[发明专利]基于无透镜衍射成像的细胞活性无标记监测装置与方法

说明书

本发明公开一种基于无透镜衍射成像的细胞活性无标记监测装置与方法，上位机经下位机控制采集孔定位机构工作，驱动无透镜衍射成像机构移动，使无透镜衍射成像机构对准96孔细胞培养孔板的不同的培养孔，并控制CMOS传感模块拍摄采集到所有培养孔对应的衍射图像，对每幅图像进行处理，获得每幅图像里的单细胞衍射图案，计算出像素强度对比度和图案条纹分散度，将像素强度对比度和图案条纹分散度与预设的阈值相比较，判定该细胞是否为活细胞，通过样本组和对照组的活细胞数量相比而得出细胞活性指数，无需添加标记物，无需每隔一段时间进行生化反应操作，提高了细胞活性监测的准确度。

技术领域

本发明涉及细胞活性检测技术，具体是采用无透镜衍射信息采集装置对细胞活性进行无标记监测的装置与方法。

背景技术

细胞活性是评价不同药物剂量对细胞活性影响的指标。在药物筛选、毒理学、营养学等研究领域，都需要通过检测细胞活性来评价药物或营养物对细胞活性抑制或促进的程度，因此，细胞活性检测是相关研究领域中的重要手段，是细胞实验中的常规和不可缺少的环节。

目前常用细胞活性检测方法是MTT法、台盼蓝、CCK-8法等生化方法。这些方法都属于有标记终点检测方法，需要在长达数十小时的时期内人工多次添加标记物进行生化反应处理，操作十分繁琐，无法实现自动化，劳动强度很大；而且，细胞一旦被标记，就不能够继续存活，如果要监测N个时间点处的细胞响应结果，就需要N个孔板和N组细胞培养，对细胞、培养孔板、培养液、试剂等样品和耗材的用量较大，成本很高；另外，这些终点检测方法所要求的复杂的操作步骤和多试剂，导致了很低的试验可再现性和精确性。因此，细胞活性无标记、实时在线检测技术成为本领域的需求。

目前细胞活性无标记在线检测的新方法是阻抗法。中国专利申请号为2004800402305、名称为“实时电子细胞传感系统及其在基于细胞的测定中的应用”的文献中公开的是使用细胞-基底阻抗监控来测定细胞，这种利用电化学法的装置需要特制的细胞培养孔板，在绝缘基底上加工了电极阵列，加工工艺复杂，且不能重复使用，高频阻抗分析设备也十分昂贵；另一方面，该装置的评估方法是利用细胞样品的阻抗值评估细胞活性，该阻抗值反映了细胞-培养基的整体阻抗，阻抗成分复杂，影响因素多，受培养环境影响大，检测准确度不高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有细胞活性无标记在线检测技术存在的问题，提出一种基于无透镜衍射成像的细胞活性无标记监测装置与方法，利用细胞形态特征以实现细胞活性无标记实时监测，细胞的形态特征通过其对应的无透镜图像的衍射特征所反映，监测装置简单，监测结果受培养环境影响小，准确度高。

本发明基于无透镜衍射成像的细胞活性无标记监测装置所采用的技术方案是：CO₂培养箱内部具有衍射信息采集装置、外部是上位机，衍射信息采集装置包括无透镜衍射成像机构、采集孔定位机构、96孔细胞培养孔板、下位机和wifi通信模块；96孔细胞培养孔板的培养孔中注有对照组细胞和样本组细胞，采集孔定位机构能带动无透镜衍射成像机构在同一水平面上沿相互垂直的横向和纵向移动使其能对准96孔细胞培养孔板的不同的培养孔；无透镜衍射成像机构具有部分相干光源和单色CMOS图像传感模块，96孔细胞培养孔板位于CMOS图像传感模块的正上方和部分相干光源的正下方；下位机分别与采集孔定位机构、CMOS图像传感模块、数据存储模块和wifi通信模块相连接，下位机通过wifi通信模块与上位机交互信息。

所述的基于无透镜衍射成像的细胞活性无标记监测装置的监测方法所采用的技术方案是包括以下步骤：

A、上位机经下位机控制采集孔定位机构工作，驱动无透镜衍射成像机构移动，使无透镜衍射成像机构对准96孔细胞培养孔板的不同的培养孔，并控制CMOS传感模块拍摄采集到所有培养孔对应的衍射图像，将衍射图像保存在数据存储模块中；

B、上位机通过下位机依次读取数据存储模块中的每幅图像，对每幅图像进行处理，获得每幅图像里的单细胞衍射图案；