[發明專利]活體單細胞拉曼分析平臺數字控制系統和方法

有效

• 申請號: 201410579147.0
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN105588827B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 任立輝;寧康;蘇曉泉;徐健;肖航
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N35/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 徐麗;周秀梅

本發明涉及單細胞分選領域，具體的說是一種活體單細胞拉曼分析平臺數字控制系統和方法。系統包括儀器控制模塊、細胞圖像識別分析模塊、拉曼分析處理模塊和單細胞篩選控制模塊；方法包括：輸入樣本、數據采集、邊緣檢測和坐標識別、儀器控制模塊根據細胞坐標控制XYZ軸移動到細胞所在的位置；將單細胞拉曼光譜與拉曼圖譜數據庫進行對比，獲得該單細胞信息；當滿足條件的單細胞到達微流控芯片的選擇分叉部位時，利用儀器控制模塊控制電磁閥將單細胞推入篩選細胞出口，否則單細胞流入廢液池。本發明的應用將會形成系統化的、完整的操控平臺，全面支撐和完善高通量原位活體單細胞光鉗篩選系統的控制部分，進而提速單細胞分析的研究。

技術領域

本發明涉及單細胞分選領域，具體的說是一種活體單細胞拉曼分析平臺數字控制系統和方法。

背景技術

單細胞分析對重大疾病早期診斷、治療、藥物篩選和細胞生理、病理過程的研究有重要意義，目前已成為研究的熱點之一。由于細胞極小，直徑一般為5-500μm，體積在fL-nL，組分含量少(fmol-zmol)、種類繁多，使得操縱和分析難度比較大。因此，要開展單細胞水平的研究，細胞分選成為必要的前提條件。

單細胞的識別與分選，其基礎在于正確的采集表征細胞信息的指標。現有傳統流式細胞儀中，細胞和顆粒信息的識別主要采用普通光信號，單位時間對目標的信息獲得率較低，因此在滿足工程應用的識別效率前提下，缺乏足夠信息量，只能對細胞/顆粒的形態、折光率、反射率或熒光強度等有限指標進行區分，而難以區分活體細胞的細胞類型和生理特性，更無法提供細胞水平的基因表達與功能信息。

基于拉曼的活體單細胞拉曼分選儀，可以實現在單細胞水平上對具備特定化合物圖譜的細胞個體或群體進行計數、功能區分和物理分離，實現從表觀型和基因型兩個方面同時考察和驗證單個細胞(及其群體)的功能，從而為科研鏈條和產業鏈條中對這些細胞的組學分析、改造和利用奠定根本的基礎。該機器由激光器、拉曼光譜儀、落射熒光顯微鏡、微流控細胞分選系統組成，是世界上第一臺基于細胞拉曼指紋圖譜的細胞分選的儀器。目前國內外沒有商品化的同類科研設備。目前分選儀已可實現單細胞拉曼圖譜采集、細胞種類及生長狀態鑒別、拉曼-落射熒光不可培養功能微生物鑒定、拉曼光鉗單細胞操縱、拉曼光鉗單細胞分選、基于表面增強拉曼散射(SERS)技術的拉曼信號等功能。

發明內容

針對目前分選單細胞出現的時間和精度上偏差、效率低下的問題，同時解決現有的細胞分選設備對目標的信息獲得率較低等問題，本發明要解決的技術問題是提供一種可自動化、智能化對活體單細胞進行圖像拉曼采集分析并分選的活體單細胞拉曼分析平臺數字控制系統和方法，尤其適合應用于對活體單細胞進行原位細胞分選。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種活體單細胞拉曼分析平臺數字控制系統，包括：

儀器控制模塊，用于采集顯微鏡、EMCCD、三維調節平臺的參數信息，并將采集到的參數信息發送給細胞圖像識別分析模塊，接收細胞圖像識別分析模塊的細胞坐標信息，根據所述細胞坐標信息生成三維調節平臺的XYZ軸移動量；

細胞圖像識別分析模塊，用于根據儀器控制模塊采集到的參數做細胞邊緣檢測、細胞識別和坐標識別，得到細胞坐標，并將細胞坐標發送給儀器控制模塊和拉曼分析處理模塊；

拉曼分析處理模塊，用于根據細胞坐標掃描細胞并獲得其拉曼光譜，將拉曼光譜利用SVM分類算法得到的數據與已知的拉曼圖譜數據庫中的數據進行比對，獲得單細胞種類及培養條件信息，將單細胞種類及培養條件信息傳送給單細胞篩選控制模塊；

單細胞篩選控制模塊，根據拉曼分析處理模塊提供的單細胞種類及培養條件信息進行單細胞篩選，從而獲得所需種類單細胞。