发送告警信号，从而使得试验人员及时对细胞采取相应措施，避免了不必要的损失。
进一步地，当待测细胞染菌时，细胞培养箱还会自动将培养皿中的培养基更换为预设培养基(比如具有抗生素的培养基)，从而及时地挽救了待测细胞，避免实验人员不能及时赶到造成的损失。
以上所述仅为本申请的一些实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种细胞培养箱，包括用于放置培养皿的箱体，其特征在于，还包括检测系统，与所述箱体连接，其中，所述检测系统包括：
光源模块，位于所述箱体中，向所述培养皿的入光侧提供入射光；
数据采集模块，位于所述箱体中，通过相机在所述培养皿的出光侧采集所述培养皿的检测图像，所述培养皿的出光侧与入光侧相对；
样本细胞数据存储模块，记录样本细胞的培养数据，并根据所述样本细胞的培养数据建立预设吸光度与不同培养时间点的对应表；
图像处理模块，根据不同培养时间点采集的所述检测图像获得所述培养皿的吸光度；
数据分析模块，根据所述培养皿的吸光度与所述预设吸光度的差值的数值范围以及所述培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值的数值范围判断待测细胞的生长状态；以及
培养基自动更换控制模块，在所述待测细胞正常生长时，所述培养基自动更换控制模块间隔预设时间自动更换所述培养皿中的培养基，
其中，所述待测细胞的生长状态异常包括待测细胞染菌，在所述待测细胞染菌时，所述培养基自动更换控制模块自动将所述培养皿中的培养基更换为预设培养基，
所述培养皿的注液口位于所述培养皿顶部，所述培养皿的出液口位于所述培养皿顶部或者侧壁；
当所述出液口位于所述培养皿顶部时，所述出液口与伸入所述培养皿中的管道连接，所述管道距所述培养皿底部具有预设距离；
当所述出液口位于所述培养皿侧壁时，所述出液口距所述培养皿底部具有预设距离；
所述检测系统还包括：
告警模块，在所述待测细胞的生长状态异常或者正常传代时，所述告警模块自动发送告警信号；
所述数据分析模块包括：
查找单元，根据所述对应表获得与所述检测图像的采集时间点相对应的预设吸光度；
计算单元，计算所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值；
第一判断单元，判断所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值是否大于第一预设值，以获得第一检测结果信号；以及
第二判断单元，判断所述培养皿的吸光度是否大于第二预设值，以获得第二检测结果信号，
其中，当所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值不大于所述第一预设值时，所述第一检测结果信号表征所述待测细胞的生长状态正常；当所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值大于所述第一预设值时，所述第一检测结果信号表征所述待测细胞的生长状态异常，
在所述待测细胞的生长状态正常的情况下，当所述培养皿的吸光度不大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞正常生长；当所述培养皿的吸光度大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞正常传代；
所述计算单元还计算本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值，
所述数据分析模块还包括第三判断单元，判断所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值是否大于第三预设值，以获得第三检测结果信号，
其中，在所述待测细胞的生长状态异常的情况下，当所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值大于所述第三预设值时，所述第三检测结果信号表征所述待测细胞染菌；
在所述待测细胞的生长状态异常，并且所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值不大于所述第三预设值的情况下，当所述本次培养皿的吸光度不大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞凋亡；当所述本次培养皿的吸光度大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞提前传代；
第一预设值为检测到的培养皿的吸光度在对应的培养时间点偏离与预设吸光度的最大阈值，超过最大阈值时则会判定该培养时间点的待测细胞出现异常；
第二预设值为培养皿中细胞覆盖率达到75％至80％的时候培养皿所对应的吸光度，在细胞未染菌的情况下，培养皿的吸光度等于或超过第二预设值时，则会判定该培养时间点的待测细胞进入传代阶段；
第三预设值用于判断本次检测到的培养皿的吸光度相对与前一培养时间点的吸光度的变化剧烈程度，当本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值是大于第三预设值时，代表培养皿的吸光度剧烈变化，则会判定该培养时间点的待测细胞染菌。
2.根据权利要求1所述的细胞培养箱，其特征在于，还包括第一换液接口与第二换液接口，均位于所述箱体内，
其中，所述培养基自动更换控制模块根据所述数据采集模块采集的所述检测图像控制所述第一换液接口、所述第二换液接口分别与所述培养皿的注液口、出液口对准。
3.根据权利要求2所述的细胞培养箱，其特征在于，还包括：
旋转装置，位于所述箱体内，分别与所述第一换液接口、所述第二换液接口连接；
第一机械臂，位于所述箱体内；以及
第二机械臂，位于所述箱体内，并与所述旋转装置连接，
其中，在更换培养基时，所述培养基自动更换控制模块控制所述第一机械臂将所述培养皿搬运至换液位置，并通过所述第二机械臂控制所述旋转装置将所述第一换液接口、所述第二换液接口分别与所述培养皿的注液口、出液口对准。
4.根据权利要求3所述的细胞培养箱，其特征在于，还包括：
承载台，位于所述箱体中，用于承载所述培养皿；
第一滑轨，位于所述箱体中，并位于所述承载台上方，所述光源模块与所述第一滑轨滑动连接；以及
第二滑轨，位于所述箱体中，并位于所述承载台下方，所述数据采集模块与所述第二滑轨滑动连接。
5.一种细胞培养箱的控制方法，其特征在于，所述细胞培养箱为权利要求1所述的细胞培养箱，待测细胞与培养基位于培养皿中，所述控制方法包括：
在不同培养时间点，向所述培养皿的入光侧提供入射光，并在所述培养皿的出光侧采集所述培养皿的检测图像，所述培养皿的出光侧与入光侧相对；
根据所述检测图像获得所述培养皿在不同时间点的吸光度；
根据所述培养皿的吸光度与所述预设吸光度的差值的数值范围以及所述培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值的数值范围判断待测细胞的生长状态；以及
在所述待测细胞正常生长时，间隔预设时间自动更换所述培养皿中的培养基，
其中，所述预设吸光度的获取方式为：
在样本细胞的培养周期内，记录样本细胞的培养数据；
根据所述样本细胞的培养数据建立预设吸光度与不同培养时间点的对应表；以及
根据所述对应表获得与所述检测图像的采集时间点相对应的所述预设吸光度，
其中，所述待测细胞的生长状态异常包括待测细胞染菌，
在所述待测细胞染菌时，自动将所述培养皿中的培养基更换为预设培养基。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，还包括：在所述待测细胞的生长状态异常或者正常传代时，自动发送告警信号。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，根据所述培养皿的吸光度的数值范围判断待测细胞的生长状态的步骤包括：
计算所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值；
判断所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值是否大于第一预设值，以获得第一检测结果信号；以及
判断所述培养皿的吸光度是否大于第二预设值，以获得第二检测结果信号，
其中，当所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值不大于所述第一预设值时，所述第一检测结果信号表征所述待测细胞的生长状态正常；当所述培养皿的吸光度与预设吸光度的差值大于所述第一预设值时，所述第一检测结果信号表征所述待测细胞的生长状态异常，
在所述待测细胞的生长状态正常的情况下，当所述培养皿的吸光度不大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞正常生长；当所述培养皿的吸光度大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞正常传代。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，根据所述培养皿的吸光度的变化量判断待测细胞的生长状态的步骤还包括：
计算本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值；以及
判断所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值是否大于第三预设值，以获得第三检测结果信号，
其中，在所述待测细胞的生长状态异常的情况下，当所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的吸光度的差值大于所述第三预设值时，所述第三检测结果信号表征所述待测细胞染菌；
在所述待测细胞的生长状态异常，并且所述本次培养皿的吸光度与前次培养皿的检测吸光度的差值不大于所述第三预设值的情况下，当所述本次培养皿的检测吸光度不大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞凋亡；当所述本次培养皿的吸光度大于所述第二预设值时，所述第二检测结果信号表征所述待测细胞提前传代。
9.根据权利要求6-7任一所述的控制方法，其特征在于，根据所述检测图像获得所述培养皿在不同时间点的吸光度的步骤包括：
根据所述检测图像获得检测图像的像素灰度值；
获得所述像素灰度值的累加值；以及
将所述累加值乘以预定系数获得所述培养皿的吸光度。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，获得检测图像像素灰度值的步骤包括：
采用单元平均恒虚警检测、最大选择恒虚警检测以及最小选择恒虚警检测3种方式分别测出检测图像的像素灰度值；以及
将3种方式分别测出的检测图像的像素灰度值进行均一化，
其中，将所述均一化的结果进行累加获得所述累加值。
11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于，根据所述检测图像获得所述培养皿在不同时间点的吸光度还包括：
将所述检测图像划分为多个区域；以及
依次提取每个区域的每行像素，
其中，分别采用所述3种方式依次测出每个区域的每行像素灰度值，并进行所述均一化。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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