[发明专利]光遗传控制系统及其控制方法

说明书

本申请提供了一种光遗传控制系统及其控制方法，该系统包括：图像采集模块，用于获取活性微生物样品的连续时刻的明场图像；数据处理模块，用于对连续时刻的明场图像进行图像预处理，得到包含有目标细胞的表型信息的图像；微投影模块，用于对上述图像预处理后的图像进行调制，并将调制后的图像投影到显微镜模块，活性微生物样品在显微镜模块中的成像与调制后的图像对应；数据处理模块还用于生成同步信号，控制光源模块、图像采集模块和微投影模块同步工作。该方案通过将图像追踪和显微镜成像光刺激结合起来，从而方便精确定位和追踪目标细胞，以及观察目标细胞的变化，从而实现对活性微生物样品的目标细胞连续的光操控。

技术领域

本申请属于光学实验技术领域，尤其涉及一种光遗传控制系统及其控制方法。

背景技术

光遗传控制主要是指将光遗传学线路导入实验个体内，通过表达或者生产相应的光受体组件，给与实验个体不同的光照实现对实验个体生理状态或者基因表达的控制。

传统的光遗传学的控制实验往往是针对大的实验个体的体内或体外实验，或者对大的实验个体的组织样品进行实验，不适用于细菌等具有运动性和快速生长的活性微生物的实验。

对于细菌等微生物群体，传统的光遗传的控制实验是在试管中摇菌时或者在琼脂板上单克隆生长时用光全局地控制细菌或者细胞群体的响应。但是由于细菌细胞的异质性，在单个细胞尺度上基因的表达或者细菌的表型呈现不一样。虽然可以将光聚焦在显微镜样品上实现对局部样品的光控制，但此类方案只适用于上述组织样品等静态样本的光遗传控制，并不适用于细菌等具有运动性和快速生长的活性微生物样品。此外，在长期的连续培养中，细菌的生理状态和位置均在变化。

因此如何实现对细菌等活性微生物的光遗传控制的准确性，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种光遗传控制系统及其控制方法，能够提高对细菌等活性微生物的光遗传控制的准确性。

第一方面，本申请实施例提供了一种光遗传控制系统，该系统包括光源模块、图像采集模块、微投影模块、显微镜模块和数据处理模块；其中，

光源模块的输出端与微投影模块的输入端连接；光源模块用于提供光刺激照明；

图像采集模块的输入端与显微镜模块的输出端连接；图像采集模块的输出端与数据处理模块的输入端连接；图像采集模块用于获取活性微生物样品的连续时刻的明场图像；

数据处理模块的输出端与微投影模块的输入端连接；数据处理模块用于：对连续时刻的明场图像进行图像预处理，得到明场图像对应的预处理后的图像，该预处理后的图像中包含有活性微生物样品中目标细胞在连续时刻的表型信息和；

微投影模块的输出端与显微镜模块的输入端连接；微投影模块用于：接收来自于数据处理模块的预处理后的图像；对预处理后的图像进行调制，得到调制后的图像，该调制后的图像以光斑承载，为光斑中的图案成像；将调制后的图像投影到显微镜模块中的物镜视场中，活性微生物样品在显微镜模块中的成像与调制后的图像对应；

数据处理模块还用于：生成同步信号，用于控制光源模块、图像采集模块与微投影模块同步工作。

在其中一个实施例中，上述连续时刻包括第一时刻和第二时刻，第二时刻晚于第一时刻；上述表型信息包括静态信息和过程信息；数据处理模块具体用于：

接收来自于图像采集模块的第一时刻的明场图像，第一时刻的明场图像是在第一时刻的同步信号的触发下，图像采集模块拍摄得到的；

对第一时刻的明场图像进行图像预处理，得到第一时刻的预处理后的图像；

从第一时刻的预处理后的图像中提取出目标细胞在第一时刻的静态信息；

将第一时刻的预处理后的图像发送给微投影模块，用于微投影模块执行调制操作；