一种用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置及方法

本发明属于细胞研究领域，特别涉及一种用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置及方法。

背景技术：

1、在生物医学研究中，细胞的筛选、挑取、捕获是一项重要的工作。细胞捕获分离作为生物学、医疗诊断、毒理监测等方面的重要实验内容，一直是实验室研究的一个热点。细胞捕获分离后可用于细胞计数、细胞培养、细胞免疫及细胞周期状态观测等后续实验，是一种必不可少的实验手段。

2、传统方法中，这一过程通常需要手工操作，效率低且容易受到操作者技能水平的影响，目前虽然存在相关的细胞捕获装置，但是现有的细胞捕获装置普遍存在体积较大拆卸不便的问题。当需要使用时，需要先将倒置生物显微镜的上半部分进行拆解，影响实时观察的同时操作难度较高，并存在适用性差的问题，进而影响实验效率。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置及方法，以解决现有技术中的装置在捕获单细胞时存在体积较大、拆卸不便、操作难度高且适用性差，进而影响实验效率的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，包括倒置显微镜、细胞捕获组件和细胞捕获装置控制盒。

4、所述的细胞捕获组件包括连接件和捕获组件主体，所述的连接件由一块水平板和一块竖直板垂直连接构成；所述的水平板上转动安装有旋转螺丝，所述的旋转螺丝中心轴垂直于水平板；所述的倒置显微镜的聚光镜下部开设有与旋转螺丝对应的螺纹槽；所述的旋转螺丝能够安装进该螺纹槽内部。

5、所述的捕获组件主体包括升降平台和连接梁，所述的升降平台与连接件的竖直板滑动连接且能够沿竖直板上下运动；所述的连接梁水平设置，且连接梁的一端与升降平台靠近旋转螺丝的一端连接。

6、所述的连接梁另一端通过微泵接头与毛细吸头连接；所述的毛细吸头向下竖直设置，所述的微泵接头上还连接有光纤。

7、所述的倒置显微镜的载物台上放置有能够搭载单细胞的筛选细胞培养板。

8、所述的细胞捕获装置控制盒包括串行通信接口、光纤放大器和气路接口。

9、所述的串行通信接口与外部控制系统连接；所述的光纤放大器与光纤电连接；所述的气路接口一端与微泵接头通过管线连接，气路接口另一端与外部微泵一端连接，所述的外部微泵另一端与细胞储存装置连接。

10、本发明还具有以下特征：

11、进一步地，所述的捕获组件主体还包括转动电机；所述的转动电机与连接件的竖直板固定连接，所述的转动电机还与外部控制系统电连接。

12、所述的转动电机的输出轴向下竖直设置且同轴连接有螺纹杆；所述的升降平台上开设有与螺纹杆相匹配的竖向贯通的螺纹孔，所述的螺纹杆进入该螺纹孔内部。

13、所述的连接件的竖直板上开设有至少一条竖向的滑动槽，所述的升降平台上开设有与滑动槽对应的滚珠槽；所述的滚珠槽内安装有滚珠，所述的滚珠一部分滚动安装在滚珠槽内，另一部分滚动进入滑动槽内。

14、进一步地，所述的连接件的竖直板上开设有两条竖向设置且相互平行的滑动槽，所述的升降平台上开设有与两条滑动槽一一对应的滚珠槽。

15、进一步地，所述的捕获组件主体还包括连接板；

16、所述的连接板为包括水平段和竖直段的“l”形板，所述的连接板的水平段与转动电机底部固定连接，所述的转动电机的螺纹杆转动贯穿连接板水平段；所述的连接板竖直段与连接件的竖直板固定连接。

17、进一步地，所述的筛选细胞培养板下端面通过玻璃盖板密封设置，所述的筛选细胞培养板上连接有ph探头。

18、进一步地，所述的连接件的水平板上开设有竖向贯通的转动孔；所述的转动孔内径与所述的旋转螺丝外径相匹配；

19、所述的旋转螺丝下端与转动盘同轴连接，所述的转动盘外径大于转动孔内径；所述的旋转螺丝能够自上而下地进入转动孔；所述的转动盘与连接件的水平板底部转动连接；

20、所述的旋转螺丝高度大于连接件的水平板厚度。

21、进一步地，还包括培养箱和温湿度控制盒；

22、所述的培养箱与温湿度控制盒同时通过电连接和气路连接两种方式连接，所述的培养箱搭载在倒置显微镜上。

23、进一步地，所述的旋转螺丝采用光敏树脂或铝合金材料。

24、所述的捕获组件主体采用光敏树脂、铝合金或abs塑料材料。

25、所述的升降平台和连接梁采用光敏树脂或abs塑料材料。

26、所述的毛细吸头采用透明生物友好性高精度光敏树脂或玻璃。

27、所述的滚珠采用金属或abs塑料材料。

28、所述的细胞捕获装置控制盒的外壳采用光敏树脂、铝合金或abs塑料材料。

29、所述的筛选细胞培养板采用透明生物友好性高精度光敏树脂或聚苯乙烯塑料材料。

30、一种倒置生物显微镜下的单细胞捕获方法，该方法基于上述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，包括以下步骤：

31、步骤1，安装所述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，令升降平台(6)升至最高处；

32、步骤2，确定本次需要捕获的目标单细胞，并确定毛细吸头每次下降的距离，以及毛细吸头与筛选细胞培养板之间的目标距离；

33、步骤3，使用外部控制系统控制转动电机的输出轴转动，进而带动升降平台下降一次；

34、步骤4，升降平台停止下降，外部控制系统控制倒置生物显微镜的相机拍摄一张目标单细胞的实时成像图像并接收；

35、步骤5，外部控制系统根据光纤发出的光斑清晰度对本次的下降距离进行测算，并判断本次下降距离是否与设定的下降距离相等；

36、若是，则直接进入下一步；

37、若不是，则外部控制系统根据本次下降距离与设定的下降距离的差值，令升降平台继续提升或下降，直至本次下降距离与设定的下降距离相等后进入下一步；

38、步骤6，重复步骤3-5，直至毛细吸头筛选细胞培养板之间的距离达到目标距离；

39、步骤7，使用毛细吸头(利用负压吸力捕获筛选细胞培养板内的目标单细胞；

40、步骤8，将捕获到的目标单细胞存入细胞储存装置。

41、进一步地，所述的步骤2中，毛细吸头每次下降1mm；

42、下降9次后每次下降50μm，直至外部控制系统判断接近目标范围后，每次下降10μm。

43、所述的步骤5中，外部控制系统根据光纤发出的光斑清晰度，使用pfs算法对本次的下降距离进行测算。

44、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

45、(ⅰ)本发明的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置中，细胞捕获组件设计小巧，能够根据不同规格的倒置生物显微镜进行定制，只需要改变旋转螺丝的规格即可适配不同的倒置生物显微镜，拆卸便捷的同时适用性强。同时，通过升降平台的上下运动即可带动毛细吸头移动，实现对于单细胞的捕获，操作便捷，提升了实验的整体效率。

46、(ⅱ)本发明的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置通过集成在倒置生物显微镜上的方式，在不影响其正常使用的情况下即可实现细胞捕获工作的可视化，此外，在拆装本装置时不需要拆卸倒置生物显微镜，操作便捷的同时延长倒置生物显微镜的使用寿命。

47、(ⅲ)本发明的倒置生物显微镜下的单细胞捕获方法中，通过携光纤进行距离校准通过光纤在不同距离下所产生的光斑清晰度的差异，进行pfs校准，从而控制毛细吸头停在正确位置。在将目标细胞吸入毛细吸头后，可以操纵微型精密步进电机将升降平台上升到顶部，从而可以自由地更换培养板或孔板，后续根据需要可再将升降平台下降到适当高度后利用正压通过毛细吸头将目标细胞释放出去，实现自动控制的同时提升了效率，适用于工业上大规模使用与推广。

技术特征：

1.一种用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，其特征在于，包括倒置显微镜(1)、细胞捕获组件(2)和细胞捕获装置控制盒(13)；

2.如权利要求1所述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，其特征在于，所述的捕获组件主体(4)还包括转动电机(17)；所述的转动电机(17)与连接件(3)的竖直板固定连接，所述的转动电机(17)还与外部控制系统电连接；

3.如权利要求2所述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，其特征在于，所述的连接件(3)的竖直板上开设有两条竖向设置且相互平行的滑动槽，所述的升降平台(6)上开设有与两条滑动槽一一对应的滚珠槽。

4.如权利要求2所述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，其特征在于，所述的捕获组件主体(4)还包括连接板(20)；

5.如权利要求1所述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，其特征在于，所述的筛选细胞培养板(12)下端面通过玻璃盖板(21)密封设置，所述的筛选细胞培养板(12)上连接有ph探头(22)。

6.如权利要求4所述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，其特征在于，所述的连接件(3)的水平板上开设有竖向贯通的转动孔；所述的转动孔内径与所述的旋转螺丝(5)外径相匹配；

7.如权利要求6所述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，其特征在于，还包括培养箱(24)和温湿度控制盒(25)；

8.如权利要求7所述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，其特征在于，所述的旋转螺丝(5)采用光敏树脂或铝合金材料；

9.一种倒置生物显微镜下的单细胞捕获方法，该方法基于权利要求8所述的用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述的倒置生物显微镜下的单细胞捕获方法，其特征在于，所述的步骤2中，毛细吸头(10)每次下降1mm；

技术总结
本发明公开了一种用于倒置生物显微镜下的单细胞捕获装置及方法，细胞捕获组件设计小巧，能够根据不同规格的倒置生物显微镜进行定制，只需要改变旋转螺丝的规格即可适配不同的倒置生物显微镜，拆卸便捷的同时适用性强。同时，通过升降平台的上下运动即可带动毛细吸头移动实现对于单细胞的捕获，操作便捷，提升了实验的整体效率。单细胞捕获装置通过集成在倒置生物显微镜上的方式，在不影响其正常使用的情况下即可实现细胞捕获工作的可视化，此外，在拆装本装置时不需要拆卸倒置生物显微镜，操作便捷的同时延长倒置生物显微镜的使用寿命。

技术研发人员：张策,谢历强,尹乾宇,孙聃,代亮
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23