[發(fā)明專利]一種基于細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移建模的細(xì)胞核操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010862099.1
• 申請(qǐng)日: 2020-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN112080387B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙啟立;趙新;邱金禹;孫明竹;韓宇;賈祎晴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): C12M1/00
• 分類號(hào): C12M1/00;C12M1/36;C12M1/34;G16B15/00
• 代理公司: 天津睿勤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 12225
• 代理人: 孟福成

1.一種基于細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移建模的細(xì)胞核操作方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

S1，在離線條件下對(duì)熒光染色細(xì)胞核進(jìn)行三維定位，并與在明場(chǎng)下確定的極體三維位置進(jìn)行對(duì)比，確定細(xì)胞核相對(duì)于極體的三維分布，具體為：

對(duì)極體的三維位置進(jìn)行確定時(shí)：以極體移動(dòng)到焦平面上，焦平面的高度為極體在深度方向上的位置，極體的輪廓中心為極體在水平方向的位置，所述極體的輪廓由極體輪廓檢測(cè)算法獲得；細(xì)胞核的三維位置由細(xì)胞核自動(dòng)聚焦方法確定，在聚焦過(guò)程中實(shí)時(shí)計(jì)算熒光場(chǎng)中細(xì)胞核輪廓面積，以輪廓面積的極小值來(lái)確定細(xì)胞核的深度位置，細(xì)胞核的水平位置由聚焦時(shí)細(xì)胞核輪廓中心點(diǎn)的坐標(biāo)確定；細(xì)胞核相對(duì)極體的三維分布通過(guò)高次曲面擬合確定，分布范圍通過(guò)覆蓋分布區(qū)域90％以上的采樣點(diǎn)的外接橢球邊界來(lái)表示；

S2，通過(guò)三維有限元建模獲得微針在細(xì)胞內(nèi)移動(dòng)時(shí)，由細(xì)胞形變導(dǎo)致的細(xì)胞核相對(duì)于微針位置的動(dòng)態(tài)漂移軌跡；其中：進(jìn)行三維有限元建模的具體方法為：將細(xì)胞核建模為細(xì)胞質(zhì)的一部分，微針建模為剛性體，在三點(diǎn)鐘方向刺入細(xì)胞后針口撤退至原來(lái)胞質(zhì)邊緣后再開始在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)；細(xì)胞核的整體位置動(dòng)態(tài)漂移由細(xì)胞核中心位置動(dòng)態(tài)漂移代表，細(xì)胞核相對(duì)于微針斜口中心的軌跡用來(lái)表示細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移；

S3，利用二值因析設(shè)計(jì)法確定微針在細(xì)胞內(nèi)移動(dòng)時(shí)，影響細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移軌跡的主導(dǎo)因素；

S4，擬合微針胞內(nèi)軌跡參數(shù)與細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移軌跡參數(shù)的關(guān)系曲線；

S5，確定對(duì)細(xì)胞核進(jìn)行操作時(shí)，接近細(xì)胞核的微針胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡；

S6，控制器控制微針沿設(shè)定的胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡接近細(xì)胞核并完成細(xì)胞核操作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移建模的細(xì)胞核操作方法，其特征在于，在步驟S3中，所述二值因析設(shè)計(jì)法用于分析各種參數(shù)對(duì)于細(xì)胞核動(dòng)態(tài)漂移的軌跡長(zhǎng)度以及軌跡方向的影響，具體考量的參數(shù)為：透明帶與胞質(zhì)楊氏模量之比、透明帶厚度與胞質(zhì)半徑之比、卵周隙尺寸、微針直徑、微針移動(dòng)距離、微針移動(dòng)方向、細(xì)胞核相對(duì)于極體位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移建模的細(xì)胞核操作方法，其特征在于，所述細(xì)胞核相對(duì)于極體位置這一參數(shù)對(duì)細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移軌跡的影響通過(guò)步驟S1中確定的細(xì)胞核分布橢球體的六個(gè)頂點(diǎn)以及中心點(diǎn)來(lái)確定。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移建模的細(xì)胞核操作方法，其特征在于，步驟4具體為：根據(jù)步驟S3確定的主導(dǎo)影響因素，對(duì)細(xì)胞核相對(duì)極體分布橢球的6個(gè)頂點(diǎn)和中心點(diǎn)處細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移軌跡參數(shù)與微針胞內(nèi)軌跡參數(shù)進(jìn)行曲線擬合，其余分布區(qū)域內(nèi)點(diǎn)的細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移軌跡參數(shù)與微針胞內(nèi)移動(dòng)參數(shù)的關(guān)系曲線由以上7個(gè)點(diǎn)結(jié)果線性插值獲得。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移建模的細(xì)胞核操作方法，其特征在于，步驟S5具體為：根據(jù)細(xì)胞核操作要求確立微針與細(xì)胞核相對(duì)位置的需求函數(shù)，利用步驟S1和步驟S4中確定的細(xì)胞核三維分布橢球與微針運(yùn)動(dòng)參數(shù)與細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移軌跡參數(shù)的關(guān)系曲線，計(jì)算出任何微針胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡下細(xì)胞核分布橢球每個(gè)點(diǎn)新的位置與相應(yīng)的函數(shù)期望；通過(guò)遍歷微針運(yùn)動(dòng)軌跡，獲得滿足該需求的接近細(xì)胞核的微針運(yùn)動(dòng)軌跡。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移建模的細(xì)胞核操作方法，其特征在于，步驟S6中，利用PID控制器對(duì)微針胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，具體為：PID控制器根據(jù)步驟S5中確定的微針胞內(nèi)運(yùn)動(dòng)軌跡，并按照實(shí)際檢測(cè)微針位置與設(shè)定位置的差值對(duì)微針運(yùn)動(dòng)進(jìn)行修正，使之沿設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)接近細(xì)胞核；其中，所述微針的實(shí)際位置由微針內(nèi)氣液交界面頂點(diǎn)確定。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于細(xì)胞核位置動(dòng)態(tài)漂移建模的細(xì)胞核操作方法，其特征在于，步驟S6中，所述的細(xì)胞核操作為細(xì)胞去核操作時(shí)，微針由PID控制器控制沿設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)至接近細(xì)胞核之后，通過(guò)在微針內(nèi)施加負(fù)壓定量抽取胞質(zhì)進(jìn)行去核操作。