利用oled阵列的细胞培养和跟踪的制作方法
利用oled阵列的细胞培养和跟踪的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001 ]在研究和临床诊断中使用流式细胞术以分选生物细胞和其他粒子。在流式细胞术中，单色光束照射包括一个或多个粒子的液流的部分。当液流中的粒子通过照射区域时，粒子朝向一个或多个检测器散射光和/或焚光，检测器感测散射的光和焚光的幅度和波长的变化。这些变化能用于确定粒子的大小、位置和成分。
【发明内容】
[0002]尽管历年的许多改进和升级，但流式细胞术技术具有某些限制和缺点。例如，流式细胞术对于悬浮中的分选混合细胞群体(诸如血细胞)很有用。它对个体细胞或少数细胞群体(诸如干细胞分化期间的移行细胞、有丝分裂后核细胞、原始培养中的肝细胞)不起作用。在这些情况下，研究人员必须利用荧光标记和成像技术来可视化和表征各个细胞。到那时，细胞固定且死亡。
[0003]本技术的实施方式解决了常规流式细胞术和细胞培养的限制和缺点。例如，一个实施方式包括一种用于照射至少一个细胞的系统和照射至少一个细胞的相应方法。在一个示例中，该系统包括具有大约10nm至大约ΙΟΟμπι厚度的透明基板、有机发光二极管(0LED)的阵列、控制器。在操作中，0LED阵列经由透明基板用光照射细胞，可操作地连接到0LED阵列的控制器控制0LED阵列发射的光的强度、波长或二者。
[0004]另一个实施方式包括一种用于培养和/或跟踪至少一个细胞的系统。此系统的示例包括透明基板、二维0LED阵列、电连接到0LED阵列的有源矩阵层、检测器、可操作地连接到有源矩阵层和检测器的处理器。透明基板限定至少部分支撑细胞的第一表面和与第一表面相反的上面布置二维0LED阵列的第二表面。在操作中，二维0LED阵列通过有源矩阵层启动，用于照射细胞。检测器感测被细胞透射、反射、散射和/或发射的光，处理器至少部分基于检测器感测的光控制0LED阵列。
[0005]以上概述仅是例示性的，不意图以任何方式限制。除了例示的方面、实施方式和这里描述的特征，其他方面、实施方式和特征将参考附图和详细描述变得明显。
【附图说明】
[0006]并入此说明书并构成此说明书的一部分的附图例示公开的技术的实施方式，与描述一起用于说明公开的技术的原理。
[0007]图1示出使用有机发光二极管(0LED)培养和跟踪个体活细胞的系统。
[0008]图2是适于与图1的细胞培养和跟踪系统使用的印刷有有源矩阵0LED阵列的腔室玻片的分解图。
[0009]图3是不同像素开启和关闭以形成字母“g”和“u”的有源矩阵0LED阵列的照片。
【具体实施方式】
[0010]本公开描述了一种创新性平台技术，该技术实现了高通量筛选(HTS)、高内容筛选(HCS)和高内容分析(HCA)的功效，可用于揭示未知细胞行为。此平台技术的实施方式可用在基础研究中以及医药、生物技术和临床诊断产业中。更具体地，这里公开的细胞培养和跟踪装置的示例可用于发现和研究不同的细胞行为，其中的许多细胞行为难以预测。由于与个体细胞的大小相似的空间分辨率，示例性细胞培养和跟踪装置也可用于增加HTS的灵敏性。在临床诊断中，示例性细胞培养和跟踪装置能用于识别个体残留癌细胞或其他罕见细胞。
[0011]不同于依赖细胞群体的统计分析的常规流式细胞术和细胞分选术，示例性细胞培养和跟踪系统能同时分析且激活单个细胞。分解单个细胞的这种能力可允许响应于受控光新发现细胞行为。例如，可激活单个体细胞并将其重新编程为干细胞，和/或激活干细胞用于定向分化。
[0012]用于细胞培养和跟踪的系统
[0013]图1示出用于培养和跟踪活细胞和其他粒子的系统100。系统100包括培养箱190中的透明或半透明细胞培养皿110、有机发光二极管(0LED)显示器120、电动平移/旋转台130。培养箱190还包含一个或多个滤光器140、一个或多个物镜150、高速检测器阵列160(诸如电荷耦合器件(CCD)阵列或互补金属氧化物半导体(CMOS)阵列。处理模块170和触摸显示器180经由合适的连接(例如，线缆或无线连接)而连接到培养箱190内部的组件。
[0014]在操作中，细胞培养皿110保持可形成细胞培养物的一个或多个细胞10。细胞10可附着于细胞培养皿110的壁和/或在同样布置在细胞培养皿110中的流体内移动。在一些情况下，细胞培养皿的内部表面可被纹理化或被处理，以促进细胞附着和/或细胞生长。当在细胞培养皿110中播种干细胞系时，干细胞可在三维中增殖为群体和/或在二维中分化和迀移。当用来自单色0LED阵列(例如，0LED阵列120)的光照射时，细胞可阻挡光强度和总通量，使得干细胞的轮廓(landscape)可见。当单独的有源矩阵OLED(AMOLED)单元(未示出)附于细胞培养皿110时，0LED阵列120中的各个子像素能开启和关闭，例如，如图3所示。以此方式，将在显微镜(透镜150和检测器阵列160)下捕捉和监视个体干细胞或分化和迀移细胞。如果干细胞用一个或多个荧光探针标记，则它们可发射能用检测器阵列160检测的荧光。
[0015]细胞培养皿110坐落在有机发光二极管(0LED)显示器120上，有机发光二极管(0LED)显示器120可与细胞培养皿110分离或集成到细胞培养皿110中或细胞培养皿110上。不同于白炽灯和弧光灯，0LED阵列120消耗很少能量并且散出非常少的热，所以即使当它布置为与细胞培养皿110极其接近或直接在细胞培养皿110上也不大可能损坏细胞10。例如，0LED阵列120可印刷在细胞培养皿的外部表面中的一个或多个上，包括弯曲外部表面。此夕卜，利用0LED阵列120而不是常规光源，能够从培养箱190内照射细胞培养物而不会破坏细胞培养环境的温度、湿度和气体。以此方式，研究人员能容易地获取可靠的活细胞图像。
[0016]如本领域技术人员理解的，0LED是发光二极管(LED)，其中发射式电致发光层是响应于电流发光的有机化合物膜。有源矩阵OLED(AMOLED)使用薄膜晶体管(TFT)底板开启或关闭每个个体像素，但是实现了更高的分辨率和更大的显示大小。不同于液晶显示器(LDC)，0LED 120阵列不需要背光。因此，它能显示深黑级别并且能比LCD轻薄。在诸如暗室的低环境光条件下，0LED显示器120屏幕能比LCD实现更高的对比度一因为它不使用背光，黑色真正地不存在光一无论LCD使用冷阴极荧光灯还是LED背光。0LED显示器120还具有相对低的导热性，所以它通常比无机LED显示器每面积发射更少的光。
[0017]如下面更详细描述的，OLED阵列120可包括多个OLED(像素)，每个像素发射透过细胞培养皿110并且朝向细胞10的光。如本领域技术人员理解的，0LED是发光二极管(LED)，其中发射式电致发光层包括响应于电流的施加发光的有机化合物膜。在这些实施方式中，0LED阵列120中的每个像素可以大约是与细胞培养皿110中的细胞10中的一个相同的大小，例如大约 Ιμ??2、2μ??2、5μπι2、1 Ομπι2、25μπι2、50μπι2 或 ΙΟΟμπι2。0LED 阵列 120 中的像素可排列为直线区域、圆形阵列、稀疏阵列或任何其他类型的周期或非周期阵列。例如，0LED阵列120可包括具有10像素X 10像素、100像素X 100像素、1000像素X 1000像素、或任何其他合适数量像素的阵列。每个像素可以使用有源矩阵寻址或任何其他合适的控制方案独立启动，如下面说明的。
[0018]当被照射时，细胞10透射、散射和/或吸收0LED阵列120发射的光中的至少一些。透射、散射和吸收的精确度可变化，能取决于细胞的大小、内部结构、成分(折射率)和相对于发光的0LED阵列120中的像素的方向。例如，球形细胞或粒子可以以与椭圆形粒子或细胞不同的角度散射光。
[0019]细胞10中的一个或多个还可响应于第二波长处的照射在第一波长处发荧光。例如，用蓝光或紫外光照射表示绿色荧光蛋白(GFP)的细胞10导致在大约509nm波长处发射。不表示GFP的细胞10不可在相同波长处发荧光一实际上，它们可在其他波长处(例如，在可见光谱的红色部分中)发荧光(如果能的话)。
[0020]如图1所示，高速相机160经由滤光器140和物镜150感测由细胞培养物中的被照射细胞10中的至少一些透射、散射和/胡发射的光。滤光器140和物镜150都可经由相应的轮(未示出)移动进出光学路径。在一些情况下，系统100可包括由安装在培养箱190中的旋转盘保持的若干物镜150(例如，0.5X至40X常规显微镜物镜)。同样，系统100可包括保持若干滤光器140的旋转滤光器轮(未示出)，每个滤光器140具有不同的中性密度(衰减值) 和/或透射波长(例如509nm)。如果需要，滤光器140可阻挡0LED阵列120在激发波长处发射的光(例如，它可阻挡蓝光或紫外光)并且透射细胞10中的一个或多个发射的荧光(例如，绿光)以防止激发光使相机160饱和。
[0021]在操作中，相机160获取被照射细胞10中的至少一些的一个或多个图像。根据0LED阵列120中的哪些像素是激活的、细胞10的位置和分布、个体10的大小和图像分辨率，相机160可以能够一次分解一个或多个个体细胞10。相机160向处理模块170发送图像数据，处理模块170收集并处理细胞10的时移图像。
[0022]在一些示例中，处理模块170处理来自相机160的图像数据以估计细胞的位置、轨迹和/或速度。例如，处理模块170可基于图像中的被照射像素的数量和质心分别估计给定细胞的大小和中心。可基于逐个图像的质心位置变化估计细胞的轨迹和速度。附加地，能基于关于0LED阵列120发射的光的波长的信息和图像数据确定荧光幅度和光谱。如果需要，处理模块170可使用位置、轨迹、速度、荧光幅度和荧光波长的估计识别细胞培养皿10中的细胞10或粒子中的一个或多个。
[0023]处理模块170也可根据存储在其(非易失性)存储器中的程序、经由触摸显示器180或任何其他合适接口接收的用户命令、和/或响应于处理的图像数据启动0LED阵列120。例如，处理模块170可开启或关闭0LED阵列120中的某些像素以便利特定细胞10或粒子的跟踪和/或识别。处理模块170也可使0LED阵列120中的特定像素发射更多或更少光，在一个或多个不同波长处发光，和/或按特定顺序闪烁。处理模块170可使用此功能创建在时间和/或空间上变化的照射图案以便利细胞培养皿110中的细胞10和粒子的识别和跟踪。因此，细胞培养和跟踪系统100能用于实时的活细胞的识别、表征、细胞培养、操纵和编程。
[0024]处理模块170还可操作地连接到电动台130，电动台130控制细胞培养皿110相对于相机160的位置。电动台130能横向和纵向平移细胞培养皿110并且使它绕其纵轴和横轴旋转。如果需要(例如，响应于用户命令、预编程指令和/或处理的图像数据)，处理模块170可命令电动台130相对于相机160移位和/或旋转和或上下移动细胞培养皿110，例如以将特定对象或区域集中在焦点上或者跟踪移动细胞10或粒子。
[0025]如本领域技术人员容易理解的，处理模块170可包括一个或多个处理器，包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微处理器、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)以及任何合适的总线或路由硬件。处理模块170还可包括易失性存储器和/或非易失性存储器。
[0026]此外，处理模块170可实施为多个形式中的任意形式，诸如安装在机架上的计算机、桌上型计算机、膝上型计算机或平板计算机。附加地，处理模块170可在合适处理能力的设备中实施或被该设备实施，包括个人数字助理(PDA)、智能电话或任何其他合适的便携式或固定电子设备。
[0027]而且，处理模块170可具有一个或多个输入和输出设备，包括触摸显示器180，其可用于呈现用户接口等。能用于提供用户接口的输出设备的示例包括用于输出的可视呈现的触摸显示器180以及打印机或显示屏、和用于输出的可听呈现的扬声器胡其他声音生成设备。能用于用户接口的输入设备的示例包括触摸显示器180、键盘和指点设备(诸如鼠标、触摸板和数字化板)。作为另一个示例，计算机可通过语音识别或以其他可听格式接收输入信息。
[0028]处理模块170可连接到一个或多个计算机或者信息共享网络，包括局域网或广域网，诸如企业网、智能网络(IN)或因特网。这些网络可基于任何合适的技术，可根据任何合适的协议操作，可包括无线网络、有线网络或光纤网络。
[0029]用于照射玻璃器具和塑料器具中的细胞的0LED阵列
[0030]图2更详细地例示图1的细胞培养皿110和0LED阵列120。细胞培养皿110和0LED阵列120能制造为单独的组件或单个集成组件。如将由本领域技术人员容易理解的，它们能用于各种应用，包括常规显微术、无透镜成像、细胞表征、细胞操纵、细胞分离/分选和图1所示的细胞培养和跟踪系统100。
[0031]细胞培养皿110可由在0LED阵列120发射的光的波长处至少部分透明的任何合适材料(包括玻璃器具和塑料器具)形成。它能由单片材料制造，或者如图2所示，由两片或更多片材料制造，诸如保持在具有磁体116和/或粘合剂(例如，胶或紫外线固化的环氧树脂)的透明基板16上并且被可选的盖(未示出)覆盖的腔室112。根据应用，透明基板16可以是刚性或柔性的，能由玻璃、塑料、聚合膜或任何其他合适材料形成。(注意胶状磁体116是用于分离的AM0LED单元与玻璃器具或塑料器具的结合的示范。)细胞培养皿的内部表面中的一个或多个可以被纹理化、图案化、处理或者修改，以促进或增强细胞10的附着和/或细胞培养物生长。细胞培养皿110可以是任何合适的形状或大小，或者可采取腔室玻片、微板(例如，用于高通量筛选)、培养皿或板的形式。细胞培养皿110通常能是任意形状。普通形状包括圆形、正方形、矩形、六边形和其他几何形状。
[0032]0LED显示器120包括夹在金属阴极126与薄膜晶体管(TFT)阵列122之间的有机发射器124，其形成有源矩阵寻址系统的一部分。在一些示例中，这些层中的每个可以相对较薄，0LED的总厚度可以是大约200nm至大约300nm。控制板128形成有源矩阵寻址系统的另一部分。有机发射器124可包括在特定波长(例如，蓝光)处或特定范围的波长上发光的单个类型的材料。它也可包括可能布置为条纹图案或像素化图案的若干不同类型的材料，每种当用电流刺激时在不同波长(例如，红、绿、蓝)处或特定范围的波长上发光。例如，各像素可划分为多个子像素，各子像素中的有机发射器材料的化学结构可改变以发射红光、绿光或蓝光。通过改变到各子像素的电流调整像素的亮度，利用红绿蓝子像素中的电流比率确定像素的总体颜色。如果需要，有机发射器124可分布在规则区域(例如，多边形区域)或非晶区上。此外，有机发射器124可分布在平坦表面、有小面的表面、和/或变形/弯曲表面上。
[0033]如本领域技术人员容易理解的，0LED阵列120可细分为多个区域，通常称为像元素或“像素”。可基于应用和/或期望分辨率选择0LED阵列120中的像素的大小、数量和布置。例如，0LED阵列120中的一个或多个像素可以大约是真核细胞的大小。0LED阵列120可具有成百、成千或上百万个像素。例如，0LED阵列120可包括大约5.4百万个像素，在具有0.67-英寸(17mm)对角线的矩形区域上延伸。0LED阵列的子像素间距可以是4.7μπι X 4.7μπι，这对应于像素大小，在小于4.7μπι处小于人体中大多数体细胞的大小(例如，大约1 Ομπι至大约15Ομπι)。(最小的体细胞是5wii的核红细胞，而最小的人类细胞是3μπι的精细胞。)因为像素可以如此小，所以它们能用于提高跟踪个体细胞的分辨率，例如，至细胞大小的分数。
[0034]如本领域技术人员理解的，0LED阵列120中的每个像素被TFT阵列122中的对应单位单元控制。通常来讲，TFT阵列122中的每个单位单元可包括配置为控制向像素中的有机发射器124施加的电流和/或电压的一个或多个TFT JFT是通过在支撑基板上沉积半导体有源层以及介电层的薄膜和金属触点制成的场效应晶体管。在一些示例中，基板是玻璃或透明和柔性塑料。这不同于半导体材料通常是诸如硅晶片的基板的常规晶体管。TFT阵列122连接到控制板128，其使得用户能够独立开启或关闭各个像素，或者通过操纵输入/输出接口(例如，图1中的触摸显示器180)或者查看处理器(例如，图1中的处理器17)执行的预编程指令。控制板128使得用户能够控制0LED显示器120中的各像素提供的照射的波长、强度和持续时间。例如，图3示出0LED显示器120经由控制板128启动以按预定图案发光一在这种情况下，形成字母“g”和“u”。
[0035]如果需要，0LED阵列120可直接印刷在透明基板116的与腔室112相反的表面上。例如，0LED阵列120可使用丝网印刷、平版印刷(例如，光亥lj)或任何其他合适的技术印刷或沉积在透明基板116上。印刷技术特别引人注目，因为它容易实现，价格合理，能用于使大的0LED显示器相对快速(例如，50-英寸(127cm)显示器小于2分钟)。另选地，0LED阵列120可以是独立组件，在这种情况下，它可使用嵌入式磁体、粘合剂、夹子、钳、紧固件(例如，螺丝)和/或任何其他合适的固定设备与细胞培养装置结合或结合至这些装置。
[0036]在透明基板1 16上形成0LED阵列120消除了透明基板116与0LED阵列120之间的气隙。因为透明基板116与0LED阵列120之间不存在间隙，所以设备能更紧凑，甚至可适合在培养箱(例如，如图1所示)内部。导致的0LED阵列与细胞培养皿110(以及细胞10本身)的接近也可在无需附加光学组件的情况下提高光学系统的分辨率。
[0037]示例
[0038]提供下面的示例以例示本公开的方面。示例不意图限制权利要求的范围。
[0039]示例1:干细胞分化和迀移
[0040]在一个示例中，细胞培养和跟踪系统能用于研究用于早期细胞命运决定的一个或多个因子(诸如能够诱导和/或引导干细胞分化和迀移的转录因子和丝裂原)存在时干细胞的分化和迀移。例如，它能用于观察在SDF-1存在时CXCR4-表达间充质干细胞的迀移。尽管数据示出由于趋化性干细胞附着到丝裂原，大多数细胞的迀移距离在距离播种源大约10细胞半径内。此发现意味着将难以实时测量和量化细胞移动，因为细胞迀移的分辨率小于1mm，这可能太小以至于不能使用常规技术在各细胞培养物玻片或板底部处的标记之间可视化。
[0041]相比之下，类似图1所示的细胞培养和跟踪系统能在印刷在培养皿上与细胞培养腔室相反的0LED的阵列内跟踪细胞。0LED阵列中的0LED具有大约5μπι的像素间距，其与平均干细胞半径相似并且大约是小于干细胞迀移距离的量级。来自0LED阵列的光照射干细胞，来自0LED阵列的与干细胞相反的检测器阵列检测透射光束。类似于0LED阵列，检测器阵列具有等于或小于干细胞的像素间距和迀移距离，使得能够检测基于细胞的迀移。
[0042]示例2:配体结合的筛选分析
[0043]在一些实施方式中，本技术有助于研究与细胞表面受体的配体结合。例如，本技术能用于研究试验配体与靶受体的交互。细胞表面上的靶受体标记有荧光标记，然后用附着到皿底部的0LED在细胞培养皿中培养细胞。用发射绿光的标记有荧光的试验配体孵育细胞，并且靶受体的荧光标记发射红光。
[0044]从0LED发射合适波长的光将导致试验配体和靶受体的荧光。细胞表面上的红色荧光的存在指示存在靶受体。绿色荧光的存在指示试验配体的存在。荧光位置比较指示试验配体是否结合到靶受体。如果绿色荧光不与红色荧光接触，则配体不结合到靶受体。绿色荧光与红色荧光的接触的存在指示配体结合到受体。
[0045]附加地，还能确定试验配体是激动剂还是拮抗剂。如果试验配体是激动剂，则试验配体到靶受体的结合导致靶受体转移到核。如果试验配体是拮抗剂，则试验配体到靶受体的结合导致靶受体停留在细胞表面上。因此，如果从0LED发射的光示出核中的红色荧光，则试验配体激活靶受体。相反，如果红色荧光余留在细胞表面上，则试验配体防止靶受体的激活。
[0046]本技术对于配体结合的筛选分析有效，因为实时图像能系列产生以遵循从初始结合到受体到受体内化、到受体的核转位而不染色和固定细胞的配体结合过程。
[0047]示例3:酶活性测定
[0048]在另一个示例中，基于0LED的细胞培养装置用于研究酶活性。用于目标酶的标记有荧光的底物传递到细胞。仅当底物裂解时检测到荧光。用试验化合物孵育细胞。如果试验化合物抑制目标酶，则底物裂解低且少，如果存在，当0LED在细胞或细胞组下发光时检测荧光。如果试验化合物不抑制酶，则底物裂解发生并且当0LED在细胞或细胞组下发光时检测荧光。如果试验化合物增强酶活性，则大量底物裂解并且在细胞或细胞组下通过0LED的发光检测高荧光量。
[0049]基于0LED的细胞培养装置也能用于捕获提供关于抑制剂的效果的数据的一系列实时图像。例如，它能用于跟踪单个细胞或细胞组随时间的荧光强度变化。此数据能用于确定在用抑制剂处理包含可裂解荧光底物的细胞之后减少荧光所需的时间。
[0050]示例4:细胞增殖
[0051]基于0LED的细胞培养装置也能用于研究试验化合物对细胞增殖的效果。靶细胞被标记有荧光标记，然后在细胞培养皿(具有附着到皿底部的0LED)中培养。用试验化合物孵育靶细胞并且用0LED照射监视，以确定试验化合物是否增加了细胞增殖，如实时更多荧光细胞的检测指示的。数据也能用于确定试验化合物是否防止细胞增殖，如稳态荧光信号指示的，或促进细胞凋亡，如可检测荧光细胞的数量严重减少指示的。跟踪单个或小组细胞的能力减少了对于要试验的大量细胞的需求，提供了化合物的高效高通量筛选的方法。
[0052]示例5:siRNA的高通量筛选
[0053]基于0LED的细胞培养和筛选装置的另一个示例在高通量siRNA筛选中使用。在96-微孔板中培养细胞。接下来，至少一个荧光标记的siRNA转染成各孔中的细胞。第一组孔被转染有相同s i RNA或相同s i RNA组，第二组孔被转染有不同s i RNA或不同的s i RNA组。在转染之后，通过对各个细胞或细胞组成像分析siRNA或siRNA组的效果。通过0LED的荧光检测可用于识别哪些细胞被转染有s i RNA以及s i RNA转染量。不同于其他解决方案，基于0LED的细胞培养和筛选装置促进高通量筛选的效率，因为附着的细胞不必胰蛋白酶化或经受流式细胞术(二者均能降低活细胞的产量)，以确定哪些细胞被成功转染。
[0054]上述实施方式能以任何多种方式实现。例如，实施方式可使用硬件、软件或其组合实现。当用软件实现时，软件代码能在任何合适处理器或处理器集合上运行，无论设置在单个计算机中还是分布在多个计算机之间。
[0055]这里概括的各个方法或处理可编码为在利用多个操作系统或平台中的任一个的一个或多个处理器上可运行的软件。附加地，这种软件可使用多种合适编程语言和/或编程或脚本工具中的任意编写，还可编译为可执行机器语言代码或在框架或虚拟机上执行的中间代码。
[0056]在此方面，各个创新概念可实施为用一个或多个程序编码的计算机可读存储介质(或多个计算机可读存储介质)(例如，计算机存储器，一个或多个软盘，压缩盘，光盘，磁带，闪存，现场可编程门阵列或其他半导体器件中的电路配置，或其他非瞬时性介质或有形计算机存储介质)，当在一个或多个计算机或其他处理器上运行时，程序执行实现以上讨论的本发明的各实施方式的方法。计算机可读介质或多个介质能是可传输的，使得上面存储的程序或多个程序能加载到一个或多个不同计算机或其他处理器上以实现如上讨论的本发明的各方面。
[0057]术语“程序”或“软件”这里一般意义上用于指能用于对计算机编程的任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集或实现以上讨论的实施方式的各个方面的其他处理器。附加地，应该理解，根据一方面，当运行时执行本发明的方法的一个或多个计算机程序无需驻留在单个计算机或处理器上，而是可以以模块形式分布在多个不同计算机或处理器之间以实现本发明的各方面。
[0058]计算机可执行指令可以是多种形式，诸如程序模块，被一个或多个计算机或其他设备执行。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。通常，程序模块的功能可根据需要在各实施方式中组合或分布。
[0059]而且，数据结构可用任何合适形式存储在计算机可读介质中。为了简化说明，数据结构可示出为具有通过数据结构中的位置相关的字段。这种关系可类似地通过为字段存储分配传达字段之间的关系的计算机可读介质中的位置来实现。然而，任何合适的机制可用于建立数据结构的字段中的信息之间的关系，包括通过指针、标签或建立数据元素之间的关系的其他机制的使用。
[0060]流程图的使用不意图针对执行的操作的次序限制。这里描述的主题有时例示不同组件，包含在不同的其他组件内，或与不同的其他组件连接。要理解，这种描述的架构仅是例示的，实际上许多其他架构能实现，其实现了相同的功能。在概念意义上，实现相同功能的任何组件配置有效“关联”，使得实现所需功能。因此，这里组合以实现特定功能的任何两个组件能视为彼此“关联”，使得实现所需功能，而于架构或中间组件无关。同样，如此关联的任何两个组件也能视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现所需功能，并且能够如此关联的任何两个组件也能视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现所需功能。可操作地耦合的特定示例包括但不限于物理可配合和/或物理交互组件和/或无线可交互和/或无线交互组件和/或逻辑交互和/或逻辑可交互组件。
[0061]关于这里基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员能够以对于背景和/或应用适当的方式从复数解释成单数和/或从单数解释成复数。为清楚起见，各种单数/复数排列可以清楚地在这里阐述。
[0062]本领域技术人员将会理解，一般地，这里使用的术语并且特别是在随附权利 要求书中的术语(例如，随附权利要求书的正文)一般旨在为“开放的”术语(例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当解释为“至少具有”，术语“包含”应当解释为“包含但不限于”等)。本领域技术人员还将理解，如果意图特定数量的提出的权利要求详述，这样的意图将在权利要求中明确地叙述，并且在不存在这样的详述的情况下，不存在这样的意图。例如，为帮助理解，以下随附权利要求书可能包含介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求详述。
[0063]然而，使用这样的短语不应当被解释为暗示以“一”引入的权利要求详述将包含这样引入的权利要求详述的任何特定的权利要求限制为只包含一个这样的详述的实施方式，即使是在相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”的词(例如，“一”应当被解释为指“至少一个”或“一个或多个”)的情况下；相同道理对于使用定冠词引入权利要求详述的情况也成立。此外，即使在明确地表述了引入的权利要求详述的特定数量的情况下，本领域中的技术人员也将认识到这样的详述应当解释为是指至少表述的数量(例如，在没有其它修饰语的情况下，仅是“两个详述”的表述是指至少两个详述或者两个或更多详述)。
[0064]此外，在使用了类似于“A、B和C等中至少一个”这样的语句的情况下，一般这种结构旨在表示本领域技术人员可以理解该语句(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”，其包括但是不限于仅具有A的系统、仅具有B的系统、仅具有C的系统，A和B—起的系统、々和(:一起的系统、8和(:一起的系统，和/或A、B和C一起的系统等)。在使用了类似于“A、B或C等中至少之一”的语句的示例中，一般，这种结构意在本领域技术人员会理解该语句(例如，“具有A、B或C中至少之一的系统”将包括但不限于这样的系统:仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A连同B、具有A连同C、具有B连同C、和/或A、B以及C一起等)。
[0065]本领域技术人员将进一步理解，实质上呈现出两个或更多个候选措辞的任何分隔的词语和/或短语，无论是在说明书、权利要求还是在附图中，都应被理解为设想包括一个措辞、包括措辞中任一、或包括措辞两者的可能性。例如，短语“A或者B”将被理解为包括“A”或者“B”或者“A和B”的可能性。
[0066]已经出于例示和描述的目的呈现了例示实施方式的前述描述。不意图穷举或针对公开的精确形式限制，鉴于以上教示，修改和变型是可能的，或者可从公开的实施方式的实践获取。本发明的范围意图由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种用于照射至少一个细胞的系统，所述系统包括: 透明基板，其具有大约10nm至大约ΙΟΟμπι的厚度； 有机发光二极管(0LED)的阵列，其经由所述透明基板与所述至少一个细胞光通信，配置为用光照射所述至少一个细胞；以及 控制器，其可操作地连接到0LED的所述阵列，配置为控制0LED的所述阵列发射的光的强度和波长中的至少一个。2.权利要求1所述的系统，所述系统还包括: 布置为与至少一个0LED光通信的所述至少一个细胞。3.权利要求1所述的系统，其中，所述透明基板包括玻璃、石英和塑料中的至少一种。4.权利要求1所述的系统，其中，所述透明基板限定支撑所述至少一个细胞的第一表面和从所述至少一个细胞与所述第一表面相反的第二表面，并且 其中，0LED的所述阵列与所述透明基板的所述第二表面接触。5.权利要求4所述的系统，其中，0LED的所述阵列印刷在所述透明基板的所述第二表面上。6.权利要求4所述的系统，其中，所述第一表面至少部分限定配置为保持所述至少一个细胞的腔体。7.权利要求4所述的系统，其中，所述第一表面配置为支持所述至少一个细胞到所述第一表面的附着。8.权利要求4所述的系统，其中，所述第二表面包括弯曲部分，其中，0LED的所述阵列至少部分在所述弯曲部分上延伸。9.权利要求4所述的系统，其中，0LED的所述阵列具有大约1Onm至大约50μπι的间距。10.权利要求9所述的系统，其中，所述控制器包括: 薄膜晶体管层，其可操作地连接到0LED的所述阵列，配置为启动0LED的所述阵列中的至少一个0LED。11.权利要求10所述的系统，其中，0LED的所述阵列包括: 至少一个第一0LED，其配置为以第一波长照射所述至少一个细胞；以及 至少一个第二 0LED，其配置为以第二波长照射所述至少一个细胞。12.权利要求1所述的系统，所述系统还包括: 检测器，其与粒子光通信，配置为提供代表通过所述至少一个细胞透射或由所述至少一个细胞发射的辐射的信号；以及 处理器，其可操作地连接到所述检测器，配置为至少部分基于所述信号识别所述至少一个细胞的参数。13.权利要求12所述的系统，其中，所述参数包括所述至少一个细胞的大小、位置、荧光波长、荧光强度、速度和轨迹中的至少一个。14.一种照射至少一个细胞的方法，所述方法包括: 提供与透明基板光通信的至少一个细胞； 用来自有机发光二极管(0LED)的阵列的通过所述透明基板透射的光照射所述至少一个细胞；以及 调制来自0LED的所述阵列的通过所述透明基板透射的光的强度和波长中的至少一个。15.权利要求14所述的方法，其中，提供所述至少一个细胞包括以下中的至少一个: 将所述至少一个细胞布置在至少部分由所述透明基板限定的腔体中； 使所述至少一个细胞在所述透明基板的表面上流动；以及 允许所述至少一个细胞附着至所述透明基板的表面。16.权利要求14所述的方法，其中，OLED的所述阵列包括以大约10nm至大约50的间距隔开的第一 0LED和第二 0LED，其中，照射细胞培养物包括: 从所述第一 0LED发射所述光的第一部分； 从所述第二 0LED发射所述光的第二部分。17.权利要求16所述的方法，其中，照射所述至少一个细胞还包括: 用可操作地连接到OLED的所述阵列的薄膜晶体管层中的晶体管启动所述第一 OLED。18.权利要求16所述的方法，其中，照射所述至少一个细胞还包括: 从所述第一 0LED以第一波长发射所述光的所述第一部分； 从所述第二 0LED以第二波长发射所述光的所述第二部分。19.权利要求18所述的方法，所述方法还包括: 检测通过所述至少一个细胞透射或由所述至少一个细胞发射的辐射； 提供代表所述辐射的电磁信号；以及 至少部分基于所述电磁信号识别与所述至少一个细胞关联的参数。20.权利要求19所述的方法，其中，识别与所述至少一个细胞关联的参数包括估计所述至少一个细胞的大小、位置、速度、荧光波长、荧光强度和轨迹中的至少一个。21.—种用于培养和/或跟踪至少一个细胞的系统，所述系统包括: 透明基板，其具有配置为至少部分支撑所述至少一个细胞的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面； 有机发光二极管(OLED)的二维阵列，其布置在所述透明基板的所述第二表面上，配置为照射所述至少一个细胞； 有源矩阵层，其与0LED的所述二维阵列电通信，配置为启动0LED的所述二维阵列中的至少一个0LED; 检测器，其与所述至少一个细胞光通信，配置为感测被所述至少一个细胞透射、反射、散射和/或发射的光；以及 处理器，其可操作地连接到所述有源矩阵层和所述检测器，配置为至少部分基于所述检测器感测的光控制0LED的所述二维阵列。22.权利要求21所述的系统，其中，0LED的所述二维阵列包括大约Ιμπι至大约50μπι的间距的多个0LED。23.权利要求21所述的系统，其中，0LED的所述二维阵列包括配置为以第一波长发光的至少一个第一 0LED和配置为以第二波长发光的至少一个第二 0LED。24.权利要求21所述的系统，其中，所述有源矩阵层包括配置为启动0LED的所述二维阵列的多个薄膜晶体管。
【专利摘要】描述了使用有机发光二极管(OLED)的阵列照射细胞腔室中的细胞和/或其他粒子的细胞培养和跟踪系统。相比于常规光源，OLED阵列消耗非常少的能量，发出少量废热，所以可以布置在细胞腔室附近或细胞腔室上。例如，它能印刷在细胞腔室本身的一侧。此外，OLED阵列可图案化为像素或子像素(个体OLED)，每个像素或子像素与个体细胞或粒子一样小或者小于个体细胞或粒子。因为像素如此小，所以OLED照射能用于获取具有等于或优于细胞或粒子细胞的空间分辨率的图像。结果，OLED阵列能用于跟踪、监视、识别和操纵细胞培养物内的个体细胞。
【IPC分类】G01N21/00, H01L51/50, G01N21/63
【公开号】CN105492888
【申请号】CN201380079281
【发明人】顾延松
【申请人】英派尔科技开发有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2013年9月5日
【公告号】EP3042180A1, WO2015034505A1
【专利说明】
【背景技术】
[0001 ]在研究和临床诊断中使用流式细胞术以分选生物细胞和其他粒子。在流式细胞术中，单色光束照射包括一个或多个粒子的液流的部分。当液流中的粒子通过照射区域时，粒子朝向一个或多个检测器散射光和/或焚光，检测器感测散射的光和焚光的幅度和波长的变化。这些变化能用于确定粒子的大小、位置和成分。
【发明内容】
[0002]尽管历年的许多改进和升级，但流式细胞术技术具有某些限制和缺点。例如，流式细胞术对于悬浮中的分选混合细胞群体(诸如血细胞)很有用。它对个体细胞或少数细胞群体(诸如干细胞分化期间的移行细胞、有丝分裂后核细胞、原始培养中的肝细胞)不起作用。在这些情况下，研究人员必须利用荧光标记和成像技术来可视化和表征各个细胞。到那时，细胞固定且死亡。
[0003]本技术的实施方式解决了常规流式细胞术和细胞培养的限制和缺点。例如，一个实施方式包括一种用于照射至少一个细胞的系统和照射至少一个细胞的相应方法。在一个示例中，该系统包括具有大约10nm至大约ΙΟΟμπι厚度的透明基板、有机发光二极管(0LED)的阵列、控制器。在操作中，0LED阵列经由透明基板用光照射细胞，可操作地连接到0LED阵列的控制器控制0LED阵列发射的光的强度、波长或二者。
[0004]另一个实施方式包括一种用于培养和/或跟踪至少一个细胞的系统。此系统的示例包括透明基板、二维0LED阵列、电连接到0LED阵列的有源矩阵层、检测器、可操作地连接到有源矩阵层和检测器的处理器。透明基板限定至少部分支撑细胞的第一表面和与第一表面相反的上面布置二维0LED阵列的第二表面。在操作中，二维0LED阵列通过有源矩阵层启动，用于照射细胞。检测器感测被细胞透射、反射、散射和/或发射的光，处理器至少部分基于检测器感测的光控制0LED阵列。
[0005]以上概述仅是例示性的，不意图以任何方式限制。除了例示的方面、实施方式和这里描述的特征，其他方面、实施方式和特征将参考附图和详细描述变得明显。
【附图说明】
[0006]并入此说明书并构成此说明书的一部分的附图例示公开的技术的实施方式，与描述一起用于说明公开的技术的原理。
[0007]图1示出使用有机发光二极管(0LED)培养和跟踪个体活细胞的系统。
[0008]图2是适于与图1的细胞培养和跟踪系统使用的印刷有有源矩阵0LED阵列的腔室玻片的分解图。
[0009]图3是不同像素开启和关闭以形成字母“g”和“u”的有源矩阵0LED阵列的照片。
【具体实施方式】
[0010]本公开描述了一种创新性平台技术，该技术实现了高通量筛选(HTS)、高内容筛选(HCS)和高内容分析(HCA)的功效，可用于揭示未知细胞行为。此平台技术的实施方式可用在基础研究中以及医药、生物技术和临床诊断产业中。更具体地，这里公开的细胞培养和跟踪装置的示例可用于发现和研究不同的细胞行为，其中的许多细胞行为难以预测。由于与个体细胞的大小相似的空间分辨率，示例性细胞培养和跟踪装置也可用于增加HTS的灵敏性。在临床诊断中，示例性细胞培养和跟踪装置能用于识别个体残留癌细胞或其他罕见细胞。
[0011]不同于依赖细胞群体的统计分析的常规流式细胞术和细胞分选术，示例性细胞培养和跟踪系统能同时分析且激活单个细胞。分解单个细胞的这种能力可允许响应于受控光新发现细胞行为。例如，可激活单个体细胞并将其重新编程为干细胞，和/或激活干细胞用于定向分化。
[0012]用于细胞培养和跟踪的系统
[0013]图1示出用于培养和跟踪活细胞和其他粒子的系统100。系统100包括培养箱190中的透明或半透明细胞培养皿110、有机发光二极管(0LED)显示器120、电动平移/旋转台130。培养箱190还包含一个或多个滤光器140、一个或多个物镜150、高速检测器阵列160(诸如电荷耦合器件(CCD)阵列或互补金属氧化物半导体(CMOS)阵列。处理模块170和触摸显示器180经由合适的连接(例如，线缆或无线连接)而连接到培养箱190内部的组件。
[0014]在操作中，细胞培养皿110保持可形成细胞培养物的一个或多个细胞10。细胞10可附着于细胞培养皿110的壁和/或在同样布置在细胞培养皿110中的流体内移动。在一些情况下，细胞培养皿的内部表面可被纹理化或被处理，以促进细胞附着和/或细胞生长。当在细胞培养皿110中播种干细胞系时，干细胞可在三维中增殖为群体和/或在二维中分化和迀移。当用来自单色0LED阵列(例如，0LED阵列120)的光照射时，细胞可阻挡光强度和总通量，使得干细胞的轮廓(landscape)可见。当单独的有源矩阵OLED(AMOLED)单元(未示出)附于细胞培养皿110时，0LED阵列120中的各个子像素能开启和关闭，例如，如图3所示。以此方式，将在显微镜(透镜150和检测器阵列160)下捕捉和监视个体干细胞或分化和迀移细胞。如果干细胞用一个或多个荧光探针标记，则它们可发射能用检测器阵列160检测的荧光。
[0015]细胞培养皿110坐落在有机发光二极管(0LED)显示器120上，有机发光二极管(0LED)显示器120可与细胞培养皿110分离或集成到细胞培养皿110中或细胞培养皿110上。不同于白炽灯和弧光灯，0LED阵列120消耗很少能量并且散出非常少的热，所以即使当它布置为与细胞培养皿110极其接近或直接在细胞培养皿110上也不大可能损坏细胞10。例如，0LED阵列120可印刷在细胞培养皿的外部表面中的一个或多个上，包括弯曲外部表面。此夕卜，利用0LED阵列120而不是常规光源，能够从培养箱190内照射细胞培养物而不会破坏细胞培养环境的温度、湿度和气体。以此方式，研究人员能容易地获取可靠的活细胞图像。
[0016]如本领域技术人员理解的，0LED是发光二极管(LED)，其中发射式电致发光层是响应于电流发光的有机化合物膜。有源矩阵OLED(AMOLED)使用薄膜晶体管(TFT)底板开启或关闭每个个体像素，但是实现了更高的分辨率和更大的显示大小。不同于液晶显示器(LDC)，0LED 120阵列不需要背光。因此，它能显示深黑级别并且能比LCD轻薄。在诸如暗室的低环境光条件下，0LED显示器120屏幕能比LCD实现更高的对比度一因为它不使用背光，黑色真正地不存在光一无论LCD使用冷阴极荧光灯还是LED背光。0LED显示器120还具有相对低的导热性，所以它通常比无机LED显示器每面积发射更少的光。
[0017]如下面更详细描述的，OLED阵列120可包括多个OLED(像素)，每个像素发射透过细胞培养皿110并且朝向细胞10的光。如本领域技术人员理解的，0LED是发光二极管(LED)，其中发射式电致发光层包括响应于电流的施加发光的有机化合物膜。在这些实施方式中，0LED阵列120中的每个像素可以大约是与细胞培养皿110中的细胞10中的一个相同的大小，例如大约 Ιμ??2、2μ??2、5μπι2、1 Ομπι2、25μπι2、50μπι2 或 ΙΟΟμπι2。0LED 阵列 120 中的像素可排列为直线区域、圆形阵列、稀疏阵列或任何其他类型的周期或非周期阵列。例如，0LED阵列120可包括具有10像素X 10像素、100像素X 100像素、1000像素X 1000像素、或任何其他合适数量像素的阵列。每个像素可以使用有源矩阵寻址或任何其他合适的控制方案独立启动，如下面说明的。
[0018]当被照射时，细胞10透射、散射和/或吸收0LED阵列120发射的光中的至少一些。透射、散射和吸收的精确度可变化，能取决于细胞的大小、内部结构、成分(折射率)和相对于发光的0LED阵列120中的像素的方向。例如，球形细胞或粒子可以以与椭圆形粒子或细胞不同的角度散射光。
[0019]细胞10中的一个或多个还可响应于第二波长处的照射在第一波长处发荧光。例如，用蓝光或紫外光照射表示绿色荧光蛋白(GFP)的细胞10导致在大约509nm波长处发射。不表示GFP的细胞10不可在相同波长处发荧光一实际上，它们可在其他波长处(例如，在可见光谱的红色部分中)发荧光(如果能的话)。
[0020]如图1所示，高速相机160经由滤光器140和物镜150感测由细胞培养物中的被照射细胞10中的至少一些透射、散射和/胡发射的光。滤光器140和物镜150都可经由相应的轮(未示出)移动进出光学路径。在一些情况下，系统100可包括由安装在培养箱190中的旋转盘保持的若干物镜150(例如，0.5X至40X常规显微镜物镜)。同样，系统100可包括保持若干滤光器140的旋转滤光器轮(未示出)，每个滤光器140具有不同的中性密度(衰减值) 和/或透射波长(例如509nm)。如果需要，滤光器140可阻挡0LED阵列120在激发波长处发射的光(例如，它可阻挡蓝光或紫外光)并且透射细胞10中的一个或多个发射的荧光(例如，绿光)以防止激发光使相机160饱和。
[0021]在操作中，相机160获取被照射细胞10中的至少一些的一个或多个图像。根据0LED阵列120中的哪些像素是激活的、细胞10的位置和分布、个体10的大小和图像分辨率，相机160可以能够一次分解一个或多个个体细胞10。相机160向处理模块170发送图像数据，处理模块170收集并处理细胞10的时移图像。
[0022]在一些示例中，处理模块170处理来自相机160的图像数据以估计细胞的位置、轨迹和/或速度。例如，处理模块170可基于图像中的被照射像素的数量和质心分别估计给定细胞的大小和中心。可基于逐个图像的质心位置变化估计细胞的轨迹和速度。附加地，能基于关于0LED阵列120发射的光的波长的信息和图像数据确定荧光幅度和光谱。如果需要，处理模块170可使用位置、轨迹、速度、荧光幅度和荧光波长的估计识别细胞培养皿10中的细胞10或粒子中的一个或多个。
[0023]处理模块170也可根据存储在其(非易失性)存储器中的程序、经由触摸显示器180或任何其他合适接口接收的用户命令、和/或响应于处理的图像数据启动0LED阵列120。例如，处理模块170可开启或关闭0LED阵列120中的某些像素以便利特定细胞10或粒子的跟踪和/或识别。处理模块170也可使0LED阵列120中的特定像素发射更多或更少光，在一个或多个不同波长处发光，和/或按特定顺序闪烁。处理模块170可使用此功能创建在时间和/或空间上变化的照射图案以便利细胞培养皿110中的细胞10和粒子的识别和跟踪。因此，细胞培养和跟踪系统100能用于实时的活细胞的识别、表征、细胞培养、操纵和编程。
[0024]处理模块170还可操作地连接到电动台130，电动台130控制细胞培养皿110相对于相机160的位置。电动台130能横向和纵向平移细胞培养皿110并且使它绕其纵轴和横轴旋转。如果需要(例如，响应于用户命令、预编程指令和/或处理的图像数据)，处理模块170可命令电动台130相对于相机160移位和/或旋转和或上下移动细胞培养皿110，例如以将特定对象或区域集中在焦点上或者跟踪移动细胞10或粒子。
[0025]如本领域技术人员容易理解的，处理模块170可包括一个或多个处理器，包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、微处理器、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)以及任何合适的总线或路由硬件。处理模块170还可包括易失性存储器和/或非易失性存储器。
[0026]此外，处理模块170可实施为多个形式中的任意形式，诸如安装在机架上的计算机、桌上型计算机、膝上型计算机或平板计算机。附加地，处理模块170可在合适处理能力的设备中实施或被该设备实施，包括个人数字助理(PDA)、智能电话或任何其他合适的便携式或固定电子设备。
[0027]而且，处理模块170可具有一个或多个输入和输出设备，包括触摸显示器180，其可用于呈现用户接口等。能用于提供用户接口的输出设备的示例包括用于输出的可视呈现的触摸显示器180以及打印机或显示屏、和用于输出的可听呈现的扬声器胡其他声音生成设备。能用于用户接口的输入设备的示例包括触摸显示器180、键盘和指点设备(诸如鼠标、触摸板和数字化板)。作为另一个示例，计算机可通过语音识别或以其他可听格式接收输入信息。
[0028]处理模块170可连接到一个或多个计算机或者信息共享网络，包括局域网或广域网，诸如企业网、智能网络(IN)或因特网。这些网络可基于任何合适的技术，可根据任何合适的协议操作，可包括无线网络、有线网络或光纤网络。
[0029]用于照射玻璃器具和塑料器具中的细胞的0LED阵列
[0030]图2更详细地例示图1的细胞培养皿110和0LED阵列120。细胞培养皿110和0LED阵列120能制造为单独的组件或单个集成组件。如将由本领域技术人员容易理解的，它们能用于各种应用，包括常规显微术、无透镜成像、细胞表征、细胞操纵、细胞分离/分选和图1所示的细胞培养和跟踪系统100。
[0031]细胞培养皿110可由在0LED阵列120发射的光的波长处至少部分透明的任何合适材料(包括玻璃器具和塑料器具)形成。它能由单片材料制造，或者如图2所示，由两片或更多片材料制造，诸如保持在具有磁体116和/或粘合剂(例如，胶或紫外线固化的环氧树脂)的透明基板16上并且被可选的盖(未示出)覆盖的腔室112。根据应用，透明基板16可以是刚性或柔性的，能由玻璃、塑料、聚合膜或任何其他合适材料形成。(注意胶状磁体116是用于分离的AM0LED单元与玻璃器具或塑料器具的结合的示范。)细胞培养皿的内部表面中的一个或多个可以被纹理化、图案化、处理或者修改，以促进或增强细胞10的附着和/或细胞培养物生长。细胞培养皿110可以是任何合适的形状或大小，或者可采取腔室玻片、微板(例如，用于高通量筛选)、培养皿或板的形式。细胞培养皿110通常能是任意形状。普通形状包括圆形、正方形、矩形、六边形和其他几何形状。
[0032]0LED显示器120包括夹在金属阴极126与薄膜晶体管(TFT)阵列122之间的有机发射器124，其形成有源矩阵寻址系统的一部分。在一些示例中，这些层中的每个可以相对较薄，0LED的总厚度可以是大约200nm至大约300nm。控制板128形成有源矩阵寻址系统的另一部分。有机发射器124可包括在特定波长(例如，蓝光)处或特定范围的波长上发光的单个类型的材料。它也可包括可能布置为条纹图案或像素化图案的若干不同类型的材料，每种当用电流刺激时在不同波长(例如，红、绿、蓝)处或特定范围的波长上发光。例如，各像素可划分为多个子像素，各子像素中的有机发射器材料的化学结构可改变以发射红光、绿光或蓝光。通过改变到各子像素的电流调整像素的亮度，利用红绿蓝子像素中的电流比率确定像素的总体颜色。如果需要，有机发射器124可分布在规则区域(例如，多边形区域)或非晶区上。此外，有机发射器124可分布在平坦表面、有小面的表面、和/或变形/弯曲表面上。
[0033]如本领域技术人员容易理解的，0LED阵列120可细分为多个区域，通常称为像元素或“像素”。可基于应用和/或期望分辨率选择0LED阵列120中的像素的大小、数量和布置。例如，0LED阵列120中的一个或多个像素可以大约是真核细胞的大小。0LED阵列120可具有成百、成千或上百万个像素。例如，0LED阵列120可包括大约5.4百万个像素，在具有0.67-英寸(17mm)对角线的矩形区域上延伸。0LED阵列的子像素间距可以是4.7μπι X 4.7μπι，这对应于像素大小，在小于4.7μπι处小于人体中大多数体细胞的大小(例如，大约1 Ομπι至大约15Ομπι)。(最小的体细胞是5wii的核红细胞，而最小的人类细胞是3μπι的精细胞。)因为像素可以如此小，所以它们能用于提高跟踪个体细胞的分辨率，例如，至细胞大小的分数。
[0034]如本领域技术人员理解的，0LED阵列120中的每个像素被TFT阵列122中的对应单位单元控制。通常来讲，TFT阵列122中的每个单位单元可包括配置为控制向像素中的有机发射器124施加的电流和/或电压的一个或多个TFT JFT是通过在支撑基板上沉积半导体有源层以及介电层的薄膜和金属触点制成的场效应晶体管。在一些示例中，基板是玻璃或透明和柔性塑料。这不同于半导体材料通常是诸如硅晶片的基板的常规晶体管。TFT阵列122连接到控制板128，其使得用户能够独立开启或关闭各个像素，或者通过操纵输入/输出接口(例如，图1中的触摸显示器180)或者查看处理器(例如，图1中的处理器17)执行的预编程指令。控制板128使得用户能够控制0LED显示器120中的各像素提供的照射的波长、强度和持续时间。例如，图3示出0LED显示器120经由控制板128启动以按预定图案发光一在这种情况下，形成字母“g”和“u”。
[0035]如果需要，0LED阵列120可直接印刷在透明基板116的与腔室112相反的表面上。例如，0LED阵列120可使用丝网印刷、平版印刷(例如，光亥lj)或任何其他合适的技术印刷或沉积在透明基板116上。印刷技术特别引人注目，因为它容易实现，价格合理，能用于使大的0LED显示器相对快速(例如，50-英寸(127cm)显示器小于2分钟)。另选地，0LED阵列120可以是独立组件，在这种情况下，它可使用嵌入式磁体、粘合剂、夹子、钳、紧固件(例如，螺丝)和/或任何其他合适的固定设备与细胞培养装置结合或结合至这些装置。
[0036]在透明基板1 16上形成0LED阵列120消除了透明基板116与0LED阵列120之间的气隙。因为透明基板116与0LED阵列120之间不存在间隙，所以设备能更紧凑，甚至可适合在培养箱(例如，如图1所示)内部。导致的0LED阵列与细胞培养皿110(以及细胞10本身)的接近也可在无需附加光学组件的情况下提高光学系统的分辨率。
[0037]示例
[0038]提供下面的示例以例示本公开的方面。示例不意图限制权利要求的范围。
[0039]示例1:干细胞分化和迀移
[0040]在一个示例中，细胞培养和跟踪系统能用于研究用于早期细胞命运决定的一个或多个因子(诸如能够诱导和/或引导干细胞分化和迀移的转录因子和丝裂原)存在时干细胞的分化和迀移。例如，它能用于观察在SDF-1存在时CXCR4-表达间充质干细胞的迀移。尽管数据示出由于趋化性干细胞附着到丝裂原，大多数细胞的迀移距离在距离播种源大约10细胞半径内。此发现意味着将难以实时测量和量化细胞移动，因为细胞迀移的分辨率小于1mm，这可能太小以至于不能使用常规技术在各细胞培养物玻片或板底部处的标记之间可视化。
[0041]相比之下，类似图1所示的细胞培养和跟踪系统能在印刷在培养皿上与细胞培养腔室相反的0LED的阵列内跟踪细胞。0LED阵列中的0LED具有大约5μπι的像素间距，其与平均干细胞半径相似并且大约是小于干细胞迀移距离的量级。来自0LED阵列的光照射干细胞，来自0LED阵列的与干细胞相反的检测器阵列检测透射光束。类似于0LED阵列，检测器阵列具有等于或小于干细胞的像素间距和迀移距离，使得能够检测基于细胞的迀移。
[0042]示例2:配体结合的筛选分析
[0043]在一些实施方式中，本技术有助于研究与细胞表面受体的配体结合。例如，本技术能用于研究试验配体与靶受体的交互。细胞表面上的靶受体标记有荧光标记，然后用附着到皿底部的0LED在细胞培养皿中培养细胞。用发射绿光的标记有荧光的试验配体孵育细胞，并且靶受体的荧光标记发射红光。
[0044]从0LED发射合适波长的光将导致试验配体和靶受体的荧光。细胞表面上的红色荧光的存在指示存在靶受体。绿色荧光的存在指示试验配体的存在。荧光位置比较指示试验配体是否结合到靶受体。如果绿色荧光不与红色荧光接触，则配体不结合到靶受体。绿色荧光与红色荧光的接触的存在指示配体结合到受体。
[0045]附加地，还能确定试验配体是激动剂还是拮抗剂。如果试验配体是激动剂，则试验配体到靶受体的结合导致靶受体转移到核。如果试验配体是拮抗剂，则试验配体到靶受体的结合导致靶受体停留在细胞表面上。因此，如果从0LED发射的光示出核中的红色荧光，则试验配体激活靶受体。相反，如果红色荧光余留在细胞表面上，则试验配体防止靶受体的激活。
[0046]本技术对于配体结合的筛选分析有效，因为实时图像能系列产生以遵循从初始结合到受体到受体内化、到受体的核转位而不染色和固定细胞的配体结合过程。
[0047]示例3:酶活性测定
[0048]在另一个示例中，基于0LED的细胞培养装置用于研究酶活性。用于目标酶的标记有荧光的底物传递到细胞。仅当底物裂解时检测到荧光。用试验化合物孵育细胞。如果试验化合物抑制目标酶，则底物裂解低且少，如果存在，当0LED在细胞或细胞组下发光时检测荧光。如果试验化合物不抑制酶，则底物裂解发生并且当0LED在细胞或细胞组下发光时检测荧光。如果试验化合物增强酶活性，则大量底物裂解并且在细胞或细胞组下通过0LED的发光检测高荧光量。
[0049]基于0LED的细胞培养装置也能用于捕获提供关于抑制剂的效果的数据的一系列实时图像。例如，它能用于跟踪单个细胞或细胞组随时间的荧光强度变化。此数据能用于确定在用抑制剂处理包含可裂解荧光底物的细胞之后减少荧光所需的时间。
[0050]示例4:细胞增殖
[0051]基于0LED的细胞培养装置也能用于研究试验化合物对细胞增殖的效果。靶细胞被标记有荧光标记，然后在细胞培养皿(具有附着到皿底部的0LED)中培养。用试验化合物孵育靶细胞并且用0LED照射监视，以确定试验化合物是否增加了细胞增殖，如实时更多荧光细胞的检测指示的。数据也能用于确定试验化合物是否防止细胞增殖，如稳态荧光信号指示的，或促进细胞凋亡，如可检测荧光细胞的数量严重减少指示的。跟踪单个或小组细胞的能力减少了对于要试验的大量细胞的需求，提供了化合物的高效高通量筛选的方法。
[0052]示例5:siRNA的高通量筛选
[0053]基于0LED的细胞培养和筛选装置的另一个示例在高通量siRNA筛选中使用。在96-微孔板中培养细胞。接下来，至少一个荧光标记的siRNA转染成各孔中的细胞。第一组孔被转染有相同s i RNA或相同s i RNA组，第二组孔被转染有不同s i RNA或不同的s i RNA组。在转染之后，通过对各个细胞或细胞组成像分析siRNA或siRNA组的效果。通过0LED的荧光检测可用于识别哪些细胞被转染有s i RNA以及s i RNA转染量。不同于其他解决方案，基于0LED的细胞培养和筛选装置促进高通量筛选的效率，因为附着的细胞不必胰蛋白酶化或经受流式细胞术(二者均能降低活细胞的产量)，以确定哪些细胞被成功转染。
[0054]上述实施方式能以任何多种方式实现。例如，实施方式可使用硬件、软件或其组合实现。当用软件实现时，软件代码能在任何合适处理器或处理器集合上运行，无论设置在单个计算机中还是分布在多个计算机之间。
[0055]这里概括的各个方法或处理可编码为在利用多个操作系统或平台中的任一个的一个或多个处理器上可运行的软件。附加地，这种软件可使用多种合适编程语言和/或编程或脚本工具中的任意编写，还可编译为可执行机器语言代码或在框架或虚拟机上执行的中间代码。
[0056]在此方面，各个创新概念可实施为用一个或多个程序编码的计算机可读存储介质(或多个计算机可读存储介质)(例如，计算机存储器，一个或多个软盘，压缩盘，光盘，磁带，闪存，现场可编程门阵列或其他半导体器件中的电路配置，或其他非瞬时性介质或有形计算机存储介质)，当在一个或多个计算机或其他处理器上运行时，程序执行实现以上讨论的本发明的各实施方式的方法。计算机可读介质或多个介质能是可传输的，使得上面存储的程序或多个程序能加载到一个或多个不同计算机或其他处理器上以实现如上讨论的本发明的各方面。
[0057]术语“程序”或“软件”这里一般意义上用于指能用于对计算机编程的任何类型的计算机代码或计算机可执行指令集或实现以上讨论的实施方式的各个方面的其他处理器。附加地，应该理解，根据一方面，当运行时执行本发明的方法的一个或多个计算机程序无需驻留在单个计算机或处理器上，而是可以以模块形式分布在多个不同计算机或处理器之间以实现本发明的各方面。
[0058]计算机可执行指令可以是多种形式，诸如程序模块，被一个或多个计算机或其他设备执行。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。通常，程序模块的功能可根据需要在各实施方式中组合或分布。
[0059]而且，数据结构可用任何合适形式存储在计算机可读介质中。为了简化说明，数据结构可示出为具有通过数据结构中的位置相关的字段。这种关系可类似地通过为字段存储分配传达字段之间的关系的计算机可读介质中的位置来实现。然而，任何合适的机制可用于建立数据结构的字段中的信息之间的关系，包括通过指针、标签或建立数据元素之间的关系的其他机制的使用。
[0060]流程图的使用不意图针对执行的操作的次序限制。这里描述的主题有时例示不同组件，包含在不同的其他组件内，或与不同的其他组件连接。要理解，这种描述的架构仅是例示的，实际上许多其他架构能实现，其实现了相同的功能。在概念意义上，实现相同功能的任何组件配置有效“关联”，使得实现所需功能。因此，这里组合以实现特定功能的任何两个组件能视为彼此“关联”，使得实现所需功能，而于架构或中间组件无关。同样，如此关联的任何两个组件也能视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现所需功能，并且能够如此关联的任何两个组件也能视为彼此“可操作地连接”或“可操作地耦合”以实现所需功能。可操作地耦合的特定示例包括但不限于物理可配合和/或物理交互组件和/或无线可交互和/或无线交互组件和/或逻辑交互和/或逻辑可交互组件。
[0061]关于这里基本上任何复数和/或单数术语的使用，本领域技术人员能够以对于背景和/或应用适当的方式从复数解释成单数和/或从单数解释成复数。为清楚起见，各种单数/复数排列可以清楚地在这里阐述。
[0062]本领域技术人员将会理解，一般地，这里使用的术语并且特别是在随附权利 要求书中的术语(例如，随附权利要求书的正文)一般旨在为“开放的”术语(例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当解释为“至少具有”，术语“包含”应当解释为“包含但不限于”等)。本领域技术人员还将理解，如果意图特定数量的提出的权利要求详述，这样的意图将在权利要求中明确地叙述，并且在不存在这样的详述的情况下，不存在这样的意图。例如，为帮助理解，以下随附权利要求书可能包含介绍性短语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求详述。
[0063]然而，使用这样的短语不应当被解释为暗示以“一”引入的权利要求详述将包含这样引入的权利要求详述的任何特定的权利要求限制为只包含一个这样的详述的实施方式，即使是在相同的权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”的词(例如，“一”应当被解释为指“至少一个”或“一个或多个”)的情况下；相同道理对于使用定冠词引入权利要求详述的情况也成立。此外，即使在明确地表述了引入的权利要求详述的特定数量的情况下，本领域中的技术人员也将认识到这样的详述应当解释为是指至少表述的数量(例如，在没有其它修饰语的情况下，仅是“两个详述”的表述是指至少两个详述或者两个或更多详述)。
[0064]此外，在使用了类似于“A、B和C等中至少一个”这样的语句的情况下，一般这种结构旨在表示本领域技术人员可以理解该语句(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”，其包括但是不限于仅具有A的系统、仅具有B的系统、仅具有C的系统，A和B—起的系统、々和(:一起的系统、8和(:一起的系统，和/或A、B和C一起的系统等)。在使用了类似于“A、B或C等中至少之一”的语句的示例中，一般，这种结构意在本领域技术人员会理解该语句(例如，“具有A、B或C中至少之一的系统”将包括但不限于这样的系统:仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A连同B、具有A连同C、具有B连同C、和/或A、B以及C一起等)。
[0065]本领域技术人员将进一步理解，实质上呈现出两个或更多个候选措辞的任何分隔的词语和/或短语，无论是在说明书、权利要求还是在附图中，都应被理解为设想包括一个措辞、包括措辞中任一、或包括措辞两者的可能性。例如，短语“A或者B”将被理解为包括“A”或者“B”或者“A和B”的可能性。
[0066]已经出于例示和描述的目的呈现了例示实施方式的前述描述。不意图穷举或针对公开的精确形式限制，鉴于以上教示，修改和变型是可能的，或者可从公开的实施方式的实践获取。本发明的范围意图由所附权利要求及其等同物限定。
【主权项】
1.一种用于照射至少一个细胞的系统，所述系统包括: 透明基板，其具有大约10nm至大约ΙΟΟμπι的厚度； 有机发光二极管(0LED)的阵列，其经由所述透明基板与所述至少一个细胞光通信，配置为用光照射所述至少一个细胞；以及 控制器，其可操作地连接到0LED的所述阵列，配置为控制0LED的所述阵列发射的光的强度和波长中的至少一个。2.权利要求1所述的系统，所述系统还包括: 布置为与至少一个0LED光通信的所述至少一个细胞。3.权利要求1所述的系统，其中，所述透明基板包括玻璃、石英和塑料中的至少一种。4.权利要求1所述的系统，其中，所述透明基板限定支撑所述至少一个细胞的第一表面和从所述至少一个细胞与所述第一表面相反的第二表面，并且 其中，0LED的所述阵列与所述透明基板的所述第二表面接触。5.权利要求4所述的系统，其中，0LED的所述阵列印刷在所述透明基板的所述第二表面上。6.权利要求4所述的系统，其中，所述第一表面至少部分限定配置为保持所述至少一个细胞的腔体。7.权利要求4所述的系统，其中，所述第一表面配置为支持所述至少一个细胞到所述第一表面的附着。8.权利要求4所述的系统，其中，所述第二表面包括弯曲部分，其中，0LED的所述阵列至少部分在所述弯曲部分上延伸。9.权利要求4所述的系统，其中，0LED的所述阵列具有大约1Onm至大约50μπι的间距。10.权利要求9所述的系统，其中，所述控制器包括: 薄膜晶体管层，其可操作地连接到0LED的所述阵列，配置为启动0LED的所述阵列中的至少一个0LED。11.权利要求10所述的系统，其中，0LED的所述阵列包括: 至少一个第一0LED，其配置为以第一波长照射所述至少一个细胞；以及 至少一个第二 0LED，其配置为以第二波长照射所述至少一个细胞。12.权利要求1所述的系统，所述系统还包括: 检测器，其与粒子光通信，配置为提供代表通过所述至少一个细胞透射或由所述至少一个细胞发射的辐射的信号；以及 处理器，其可操作地连接到所述检测器，配置为至少部分基于所述信号识别所述至少一个细胞的参数。13.权利要求12所述的系统，其中，所述参数包括所述至少一个细胞的大小、位置、荧光波长、荧光强度、速度和轨迹中的至少一个。14.一种照射至少一个细胞的方法，所述方法包括: 提供与透明基板光通信的至少一个细胞； 用来自有机发光二极管(0LED)的阵列的通过所述透明基板透射的光照射所述至少一个细胞；以及 调制来自0LED的所述阵列的通过所述透明基板透射的光的强度和波长中的至少一个。15.权利要求14所述的方法，其中，提供所述至少一个细胞包括以下中的至少一个: 将所述至少一个细胞布置在至少部分由所述透明基板限定的腔体中； 使所述至少一个细胞在所述透明基板的表面上流动；以及 允许所述至少一个细胞附着至所述透明基板的表面。16.权利要求14所述的方法，其中，OLED的所述阵列包括以大约10nm至大约50的间距隔开的第一 0LED和第二 0LED，其中，照射细胞培养物包括: 从所述第一 0LED发射所述光的第一部分； 从所述第二 0LED发射所述光的第二部分。17.权利要求16所述的方法，其中，照射所述至少一个细胞还包括: 用可操作地连接到OLED的所述阵列的薄膜晶体管层中的晶体管启动所述第一 OLED。18.权利要求16所述的方法，其中，照射所述至少一个细胞还包括: 从所述第一 0LED以第一波长发射所述光的所述第一部分； 从所述第二 0LED以第二波长发射所述光的所述第二部分。19.权利要求18所述的方法，所述方法还包括: 检测通过所述至少一个细胞透射或由所述至少一个细胞发射的辐射； 提供代表所述辐射的电磁信号；以及 至少部分基于所述电磁信号识别与所述至少一个细胞关联的参数。20.权利要求19所述的方法，其中，识别与所述至少一个细胞关联的参数包括估计所述至少一个细胞的大小、位置、速度、荧光波长、荧光强度和轨迹中的至少一个。21.—种用于培养和/或跟踪至少一个细胞的系统，所述系统包括: 透明基板，其具有配置为至少部分支撑所述至少一个细胞的第一表面和与所述第一表面相反的第二表面； 有机发光二极管(OLED)的二维阵列，其布置在所述透明基板的所述第二表面上，配置为照射所述至少一个细胞； 有源矩阵层，其与0LED的所述二维阵列电通信，配置为启动0LED的所述二维阵列中的至少一个0LED; 检测器，其与所述至少一个细胞光通信，配置为感测被所述至少一个细胞透射、反射、散射和/或发射的光；以及 处理器，其可操作地连接到所述有源矩阵层和所述检测器，配置为至少部分基于所述检测器感测的光控制0LED的所述二维阵列。22.权利要求21所述的系统，其中，0LED的所述二维阵列包括大约Ιμπι至大约50μπι的间距的多个0LED。23.权利要求21所述的系统，其中，0LED的所述二维阵列包括配置为以第一波长发光的至少一个第一 0LED和配置为以第二波长发光的至少一个第二 0LED。24.权利要求21所述的系统，其中，所述有源矩阵层包括配置为启动0LED的所述二维阵列的多个薄膜晶体管。
【专利摘要】描述了使用有机发光二极管(OLED)的阵列照射细胞腔室中的细胞和/或其他粒子的细胞培养和跟踪系统。相比于常规光源，OLED阵列消耗非常少的能量，发出少量废热，所以可以布置在细胞腔室附近或细胞腔室上。例如，它能印刷在细胞腔室本身的一侧。此外，OLED阵列可图案化为像素或子像素(个体OLED)，每个像素或子像素与个体细胞或粒子一样小或者小于个体细胞或粒子。因为像素如此小，所以OLED照射能用于获取具有等于或优于细胞或粒子细胞的空间分辨率的图像。结果，OLED阵列能用于跟踪、监视、识别和操纵细胞培养物内的个体细胞。
【IPC分类】G01N21/00, H01L51/50, G01N21/63
【公开号】CN105492888
【申请号】CN201380079281
【发明人】顾延松
【申请人】英派尔科技开发有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2013年9月5日
【公告号】EP3042180A1, WO2015034505A1
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