TWI839229B - 細胞檢測系統 - Google Patents

Abstract

一種細胞檢測系統，用於檢測一具有數個細胞的細胞液，並包含一微流體晶片、一微量注射單元，及一光學單元。該微流體晶片具有一用於供該細胞液輸入的第一輸入口、一第一流道、一混合流道，及一第二輸入口。該微量注射單元包括一將一染劑由該第二輸入口注入該混合流道的第一微量注射器，使該染劑與該細胞液於該混合流道中混合。該光學單元包括一用於斜向照射該細胞液的光源模組。藉由該第一微量注射器將該染劑輸送至該混合流道中與該細胞液進行混合，能降低細胞汙染的風險，且重複檢測同一細胞液時，不須更換該微流體晶片，能減少耗材成本。

Description

細胞檢測系統

本發明是有關於一種微生物學裝置，特別是指一種細胞檢測系統。

在現有的細胞培養技術中，透過一細胞培養裝置進行細胞培養的過程中，為了觀察細胞的狀態及計算細胞的數量，需將該細胞培養裝置中一含有數個細胞的細胞液與一螢光染劑進行混合後，再輸送至一細胞檢測系統進行細胞檢測。該細胞檢測系統包括一供該細胞液注入並流通的微流體晶片，及一用於觀測於該微流體晶片中流通的該細胞液的螢光顯微鏡。該螢光顯微鏡能夠朝該微流體晶片發出一高能量的短波長光線，以激發該微流體晶片中與該細胞液混合的該螢光染劑，便能清晰地檢視該細胞液中的該等細胞的狀態及分布。

然而，在將該細胞培養裝置中的細胞液取出並與該螢光染劑混合後再輸送至該微流體晶片的過程中，可能產生細胞汙染的風險。此外，當要重複進行細胞檢測的動作時，除了需要更換該微流體晶片，還需更換輸送該細胞液與該螢光染劑至該微流體晶片的管路，不僅增加操作上的不便，也增加了耗材成本。

因此，本發明的目的，即在提供一種能降低細胞汙染風險及減少耗材成本且便於檢測細胞的細胞檢測系統。

於是，本發明細胞檢測系統，適用於檢測一具有數個細胞的細胞液，並包含一微流體晶片、一微量注射單元，及一光學單元。該微流體晶片包括一基座，及一設置於該基座並用於供該細胞液流通的微流道單元。該微流道單元具有一用於供該細胞液輸入的第一輸入口、一連通該第一輸入口的第一流道、一連通該第一流道相反於該第一輸入口之一端的混合流道、一連通該混合流道鄰近該第一流道之一端的第二輸入口、一連通該混合流道相反於該第二輸入口之一端的漸縮流道、一連通該漸縮流道相反於該混合流道之一端的第二流道，及一連通該第二流道相反於該漸縮流道之一端的輸出口。該微量注射單元包括一流體連接該第二輸入口的第一微量注射器，該第一微量注射器將一染劑由該第二輸入口注入該混合流道，以使該染劑與該細胞液於該混合流道中混合。該光學單元包括一設置於該微流體晶片上方或下方的光源模組，及一設置於微流體晶片上方的觀測模組。該光源模組用於斜向照射與該染劑混合後的該細胞液。該觀測模組用於觀測與該染劑混合後的該細胞液。

本發明的功效在於：藉由該第一微量注射器將該染劑輸送至該微流體晶片的該混合流道中，使該染劑與該細胞液於該微流體晶片內進行混合，能降低細胞汙染的風險，且若重複檢測同一細胞液時，則不需更換該微流體晶片與相對應的管路，更能減少耗材成本，此外，藉由該光源模組斜向照射與該染劑混合後的該細胞液，使該細胞液中每一細胞的周緣形成陰影，能有效凸顯每一細胞的輪廓，以便於觀測該等細胞的狀態及計算該等細胞的數量。

參閱圖1至圖3，本發明細胞檢測系統1的一實施例，適用於檢測一具有數個細胞11(參圖7)的細胞液，並包含一微流體晶片2、一微量注射單元3，及一光學單元4。

該微流體晶片2包括一基座20，及一設置於該基座20並用於供該細胞液流通的微流道單元21。該微流道單元21具有一用於供該細胞液輸入的第一輸入口22、一連通該第一輸入口22的第一流道23、一連通該第一流道23相反於該第一輸入口22之一端的混合流道25、一連通該混合流道25鄰近該第一流道23之一端的第二輸入口24、一連通該第一流道23鄰近該第一輸入口22之一端的第三輸入口26、一連通該混合流道25相反於該第二輸入口24之一端的漸縮流道27、一連通該漸縮流道27相反於該混合流道25之一端的第二流道28，及一連通該第二流道28相反於該漸縮流道27之一端的輸出口29。

該細胞液經由該第一輸入口22進入該第一流道23後，流動至該混合流道25中。

該混合流道25具有數個相連接的彎折段251，該等彎折段251中位於兩相反端的其中一者同時連接該第一流道23與該第二輸入口24，該等彎折段251中位於兩相反端的其中另一者連接該漸縮流道27。

參閱圖3至圖5，該漸縮流道27具有一連通該混合流道25的其中一彎折段251的大管徑段271、一連通該第二流道28的小管徑段272，及一漸縮連通於該大管徑段271與該小管徑段272之間的連接段273。其中該大管徑段271的一寬度W1小於1.2mm，該大管徑段271的一深度D1小於0.4mm。該小管徑段272的一寬度W2小於0.6mm，該小管徑段272的一深度D2小於0.06mm。

該微量注射單元3，包括一流體連接該第二輸入口24的第一微量注射器31，及一流體連接該第三輸入口26的第二微量注射器32。該第一微量注射器31用於將一染劑(圖未示)經由該第二輸入口24注入該混合流道25，使該染劑與該細胞液於該混合流道25中混合。該第二微量注射器32用於將一緩衝液(圖未示)經由該第三輸入口26注入該第一流道23，使該緩衝液於該第一流道23中推送該細胞液的移動。其中，藉由該等彎折段251呈蜿蜒曲折的結構，該染劑與該細胞液在該等彎折段251流通時，該染劑能與該細胞液均勻地混合。

藉由該第一微量注射器31將該染劑輸送至該微流道單元21的該混合流道25，使該染劑與該細胞液於該微流體晶片2的該混合流道25的該等彎折段251中均勻混合，可避免該細胞液與該染劑在該微流體晶片2外混合而產生細胞汙染的風險，且當要檢測新的細胞液時，僅需更換新的微流體晶片2即可，無須更換該第一微量注射器31將該染劑輸送至該微流道單元21的管線。

參閱圖3與圖6，於本實施例中，該第一微量注射器31與該第二微量注射器32是設置於一注射幫浦5，並經由該注射幫浦5的驅動而同時作動以分別將該染劑與該緩衝液同時注入該第二輸入口24與該第三輸入口26。該第一微量注射器31具有一能容裝該染劑的第一筒身311、一連接該第一筒身311的第一注射頭312，及一插設於該第一筒身311相反於該第一注射頭312之一端的第一推送桿313。該第一注射頭312經由一管線(圖未示)流體連接該第二輸入口24，該第一推送桿313將該第一筒身311所容裝的該染劑經由該第一注射頭312注入該管線而輸送至該第二輸入口24。該第二微量注射器32具有一能容裝該緩衝液的第二筒身321、一連接該第二筒身321的第二注射頭322，及一插設於該第二筒身321相反於該第二注射頭322之一端的第二推送桿323。該第二注射頭322經由另一管線(圖未示)流體連接該第三輸入口26，該第二推送桿323將該第二筒身321所容裝的該緩衝液經由該第二注射頭322注入該管線而輸送至該第三輸入口26。該注射幫浦5具有一驅動馬達51、一連接該驅動馬達51的驅動螺桿52、一螺接該驅動螺桿52並能相對該驅動螺桿52移動的驅動滑塊53，及二分別用於固定該第一筒身311與該第二筒身321的固定件54。該驅動滑塊53連接該第一推送桿313與該第二推送桿323。藉由該驅動馬達51驅動該驅動螺桿52轉動，該驅動滑塊53帶動該第一推送桿313與該第二推送桿323相對該驅動螺桿52移動而靠近該等固定件54，使該第一推送桿313與該第二推送桿323同時將該第一筒身311內的該染劑與該第二筒身321內的該緩衝液分別輸送至該第二輸入口24與該第三輸入口26。

參閱圖1、圖2與圖7，該光學單元4包一設置於該微流體晶片2上方或下方的光源模組41，及一設置於微流體晶片2上方的觀測模組42。

於本實施例中，該光源模組41是設置於該微流體晶片2的下方，但不以此為限，該光源模組41亦能設置於該微流體晶片2的上方，或同時在該微流體晶片2的上方及下方皆設置有該光源模組41。

該光源模組41設置於該第二流道28鄰近該漸縮流道27處的下方，並用於照射與該染劑混合後的該細胞液。該光源模組41具有一本體411，及數個設置於該本體411的發光件412。

該本體411具有一呈環狀的基面413、一連接該基面413內周緣並繞一軸線L的內壁面414、一連接該基面413外周緣並繞該軸線L的外壁面415，及一連接該內壁面414與該外壁面415相反於該基面413之一端的端面416。該端面416自內壁面414朝斜上方延伸連接該外壁面415。

該等發光件412繞該軸線L間隔地設置於該端面416。每一發光件412朝該微流體晶片2發出一光線，以用於照射該第二流道28中與該染劑混合後的該細胞液。其中每一發光件412發出的該光線與該微流體晶片2的基座20之間相夾一夾角θ，該夾角θ的角度介於45°~75°之間。

藉由該等發光件412發出的該等光線構成一環形光，且該等光線皆分別與該基座20相夾該夾角θ，使得該等光線穿透該第二流道28中的該細胞液時在每一細胞11的周緣形成陰影(參圖7)，以增加每一細胞11的立體視覺效果，能有效凸顯每一細胞11的輪廓，便能容易觀察到該等細胞11。

在該現有的細胞檢測系統中，使用該螢光染劑及能發出高能量的短波長光線的該螢光顯微鏡，檢測成本較高，而本發明細胞檢測系統1僅需使用一般的染劑及能發出一般波長(如可見光)的光線的該發光件412，便能透過將該等發光件412設置於傾斜的該端面416，使該等發光件412發出的該等光線斜向穿透每一細胞11，而能有效凸顯每一細胞11的輪廓，因此本發明細胞檢測系統1所需花費的檢測成本較少。

值得說明的是，可以藉由在該等發光件412上方設置一濾光片(圖未示)，來控制該等發光件412發出之該等光線的波段，因此能針對不同細胞標的，對應發出不同波段的光線，以便進行檢測及計數。

該觀測模組42用於觀測與該染劑混合後的該細胞液，並具有一用於觀測該第二流道28中與該染劑混合後的該細胞液的顯微裝置421、一連接該顯微裝置421的影像擷取裝置422，及一電連接該影像擷取裝置422的影像辨識裝置(圖未示)。該顯微裝置421為一光學顯微鏡，並具有二個不同放大倍率的物鏡423，及一用於觀測的目鏡424。該影像擷取裝置422為一CCD攝影機，連接於該目鏡424。該影像擷取裝置422透過該目鏡424擷取該第二流道28中與該染劑混合後的該細胞液的一顯微影像(如圖7所示)，該影像擷取裝置422將含有該顯微影像的一影像資訊傳送至該影像辨識裝置。該影像辨識裝置能對該顯微影像中的該等細胞11進行計數及觀測該等細胞11的狀態，並能計算該等細胞11的存活率以及辨識該細胞液是否遭受汙染。該等物鏡423中，放大倍率較低的其中一者主要是用於辨識細胞並進行計數，並用於初步研判該細胞液是否遭受汙染，而放大倍率較高的其中另一者主要是用於進一步觀測並判斷汙染該細胞液的菌種。

參閱圖7，在該細胞液未受汙染的情況下，在該影像擷取裝置422所擷取的顯微影像中只會觀測到該等細胞11。

參閱圖8，然而，若該細胞液受到汙染，在該影像擷取裝置422所擷取的顯微影像中除了能觀測到該等細胞11外，還能觀測到多個帶有沙狀或是菌絲的放射型態的菌體，或如圖8中所示的桿菌。其中，死亡的細胞會被該染劑染色，因此便能容易判斷並計算出該等細胞11的存活率。

本發明細胞檢測系統1主要用於檢測懸浮型的細胞，此種細胞的大小約為10µm以上，而菌體的大小約為5µm以下，圖8中所示的桿菌大小約為1~2µm。

本發明細胞檢測系統1能配合一用於培養細胞的細胞製備系統(圖未示)使用，該細胞製備系統將其培養的一含有多個細胞的細胞液經由一幫浦輸送至該微流體晶片2，並由該第一輸入口22注入該第一流道23中。當該細胞液即將由該第一流道23流動至該混合流道25時，該微量幫浦驅動該第一微量注射器31與該第二微量注射器32同時作動，使該第一微量注射器31將該染劑經由該第二輸入口24輸送至該混合流道25中，同時，該第二微量注射器32將該緩衝液經由該第三輸入口26輸送至該第一流道23中。隨著該微量幫浦的驅動，該第二微量注射器32不斷地將該緩衝液輸送至該第一流道23中，使該緩衝液推送該細胞液於該第一流道23中流動並進入該混合流道25，而該第一微量注射器31則不斷地將該染劑輸送至該混合流道25中，使該染劑與進入該混合流道25的該細胞液進行混合，並在該等彎折段251中均勻地混合。

與該染劑混合後的該細胞液進入該漸縮流道27後，因為該漸縮流道27的該連接段273的截面積逐漸縮小，該小管徑段272單位面積下僅能允許少部分的該等細胞通過，因此可減少進入該第二流道28的該等細胞相互重疊，而影響細胞的觀測及計數。

該細胞液由該漸縮流道27進入該第二流道28後，位於該微流體晶片2下方的該等發光件412朝該第二流道28發出的該等光線斜向穿透該第二流道28中的該細胞液，使每一細胞的周緣形成陰影，能有效凸顯每一細胞的輪廓，以便該影像辨識裝置從該影像擷取裝置422所擷取的該顯微影像中觀測該等細胞的狀態及計算該等細胞的數量。

綜上所述，本發明細胞檢測系統1，藉由該第一微量注射器31將該染劑輸送至該混合流道25中，使該染劑與該細胞液在該微流體晶片2中進行均勻混合，能降低細胞汙染的風險，且當要重複檢測同一細胞液時，不需更換該微流體晶片2與相對應的管路，更能減少耗材成本，此外藉由該等發光件412發出的該等光線斜向穿透該細胞液，使每一細胞的周緣形成陰影，能有效凸顯每一細胞的輪廓，以便於觀測該等細胞的狀態及計算該等細胞的數量，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

1:細胞檢測系統 11:細胞 2:微流體晶片 20:基座 21:微流道單元 22:第一輸入口 23:第一流道 24:第二輸入口 25:混合流道 251:彎折段 26:第三輸入口 27:漸縮流道 271:大管徑段 272:小管徑段 273:連接段 28:第二流道 29:輸出口 3:微量注射單元 31:第一微量注射器 311:第一筒身 312:第一注射頭 313:第一推送桿 32:第二微量注射器 321:第二筒身 322:第二注射頭 323:第二推送桿 4:光學單元 41:光源模組 411:本體 412:發光件 413:基面 414:內壁面 415:外壁面 416:端面 42:觀測模組 421:顯微裝置 422:影像擷取裝置 423:物鏡 424:目鏡 5:注射幫浦 51:驅動馬達 52:驅動螺桿 53:驅動滑塊 54:固定件 W1:寬度 D1:深度 W2:寬度 D2:深度 θ:夾角 L:軸線

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本發明細胞檢測系統的一實施例的一立體示意圖； 圖2是該實施例的一剖視示意圖； 圖3是該實施例的一微流體晶片與一微量注射單元的一管路連接示意圖； 圖4是該實施例的該微流體晶片的一局部放大示意圖； 圖5是沿圖4之線Ⅴ-Ⅴ的一剖視示意圖； 圖6是該實施例的該微量注射單元與一注射幫浦的一立體組合圖； 圖7是該實施例的該微流體晶片的一第二流道的一局部顯微影像圖；及 圖8是該實施例的該微流體晶片的該第二流道的另一局部顯微影像圖，說明一細胞液已遭受汙染。

1:細胞檢測系統

2:微流體晶片

20:基座

21:微流道單元

22:第一輸入口

23:第一流道

24:第二輸入口

25:混合流道

251:彎折段

26:第三輸入口

27:漸縮流道

271:大管徑段

272:小管徑段

273:連接段

28:第二流道

29:輸出口

4:光學單元

41:光源模組

411:本體

412:發光件

414:內壁面

415:外壁面

416:端面

42:觀測模組

421:顯微裝置

422:影像擷取裝置

423:物鏡

424:目鏡

Claims (10)

1. 一種細胞檢測系統，適用於檢測一具有數個細胞的細胞液，並包含： 一微流體晶片，包括一基座，及一設置於該基座並用於供該細胞液流通的微流道單元，該微流道單元具有一用於供該細胞液輸入的第一輸入口、一連通該第一輸入口的第一流道、一連通該第一流道相反於該第一輸入口之一端的混合流道、一連通該混合流道鄰近該第一流道之一端的第二輸入口、一連通該混合流道相反於該第二輸入口之一端的漸縮流道、一連通該漸縮流道相反於該混合流道之一端的第二流道，及一連通該第二流道相反於該漸縮流道之一端的輸出口； 一微量注射單元，包括一流體連接該第二輸入口的第一微量注射器，該第一微量注射器將一染劑由該第二輸入口注入該混合流道，以使該染劑與該細胞液於該混合流道中混合；及 一光學單元，包括一設置於該微流體晶片上方或下方的光源模組，及一設置於微流體晶片上方的觀測模組，該光源模組用於斜向照射與該染劑混合後的該細胞液，該觀測模組用於觀測與該染劑混合後的該細胞液。
2. 如請求項1所述的細胞檢測系統，其中，該微流道單元還包括一連通該第一流道鄰近該第一輸入口之一端的第三輸入口，該微量注射單元還包括一流體連接該第三輸入口的第二微量注射器，該第二微量注射器將一緩衝液由該第三輸入口注入該第一流道，以用於使該緩衝液於該第一流道中推送該細胞液的移動。
3. 如請求項1所述的細胞檢測系統，其中，該混合流道具有數個相連接的彎折段。
4. 如請求項1所述的細胞檢測系統，其中，該漸縮流道具有一連通該混合流道的大管徑段、一連通該第二流道的小管徑段，及一漸縮連通於該大管徑段與該小管徑段之間的連接段。
5. 如請求項4所述的細胞檢測系統，其中，該大管徑段的寬度小於1.2mm，該大管徑段的深度小於0.4mm。
6. 如請求項4所述的細胞檢測系統，其中，該小管徑段的寬度小於0.6mm，該小管徑段的深度小於0.06mm。
7. 如請求項1所述的細胞檢測系統，其中，該光源模組設置於鄰近該第二流道處，並具有一本體，及數個設置於該本體的發光件，該本體具有一傾斜設置的端面，該等發光件間隔地設置於該端面，每一發光件朝該微流體晶片發出一光線，以用於照射該第二流道中與該染劑混合後的該細胞液。
8. 如請求項7所述的細胞檢測系統，其中，該本體還具有一呈環狀的基面、一連接該基面內周緣並繞一軸線的內壁面，及一連接該基面外周緣並繞該軸線的外壁面，該端面連接該內壁面與該外壁面相反於該基面之一端，且該端面自該內壁面斜向延伸連接該外壁面。
9. 如請求項7所述的細胞檢測系統，其中，每一發光件發出的該光線與該微流體晶片的該基座之間相夾一夾角，該夾角的角度介於45°~75°之間。
10. 如請求項1所述的細胞檢測系統，其中，該觀測模組具有一用於觀測該第二流道中與該染劑混合後的該細胞液的顯微裝置，及一連接該顯微裝置的影像擷取裝置，該影像擷取裝置透過該顯微裝置擷取與該染劑混合後的該細胞液的一顯微影像。