CN112522092A - 胚胎培养和监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胚胎培养和监测系统，包括供气模块、胚胎培养模块和光学监测模块；胚胎培养模块包括至少一个可独立进行胚胎培养的胚胎培养室、为胚胎培养室提供培养液的培养液平衡室以及用于培养液输送的液路组件；供气模块包括用于提供胚胎培养所需的多种气体的多路气源供给单元以及用于将多路气源供给单元提供的多种气体以特定比例混合后输送至胚胎培养室的气体混合装置；光学监测模块用于对胚胎培养室中的胚胎进行监测。本发明的胚胎培养和监测系统可实现胚胎培养所需的多种气体的浓度的在线调节和培养液在线自动更换，能实现胚胎长时程连续培养；本发明通过单个光学监测模块能实现对多组胚胎培养室中的胚胎的整个发育周期的监测。
Description
技术领域
本发明涉及胚胎体外培养领域，特别涉及一种胚胎培养和监测系统。
背景技术
出生缺陷一直以来是生殖健康领域的重要难题。据报导，我国出生缺陷总发生率约为5.6％，其病种主要包括先天性心脏病、唇腭裂等在内的结构畸形，以及苯丙酮尿症、重症脊肌萎缩等遗传病。出生缺陷可以发生于妊娠过程的任何阶段，尤其是早期。随着2015年我国二胎政策的全面开放，预防和治疗出生缺陷已成为生殖生物学领域重要的科研方向。但目前，对人类胚胎正常发育的生理学过程，尚有很多未解之谜。比如X染色体失活的动态变化、早期神经系统发育的过程、心脏形成的机制等，都是发育生物学领域尚未被解释清楚的重要科学问题。所以，对人类正常妊娠和胚胎发育过程的研究，不仅有助于人们对生命起源和胚胎发育有进一步了解，更为解决出生缺陷等重大生殖健康问题提供理论基础。
但是由于伦理学的限制，我们无法直接研究妊娠不同阶段的人类胚胎。随着体外受精和胚胎移植技术的不断成熟，国际伦理标准规定：仅允许人类受精卵在体外存活14天，所以相应科学研究也只能止步于14天。而出生缺陷相关的疾病，如无脑儿、先天性心脏病等的发生，大多与以原肠运动为基础的三胚层分化异常密切相关，发生在受精后14天(daypost fertilization,d.p.f.14)之后。所以人类胚胎体外培养技术目前尚不允许用于该阶段发育过程的研究，更不能用于疾病研究。但是小鼠和猴子作为重要的模式动物，一直是发育生物学领域的重要贡献者，尤其是猴子，其基因组与人类仅有0.1％的差异，是研究人类生理和病理状态的理想模式动物之一，国内外有充分的研究表明，模式动物的胚胎发育研究对灵长类动物发育生物学可以提供重要的理论基础。
在辅助生殖领域，传统的胚胎体外发育，均采用静态培养体系，一般是在常规培养箱中对胚胎进行培养，在特定时间点取出来在显微镜下对胚胎观察或进行换液操作，容易对胚胎发育造成干扰，且对操作人员技巧和工作强度都提出较高要求。囊胚后期的发育随着胚胎体积的增长，对O2需求量会逐渐增加，培养液组分也要进行及时更换，同时需要足够大的光学观察视野对胚胎进行成像，但现在缺少可靠的方案来支持上述功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种胚胎培养和监测系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种胚胎培养和监测系统，包括供气模块、胚胎培养模块和光学监测模块；
所述胚胎培养模块包括至少一个可独立进行胚胎培养的胚胎培养室、为所述胚胎培养室提供培养液的培养液平衡室以及用于培养液输送的液路组件；
所述供气模块包括用于提供胚胎培养所需的多种气体的多路气源供给单元以及用于将多路气源供给单元提供的多种气体以特定比例混合后输送至所述胚胎培养室的气体混合装置；
所述光学监测模块用于对所述胚胎培养室中的胚胎进行监测。
优选的是，所述气源供给单元包括气瓶、与所述气瓶连接的输气管道和设置在所述输气管道上的过滤器，所有所述气源供给单元的输气管道的末端汇集至所述气体混合装置；
所述供气模块还包括与所述气体混合装置的输出端连接的配气总管、设置在所述配气总管上的稳压阀以及与连通于所述配气总管末端的与所述胚胎培养室一一对应的若干配气支管；
所述配气支管上设置有比例阀、流量计和加湿瓶。
优选的是，所述气体混合装置包括气体混合腔、设置在所述气体混合腔的输出端的浓度传感器、与所述浓度传感器通讯连接的A/D转换电路、与所述A/D转换电路通讯连接的主控电路板、以及设置在所述输气管道上且与所述主控电路板通讯连接的质量流量控制器。
优选的是，所述培养液平衡室包括平衡室本体以及设置在所述平衡室本体内的用于存储培养液的若干容器；
所述液路组件包括与所述容器连通的若干进液支管、设置在所述进液支管上的开关阀、与所有所述进液支管的末端均连通的进液主管、与所述进液主管的末端均连通的且与所述胚胎培养室一一对应的若干配液支管以及与所述若干配液支管末端均连通的废液容器；
所述配液支管包括连通所述进液主管的末端至所述胚胎培养室的第一支管段，沿液路方向依次设置在所述第一支管段上的进液阀、注射泵和排液阀，连通所述胚胎培养室至所述废液容器的第二支管段，以及设置在所述第二支管段上的蠕动泵。
优选的是，所述平衡室本体包括底座、可转动设置在所述底座上的上盖以及设置在所述底座上的若干吸液针组件，所述若干容器间隔设置在所述底座上，每个所述容器对应设置一个所述吸液针组件；
所述吸液针组件包括连接在所述底座上的针座以及通过旋转铰链可转动设置在所述针座上的吸液针，所述吸液针的入口端靠近所述容器的底部，所述所述吸液针的出口端与所述进液支管连接；
所述底座和上盖上均贴覆有加热元件和温度传感器。
优选的是，所述胚胎培养室包括下方形成有空腔的顶盖、可滑动设置在所述空腔内的培养平台以及设置在所述培养平台上的培养组件，所述顶盖和培养平台之间可形成密封的用于容纳所述培养组件的培养空间；
所述培养组件包括设置在所述培养平台上的培养皿、设置在所述培养皿内的至少一个胚胎罩、分别设置在所述胚胎罩两侧的进液针和排液针以及设置在所述培养平台上的T型进液分配块，所述T型进液分配块内设置有一个进液通道以及与所述进液通道连通的若干出液通道，所述出液通道的末端连接所述进液针；
所述进液针与所述胚胎罩一一对应，所述进液针的入口端与所述第一支管段的末端连接，所述进液针的出口端伸入所述培养皿内呈水平布置且正对所述胚胎罩；
所述排液针的入口端靠近所述培养皿的底部，所述排液针的出口端与所述第二支管段连接。
优选的是，所述胚胎罩为圆筒形结构，其用于将胚胎约束在其内部的空间中，所述胚胎罩的外壁上设置有若干具有可允许培养液通过而阻止胚胎通过的尺寸的通孔。
优选的是，所述顶盖的横截面呈U形，其包括平板以及与所述平板两侧下方连接的侧边，所述平板的底面向下凸起形成顶盖斜面；所述培养平台的上端边沿形成与所述顶盖斜面配合的平台斜面，所述顶盖斜面与平台斜面的倾斜角度相同，从而通过两者的相互接触可实现密封配合；
所述顶盖斜面的中部向上开设有容纳槽，所述顶盖斜面上环绕所述容纳槽开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封条；
所述培养平台推入所述顶盖内后，所述密封条与所述平台斜面接触从而实现密封。
优选的是，所述培养平台的外端通过铰链连接有锁钩，所述顶盖的入口处的平板上设置有锁紧块，所述锁紧块上开设有锁紧槽，所述锁紧槽内连接有用于与所述锁钩配合的锁杆；
所述培养平台的内端推入所述顶盖到位后，所述锁钩可伸入所述锁紧槽并勾拉住所述锁杆以实现锁紧；
所述锁钩的外侧具有弧形部，所述锁紧槽的底面设置有与所述弧形部配合的弧形引导斜面。
优选的是，所述平板的上表面以及培养平台的外侧底面均贴覆有加热元件和温度传感器；
所述培养平台的底面内侧开设有用于设置所述培养皿的安装凹槽以及用于供第一支管段的末端环形缠绕布置的螺旋形凹槽。
优选的是，所述平板的上表面设置有第一玻璃视窗，所述第一玻璃视窗连通至所述培养皿上方，所述安装凹槽内设置有第二玻璃视窗，所述第一玻璃视窗、胚胎罩、第二玻璃视窗在垂直方向上位置正对，从而形成可透过照明光的观测通道；
同一个培养皿内的所有所述胚胎罩均处于所述观测通道的观测视野范围之内，从而使得所述光学监测模块通过所述观测通道可对所述胚胎罩内培养的胚胎进行观测。
优选的是，该胚胎培养和监测系统还包括底板、设在所述底板上的机架，若干个所述胚胎培养室沿X方向单排直线排列设置在所述机架上，若干个所述胚胎罩沿X方向单排直线排列设置；
所述光学监测模块包括安装立柱，连接在所述安装立柱上且沿光路方向依次布置的光源、光阑组、聚光镜、物镜组、反射镜、筒镜和相机，用于实现所述安装立柱沿X方向和Y方向的直线运动的第一驱动机构，用于实现所述光阑组沿Y方向的直线运动的第二驱动机构，以及用于实现所述物镜组沿X方向和Z方向的直线运动的第三驱动机构；
所述胚胎培养室位于所述聚光镜和物镜组之间；
所述光阑组包括多个光阑，所述物镜组包括多个物镜。
本发明的有益效果是：
1、本发明的胚胎培养和监测系统可实现胚胎培养所需的多种气体的浓度的在线调节和培养液在线自动更换，能实现胚胎长时程连续培养；
2、本发明的气体混合装置能实现气体浓度的在线调节，可满足胚胎的发育需求；
3、本发明的液路组件可实现营养液的在线自动换液功能，还可以配合胚胎罩进行胚胎动态培养；
4、本发明通过胚胎罩约束胚胎，可配合实现在线换液，且能方便对胚胎的监测；
5、本发明通过单个光学监测模块能实现对多组胚胎培养室中的胚胎的整个发育周期的监测。
附图说明
图1为本发明的实施例中的胚胎培养和监测系统的结构示意图；
图2为本发明的实施例中的供气模块的结构示意图；
图3为本发明的实施例中的气体混合装置的工作原理示意图；
图4为本发明的实施例中的液路组件的结构示意图；
图5为本发明的实施例中的培养液平衡室的结构示意图；
图6为本发明的实施例中的胚胎培养模块的结构示意图；
图7为本发明的实施例中的培养组件的结构示意图；
图8为本发明的实施例中的胚胎罩的结构示意图；
图9为本发明的实施例中的胚胎培养模块的底部视角的结构示意图；
图10为本发明的实施例中的顶盖的结构示意图；
图11为本发明的实施例中的培养平台的结构示意图；
图12为本发明的图6中A处的局部放大结构示意图；
图13为本发明的实施例中的胚胎培养模块的剖视结构示意图；
图14为本发明的实施例中的光学监测模块的局部视角的结构示意图；
图15为本发明的实施例中的光学监测模块的整体视角的结构示意图；
图16为本发明的实施例中的第三驱动机构的结构示意图；
图17为本发明的实施例中的物镜的高低倍切换示意图。
附图标记说明：
1—供气模块；10—气源供给单元；11—气体混合装置；12—配气总管；13—稳压阀；14—配气支管；
100—气瓶；101—输气管道；102—过滤器；110—气体混合腔；111—浓度传感器；112—A/D转换电路；113—主控电路板；114—质量流量控制器；140—比例阀；141—流量计；142—加湿瓶；
2—光学监测模块；20—安装立柱；201—光源；202—光阑组；203—聚光镜；204—物镜组；205—反射镜；206—筒镜；207—相机；21—第一驱动机构；22—第二驱动机构；23—第三驱动机构；230—电机；231—丝杆；232—丝杆套；233—物镜组安装板；234—转接底板；
3—胚胎培养模块；
4—胚胎培养室；
40—顶盖；400—平板；401—侧边；402—顶盖斜面；403—容纳槽；404—密封槽；405—密封条；406—锁紧块；407—锁紧槽；408—锁杆；409—弧形引导斜面；4000—第一玻璃视窗；
41—培养平台；410—平台斜面；411—锁钩；412—弧形部；413—安装凹槽；414—螺旋形凹槽；415—第二玻璃视窗；
42—培养组件；420—培养皿；421—胚胎罩；422—T型进液分配块；423—进液针；424—排液针；4210—通孔；
43—直线导轨；44—观测通道；
5—培养液平衡室；50—平衡室本体；51—容器；52—底座；53—上盖；54—吸液针组件；55—针座；56—吸液针；57—槽位；
6—液路组件；60—进液支管；61—开关阀；62—进液主管；63—配液支管；64—废液容器；630—第一支管段；631—进液阀；632—注射泵；633—排液阀；634—第二支管段；635—蠕动泵；
7—底板；8—机架。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-17所示，本发明提供的一种胚胎培养和监测系统，包括供气模块1、胚胎培养模块3和光学监测模块2；
所述胚胎培养模块3包括至少一个可独立进行胚胎培养的胚胎培养室4、为所述胚胎培养室4提供培养液的培养液平衡室5以及用于培养液输送的液路组件6；
所述供气模块1包括用于提供胚胎培养所需的多种气体的多路气源供给单元10以及用于将多路气源供给单元10提供的多种气体以特定比例混合后输送至所述胚胎培养室4的气体混合装置11；
所述光学监测模块2用于对所述胚胎培养室4中的胚胎进行监测。
本发明中，供气模块1将胚胎发育各阶段所需的O2、N2和CO2混合至特定浓度并输入至胚胎培养室4内，以满足培养液的pH值和溶氧量要求；供气模块1可为没个胚胎培养室4独立进行供气。培养液平衡室5可将多种不同的营养液混合，再输送至胚胎培养室4；培养液平衡室5和胚胎培养室4均配置有温度控制功能，以保证内部的温度可满足胚胎培养需求；液路组件6可提供营养液输送功能以及在线自动换液操作，且可实现动态培养功能。光学监测模块2可切换进行低倍和高倍拍照或录像，且可相对胚胎培养室4进行多个方向的移动，能对胚胎发育的各个阶段进行监测，追踪胚胎在整个发育过程中的动态变化。
以上为本发明的总体构思，以下在其基础上提供更为详细的实施例，以对本发明做进一步说明。以下实施例中，以胚胎培养室4为N个进行举例说明。
实施例1
参照图2-3，本实施例中，气源供给单元10包括气瓶100、与气瓶100连接的输气管道101和设置在输气管道101上的过滤器102(本实施例中为HEPA过滤器102)，所有气源供给单元10的输气管道101的末端汇集至气体混合装置11；
供气模块1还包括与气体混合装置11的输出端连接的配气总管12、设置在配气总管12上的稳压阀13以及与连通于配气总管12末端的与N个胚胎培养室4一一对应的N根配气支管14；配气支管14上设置有比例阀140、流量计141和加湿瓶142。
本实施例中，O2、N2和CO2分别从各自气瓶100减压后输出进入输气管道101，经高效过滤进入气体混合装置11，输出特定浓度的混合气，再经稳压阀13稳压处理后分配至多根配气支管14，通过比例阀140和流量计141调节气体流量，最后经加湿瓶142对气体加湿处理后进入胚胎培养室4。
在优选的实施例中，气体混合装置11包括气体混合腔110、设置在气体混合腔110的输出端的浓度传感器111、与浓度传感器111通讯连接的A/D转换电路112、与A/D转换电路112通讯连接的主控电路板113、以及设置在输气管道101上且与主控电路板113通讯连接的质量流量控制器114。
参照图3，气体混合装置11对混合气浓度的控制原理为：O2、N2和CO2在进入气体混合腔110之前，分别由相应质量流量控制器114对进入混合腔的气体质量流量进行调控，以保证三气进入混合腔的质量流量的准确性，充分混合以后，由浓度传感器111对混合气中CO2和O2的浓度进行检测，将测量值经A/D转换电路112反馈至主控电路板113，主控板对浓度偏差量进行计算和补偿，通过数字通讯将补偿值发送给质量流量控制器114进行气体流量调节，以使各气体比例达到设定范围，从而形成闭环控制，以保证最终输出混合气体的浓度达到设定值要求。
实施例2
参照图4-5，本实施例中，培养液平衡室5包括平衡室本体50以及设置在平衡室本体50内的用于存储培养液的若干容器51(本实施例中为平衡皿)；
液路组件6包括与容器51连通的若干进液支管60、设置在进液支管60上的开关阀61、与所有进液支管60的末端均连通的进液主管62、与进液主管62的末端均连通的且与N个胚胎培养室4一一对应的N根配液支管63以及与若干配液支管63末端均连通的废液容器64；
配液支管63包括连通进液主管62的末端至胚胎培养室4的第一支管段630，沿液路方向依次设置在第一支管段630上的进液阀631、注射泵632和排液阀633，连通胚胎培养室4至废液容器64的第二支管段634，以及设置在第二支管段634上的蠕动泵635。
不同的培养液盛放在各自的容器51内，由对应的开关阀61进行选择输出，进液主管62将培养液输送至所有的配液支管63，从而为每个胚胎培养室4提供培养液。
液路组件6可以为N个胚胎培养室4单独或同时进行换液，换液操作由注射泵632和进液阀631、排液阀633完成，具体为：首先打开进液阀631、关闭排液阀633，启动注射泵632正向动作，吸取一定量的培养液，然后关闭进液阀631、打开排液阀633，启动注射泵632反向动作，排出对应体积的培养液注入至胚胎培养室4中，通过蠕动泵635可以将过剩的培养液抽入至废液容器64中，从而实现培养液的在线换液操作。
在优选的实施例中，平衡室本体50包括底座52、可转动设置在底座52上的上盖53以及设置在底座52上的若干吸液针56组件54，底座52上间隔设置有多个槽位57，若干容器51设置在槽位57上，容器51内存放培养液，每个容器51的边缘对应设置一个吸液针56组件54；
吸液针56组件54包括连接在底座52上的针座55以及通过旋转铰链可转动设置在针座55上的吸液针56，吸液针56的入口端靠近容器51的底部，吸液针56的出口端与进液支管60连接；吸液针56可围绕旋转铰接中心转动抬起针头，从而能方便平衡皿的取放。
底座52和上盖53上均贴覆有加热元件和温度传感器，以实现温度控制功能。
培养液平衡室5用于容纳培养液，对其进行培养环境的预平衡处理，室内充满混合气(供气模块1同时加输出的混合气体提供至培养液平衡室5)，且配置温度控制功能，保证平衡后的培养液的温度、pH值和溶氧量满足要求。
实施例3
参照图6-13，本实施例中，胚胎培养室4包括下方形成有空腔的顶盖40、可滑动设置在空腔内的培养平台41以及设置在培养平台41上的培养组件42，顶盖40和培养平台41之间可形成密封的用于容纳培养组件42的培养空间；
培养组件42包括设置在培养平台41上的培养皿420、设置在培养皿420内的至少一个胚胎罩421、分别设置在胚胎罩421两侧的进液针423和排液针424以及设置在培养平台41上的T型进液分配块422，T型进液分配块422内设置有一个进液通道以及与进液通道连通的若干出液通道(即一分多通道，本实施例中为1分4通道，图中未示出进液通道、出液通道)，进液通道的入口端与第一支管段630的末端连接，出液通道的末端连接进液针423。
进液针423与胚胎罩421一一对应，即每个胚胎罩421的第一侧均具有一个加样针，本实施例中，包括4个一字排列的胚胎罩421，每个胚胎罩421配置一个加样针。进液针423的入口端与第一支管段630的末端连通，进液针423的出口端伸入培养皿420内呈水平布置且正对胚胎罩421；换液操作时，培养液进入T型进液分配块422后可一分多路，由加样针注入培养皿420，再由废液针排除多余培养液，从而实现换液；动态培养时，培养液进入T型进液分配块422后一分多路，由进液针423对胚胎罩421实施往复灌流和回吸动作，胚胎罩421内呈现动态液流，对胚胎产生流体剪切效应，从而可实现动态培养功能。
排液针424的入口端靠近培养皿420的底部，排液针424的出口端与第二支管段634连接，以将废液排放至废液容器64。
在优选的实施例中，胚胎罩421为圆筒形结构，其用于将胚胎约束在其内部的空间中，胚胎罩421的外壁上设置有若干具有可允许培养液通过而阻止胚胎通过的尺寸的通孔4210。通孔4210的设置使得液体可自由通过胚胎罩421而胚胎始终约束于其中，从而在进行换液时能避免胚胎随液体流动而超出观测视野。胚胎在培养皿420中培养，并通过胚胎罩421约束保持位置固定，便于监测观察。胚胎罩421外壁的通孔4210结构可通过在胚胎罩421外壁一体成型多个栅孔(如图8)。在一种实施例中，胚胎罩421的通孔4210尺寸为80-100μm左右，早期胚胎近似为150-200μm的球状体，胚胎无法通过栅孔，而胚胎罩421内外的培养液可以自由交换。在一种优选的实施例中，胚胎罩421内径约5mm，高度约6mm，胚胎罩421的底部具有法兰结构，方便与培养皿420底面连接。
在优选的实施例中，顶盖40的横截面呈U形，其包括平板400以及与平板400两侧下方连接的侧边401，平板400的底面向下凸起形成顶盖斜面402；培养平台41的上端边沿形成与顶盖斜面402配合的平台斜面410，顶盖斜面402与平台斜面410的倾斜角度相同，从而通过两者的相互接触可实现密封配合；
顶盖斜面402的中部向上开设有容纳槽403，顶盖斜面402上环绕容纳槽403开设有密封槽404，密封槽404内设置有密封条405；
培养平台41推入顶盖40内后，密封条405与平台斜面410接触从而实现密封。
进一步优选的实施例中，培养平台41的外端通过铰链连接有锁钩411，顶盖40的入口处的平板400上设置有锁紧块406，锁紧块406上开设有锁紧槽407，锁紧槽407内连接有用于与锁钩411配合的锁杆408；培养平台41的内端推入顶盖40到位后，锁钩411可伸入锁紧槽407并勾拉住锁杆408以实现锁紧；
再进一步的，锁钩411的外侧具有弧形部412，锁紧槽407的底面设置有与弧形部412配合的弧形引导斜面409。锁钩411的外侧具有弧形部412，锁紧槽407的底面设置有与弧形部412配合的弧形引导斜面409。将培养平台41推入顶盖40内，锁钩411伸入锁紧槽407内时，锁钩411的弧形部412与弧形引导斜面409配合接触，使得锁钩411会自动逆时针旋转，从而由下向上勾住锁杆408，而由于顶盖斜面402与平台斜面410的斜面接触配合，还使得顶盖40具有与培养平台41脱离的运动趋势，使锁钩411对锁杆408形成预紧力，锁紧顶盖40与培养平台41，保证两者之间的密封。当需要拉出培养平台41时，手动向上拉动锁钩411的外端，使锁钩411逆时针转动脱离锁杆408，即可将培养平台41轻松从顶盖40中拉出。
在一种优选的实施例中，平板400的上表面以及培养平台41的外侧底面均贴覆有加热元件和温度传感器(图中未示出)；加热元件用于对培养室进行加热，温度传感器检测温度，以配合加热元件实现培养室的温度控制。
进一步的，培养平台41的底面内侧开设有用于设置培养皿420的安装凹槽413以及用于供第一支管段630的末端环形缠绕布置的螺旋形凹槽414。由于培养平台41底部贴覆有加热元件，进液道缠绕埋入螺旋形凹槽414内，能利于对第一支管段630中的培养液进行快速加热。
胚胎培养室4用于存放胚胎胚胎，并可进行长时程连续培养，配置有温湿度控制功能，且能保证培养液温度、pH值和溶氧量等满足要求。
本实施例中，胚胎培养室4为抽拉式仓门结构，顶盖40和培养平台41通过直线导轨43实现可滑动配合，直线导轨43的滑块和导轨分别安装在顶盖40和培养平台41侧边401的合适位置，顶盖40和培养平台41在直线导轨43约束下，可沿水平方向沿X方向相对滑动，从而实现推拉操作。培养平台41的抽拉移动方向与光学监测模块2的移动方向垂直，抽拉式结构的胚胎培养室4，使得通过一个光学监测模块2即可实现多个胚胎培养模块3的观测，不会存在空间干涉现象。在以下实施例中再进行详细说明。
实施例4
本实施例中，平板400的上表面设置有第一玻璃视窗4000，第一玻璃视窗4000连通至培养皿420上方，安装凹槽413内设置有第二玻璃视窗415，第一玻璃视窗4000、胚胎罩421、第二玻璃视窗415在垂直方向上位置正对，从而形成可透过照明光的观测通道44；
同一个培养皿420内的所有胚胎罩421均处于观测通道44的观测视野范围之内，从而使得光学监测模块2通过观测通道44可对胚胎罩421内培养的胚胎进行在线光学监测，拍照或录像。
参照图14-17，在一种优选的实施例中，该胚胎培养和监测系统还包括底板7、设在底板7上的机架8，若干个胚胎培养室4沿X方向单排直线排列设置在机架8上，若干个胚胎罩421沿X方向单排直线排列设置；
光学监测模块2包括安装立柱20，连接在安装立柱20上且沿光路方向依次布置的光源201、光阑组202、聚光镜203、物镜组204、反射镜205、筒镜206和相机207，用于实现安装立柱20沿X方向和Y方向的直线运动的第一驱动机构21，用于实现光阑组202沿Y方向的直线运动的第二驱动机构22，以及用于实现物镜组204沿X方向和Z方向的直线运动的第三驱动机构23；胚胎培养室4位于聚光镜203和物镜组204之间。其中，第一驱动机构21、第二驱动机构22、第三驱动机构23可采用常规产品，可实现上述直线移动功能即可，包括但不限于丝杆231电机230驱动机构、位移平台驱动机构等。参照图16，例如在一种可选的实施例中，三个驱动机构均为丝杆231电机230机构，以第三驱动机构23驱动物镜组204进行X方向移动的结构为例：该结构包括电机230、与电机230驱动连接的丝杆231、与丝杆231配合的丝杆套232以及滑轨组件，物镜组204设置在物镜组安装板233上，物镜组安装板233通过滑轨组件安装在转接底板7234上，丝杆套232与物镜组安装板233固接，电机230工作带动丝杆231旋转，从而使得物镜组安装板233相对转接底板7234沿X方向进行移动，实现物镜组204X方向的驱动。物镜组204Z方向上的移动以及第一驱动机构21、第二驱动机构22均可采用相同原理的丝杆231电机230机构简单变形即可实现，本实施例中不再赘述。
光阑组202包括多个不同参数的光阑，物镜组204包括多个不同放大倍数的物镜。通过选择将不同的光阑与物镜组204合切入光路，从而可实现低倍、高倍观察的切换。物镜可为相衬、霍夫曼调制相衬、微分干涉相衬、暗视野成像、相衬成像用物镜。
多个胚胎培养室4沿X方向直线排列，安装立柱20及其上的光学元件整体可沿X方向移动，从而能对X方向上不同位置的胚胎培养室4进行观测；安装立柱20可沿Y方向移动，从而实现Y方向的视野调整。物镜组204可以沿x向和z向运动，其中x向运动用于切换不同物镜观察，z向运动用于微动物镜，对样品调焦。光阑组202可以沿x向运动，以切换不同的光阑，匹配对应的物镜进行观察。
胚胎观察时要求胚胎位于光学成像视场内，但随着胚胎的不断发育和体积增大，需要匹配不同放大倍数的物镜才能观察得到胚胎各个阶段的细节特征，其中低倍物镜视场大，能覆盖整个胚胎罩421内区域，高倍物镜视场小，仅能覆盖胚胎样品区域。
胚胎发育早期，体积较小，宜采用高倍物镜观察，但其在胚胎罩421内的位置比较随机。在一种可选的实施例中，可采用如下方案解决：首先采用低倍物镜拍摄样张，然后识别出胚胎，并计算其质心相对光学中心的x向和y向偏差值，然后由第一驱动机构21驱动物镜移动对x向和y向位置进行补偿，使光学中心与胚胎质心重合，最后切换至合适的高倍物镜进行观察，物镜高低倍切换示意如图17所示。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。
Claims (12)
1.一种胚胎培养和监测系统，其特征在于，包括供气模块、胚胎培养模块和光学监测模块；
所述胚胎培养模块包括至少一个可独立进行胚胎培养的胚胎培养室、为所述胚胎培养室提供培养液的培养液平衡室以及用于培养液输送的液路组件；
所述供气模块包括用于提供胚胎培养所需的多种气体的多路气源供给单元以及用于将多路气源供给单元提供的多种气体以特定比例混合后输送至所述胚胎培养室的气体混合装置；
所述光学监测模块用于对所述胚胎培养室中的胚胎进行监测。
2.根据权利要求1所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述气源供给单元包括气瓶、与所述气瓶连接的输气管道和设置在所述输气管道上的过滤器，所有所述气源供给单元的输气管道的末端汇集至所述气体混合装置；
所述供气模块还包括与所述气体混合装置的输出端连接的配气总管、设置在所述配气总管上的稳压阀以及与连通于所述配气总管末端的与所述胚胎培养室一一对应的若干配气支管；
所述配气支管上设置有比例阀、流量计和加湿瓶。
3.根据权利要求2所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述气体混合装置包括气体混合腔、设置在所述气体混合腔的输出端的浓度传感器、与所述浓度传感器通讯连接的A/D转换电路、与所述A/D转换电路通讯连接的主控电路板、以及设置在所述输气管道上且与所述主控电路板通讯连接的质量流量控制器。
4.根据权利要求1所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述培养液平衡室包括平衡室本体以及设置在所述平衡室本体内的用于存储培养液的若干容器；
所述液路组件包括与所述容器连通的若干进液支管、设置在所述进液支管上的开关阀、与所有所述进液支管的末端均连通的进液主管、与所述进液主管的末端均连通的且与所述胚胎培养室一一对应的若干配液支管以及与所述若干配液支管末端均连通的废液容器；
所述配液支管包括连通所述进液主管的末端至所述胚胎培养室的第一支管段，沿液路方向依次设置在所述第一支管段上的进液阀、注射泵和排液阀，连通所述胚胎培养室至所述废液容器的第二支管段，以及设置在所述第二支管段上的蠕动泵。
5.根据权利要求4所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述平衡室本体包括底座、可转动设置在所述底座上的上盖以及设置在所述底座上的若干吸液针组件，所述若干容器间隔设置在所述底座上，每个所述容器对应设置一个所述吸液针组件；
所述吸液针组件包括连接在所述底座上的针座以及通过旋转铰链可转动设置在所述针座上的吸液针，所述吸液针的入口端靠近所述容器的底部，所述所述吸液针的出口端与所述进液支管连接；
所述底座和上盖上均贴覆有加热元件和温度传感器。
6.根据权利要求4所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述胚胎培养室包括下方形成有空腔的顶盖、可滑动设置在所述空腔内的培养平台以及设置在所述培养平台上的培养组件，所述顶盖和培养平台之间可形成密封的用于容纳所述培养组件的培养空间；
所述培养组件包括设置在所述培养平台上的培养皿、设置在所述培养皿内的至少一个胚胎罩、分别设置在所述胚胎罩两侧的进液针和排液针以及设置在所述培养平台上的T型进液分配块，所述T型进液分配块内设置有一个进液通道以及与所述进液通道连通的若干出液通道，所述出液通道的末端连接所述进液针；
所述进液针与所述胚胎罩一一对应，所述进液针的入口端与所述第一支管段的末端连接，所述进液针的出口端伸入所述培养皿内呈水平布置且正对所述胚胎罩；
所述排液针的入口端靠近所述培养皿的底部，所述排液针的出口端与所述第二支管段连接。
7.根据权利要求6所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述胚胎罩为圆筒形结构，其用于将胚胎约束在其内部的空间中，所述胚胎罩的外壁上设置有若干具有可允许培养液通过而阻止胚胎通过的尺寸的通孔。
8.根据权利要求6所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述顶盖的横截面呈U形，其包括平板以及与所述平板两侧下方连接的侧边，所述平板的底面向下凸起形成顶盖斜面；所述培养平台的上端边沿形成与所述顶盖斜面配合的平台斜面，所述顶盖斜面与平台斜面的倾斜角度相同，从而通过两者的相互接触可实现密封配合；
所述顶盖斜面的中部向上开设有容纳槽，所述顶盖斜面上环绕所述容纳槽开设有密封槽，所述密封槽内设置有密封条；
所述培养平台推入所述顶盖内后，所述密封条与所述平台斜面接触从而实现密封。
9.根据权利要求8所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述培养平台的外端通过铰链连接有锁钩，所述顶盖的入口处的平板上设置有锁紧块，所述锁紧块上开设有锁紧槽，所述锁紧槽内连接有用于与所述锁钩配合的锁杆；
所述培养平台的内端推入所述顶盖到位后，所述锁钩可伸入所述锁紧槽并勾拉住所述锁杆以实现锁紧；
所述锁钩的外侧具有弧形部，所述锁紧槽的底面设置有与所述弧形部配合的弧形引导斜面。
10.根据权利要求8所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述平板的上表面以及培养平台的外侧底面均贴覆有加热元件和温度传感器；
所述培养平台的底面内侧开设有用于设置所述培养皿的安装凹槽以及用于供第一支管段的末端环形缠绕布置的螺旋形凹槽。
11.根据权利要求8所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，所述平板的上表面设置有第一玻璃视窗，所述第一玻璃视窗连通至所述培养皿上方，所述安装凹槽内设置有第二玻璃视窗，所述第一玻璃视窗、胚胎罩、第二玻璃视窗在垂直方向上位置正对，从而形成可透过照明光的观测通道；
同一个培养皿内的所有所述胚胎罩均处于所述观测通道的观测视野范围之内，从而使得所述光学监测模块通过所述观测通道可对所述胚胎罩内培养的胚胎进行观测。
12.根据权利要求6-11中任意一项所述的胚胎培养和监测系统，其特征在于，还包括底板、设在所述底板上的机架，若干个所述胚胎培养室沿X方向单排直线排列设置在所述机架上，若干个所述胚胎罩沿X方向单排直线排列设置；
所述光学监测模块包括安装立柱，连接在所述安装立柱上且沿光路方向依次布置的光源、光阑组、聚光镜、物镜组、反射镜、筒镜和相机，用于实现所述安装立柱沿X方向和Y方向的直线运动的第一驱动机构，用于实现所述光阑组沿Y方向的直线运动的第二驱动机构，以及用于实现所述物镜组沿X方向和Z方向的直线运动的第三驱动机构；
所述胚胎培养室位于所述聚光镜和物镜组之间；
所述光阑组包括多个光阑，所述物镜组包括多个物镜。
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2020
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