[发明专利]基于深度学习和微流控芯片的细胞形变检测方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于深度学习和微流控芯片的细胞形变检测方法及系统，该系统包括微流控芯片、恒压泵、显微镜、相机和具备图像分析能力的电子设备，微流控芯片承细胞样品并使细胞产生形变，恒压泵用于将细胞样品泵入微流控芯片中，显微镜用于选取细胞在微流控芯片中发生形变的最佳观测区域，相机用于捕捉细胞形变过程的视频图像，电子设备用于将视频信息转换成具有时序信息的图像，并利用深度学习算法对时序信息图像进行分析。利用本发明系统可以实现细胞形变的全过程图像采集，并基于采集的具有时序信息的图像进行分析检测出细胞形变能力，整个系统结构简单，成本低，且适于推广应用。

技术领域

本发明涉及细胞检测技术领域，特别涉及一种基于深度学习和微流控芯片的细胞形变检测方法及系统。

背景技术

细胞是生物体的基本功能单位，通过化学和物理方式维持和感知生物体内的生理环境。可变形性是细胞的一个重要特性，对于胚胎发育、人体组织及器官的体内平衡发挥着十分重要的作用。一些疾病会导致细胞的变形能力发生改变。例如，疟疾、败血症、帕金森综合症会使得细胞变形能力降低，甲状腺癌、卵巢癌会使得细胞变形能力增强。因此，研究细胞的可变形性可以深入了解疾病进展的机制，提供一种新的用于检测和诊断疾病的思路，具有十分重要的意义。

目前有一些低通量检测细胞形变的方法，如光学拉伸器和微管吸吮技术，这些方法可以准确地对每个细胞的变形能力进行测量，但是测量较为耗时，对实验环境要求较高，不能广泛使用。还有一种高通量检测方法，对实验环境要求不高，但是只对细胞变形时的某一时刻进行分析，导致不能很好地对具有不同变形能力的细胞分类，分辨能力差，结果散点图中有交叠现象。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术中存在的上述缺陷，提供一种基于深度学习和微流控芯片的细胞形变检测方法及系统，通过获取细胞变形全过程的时序信息来分析细胞的变形能力，且可以进行清晰的分类，分类准确率较高。

一方面，本发明实施例提供了一种基于深度学习和微流控芯片的细胞形变检测系统，包括微流控芯片、恒压泵、显微镜、相机和具备图像分析能力的电子设备，微流控芯片承细胞样品并使细胞产生形变，恒压泵用于将细胞样品泵入微流控芯片中，显微镜用于选取细胞在微流控芯片中发生形变的观测区域，相机用于捕捉细胞形变过程的视频图像，电子设备用于将视频图像转换成具有时序信息的图像，并利用深度学习算法对具有时序信息的图像进行分析

上述系统结构简单，对实验环境也没有过多的要求，利用上述系统可以很好地进行细胞检测，且基于深度学习方法可以对基于细胞的形变能力进行清晰的分类。

所述微流控芯片包括细胞注入部、微流控沟道和细胞流出部，细胞注入部连接微流控沟道，微流控沟道连接细胞流出部，细胞注入部用于注入细胞样品，微流控沟道用于使细胞样品产生形变。

在更优化的方案中，所述微流控芯片还包括鞘液注入部和鞘液流道，鞘液流道的输入端连接鞘液注入部，鞘液流道的输出端连接细胞注入部，并连接微流控沟道，鞘液流道由两条结构相同的流道支路连接形成环状并呈轴对称结构。

上述方案中，通过设置鞘液注入部注入鞘液，鞘液可以使得细胞在微流控沟道中更居中流过，尤其是当鞘液流道由两条结构相同的流道支路连接形成环状并呈轴对称结构时，可基于聚焦原理使得细胞更居中流过，使得细胞受力更均匀，继而提高检测结果的准确度。

在更优化的方案中，微流控芯片高度为4μm，微流控沟道宽度为10μm，微流控沟道长度为70μm。通过这样的尺寸设置，不仅可以使得细胞可以顺利流经微流控沟道，而且可使得细胞产生形变，便于检测。

在更优化的方案中，微流控芯片还包括设置于细胞流出部的多个支撑柱，用于支撑微流控芯片以防止坍塌。微流控芯片是放置在显微镜上的，通过设置支撑柱可以放置芯片坍塌。

在一个可实施方案中，所述微流控芯片通过以下步骤制作而得：

将硅片放入通风橱中，利用三氯硅烷化合物对硅片进行预处理；