[发明专利]集捕获培养检测一体化的微流控辐射损伤监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间辐射损伤监测技术，特别是一种集捕获培养检测一体化的微流控辐射损伤监测装置及方法

背景技术

空间环境是具有复杂辐射和微重力等复合的极端环境，由于考虑到未来我国空间站需要由长期在轨的航天员执行工程任务，以及未来的重新登月和火星探索，航天员是否能承受来自空间环境的辐射，如何预警，如何防御，一直是一个制约载人航天工程关于航天员健康保护的问题。因此，空间辐射损伤监测已经成为空间辐射生物学研究中首要的问题。

由于真正的空间飞行试验机会非常少、周期长、限制性因素也多，因此选择合适的生物学材料尤其重要，秀丽隐杆线虫则是一种空间辐射损伤监测最经典的模式生物材料。而空间辐射损伤监测设备主要是生物显微镜。

生物显微镜是先进的生物学研究技术，它可直观、准确的观察秀丽隐杆线虫的形态结构，同时也可以观察秀丽隐杆线虫发出的荧光特征。但是，生物显微镜结构庞大、结构复杂、价格昂贵、功能单一、无法现场监测。

发明内容

为了解决空间辐射损伤监测中存在的上述问题，本发明要设计一种体积小、结构简单、价格便宜、功能齐全、可用于现场监测的集捕获培养检测一体化的微流控辐射损伤监测装置及方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

集捕获培养检测一体化的微流控辐射损伤监测装置，包括微流控芯片组件、激发光源组件、光场增强组件、显微成像组件、微控制器、电动移动组件、真空泵和上位机处理组件；

所述微控制器通过数据线分别与上位机处理组件、激发光源组件、光场增强组件、电动移动组件和真空泵连接；所述上位机处理组件通过数据线与显微成像组件连接；所述真空泵通过管道与微流控芯片组件相连接。

所述显微成像组件包括荧光显微物镜、分光镜、绿色滤光片、聚光透镜组和摄像头，所述聚光透镜组包括平凸透镜和双凸透镜；所述荧光显微物镜通过光路依次与分光镜、绿色滤光片、聚光透镜组和摄像头连接；所述摄像头通过总线与上位机处理组件连接；

所述微流控芯片组件由六个相同的微流控芯片组成，所述微流控芯片由基片及固定在基片上的涂层组成，所述基片为玻璃片，所述涂层为聚二甲基硅氧烷涂层，所述涂层表面设有样品入口、培养槽、培养液入口、侧吸口、闸门及废液出口；样品入口用于添加秀丽隐杆线虫；培养槽通过通道Ⅰ和通道Ⅱ与样品入口相连，用于培养秀丽隐杆线虫；培养液入口通过通道Ⅴ和通道Ⅵ与培养槽相连，用于添加培养液；侧吸口通过通道Ⅶ与培养槽相连，用于产生负压固定秀丽隐杆线虫；闸门用于使培养槽与外部空气隔绝；废液出口通过通道Ⅲ和通道Ⅳ与培养槽相连，用于排除废液；所述通道Ⅱ只允许单个秀丽隐杆线虫通过并限制秀丽隐杆线虫逃出培养槽；所述通道Ⅳ和通道Ⅵ用于限制秀丽隐杆线虫逃出培养槽；

所述激发光源组件用于激发秀丽隐杆线虫使其产生荧光，

所述光场增强组件用于增强秀丽隐杆线虫视场内的光强，提高秀丽隐杆线虫明场视频及明场图像获取时的对比度；

所述显微成像组件用于获得秀丽隐杆线虫的明场视频、明场图像及荧光图像；

所述微控制器用于控制激发光源组件、光场增强组件、显微成像组件、电动移动组件和真空泵；

所述电动移动组件用于带动显微成像组件左右移动；

所述真空泵用于使微流控芯片的侧吸口产生负压；

所述上位机处理组件用于存储和处理秀丽隐杆线虫的明场视频、明场图像及荧光图像；通过明场视频及明场图像得到秀丽隐杆线虫的运动特征，所述运动特征包括秀丽隐杆线虫运动频率和运动幅度；通过荧光图像得到秀丽隐杆线虫的内部特征，所述内部特征包括秀丽隐杆线虫发光位点数目和总荧光强度。

集捕获培养检测一体化的微流控辐射损伤监测方法，包括如下步骤：

A、将秀丽隐杆线虫加入到微流控芯片的样品入口，通过注射器控制使秀丽隐杆线虫从样品入口经过通道Ⅰ、通道Ⅱ进入培养槽，培养过程中定期更换培养液。

B、通过微控制器控制显微成像组件依次对微流控芯片组件中每个微流控芯片中的秀丽隐杆线虫进行数据采集；数据采集流程依次包括：明场视频采集、明场图像采集、荧光图像采集。

C、上位机处理组件对步骤B中获得的秀丽隐杆线虫数据进行分析，以此评估秀丽隐杆线虫辐射损伤程度，具体评估方法如下：

C1、通过运动频率评估秀丽隐杆线虫的辐射损伤程度；运动频率越小表明秀丽隐杆线虫受辐射损伤程度越严重。

C2、通过运动幅度评估秀丽隐杆线虫的辐射损伤程度；运动幅度越小表明秀丽隐杆线虫受辐射损伤程度越严重。