[發(fā)明專利]顯微注射用單細胞微操作裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810019091.8
• 申請日: 2008-01-11
• 公開（公告）號: CN101481653A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 章維一;侯麗雅;田桂中
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36
• 代理公司: 南京理工大學專利中心
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微系統(tǒng)技術(shù)，涉及基于機械運動與流場流動耦合作用的單細胞微操作裝置，特別是一種顯微注射用單細胞微操作裝置。?

背景技術(shù)

在不同的細胞工程應(yīng)用場合，顯微注射對細胞的操作目標是不同的，如受精卵原核注射的雌原核、卵母細胞極體重組的極體、單精子顯微注射的紡錘體等，要求精確定位被操作細胞的位置和姿態(tài)。現(xiàn)有單細胞微操作方式分接觸式和非接觸式兩種，即：?

1、接觸式，以現(xiàn)有手工調(diào)節(jié)顯微注射系統(tǒng)的機械操作方式為主，如日本Narishige公司的NT-88NE型顯微注射系統(tǒng)。該系統(tǒng)中用于細胞操作的末端執(zhí)行器僅有1支吸持針，實現(xiàn)細胞的吸持和釋放等簡單操作。實驗過程中，單支吸持針無法有效控制細胞操作環(huán)境流場的流動狀況，不能調(diào)節(jié)細胞的姿態(tài)。細胞被吸持固定后，借助于微操作手機械運動，操作人員以手工方式調(diào)節(jié)細胞位置。現(xiàn)有接觸式機械操作方式存在以下缺點：調(diào)節(jié)細胞位置和姿態(tài)的操作難度大，受操作人員主觀因素影響嚴重，對操作人員的培訓周期長，成本高，可自動化性差，無法精確調(diào)節(jié)細胞姿態(tài)，顯微實驗效率低，易傷害被操作細胞，實驗成功低。?

2、非接觸式，包括激光勢阱、電場力、超聲波振動等操作方式。以中國科技大學研究的激光勢阱操作單細胞方式為例，在一定條件下，光不但具有產(chǎn)生輻射壓力的線性動量，而且?guī)в薪莿恿浚ㄗ孕莿恿亢蛙壍澜莿恿浚@些動量均可產(chǎn)生光致旋轉(zhuǎn)，控制細胞轉(zhuǎn)動(2003年第40卷第10期《激光與光電子學進展》雜志在“激光光阱中微粒的光致旋轉(zhuǎn)”)。非接觸式細胞微操作方式，適合于操作空間狹小或常規(guī)末端執(zhí)行器不能到達的場合，但激光勢阱、電場力和超聲波等非接觸式操作方式下的細胞是很難固定靜止的。由于顯微注射中注射針是刺入細胞內(nèi)部進行基因物質(zhì)傳輸?shù)模瑫a(chǎn)生一定的軸向作用力，要求細胞保持靜止，且需一定的支撐來平衡注射針的軸向作用力。因此，非接觸式細胞微操作方式無法滿足細胞顯微注射的應(yīng)用要求。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種顯微注射用單細胞微操作裝置，基于細胞操作環(huán)境流場流動和微操作手機械運動耦合控制方式，在細胞工程的各類應(yīng)用場合中，對被操作細胞進行精確的位置和姿態(tài)調(diào)節(jié)，提高顯微注射實驗效率和成功率，具有計算機自動控制功能，進而實現(xiàn)自動化細胞顯微注射。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種顯微注射用單細胞微操作裝置，包括氣源及壓力控制閥、圖像檢測處理單元、具有圖像采集和自動伺服功能的計算機以及倒置式顯微鏡工作臺，所述圖像檢測處理單元由倒置式顯微鏡的物鏡、CCD攝像頭和圖像采集處理卡組成，所述的氣源及壓力控制閥分別通過夾持器內(nèi)的通道與左右末端執(zhí)行器形成密封氣路，該左右末端執(zhí)行器分別通過夾持器與左右三維微動平臺連接，該左右三維微動平臺對稱安裝于倒置式顯微鏡工作臺的左右兩邊，所述的左右末端執(zhí)行器在倒置式顯微鏡工作臺上形成流速分布可控的單細胞微操作流場；計算機采集圖像檢測處理單元的信號分別控制壓力控制閥和左右三維微動平臺。?

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點：(1)在左右末端執(zhí)行器作用下，有效控制細胞的操作環(huán)境流場，形成穩(wěn)定的、流速分布可控的單細胞微操作流場，驅(qū)動細胞運動，在三維正交平面內(nèi)實現(xiàn)任意調(diào)整細胞角度，精確控制細胞三自由度姿態(tài)；左右三維微動平臺與夾持器可分別控制細胞末端執(zhí)行器的三維平動和沿軸向轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)細胞三維空間位置，實現(xiàn)細胞位置與姿態(tài)的精確定位。在流場流動和機械運動耦合作用下，實現(xiàn)了被操作細胞的接觸式和非接觸式混合控制，減輕對被操作細胞的機械損傷，提高實驗成功率；(2)結(jié)合圖像處理和自動伺服技術(shù)，利用計算機實時控制左右微動工作臺三維位置和左右末端執(zhí)行器內(nèi)部壓力，可實現(xiàn)被操作細胞位置和姿態(tài)調(diào)節(jié)自動化，降低了對操作人員的依賴程度，提高了顯微注射的自動化程度和實驗效率；(3)末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)簡單，無需嵌入微電極或施加電場，簡化了細胞微操作裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；無需涂覆化學催化劑，消除了對被操作細胞的刺激；細胞末端執(zhí)行器具有幾何旋轉(zhuǎn)對稱的裸微特性，內(nèi)部無可動件，使用壽命長，制造工藝簡潔，成本低，光學性能好，便于監(jiān)測。?

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。?

附圖說明

圖1為本發(fā)明顯微注射用單細胞微操作裝置的結(jié)構(gòu)與組成示圖。?

圖2為圖1所示末端執(zhí)行器與被操作細胞相對位置關(guān)系的顯微示圖。?

圖3為圖2所示實施方式末端執(zhí)行器控制被操作細胞在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的俯視圖。?