[发明专利]高通量同时同步实时监测细胞增殖及活性的装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于图像分析的细胞增殖及活性监测的高通量同时同步检测装置及方法，该装置包括电源适配器、广角镜头、智能移动设备、暗室、底座、细胞培养板、培养板装载台、冷光片、单片机、加热器和温度传感器。该方法首先进行细胞培养；接种不同密度的细胞，并加入商用细胞增殖及活性检测试剂盒溶液；放入装置进行长时监测，采用连续采集图像分析，计算细胞活性指数CVI；通过遍历及最小二乘法拟合出检测细胞密度的最佳标定曲线；通过分析待测样品溶液的CVI曲线，获取最佳检测时间点的CVI值，带入标定曲线，计算出待测样品的细胞密度。本发明实现了细胞增殖及活性的长时监测，具有高通量、同时同步、长时监测、操作简便和成本低廉等优点。

主权项

一种基于图像分析的细胞增殖及活性监测的高通量同时同步检测的方法，该方法在高通量同时同步检测装置上实现，所述高通量同时同步检测装置包括：电源适配器、广角镜头、智能移动设备、暗室、底座、96孔细胞培养板、96孔细胞培养板装载台、冷光片、单片机、加热器和温度传感器；其中，暗室与底座通过隔板分离；单片机和电源适配器固定在底座内；暗室中具有可抽拉的96孔检测板装载台，96孔细胞培养板通过卡槽固定在96孔细胞培养板装载台顶部，冷光片通过卡槽固定在96孔细胞培养板装载台底部；电源适配器、加热器、温度传感器和冷光片均与单片机连接，由单片机控制冷光片发光及暗室内的温度；在暗室的顶部开有圆孔，广角镜头固定暗室顶部的圆孔正下方；智能移动设备通过卡槽固定在暗室顶部外侧，且其摄像头可通过暗室的圆孔透过广角镜头，对暗室内的96孔细胞培养板进行图像采集；其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)细胞培养：选用某种细胞系细胞进行培养；采用与该细胞系对应的DMEM培养基进行培养；上述培养基中均添加了体积分数为1％的青霉素‑链霉素溶液；所有的细胞于37℃，体积分数为5％CO2的饱和湿度培养箱中培养；待细胞融合度达到80‑90％时，使用含体积分数为0.02％的胰酶将其消化下来，将细胞接种在96孔细胞培养板的培养孔内；(2)加入显色剂：在96孔细胞培养板的培养孔内接种不同密度的细胞；培养24小时后，选用细胞增殖及细胞活性检测试剂盒CCK‑8作为显色剂，按照说明书，将其混合进新鲜培养基中，然后将混合了试剂盒溶液的新鲜培养基加入培养孔中；(3)对细胞增殖及活性进行长时监测：将96孔细胞培养板固定在96孔细胞培养板装载台上；单片机控制冷光片发光，并根据温度传感器反馈的温度信息采用PID控制算法控制加热器对暗室的室内空间加热，实现37℃环境温度的恒温控制；(4)确定检测细胞数量的最佳标定曲线：通过智能移动设备连续采集96孔细胞培养板的图像；每一次采集到图像后，对采集的图像进行处理，然后再进行下一次采集；其中，对图像的处理过程包括以下子步骤：(4.1)切割出96孔检测板上的微孔所对应的子图像，子图像的孔内像素范围为10×10；(4.2)将子图像转换至颜色孔间RGB，提取子图像中每个像素的B分量，并计算子图像像素B分量平均值；(4.3)计算细胞活性指数CVI，根据公式CVI＝255–C，其中，C为步骤(4.2)中所计算的子图像像素B分量平均值；基于上述处理过程，每次采集得到的图像对应单个时间点的检测，将每个时间点计算得到的不同细胞密度的细胞活性指数CVI连接，绘出细胞活性指数CVI对时间的连续图谱；然后，遍历所有时间点，根据最小二乘法拟合曲线算法，拟合出每个时间点的细胞活性指数CVI，关于已知密度的细胞浓度以10为底的对数的标定曲线；从所有的拟合标定曲线中，选出拟合优度最大的标定曲线，即检测细胞数量的最佳标定曲线；(5)检测未知密度的细胞溶液的细胞数量：将未知密度的待测样品溶液加入到96孔细胞培养板的培养孔中，重复步骤(1)‑步骤(4.3)，得到该待测样品溶液的细胞活性指数CVI，然后根据步骤(4)确定的最佳标定曲线的时间点，获得待测样品溶液在该时间点的细胞活性指数CVI，带入步骤(4)得到的检测细胞数量的最佳标定曲线，计算出待测样品溶液的细胞数量。