[發明專利]一種用于卵細胞顯微注射的操作系統及方法

有效

• 申請號: 201810029306.8
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108410690B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 劉曉明;唐小慶;李鵬云;陳俊男;董勝男;黃強;新井建生
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12N15/89
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;李愛英

本申請提供一種用于卵細胞顯微注射的操作系統，利用振動機構的振動帶動置入水中的玻璃針高速旋轉從而在水中引起渦流，進而對卵細胞進行移動和旋轉，最終達到卵細胞注射的目的；對比已有的利用微操作機械手操作卵細胞的系統，本申請不與卵細胞進行機械接觸，避免了對卵細胞的直接或間接的損害，且玻璃針末端可在原位對卵細胞進行連續的旋轉，易于將卵細胞控制在視野范圍內，便于觀察；對比已有的在微流控芯片內操作卵細胞的系統，本申請不受操作任務和卵細胞大小的限制，操作靈活性強。

技術領域

本發明屬于微納操作技術領域，尤其涉及一種用于卵細胞顯微注射的操作系統及方法。

背景技術

細胞顯微注射是單細胞分析的重要組成部分，是向細胞內傳遞基因的一種基本方式，克隆、轉基因技術等都需要用到細胞注射。其中細胞移動和細胞旋轉是細胞顯微注射中最重要和最基礎的操作，在將細胞移動到確定位置前后需要對其進行多自由度旋轉和定向，以調整姿態來適應注射位置的需求。尤其是對于卵細胞，其細胞核位于細胞的邊緣位置，不對稱分布，所以在細胞注射過程中需要將其重新定位到顯微鏡焦平面的可觀察位置。因此移動和旋轉技術在卵細胞的注射操作中起著重要的作用，尋找一種在微尺度范圍內簡單、高效、連續的微操作方法至關重要。

用于卵細胞的微操作技術一般分為有接觸式和無接觸式。有接觸式微操作在單卵細胞操作方面已經應用已久，主要利用多自由度微操作機械手實現在微觀范圍內對卵細胞的機械接觸，可以對卵細胞提供一個大的驅動力，并實現準確控制。這種操作方式一般要通過顯微鏡來獲得圖像，但顯微鏡的視野極為有限，末端執行器在旋轉時很容易移出視野，所以只適合三自由度的平移運動和小范圍的旋轉運動，操作靈活性差。而且這種方式要實現對末端執行器和卵細胞精確的運動控制需要復雜的機械結構，直接接觸還會對卵細胞造成一定的機械損害。此外，微操作機械手與卵細胞之間的直接接觸會產生粘附力，從而增加對卵細胞有效釋放的難度。非接觸式微操作可以避免這些弊端，但是利用磁場、電場、光等方式對卵細胞進行的操作，會因為操作介質的原因限制這些方法的應用，造成對生物物體的潛在損害。另外現在流行的微流控芯片對卵細胞的微操作，通常用流體充當介質，并提供一個非接觸式顯微操作環境。流場在通道內提供驅動力，它不會對卵細胞造成任何額外的損害，在生物顯微操作中顯示出巨大的潛力。然而，傳統的細胞注射方式雖然也能實現卵細胞的旋轉，但不能實現連續旋轉，且會造成對卵細胞的機械損傷。

綜上所述，目前現有的微操作技術已經越來越不能滿足于卵細胞顯微注射的需求。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種用于卵細胞顯微注射的操作系統及方法，通過玻璃針的振動使水中形成渦流，從而帶動卵細胞移動和/或旋轉，進而對卵細胞進行注射，有效解決接觸式微操作運動控制的復雜性、直接接觸對于卵細胞造成損害的問題。

一種用于卵細胞顯微注射的操作系統，包括微納操作裝置和細胞吸附裝置10；

所述微納操作裝置包括三坐標操作平臺1、手動平臺2、金屬棒3、振動機構4以及玻璃針6；所述金屬棒3一端固定在手動平臺2上，另一端與振動機構4相連；所述玻璃針6與振動機構4遠離金屬棒3的一端連接，且玻璃針6的針尖置于水滴7中；

所述手動平臺2固定在三坐標操作平臺1上，其中三坐標操作平臺1用于調節手動平臺2的位置；

所述振動機構4用于產生振動，使玻璃針6的針尖振動軌跡為圓形；

所述玻璃針6用于通過自身振動使水滴7中形成渦流，從而帶動位于水滴7中的卵細胞8進行移動和旋轉，并用于注射卵細胞8；

所述細胞吸附裝置10用于在玻璃針6對卵細胞8進行注射時固定卵細胞8。

可選地，所述金屬棒3和玻璃針6分別垂直連接在振動機構4的兩端。

可選地，所述振動機構4包括壓電致動器和壓電驅動器；