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CN111548931A - 一种细胞培养装置及细胞培养方法 - Google Patents

一种细胞培养装置及细胞培养方法 Download PDF

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CN111548931A CN202010279639.3A CN202010279639A CN111548931A CN 111548931 A CN111548931 A CN 111548931A CN 202010279639 A CN202010279639 A CN 202010279639A CN 111548931 A CN111548931 A CN 111548931A
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cell
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microfluidic chip
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余宁梅
吴银峰
李政鹏
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Xian University of Technology
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Abstract

本发明公开了一种细胞培养装置，包括微流控芯片、光源模块和图像处理模块，本发明随时观察细胞的生长状况，实现非接触式、无侵害观测和非接触式的细胞培养。本发明还公开了一种细胞培养方法，应用本发明的细胞培养装置进行细胞培养，具体包括，固定微流控芯片，连接计算机，调整光源位置，通入带有细胞培养液的培养细胞、碱性培养液和酸性培养液，计算机实时观测细胞生长状况，并间隔相等时间截取细胞图像，计算出细胞培养液的PH值，根据所培养细胞的PH值要求，调整细胞培养液的PH值，直到实时观测到细胞培养完成，本发明避免了人工抽样观察所带来的培养对象污染问题，同时可以更密集的观察细胞生长情况。

Description

一种细胞培养装置及细胞培养方法
技术领域
本发明属于细胞培养技术领域，涉及一种细胞培养装置，还涉及一种细胞培养方法。
背景技术
细胞是生命组成的基本单元。对细胞进行体外培养、观测和实验是细胞学、病理学、免疫学等多个学科必不可少的实验环节，也是人类健康管理、疾病诊断、新药开发不可或缺的步骤。在对于数种常见的癌细胞的研究中，人体细胞离体培养是最常用的方法。在离体培养实验中，需要频繁的对所培养的细胞进行观测，传代并记录各类生长参数。这些操作完全依靠人工完成，因此存在主观误判、污染培养对象和误操作的风险。另一方面，对于细胞的观察仍通过光学显微镜来完成，导致实验自动化程度低、实验设备体积大检查结果因人而异等诸多问题。因此，对细胞培养实验进行优化是现代医学和生命科学广泛关注的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种细胞培养装置，实现了无侵害和非接触式的细胞培养。
本发明的另一目的是提供及一种细胞培养方法，避免了细胞培养过程中的培养对象污染问题。
本发明所采用的第一种技术方案是，一种细胞培养装置，包括微流控芯片、光源模块和图像处理模块。
本发明第一种技术方案的特点还在于，
微流控芯片为三叉型微流控芯片，微流控芯片设置有三个微流控通道入口和一个微流控通道出口，微流控芯片的通道中靠近微流控通道入口和微流控通道出口处分别设置有培养池和微柱。
光源模块包括由下至上依次固定设置有置物台、透镜支架和光源支架，微流控芯片设置在置物台上，透镜支架开设有透镜孔，透镜孔中设置有透镜，光源支架上设置有光源。
图像处理模块包括固定在微流控芯片下表面通道处的图像传感器，图像传感器依次连接有数据处理与传输电路和USB接口。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种细胞培养方法，该方法应用如本发明第一种技术方案的细胞培养装置进行细胞培养，具体按照以下步骤实施：
步骤1、固定微流控芯片，打开电源，并将图像处理模块的USB接口与计算机连接；
步骤2、打开光源系统，调整光源位置，使光源与凸透镜、图像传感器在同一轴线上，使成像清晰；
步骤3、从中间的微流控通道入口通入带有细胞培养液的培养细胞，从两侧的微流控通道入口分别不间断通入碱性培养液和酸性培养液，碱性培养液和酸性培养液中均含有酚红试剂；
步骤4、通过计算机实时观测细胞生长状况，并间隔相等时间截取细胞图像，通过分析细胞图像RGB三通道的灰度值计算出细胞培养液的PH值，根据所培养细胞的PH值要求，调整细胞培养液的PH值，直到实时观测到细胞培养完成。
本发明第二种技术方案的特点还在于，
步骤4中通过分析细胞图像RGB三通道的灰度值计算出细胞培养液的PH值具体为，采集不同PH值下细胞图像，统计细胞图像RGB三个通道的灰度值直方图，由该直方图确定每个PH值对应的RGB三通道灰度值峰值对应的像素值，根据采集的细胞图像的RGB三通道的灰度值峰值对应的像素值，对应确定当前细胞培养液的PH值。
本发明的有益效果是：
本发明一种细胞培养装置，由点光源和透镜组成均匀的平行面光源，衍射小，成像清晰；微流控芯片有效模拟细胞生长环境，流动性强，培养环境干净、稳定，提高了细胞的培养效率；随时观察细胞的生长状况，实现非接触式、无侵害观测和非接触式的细胞培养。
本发明一种细胞培养方法，通过微流控技术培养细胞，细胞生长环境模拟真实，采用培养液动态流动培养方式，保持干净、稳定的培养环境；在培养液中加入酚红溶液，酚红变色会影响微通道的不同色光的透光率，根据不同色光的透光率分析培养池中的pH值，进而调整通入的培养液的PH值，改善细胞的生长环境；避免了人工抽样观察所带来的培养对象污染问题，同时可以更密集的观察细胞生长情况。
附图说明
图1是本发明一种细胞培养装置的结构示意图；
图2是本发明一种细胞培养装置的微流控芯片结构示意图；
图3是微流控芯片中通入酵母菌细胞2小时采集的细胞图像；
图4是微流控芯片中通入酵母菌细胞4小时采集的细胞图像；
图5是微流控芯片中通入酵母菌细胞8小时采集的细胞图像；
图6是为微流控芯片中通入pH为8的培养液时对应细胞图像RGB三通道的灰度值直方图；
图7是为微流控芯片中通入pH为7.2的培养液时对应细胞图像RGB三通道的灰度值直方图；
图8是为微流控芯片中通入pH为5.6的培养液时对应细胞图像RGB三通道的灰度值直方图。
图中，1.光源，2.光源支架，3.透镜孔，4.透镜支架，5.置物台，6.微流控芯片，7.图像传感器，8.微流控通道入口，9.微流控通道出口，10.培养池，11.微柱。
具体实施方式
下面结合附图和具体培养实例对本发明进行详细说明。
本发明一种细胞培养装置，如图1所示，包括微流控芯片6、光源模块和图像处理模块。
如图2所示，微流控芯片6为三叉型微流控芯片，微流控芯片6设置有三个微流控通道入口8和一个微流控通道出口9，微流控芯片6的通道中靠近微流控通道入口8和微流控通道出口9处分别设置有培养池10和微柱11。
光源模块包括由下至上依次固定设置有置物台5、透镜支架4和光源支架2，微流控芯片6设置在置物台5上，透镜支架4开设有透镜孔3，透镜孔3中设置有透镜，光源支架2上设置有光源1。
图像处理模块包括固定在微流控芯片6下表面通道处的图像传感器7，图像传感器7依次连接有数据处理与传输电路和USB接口。
本发明一种细胞培养方法，该方法应用如本发明的细胞培养装置进行细胞培养，具体按照以下步骤实施：
步骤1、固定微流控芯片，打开电源，并将图像处理模块的USB接口与计算机连接；
步骤2、打开光源系统，调整光源位置，使光源与凸透镜、图像传感器在同一轴线上，使成像清晰；
步骤3、从中间的微流控通道入口通入带有细胞培养液的培养细胞，从两侧的微流控通道入口分别不间断通入碱性培养液和酸性培养液，碱性培养液和酸性培养液中均含有酚红试剂；
步骤4、通过计算机实时观测细胞生长状况，并间隔相等时间截取细胞图像，通过分析细胞图像RGB三通道的灰度值计算出细胞培养液的PH值，根据所培养细胞的PH值要求，调整细胞培养液的PH值，直到实时观测到细胞培养完成。
步骤4中通过分析细胞图像RGB三通道的灰度值计算出细胞培养液的PH值具体为，采集不同PH值下细胞图像，统计细胞图像RGB三个通道的灰度值直方图，由该直方图确定每个PH值对应的RGB三通道灰度值的峰值对应的像素值，根据采集的细胞图像的RGB三通道的灰度值峰值对应的像素值，对应确定当前细胞培养液的PH值。
实施例
本实施例提供一种酵母菌细胞培养方法，该方法应用本发明的细胞培养装置进行酵母菌细胞培养，具体按照以下步骤实施：
步骤1、固定微流控芯片6，打开电源，并将图像处理模块的USB接口与计算机连接；
步骤2、打开光源系统，调整光源1位置，使光源1与凸透镜、图像传感器7在同一轴线上，使成像清晰；
步骤3、从中间的微流控通道入口8通入带有酵母菌细胞，从两侧的微流控通道入口8分别不间断通入碱性培养液和酸性培养液，碱性培养液和酸性培养液中均含有酚红试剂；
步骤4、计算机实时观测细胞生长状况，并间隔每两小时截取细胞图像，如图3、4、5所示依次为中酵母菌细胞在微流控芯片6中2、4、6小时的图像；
分析细胞图像RGB三通道的灰度值计算出细胞培养液的PH值，即，采集不同PH值下细胞图像，统计细胞图像RGB三个通道的灰度值范围，如图6所示，为培养液的pH＝8时采集的酵母菌细胞图像RGB三通道的灰度值直方图，RGB三通道峰值对应的像素值分别为225、84、2；如图7所示，为培养液的pH＝7.2时采集的酵母菌细胞图像RGB三通道的灰度值直方图，RGB三通道峰值对应的像素值分别为212、85、4；如图8所示，为培养液的pH＝5.6时采集的酵母菌细胞图像RGB三通道的灰度值直方图，RGB三通道峰值对应的像素值分别为176、105、4；由此方式得到每个pH值对应的RGB三通道灰度值峰值对应的像素值。
根据采集的不同pH下的酵母菌细胞图像的RGB三通道的灰度值的范围，与当前采集到的酵母菌细胞图像的RGB三通道的灰度值的范围做对比，从而确定当前细胞培养液的pH值，根据酵母菌细胞培养的标准pH值为5.6，在培养过程中不断调整细胞培养液的pH值达到5.6左右，直到实时观测到酵母菌细胞培养完成。

Claims (6)

1.一种细胞培养装置，其特征在于，包括微流控芯片(6)、光源模块和图像处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种细胞培养装置，其特征在于，所述微流控芯片(6)为三叉型微流控芯片，所述微流控芯片(6)设置有三个微流控通道入口(8)和一个微流控通道出口(9)，所述微流控芯片(6)的通道中靠近微流控通道入口(8)和微流控通道出口(9)处分别设置有培养池(10)和微柱(11)。
3.根据权利要求1所述的一种细胞培养装置，其特征在于，所述光源模块包括由下至上依次固定设置有置物台(5)、透镜支架(4)和光源支架(2)，所述微流控芯片(6)设置在置物台(5)上，所述透镜支架(4)开设有透镜孔(3)，所述透镜孔(3)中设置有透镜，所述光源支架(2)上设置有光源(1)。
4.根据权利要求1所述的一种细胞培养装置，其特征在于，所述图像处理模块包括固定在微流控芯片(6)下表面通道处的图像传感器(7)，所述图像传感器(7)依次连接有数据处理与传输电路和USB接口。
5.一种细胞培养方法，其特征在于，该方法应用如权利要求1-4任一项所述的细胞培养装置进行细胞培养，具体按照以下步骤实施：
步骤1、固定微流控芯片(6)，打开电源，并将图像处理模块的USB接口与计算机连接；
步骤2、打开光源系统，调整光源(1)位置，使光源(1)与凸透镜、图像传感器(7)在同一轴线上，使成像清晰；
步骤3、从中间的微流控通道入口(8)通入带有细胞培养液的培养细胞，从两侧的微流控通道入口(8)分别不间断通入碱性培养液和酸性培养液，所述碱性培养液和酸性培养液中均含有酚红试剂；
步骤4、通过计算机实时观测细胞生长状况，并间隔相等时间截取细胞图像，通过分析细胞图像RGB三通道的灰度值计算出细胞培养液的PH值，根据所培养细胞的PH值要求，调整细胞培养液的PH值，直到实时观测到细胞培养完成。
6.根据权利要求5所述的一种细胞培养装置，其特征在于，所述步骤4中通过分析细胞图像RGB三通道的灰度值计算出细胞培养液的PH值具体为，采集不同PH值下细胞图像，统计细胞图像RGB三个通道的灰度值直方图，由该直方图确定每个PH值对应的RGB三通道灰度值的范围，根据采集的细胞图像的RGB三通道的灰度值的范围，对应确定当前细胞培养液的PH值。
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