CN203720086U - 一种干细胞质量监测装置 - Google Patents
一种干细胞质量监测装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN203720086U CN203720086U CN201420018381.1U CN201420018381U CN203720086U CN 203720086 U CN203720086 U CN 203720086U CN 201420018381 U CN201420018381 U CN 201420018381U CN 203720086 U CN203720086 U CN 203720086U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lens
- module
- stem cell
- dichroscope
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
一种干细胞质量监测装置。该装置由光源模块、时序控制模块、光学模块、成像模块和数据采集模块等五个部分组成。本装置首先通过成像模块确定干细胞的形貌，然后通过闪光氙灯激发干细胞样品，信号经数据采集模块收集和处理后，即可获得干细胞的质量状况。本装置全部操作由实验室外的计算机程控，简单智能。本实用新型装置可实现对干细胞质量进行灵敏、快速、无接触的在线监测，在生物细胞质量监测方面具有重要意义。
Description
技术领域
本实用新型属于光学工程技术领域，具体涉及一种向自动化方向发展的干细胞质量监测装置，基于此装置可以对不同质量状态的干细胞进行灵敏、快速、无接触的在线监测。
背景技术
干细胞作为一种安全有效的细胞药物为许多疑难杂病提供新的治疗手段[1-5]。由于干细胞具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能[1,2,6]，基于干细胞的再生医学被认为是最新和最具发展前景的领域之一。在生物医学应用中，大量具有高质量的干细胞是干细胞治疗及组织工程取得成功的基本条件[7]。因此，实时准确地获取干细胞质量状态信息对于干细胞的体外培养扩增、生物学研究、干细胞药物的研究和开发以及临床应用具有重要意义，也是干细胞生产中确保细胞产品质量的关键环节之一。
目前生物医学常用的细胞检测方法有形态学[8]、生物化学[9,10]和免疫学[11,12]。形态学方法方便、直接、可视性强，但一般只能进行定性分析，难以提供定量的检测信息，且分析结果的准确性依赖于实验员的经验，人为因素干扰大。生物化学和免疫学方法灵敏、准确、特异性强，可提供定量的检测结果。然而，这些方法往往是侵入性的，其中用到的生化反应、染色、标记、固定、细胞溶解等处理手段会改变细胞正常的生长环境和生理功能，甚至破坏细胞结构，造成不可逆的细胞损伤和坏死。此外，这些方法对实验操作技术要求高、过程繁复、耗时较长，不利于大规模细胞样品的及时检测。
因此，探索一种无外源性标记、非侵入性的监测细胞活力状态的探测技术十分必要，这已经成为干细胞研究和产业化发展中的关键课题。
参考文献：
[1] H. Motaln, C. Schichor, T.T. Lah. Human Mesenchymal Stem Cells and Their Use in Cell-Based Therapies. Cancer, 2010, 1: 2519-2530
[2] C. Kocaefe, D. Balc?, B.B. Hayta, et al. Reprogramming of Human Umbilical Cord Stromal Mesenchymal Stem Cells for Myogenic Differentiation and Muscle Repair. Stem Cell Rev. and Rep., 2010, 6: 512-522
[3] H.Y. Ren, Q.J. Zhao, T. Cheng, et al. No contribution of umbilical cord mesenchymal stromal cells to capillarization and venularization of hepatic sinusoids accompanied by hepatic differentiation in carbon tetrachloride-induced mouse liver fibrosis. Cytotherapy, 2010, 12: 371–383
[4] Q.J. Zhao, H.Y. Ren, X.Y. Li, et al. Differentiation of human umbilical cord mesenchymal stromal cells into low immunogenic hepatocyte-like cells. Cytotherapy, 2009, 11(4): 414-426
[5] K.H. Wu, X.M. Mo, B. Zhou, et al. Cardiac Potential of Stem Cells From Whole Human Umbilical Cord Tissue. J. Cell. Biochem., 2009, 107: 926-932
[6] Z.C.Han.Research Progress in Pluripotent Stem Cells. Journal of Medical Research, 2008，37(10)：4-5
[7] H. Bai, P. Chen, H. Fang et al. Detecting viability transitions of umbilical cord mesenchymal stem cells by Raman micro-spectroscopy. Laser Physics Letters, 2011, 8(1): 78-84
[8] X. M. Li,T. B. Song,X. Tong et al.Study on the morphology of apoptotic hl-60 cells induced by γ-irradiation, Acta Anatomica Sinica, 1999,30(4): 344-347
[9] A.K.H. Kwok, C.K Yeung, T.Y.Y. Lai, et al. Effects of trypan blue on cell viability and gene expression in human retinal pigment epithelial cells. British Journal of Ophthalmology, 2004, 88:1590-1594
[10] D.M. Kuhn, M. Balkis, J. Chandra, et al. Uses and Limitations of the XTT Assay in Studies of Candida Growth and Metabolism. Journal of Clinical Microbiology, 2003, 41(1):506-508
[11] H.S.Zhuang,Q. Lang,M.C. Zhang et al.Determ ination ofDicyclohexylPhthalate in W aterby Double Antibody Sandwich Fluorescenceimm unoassay.ChineseJournaloiAnalyticalChemistry, 2006, 34: S211-S213
[12] L.ZHANG,X.D.YE,J.L.YAN.Copmarative study on the cell culture and detection of genital herpes virus.Chinese Journal of Microecology,2008,20(5): 496-497。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种干细胞质量监测装置，可实现干细胞质量灵敏、快速和无接触的在线监测，成为现有检测技术的有益补充。
干细胞质量监测装置的理论基础
延迟发光是指生物体在接受适量的光照射后，诱导生物体自身在持续的一段时间（长达毫秒级、秒级甚至分钟级）内产生特有的生理过程所伴随的微弱发光衰减。在光的诱导作用下，一系列生命活动和生化反应被激活或增强，更多能量转化和能量传递随之发生。在这些反应过程中产生的激发态分子，一部分通过辐射驰豫释放能量形成发光。当光照停止后，被激活的生命活动逐步回到正常条件下的平衡状态，光子辐射也随之衰减。因此，延迟发光可以在一个较短的时间内集中体现生命活动的活跃程度以及复杂的生命调控机制。从这个意义上说，延迟发光可反映生物体由内部变化及环境影响所引起的生物学效应的整体信息，提供一个关于生物系统基本特性的综合指标。事实上，目前大量的研究结果已经证实，延迟发光与生物体的自身特性（如生物活性、损伤、生理病理变化等）及周围环境密切相关，且能定量表征生物系统的功能状态变化。因此，利用细胞本征的延迟发光现象可以发展为一种新的无标记、非侵入方法用于干细胞质量监测。
本实用新型提供的干细胞质量监测装置包括：光源模块、时序控制模块、光学模块、成像模块和数据采集模块；
光源模块：包括照射光部分和激发光部分；照射光部分中的卤素灯经第二准直透镜和平面镜连接到短通长反二色镜；激发光部分中的闪光氙灯经第一准直透镜和带通滤光片后同样连接到短通长反二色镜；短通长反二色镜再与时序控制模块中的入射端电子光快门连接；
时序控制模块：包括时序控制器，时序控制器分别连接入射端电子光快门和出射端电子光快门，时序控制器同时连接数据采集模块中的计算机；
光学模块：包括与时序控制模块中的入射端电子光快门连接的半透半反镜，半透半反镜分为两路，一路连接成像模块中的成像透镜，另一路连接分光二色镜；分光二色镜也分为两路，一路连接物镜，并经物镜将来自所述光源模块的光照射到微型细胞培养箱中的干细胞上；分光二色镜的另一路依次连接长通滤光片、第三准直透镜和时序控制模块中的出射端电子光快门；
成像模块：包括与光学模块中的半透半反镜连接的成像透镜，成像透镜连接CCD，CCD连接数据采集模块中的计算机；
数据采集模块：包括与时序控制模块中的出射端电子光快门连接的聚光透镜，聚光透镜依次连接光电倍增管、前置放大器、光子计数模块和计算机。
所述的第一准直透镜和第三准直透镜为石英透镜，第二准直透镜为玻璃透镜。
所述的成像透镜为玻璃透镜，聚光透镜为石英透镜。
所述的分光二色镜由短通长反二色镜和长通短反二色镜构成，通过计算机进行切换选择。
所述的微型细胞培养箱中的细胞培养器皿为共聚焦培养皿。
所述的微型细胞培养箱有多个，通过计算机操作旋转切换到物镜聚焦处。
本实用新型的工作过程
来自卤素灯的照射光被第二准直透镜准直后，分别经过平面镜、短通长反二色镜、入射端电子光快门、半透半反镜以及分光二色镜中的短通长反二色镜，最后被物镜聚焦到微型细胞培养箱中的样品上，反射光经原路返回到达半透半反镜，经成像透镜聚焦到CCD上，并将图像传递到计算机当中，计算机操作微型细胞培养箱移动，获取不同区域内细胞的图像。
将分光二色镜中的短通长反二色镜切换到长通短反二色镜，闪光氙灯作为激发光，被第一准直透镜准直后依次通过带通滤光片、短通长反二色镜、入射端电子光快门以及半透半反镜后到达长通短反二色镜，经物镜聚焦到达微型细胞培养箱中的干细胞上，入射光快门关闭后，完成光激发作用。干细胞产生的信号光被同一物镜所采集，并再次以平行光方式反向传输进入同一分光二色镜，其透过部分的信号光继而进入垂直物镜光轴安装的长通滤光片，滤光后的信号光被位于其后的第三准直透镜聚焦于出射端电子光快门的光栏中心，该快门打开后，出射的信号光经其后的聚光透镜到达光电倍增管的光阴极上，完成光电信号转换。经前置放大器和光子计数模块后到达计算机，收集的数据被计算机中软件所处理，并与数据库中数据进行比较，进而将干细胞的质量状态显示出来。
本实用新型的优点和积极效果
采用本实用新型装置能够实现对干细胞质量进行灵敏、快速和无接触的在线监测。此外本实用装置将成像模块与光学模块相连接，实现了可视化的操作，并且无需进入实验室，只需操作计算机控制各部件即可实现监测，既可以通过软件设定自动监测也可以手动进行测量，实现了操作的简单智能。本发明装置具有灵敏度高、暗噪声小、对样品检测无接触等多种特点，适用于各种干细胞质量监测当中。
附图说明
图1是干细胞质量监测装置的原理图。
表1是不同活力状态的干细胞发光曲线的参数；
图中，光源模块包括：1001为闪光氙灯；1002为第一准直透镜；1003为带通滤光片；1004为短通长反二色镜；1005为卤素灯；1006为第二准直透镜；1007为平面镜。
时序控制模块包括：2001为入射端电子光快门；2002为时序控制器；2003为出射端电子光快门。
光学模块包括：3001为半透半反镜；3002为分光二色镜；3003为物镜；3004为微型细胞培养箱；3005为长通滤光片；3006为第三准直透镜。
成像模块包括：4001为成像透镜；4002为CCD。
数据采集模块包括：5001为聚光透镜；5002为光电倍增管；5003为前置放大器；5004为光子计数模块；5005为计算机。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实用新型装置的具体构成包括：光源模块、时序控制模块、光学模块、成像模块和数据采集模块；
光源模块：包括照射光部分和激发光部分；照射光部分中的卤素灯1005经第二准直透镜1006和平面镜1007连接到短通长反二色镜1004；激发光部分中的闪光氙灯1001经第一准直透镜1002和带通滤光片1003后同样连接到短通长反二色镜1004；短通长反二色镜再与时序控制模块中的入射端电子光快门2001连接；
时序控制模块：包括时序控制器2002，时序控制器分别连接入射端电子光快门2001和出射端电子光快门2003，时序控制器同时连接数据采集模块中的计算机5005；
光学模块：包括与时序控制模块中的入射端电子光快门连接的半透半反镜3001，半透半反镜分为两路，一路连接成像模块中的成像透镜4001，另一路连接分光二色镜3002；分光二色镜也分为两路，一路连接物镜3003，并经物镜将来自所述光源模块的光照射到微型细胞培养箱3004中的干细胞上；分光二色镜的另一路一次连接长通滤光片3005、第三准直透镜3006和时序控制模块中的出射端电子光快门2003；
成像模块：包括与光学模块中的半透半反镜连接的成像透镜4001，成像透镜连接CCD4002，CCD连接数据采集模块中的计算机5005；
数据采集模块：包括与时序控制模块中的出射端电子光快门连接的聚光透镜5001，聚光透镜依次连接光电倍增管5002、前置放大器5003、光子计数模块5004和计算机5005。
来自卤素灯1005的照射光被第二准直透镜1006准直后，分别经过平面镜1007、短通长反二色镜1004、入射端电子光快门2001、半透半反镜3001以及分光二色镜3002中的短通长反二色镜，最后被物镜3003聚焦到微型细胞培养箱3004中的样品上，反射光经原路返回到达半透半反镜3001，经成像透镜4001聚焦到CCD4002上，并将图像传递到计算机5005当中，计算机5005操作微型细胞培养箱3004移动，获取不同区域内细胞的图像。
将分光二色镜3002中的短通长反二色镜切换到长通短反二色镜，闪光氙灯1001作为激发光，被第一准直透镜1002准直后依次通过带通滤光片1003、短通长反二色镜1004、入射端电子光快门2001以及半透半反镜3001后到达长通短反二色镜3002，经物镜3003聚焦到达微型细胞培养箱3004中的干细胞上，入射光快门2001关闭后，完成光激发作用。干细胞产生的信号光被同一物镜3003所采集，并再次以平行光方式反向传输进入同一分光二色镜3002，其透过部分的信号光继而进入垂直物镜光轴安装的长通滤光片3005，滤光后的信号光被位于其后的第三准直透镜3006聚焦于出射端电子光快门2003的光栏中心，该快门打开后，出射的信号光经其后的聚光透镜5001到达光电倍增管5002的光阴极上，完成光电信号转换。经前置放大器5003和光子计数模块5004后到达计算机5005，收集的数据被计算机中软件所处理，并与数据库中数据进行比较，进而将干细胞的质量状态显示出来。
本实用新型装置的运行过程如下：
初始状态下，入射端电子光快门2001与出射端电子光快门2003常开，光源闪光氙灯1001和卤素灯1005、时序控制器2002处于待机状态。
首先进行细胞图像采集，控制两个快门处于打开状态，开启光源1005，计算机5005控制细胞培养模块的位置以使CCD4002获得不同区域内的细胞图像。
图像采集完毕后将分光二色镜3002中的短通长反二色镜切换为长通短反二色镜，然后将出射端电子光快门2003关闭，触发闪光氙灯1001，光照结束时，关闭入射端电子光快门2001。在关闭入射端电子光快门2001的同时，开启出射端电子光快门2003，使样品发出的信号光被及时地收集和测量。当测量结束后，关闭出射端光电子快门2003，装置装置回复到初始状态，下一次测量重复上述过程。
实验测得的曲线经软件处理后将相应曲线的特征参数（发光初始强度I0、衰减特征时间t0）给出，并与数据库（表1是使用生物化学的方法测得干细胞质量与本方法参数的对应，进一步丰富数据库参数可以得到更精确的干细胞质量状态）中的参数进行比较，依据I0和t0值，就可以得到细胞的质量状态。
表1
装置应用实例
下面结合实际应用例子，进一步说明本实用新型装置，所述例子不影响本实用新型的进一步保护。
例如，随机选取一份人脐带间充质干细胞解冻，对其进行质量检测，将干细胞放置在微型细胞培养箱3004中培养。
第1步、来自卤素灯1005的照射光被第二准直透镜1006准直后，分别经过平面镜1007、短通长反二色镜1004、入射端电子光快门2001、半透半反镜3001以及分光二色镜3002中的短通长反二色镜，最后被物镜3003聚焦到微型细胞培养箱3004中的样品上，反射光经原路返回到达半透半反镜3001，经成像透镜4001聚焦到CCD4002上，并将图像传递到计算机5005当中，计算机5005操作微型细胞培养箱3004移动，获取不同区域内细胞的图像。
第2步、将分光二色镜3002中的短通长反二色镜切换到长通短反二色镜，闪光氙灯1001作为激发光，被第一准直透镜1002准直后依次通过带通滤光片1003、短通长反二色镜1004、入射端电子光快门2001以及半透半反镜3001后到达分光二色3002中的长通短反二色镜，经物镜3003聚焦到达微型细胞培养箱3004中的干细胞上，入射光快门2001关闭后，完成光激发作用。
第3步、关闭入射端电子光快门2001的同时，开启出射端电子光快门2003。此时干细胞产生的信号光被同一物镜3003所采集，并再次以平行光方式反向传输进入同一分光二色镜3002，其透过部分的信号光继而进入垂直物镜光轴安装的长通滤光片3005，滤光后的信号光被位于其后的第三准直透镜3006聚焦于出射端电子光快门2003的光栏中心，该快门打开后，出射的信号光经其后的聚光透镜5001到达光电倍增管5002的光阴极上，完成光电信号的转换。
第4步、转换后的电信号经前置放大器5003和光子计数模块5004后到达计算机5005，收集的数据被计算机中软件所处理，并与数据库中数据进行比较，进而将干细胞的质量状态显示出来。
实验测得的曲线经软件处理过将相应曲线的特征参数给出，发光初始强度I0=591，衰减特征时间t0=1.40146，与数据库中的参数进行比较得知，干细胞的活力在83%到97%之间，属于高质量细胞，进一步丰富数据库可获得更加精确的质量状态。
Claims (6)
1.一种干细胞质量监测装置，其特征在于该装置包括：光源模块、时序控制模块、光学模块、成像模块和数据采集模块；
光源模块：包括照射光部分和激发光部分；照射光部分中的卤素灯经第二准直透镜和平面镜连接到短通长反二色镜；激发光部分中的闪光氙灯经第一准直透镜和带通滤光片后同样连接到短通长反二色镜；短通长反二色镜再与时序控制模块中的入射端电子光快门连接；
时序控制模块：包括时序控制器，时序控制器分别连接入射端电子光快门和出射端电子光快门，时序控制器同时连接数据采集模块中的计算机；
光学模块：包括与时序控制模块中的入射端电子光快门连接的半透半反镜，半透半反镜分为两路，一路连接成像模块中的成像透镜，另一路连接分光二色镜；分光二色镜也分为两路，一路连接物镜，并经物镜将来自所述光源模块的光照射到微型细胞培养箱中的干细胞上；分光二色镜的另一路依次连接长通滤光片、第三准直透镜和时序控制模块中的出射端电子光快门；
成像模块：包括与光学模块中的半透半反镜连接的成像透镜，成像透镜连接CCD，CCD连接数据采集模块中的计算机；
数据采集模块：包括与时序控制模块中的出射端电子光快门连接的聚光透镜，聚光透镜依次连接光电倍增管、前置放大器、光子计数模块和计算机。
2.根据权利要求1所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的第一准直透镜和第三准直透镜为石英透镜，第二准直透镜为玻璃透镜。
3.根据权利要求1所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的成像透镜为玻璃透镜，聚光透镜为石英透镜。
4.根据权利要求1所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的分光二色镜由短通长反二色镜和长通短反二色镜构成，通过计算机进行切换选择。
5.根据权利要求1所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的微型细胞培养箱中的细胞培养器皿为共聚焦培养皿。
6.根据权利要求1至5任一项所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的微型细胞培养箱有多个，通过计算机操作旋转切换到物镜聚焦处。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420018381.1U CN203720086U (zh) | 2014-01-13 | 2014-01-13 | 一种干细胞质量监测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420018381.1U CN203720086U (zh) | 2014-01-13 | 2014-01-13 | 一种干细胞质量监测装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN203720086U true CN203720086U (zh) | 2014-07-16 |
Family
ID=51159226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201420018381.1U Expired - Fee Related CN203720086U (zh) | 2014-01-13 | 2014-01-13 | 一种干细胞质量监测装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN203720086U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112557353A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-03-26 | 天津工业大学 | 一种基于延迟发光光谱的细胞活力检测方法和装置 |
| CN112630196A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-09 | 天津工业大学 | 一种基于延迟发光动力学的细胞活力检测方法 |
-
2014
- 2014-01-13 CN CN201420018381.1U patent/CN203720086U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112557353A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-03-26 | 天津工业大学 | 一种基于延迟发光光谱的细胞活力检测方法和装置 |
| CN112630196A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-04-09 | 天津工业大学 | 一种基于延迟发光动力学的细胞活力检测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Werley et al. | Ultrawidefield microscope for high-speed fluorescence imaging and targeted optogenetic stimulation | |
| CN204731160U (zh) | 一种自体荧光寿命成像和荧光光谱结合用于癌症早期诊断的装置 | |
| CN101477630A (zh) | 智能化水处理微生物机器视觉辨识系统和方法 | |
| CN106442451B (zh) | 基于微流控芯片的辐射损伤评估装置及其评估方法 | |
| CN102389288B (zh) | 一种激光共聚焦显微内窥镜 | |
| CN106525803B (zh) | 生物成像仪 | |
| CN203720086U (zh) | 一种干细胞质量监测装置 | |
| CN104880445A (zh) | 一种自体荧光寿命成像和荧光光谱结合用于癌症早期诊断的装置 | |
| CN202522760U (zh) | 一种涡旋飞秒激光光镊装置 | |
| McCord et al. | Analysis of force generation during flagellar assembly through optical trapping of free‐swimming Chlamydomonas reinhardtii | |
| CN202191264U (zh) | 内窥镜 | |
| CN105424667A (zh) | 痕量微生物快速检测方法 | |
| CN109490270B (zh) | 基于叶绿素荧光的浮游植物初级生产力的测量装置及方法 | |
| CN114755200B (zh) | 基于光动力治疗的可视化监测系统及方法 | |
| CN204496097U (zh) | 一种飞秒激光旋转操控光镊的装置 | |
| Yang et al. | Upconversion optogenetics-driven biohybrid sensor for infrared sensing and imaging | |
| CN106018309A (zh) | 一种多功能核酸蛋白检测系统 | |
| Song et al. | Application of convolutional neural network in signal classification for in vivo photoacoustic flow cytometry | |
| CN204181710U (zh) | 手持式分子影像导航系统 | |
| Chen et al. | Stem Cell Tissue Engineering and Regenerative Medicine: Role of Imaging | |
| Ding et al. | An innovative miniaturized cell imaging system based on integrated coaxial dual optical path structure and microfluidic fixed frequency sample loading strategy | |
| JP2007049990A (ja) | 培養組織試料の評価方法およびそれを用いた培養組織の製造方法 | |
| Winter et al. | Patterning and growth are coordinated early in the cell cycle | |
| CN209606322U (zh) | 基于叶绿素荧光的浮游植物初级生产力的测量装置 | |
| CN111685728B (zh) | 肿瘤、淋巴细胞快速循环检测识别系统及方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140716 Termination date: 20200113 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |