[發明專利]用于細胞融匯測量的成像和照明系統及方法

在審

• 申請號: 201980079113.6
• 申請日: 2019-11-27
• 公開（公告）號: CN113166700A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: J·M·科布;G·R·馬汀;R·R·拉克茲克斯基;M·C·三森;H·施賴伯;T·M·奧普湯
• 申請（專利權）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: C12M1/12
• 分類號: C12M1/12;C12M1/00;C12M1/34
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 樂洪詠;郭輝

細胞監控板包括平坦的表面，在該平坦的表面上可以堆疊多個細胞培養容器。平坦的表面具有嵌入其中的多個光學成像系統，以對堆疊在板上的細胞培養容器完全成像。所述多個光學成像系統中的每一個都通過監控板表面上的單個孔提供照明和成像。

相關申請

本申請根據35 U.S.C.§120要求2018年11月30日提交的美國臨時申請系列第62/773,899號的優先權，其內容作為本申請的基礎并且通過參考完整地結合于此。

發明領域

本發明涉及實驗室工作領域，尤其涉及在實驗室環境中用于顯微結構(如細胞)成像的設備和方法。更具體地，本公開涉及用于測量細胞培養物融匯的系統和方法。

背景技術

細胞培養是必不可少的工具，已在廣泛領域找到了許多重要且有價值的應用，例如藥物篩選、毒性測試、基因工程、治療性蛋白質和疫苗生產。通常，哺乳動物細胞系在培養器中培養，在該培養器中嚴密監視和控制溫度、濕度和CO₂含量是有益的。在細胞培養過程中，種植在裝有培養基的培養容器中的細胞在生長過程中必須進行監控，然后在下游過程中進行處理。

例如，可以監測細胞培養物的細胞融匯度。通常，當細胞達到80％-90％的融匯度時，將對其進行繼代培養或傳代，因為當細胞生長過度時，它們可能失去其增殖和基因表達表型。除了細胞融匯，諸如細胞遷移跟蹤、細胞密度測量和總細胞數估計等其他許多重要應用也需要經常觀察。

為了可視化融匯度，通常使用臺式光學顯微鏡。將同時包含細胞和細胞培養基的細胞培養容器從細胞培養器中取出并置于光學顯微鏡的樣品臺上。研究人員通過顯微鏡的接目鏡(目鏡)以亮場模式觀察細胞。細胞融匯度通常是通過對細胞計數來測量的，這可能是一個乏味且容易出錯的過程。

臺式光學顯微鏡觀察方法有幾個主要缺點。例如，研究人員不得不經常手動將細胞培養容器從細胞培養器中取出。此過程可能會干擾細胞培養過程。從細胞培養器中取出細胞培養容器后，細胞會經歷環境變化，包括溫度、大氣和濕度。此外，由于細胞培養容器與未完全滅菌的實驗室器具在細胞培養器外部頻繁接觸，存在細胞培養物被污染的可能性。細胞培養物被微生物(細菌、真菌、酵母菌等)污染會改變細胞的生物化學和生物物理行為，甚至導致細胞死亡。

因此，人們希望并且需要監測細胞而不必將細胞培養容器從培養器環境物理移至顯微鏡。一個重要的問題是，以高對比度觀察這些細胞所需的照明必須來自細胞的后面，即透射細胞然后進入顯微鏡的物鏡的背面照明。如果光學成像系統和照明系統物理上位于堆疊體中的不同位置，則這變得具有挑戰性。將成像通道和照明通道設置在堆疊體的相同區域，以使對托盤堆疊物的調整和通道之間的對準更加容易，那將是非常有益的。

發明內容

本文公開了一種用照明和成像系統對托盤中的細胞進行成像的系統和方法，所述照明和成像系統并排放置，但仍允許對細胞進行背面照明。成像和照明系統結構緊湊且功能強大，可與細胞生長托盤一起使用。

本發明包括至少一個用于生長活細胞的透明托盤、堆疊在第一托盤頂部的第二托盤、用于對托盤中細胞正在生長的區域形成圖像的成像系統、用于對傳輸中的細胞進行背面照射的照明系統。該成像系統包括透鏡系統、遠心孔徑光闌(stop)和圖像傳感器。該照明系統包括用于在光譜帶內產生光的光源和用于創建光源的準直圖像的透鏡，其中該光源的準直圖像以傾斜角度穿過細胞在其上生長的托盤表面，并從第二托盤表面反射，以對第一托盤表面上的細胞進行背面照射，然后此背面照射光進入成像系統，通過成像系統鏡頭將光源圖像重新成像到遠心光闌中，并在圖像傳感器上創建細胞圖像。

本發明的目的是通過目標托盤上方的托盤表面將照明系統的光軸反射到成像系統的光軸中。這允許照明系統靠近成像系統，并且仍然從后面照射目標細胞。這種配置要求細胞平面與照明系統和成像系統的光軸都存在傾斜角度。因此，由成像系統鏡頭創建的圖像平面相對于光軸傾斜一個角度。除非使圖像傳感器傾斜以通過滿足沙伊姆弗勒(Scheimpflug)條件進行補償，否則這會在整個視場中造成焦點偏移。