一种干细胞质量监测装置制造方法
【专利摘要】一种干细胞质量监测装置。该装置由光源�？�、时序控制�？�、光学�？�、成像�？楹褪莶杉？榈任甯霾糠肿槌�。本装置首先通过成像�？槿范ǜ上赴男蚊玻缓笸ü凉怆萍し⒏上赴罚藕啪莶杉？槭占痛砗螅纯苫竦酶上赴闹柿孔纯�。本装置全部操作由实验室外的计算机程控，简单智能。本实用新型装置可实现对干细胞质量进行灵敏、快速、无接触的在线监测，在生物细胞质量监测方面具有重要意义。
【专利说明】—种干细胞质量监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光学工程【技术领域】，具体涉及一种向自动化方向发展的干细胞质量监测装置，基于此装置可以对不同质量状态的干细胞进行灵敏、快速、无接触的在线监测。
【背景技术】
[0002]干细胞作为一种安全有效的细胞药物为许多疑难杂病提供新的治疗手段[1-5]。由于干细胞具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能[1，2，6]，基于干细胞的再生医学被认为是最新和最具发展前景的领域之一。在生物医学应用中，大量具有高质量的干细胞是干细胞治疗及组织工程取得成功的基本条件[7]。因此，实时准确地获取干细胞质量状态信息对于干细胞的体外培养扩增、生物学研究、干细胞药物的研究和开发以及临床应用具有重要意义，也是干细胞生产中确保细胞产品质量的关键环节之一。
[0003]目前生物医学常用的细胞检测方法有形态学[8]、生物化学[9，10]和免疫学[11，12]。形态学方法方便、直接、可视性强，但一般只能进行定性分析，难以提供定量的检测信息，且分析结果的准确性依赖于实验员的经验，人为因素干扰大。生物化学和免疫学方法灵敏、准确、特异性强，可提供定量的检测结果。然而，这些方法往往是侵入性的，其中用到的生化反应、染色、标记、固定、细胞溶解等处理手段会改变细胞正常的生长环境和生理功能，甚至破坏细胞结构，造成不可逆的细胞损伤和坏死。此外，这些方法对实验操作技术要求高、过程繁复、耗时较长，不利于大规模细胞样品的及时检测。
[0004]因此，探索一种无外源性标记、非侵入性的监测细胞活力状态的探测技术十分必要，这已经成为干细胞研究和产业化发展中的关键课题。
[0005]参考文献:
[0006][I] H.Motaln, C.Schichor, T.T.Lah.Human Mesenchymal Stem Cells andTheir Use in Cell-Based Therapies.Cancer, 2010， 1: 2519-2530
[0007][2] C.Kocaefej D.Bale ，B.B.Haytaj et al.Reprogramming of HumanUmbilical Cord Stromal Mesenchymal Stem Cells for Myogenic Differentiation andMuscle Repair.Stem Cell Rev.and Rep., 2010，6: 512-522
[0008][3] H.Y.Renj Q.J.Zhao, T.Cheng, et al.No contribution of umbilicalcord mesenchymal stromal cells to capiIlarization and venularizationof hepatic sinusoids accompanied by hepatic differentiation in carbontetrachloride-1nduced mouse liver fibrosis.Cytotherapyj 2010，12: 371 - 383
[0009][4] Q.J.Zhao, H.Y.Renj X.Y.Li, et al.Differentiation of humanumbilical cord mesenchymal stromal cells into low immunogenic hepatocyte-likecells.Cytotherapyj 2009，11(4): 414-426
[0010][5] K.H.Wuj X.M.Mo，B.Zhou, et al.Cardiac Potential of Stem CellsFrom Whole Human Umbilical Cord Tissue.J.Cell.Biochem.，2009，107: 926-932[0011 ] [6] Z.C.Han.Research Progress in Pluripotent Stem Cells.Journal ofMedical Research, 2008,37 (10):4_5
[0012][7] H.Bai, P.Chen, H.Fang et al.Detecting viability transitionsof umbilical cord mesenchymal stem cells by Raman micro-spectroscopy.LaserPhysics Letters, 2011, 8(1): 78-84
[0013][8] X.M.Li, T.B.Song, X.Tong et al.Study on the morphology ofapoptotic hl-60 celIs induced by y-1rradiation, Acta Anatomica Sinica,1999, 30(4): 344-347
[0014][9] A.Κ.H.Kwok, C.K Yeung, T.Y.Y.Lai, et al.Effects of trypan blue oncell viability and gene expression in human retinal pigment epithelial cells.British Journal of Ophthalmology, 2004, 88:1590-1594
[0015][10] D.M.Kuhn, M.Balkis, J.Chandra, et al.Uses and Limitations ofthe XTT Assay in Studies of Candida Growth and Metabolism.Journal of ClinicalMicrobiology, 2003, 41(1):506-508
[0016][11] H.S.Zhuang, Q.Lang, M.C.Zhang et al.Determ inationofDicyclohexyIPhthalate in W aterby Double Antibody Sandwich Fluorescenceimmunoassay.ChineseJournaloiAnalyticalChemistry, 2006, 34: S211-S213
[0017][12] L.ZHANG, X.D.YE, J.L.YAN.Copmarative study on the cell culture anddetection of genital herpes virus.Chinese Journal of Microecology, 2008, 20(5):496-497。
【发明内容】
[0018]本实用新型的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种干细胞质量监测装置，可实现干细胞质量灵敏、快速和无接触的在线监测，成为现有检测技术的有益补充。
[0019]干细胞质量监测装置的理论基础
[0020]延迟发光是指生物体在接受适量的光照射后，诱导生物体自身在持续的一段时间(长达毫秒级、秒级甚至分钟级)内产生特有的生理过程所伴随的微弱发光衰减。在光的诱导作用下，一系列生命活动和生化反应被激活或增强，更多能量转化和能量传递随之发生。在这些反应过程中产生的激发态分子，一部分通过辐射驰豫释放能量形成发光。当光照停止后，被激活的生命活动逐步回到正常条件下的平衡状态，光子辐射也随之衰减。因此，延迟发光可以在一个较短的时间内集中体现生命活动的活跃程度以及复杂的生命调控机制。从这个意义上说，延迟发光可反映生物体由内部变化及环境影响所引起的生物学效应的整体信息，提供一个关于生物系统基本特性的综合指标。事实上，目前大量的研究结果已经证实，延迟发光与生物体的自身特性(如生物活性、损伤、生理病理变化等)及周围环境密切相关，且能定量表征生物系统的功能状态变化。因此，利用细胞本征的延迟发光现象可以发展为一种新的无标记、非侵入方法用于干细胞质量监测。
[0021]本实用新型提供的干细胞质量监测装置包括:光源�？�、时序控制�？�、光学�？�、成像�？楹褪莶杉？椋�
[0022]光源模块:包括照射光部分和激发光部分；照射光部分中的卤素灯经第二准直透镜和平面镜连接到短通长反二色镜；激发光部分中的闪光氙灯经第一准直透镜和带通滤光片后同样连接到短通长反二色镜；短通长反二色镜再与时序控制�？橹械娜肷涠说缱庸饪烀帕樱�
[0023]时序控制�？�:包括时序控制器，时序控制器分别连接入射端电子光快门和出射端电子光快门，时序控制器同时连接数据采集模块中的计算机；
[0024]光学�？�:包括与时序控制�？橹械娜肷涠说缱庸饪烀帕拥陌胪赴敕淳担胪赴敕淳捣治铰罚宦妨映上衲？橹械某上裢妇担硪宦妨臃止舛担环止舛狄卜治铰罚宦妨游锞担⒕锞到醋运龉庠茨？榈墓庹丈涞轿⑿拖赴嘌渲械母上赴希环止舛档牧硪宦芬来瘟映ね斯馄�、第三准直透镜和时序控制�？橹械某錾涠说缱庸饪烀牛�
[0025]成像�？�:包括与光学模块中的半透半反镜连接的成像透镜，成像透镜连接(XD，CCD连接数据采集�？橹械募扑慊�
[0026]数据采集�？�:包括与时序控制�？橹械某錾涠说缱庸饪烀帕拥木酃馔妇担酃馔妇狄来瘟庸獾绫对龉堋⑶爸梅糯笃�、光子计数�？楹图扑慊�。
[0027]所述的第一准直透镜和第三准直透镜为石英透镜，第二准直透镜为玻璃透镜。
[0028]所述的成像透镜为玻璃透镜，聚光透镜为石英透镜。
[0029]所述的分光二色镜由短通长反二色镜和长通短反二色镜构成，通过计算机进行切换选择。
[0030]所述的微型细胞培养箱中的细胞培养器皿为共聚焦培养皿。
[0031]所述的微型细胞培养箱有多个，通过计算机操作旋转切换到物镜聚焦处。
[0032]本实用新型的工作过程
[0033]来自卤素灯的照射光被第二准直透镜准直后，分别经过平面镜、短通长反二色镜、入射端电子光快门、半透半反镜以及分光二色镜中的短通长反二色镜，最后被物镜聚焦到微型细胞培养箱中的样品上，反射光经原路返回到达半透半反镜，经成像透镜聚焦到CXD上，并将图像传递到计算机当中，计算机操作微型细胞培养箱移动，获取不同区域内细胞的图像。
[0034]将分光二色镜中的短通长反二色镜切换到长通短反二色镜，闪光氙灯作为激发光，被第一准直透镜准直后依次通过带通滤光片、短通长反二色镜、入射端电子光快门以及半透半反镜后到达长通短反二色镜，经物镜聚焦到达微型细胞培养箱中的干细胞上，入射光快门关闭后，完成光激发作用。干细胞产生的信号光被同一物镜所采集，并再次以平行光方式反向传输进入同一分光二色镜，其透过部分的信号光继而进入垂直物镜光轴安装的长通滤光片，滤光后的信号光被位于其后的第三准直透镜聚焦于出射端电子光快门的光栏中心，该快门打开后，出射的信号光经其后的聚光透镜到达光电倍增管的光阴极上，完成光电信号转换。经前置放大器和光子计数模块后到达计算机，收集的数据被计算机中软件所处理，并与数据库中数据进行比较，进而将干细胞的质量状态显示出来。
[0035]本实用新型的优点和积极效果
[0036]采用本实用新型装置能够实现对干细胞质量进行灵敏、快速和无接触的在线监测。此外本实用装置将成像模块与光学�？橄嗔樱迪至丝墒踊牟僮鳎⑶椅扌杞胧笛槭遥恍璨僮骷扑慊刂聘鞑考纯墒迪旨嗖猓瓤梢酝ü砑瓒ㄗ远嗖庖部梢允侄胁饬浚迪至瞬僮鞯募虻ブ悄�。本发明装置具有灵敏度高、暗噪声小、对样品检测无接触等多种特点，适用于各种干细胞质量监测当中。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1是干细胞质量监测装置的原理图。
[0038]表I是不同活力状态的干细胞发光曲线的参数；
[0039]图中，光源�？榘�:1001为闪光氙灯；1002为第一准直透镜；1003为带通滤光片；1004为短通长反二色镜；1005为卤素灯；1006为第二准直透镜；1007为平面镜。
[0040]时序控制模块包括:2001为入射端电子光快门；2002为时序控制器；2003为出射端电子光快门。
[0041]光学�？榘�:3001为半透半反镜；3002为分光二色镜；3003为物镜；3004为微型细胞培养箱；3005为长通滤光片；3006为第三准直透镜。
[0042]成像�？榘�:4001为成像透镜；4002为(XD。
[0043]数据采集�？榘�:5001为聚光透镜；5002为光电倍增管；5003为前置放大器；5004为光子计数�？椋�5005为计算机。
【具体实施方式】
[0044]实施例1
[0045]如图1所示，本实用新型装置的具体构成包括:光源�？椤⑹毙蚩刂颇？�、光学�？�、成像�？楹褪莶杉？椋�
[0046]光源�？�:包括照射光部分和激发光部分；照射光部分中的卤素灯1005经第二准直透镜1006和平面镜1007连接到短通长反二色镜1004 ;激发光部分中的闪光氙灯1001经第一准直透镜1002和带通滤光片1003后同样连接到短通长反二色镜1004 ;短通长反二色镜再与时序控制模块中的入射端电子光快门2001连接；
[0047]时序控制�？�:包括时序控制器2002，时序控制器分别连接入射端电子光快门2001和出射端电子光快门2003，时序控制器同时连接数据采集模块中的计算机5005 ；
[0048]光学�？�:包括与时序控制�？橹械娜肷涠说缱庸饪烀帕拥陌胪赴敕淳�3001，半透半反镜分为两路，一路连接成像�？橹械某上裢妇�4001，另一路连接分光二色镜3002 ;分光二色镜也分为两路，一路连接物镜3003，并经物镜将来自所述光源�？榈墓庹丈涞轿⑿拖赴嘌�3004中的干细胞上；分光二色镜的另一路一次连接长通滤光片3005、第三准直透镜3006和时序控制�？橹械某錾涠说缱庸饪烀�2003 ；
[0049]成像�？�:包括与光学�？橹械陌胪赴敕淳盗拥某上裢妇�4001，成像透镜连接(XD4002，CXD连接数据采集模块中的计算机5005 ；
[0050]数据采集�？�:包括与时序控制�？橹械某錾涠说缱庸饪烀帕拥木酃馔妇�5001，聚光透镜依次连接光电倍增管5002、前置放大器5003、光子计数�？�5004和计算机5005。
[0051]来自卤素灯1005的照射光被第二准直透镜1006准直后，分别经过平面镜1007、短通长反二色镜1004、入射端电子光快门2001、半透半反镜3001以及分光二色镜3002中的短通长反二色镜，最后被物镜3003聚焦到微型细胞培养箱3004中的样品上，反射光经原路返回到达半透半反镜3001，经成像透镜4001聚焦到(XD4002上，并将图像传递到计算机5005当中，计算机5005操作微型细胞培养箱3004移动，获取不同区域内细胞的图像。
[0052]将分光二色镜3002中的短通长反二色镜切换到长通短反二色镜，闪光氙灯1001作为激发光，被第一准直透镜1002准直后依次通过带通滤光片1003、短通长反二色镜1004、入射端电子光快门2001以及半透半反镜3001后到达长通短反二色镜3002，经物镜3003聚焦到达微型细胞培养箱3004中的干细胞上，入射光快门2001关闭后，完成光激发作用。干细胞产生的信号光被同一物镜3003所采集，并再次以平行光方式反向传输进入同一分光二色镜3002,其透过部分的信号光继而进入垂直物镜光轴安装的长通滤光片3005,滤光后的信号光被位于其后的第三准直透镜3006聚焦于出射端电子光快门2003的光栏中心，该快门打开后，出射的信号光经其后的聚光透镜5001到达光电倍增管5002的光阴极上，完成光电信号转换。经前置放大器5003和光子计数模块5004后到达计算机5005，收集的数据被计算机中软件所处理，并与数据库中数据进行比较，进而将干细胞的质量状态显示出来。
[0053]本实用新型装置的运行过程如下:
[0054]初始状态下，入射端电子光快门2001与出射端电子光快门2003�？庠瓷凉怆�1001和卤素灯1005、时序控制器2002处于待机状态。
[0055]首先进行细胞图像采集，控制两个快门处于打开状态，开启光源1005，计算机5005控制细胞培养�？榈奈恢靡允笴CD4002获得不同区域内的细胞图像。
[0056]图像采集完毕后将分光二色镜3002中的短通长反二色镜切换为长通短反二色镜，然后将出射端电子光快门2003关闭，触发闪光氙灯1001，光照结束时，关闭入射端电子光快门2001。在关闭入射端电子光快门2001的同时，开启出射端电子光快门2003，使样品发出的信号光被及时地收集和测量。当测量结束后，关闭出射端光电子快门2003，装置装置回复到初始状态，下一次测量重复上述过程。
[0057]实验测得的曲线经软件处理后将相应曲线的特征参数(发光初始强度Itl、衰减特征时间给出，并与数据库(表I是使用生物化学的方法测得干细胞质量与本方法参数的对应，进一步丰富数据库参数可以得到更精确的干细胞质量状态)中的参数进行比较，依据10和h值，就可以得到细胞的质量状态。
[0058]表I
[0059]
【权利要求】
1.一种干细胞质量监测装置，其特征在于该装置包括:光源�？�、时序控制�？�、光学�？椤⒊上衲？楹褪莶杉？椋� 光源�？�:包括照射光部分和激发光部分；照射光部分中的齒素灯经第二准直透镜和平面镜连接到短通长反二色镜；激发光部分中的闪光氙灯经第一准直透镜和带通滤光片后同样连接到短通长反二色镜；短通长反二色镜再与时序控制�？橹械娜肷涠说缱庸饪烀帕�; 时序控制�？�:包括时序控制器，时序控制器分别连接入射端电子光快门和出射端电子光快门，时序控制器同时连接数据采集�？橹械募扑慊� 光学模块:包括与时序控制�？橹械娜肷涠说缱庸饪烀帕拥陌胪赴敕淳担胪赴敕淳捣治铰罚宦妨映上衲？橹械某上裢妇担硪宦妨臃止舛担环止舛狄卜治铰罚宦妨游锞担⒕锞到醋运龉庠茨？榈墓庹丈涞轿⑿拖赴嘌渲械母上赴希环止舛档牧硪宦芬来瘟映ね斯馄�、第三准直透镜和时序控制�？橹械某錾涠说缱庸饪烀牛� 成像模块:包括与光学�？橹械陌胪赴敕淳盗拥某上裢妇担上裢妇盗覥CD，CCD连接数据采集�？橹械募扑慊� 数据采集�？�:包括与时序控制�？橹械某錾涠说缱庸饪烀帕拥木酃馔妇担酃馔妇狄来瘟庸獾绫对龉�、前置放大器、光子计数�？楹图扑慊�。
2.根据权利要求1所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的第一准直透镜和第三准直透镜为石英透镜，第二准直透镜为玻璃透镜。
3.根据权利要求1所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的成像透镜为玻璃透镜，聚光透镜为石英透镜。
4.根据权利要求1所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的分光二色镜由短通长反二色镜和长通短反二色镜构成，通过计算机进行切换选择。
5.根据权利要求1所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的微型细胞培养箱中的细胞培养器皿为共聚焦培养皿。
6.根据权利要求1至5任一项所述干细胞质量监测装置，其特征在于所述的微型细胞培养箱有多个，通过计算机操作旋转切换到物镜聚焦处。
【文档编号】G01N21/63GK203720086SQ201420018381
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】陈平, 李星, 王岩, 林列, 白华, 汤国庆, 母国光 申请人:南开大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
