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[发明专利]一种复合型微管制备方法及局部细胞外环境调控方法-CN202310956915.9在审
发明人： 赵启立;赵新;崔朝宇;李明慧;李瑞敏 -专利权人：南开大学;南开大学深圳研究院
申请日： 2023-08-01 - 公布日： 2023-10-27 - 主分类号： B29D23/00 文献下载
摘要：本发明涉及显微操作技术领域，且公开了一种复合型微管制备方法及局部细胞外环境调控方法，其中通过以下步骤实现被吸持细胞外局部微环境的自动调控：使用通用注射器前端加热拉制出一根微型塑料导管，经持针器侧面开孔密封并深入玻璃微管前端，构建出一种独立双气路的复合型玻璃微管；在环境调整溶液中加入荧光物质，结合荧光显微镜成像系统，通过对玻璃微管口的荧光强度反馈，调整活塞注射速度，实现被吸持细胞表面外部局部环境的自动调节。本发明通过制作双气路复合型玻璃微管，结合系统仿真建模结果和显微视觉反馈最终完成细胞局部外环境的自动调整。实验结果表明该方法细胞局部外环境的调整过程平均耗时仅105s，调整成功率达95％。
一种复合型微管制备方法局部细胞环境调控

[发明专利]一种细胞极体的精准抽取方法-CN202310871945.X在审
发明人： 赵启立;赵新;李明慧;李瑞敏;邱金禹 -专利权人：南开大学;南开大学深圳研究院
申请日： 2023-07-17 - 公布日： 2023-10-24 - 主分类号： C12M1/36 文献下载
摘要：本发明提供了一种细胞极体的精准抽取方法，属于亚细胞级别的显微操作技术领域，包括以下步骤：S1：正负离焦图像做差，进行二值化后，利用极坐标信息完成极体的定位；S2：对极体进行受力分析，通过有限元仿真建模确定微针接近极体的运动轨迹；S3：微针刺入细胞，使用自抗扰控制器运动控制算法补偿微针运动过程中的扰动和误差，修正微针的运动轨迹，使微针沿着S2确定的运动轨迹接近极体；微针抽取极体。本发明对显微镜下处于吸持针固定状态下细胞的极体进行操作，无需对极体染色即可将微针移动适合去除极体的位置，避免了染色带来的光漂白和荧光场对微针运动和胞质去除量计算带来的困难，减少过量的胞质去除量对卵母细胞活性的伤害。
一种细胞精准抽取方法

[发明专利]用于视网膜静脉注射手术的气体缓冲注射系统及方法-CN202310810167.3在审
发明人：孙明竹;许世钰;赵新;胡博;刘曜伟;赵启立 -专利权人：南开大学;南开大学深圳研究院
申请日： 2023-07-04 - 公布日： 2023-10-13 - 主分类号： A61F9/007 文献下载
摘要：本发明属于眼科机器人技术领域，提供了用于视网膜静脉注射手术的气体缓冲注射系统，包括流量计、三通A、气压传感器、进样器和微型直线伺服驱动器，所述三通A的三个接口分别与流量计、气压传感器和进样器连接，所述进样器与微型直线伺服驱动器连接，所述微型直线伺服驱动器的后端配有压力传感器，所述压力传感器用于测量所述三通A内的顶部气体的压力，气体的下方为粘性液体。以及气体缓冲注射方法，根据最优注射体积曲线以及气压传感器的反馈数据，实时调整微型直线伺服驱动器的推杆运动距离，按照最优注射体积曲线进行注射。本发明在管路中加入了气体，利用气体缓冲注射压力，并将气体压力作为反馈数据，调整注射速度，实现平稳注药。
用于视网膜静脉注射手术气体缓冲注射系统方法

[发明专利]一种基于微管电极电阻的细胞内压测量方法-CN202310431904.9在审
发明人： 赵启立;赵新;李明慧;邱金禹;李瑞敏;孙明竹 -专利权人：南开大学;南开大学深圳研究院
申请日： 2023-04-21 - 公布日： 2023-07-07 - 主分类号： G01L9/00 文献下载
摘要：本发明提供了一种基于微管电极电阻的细胞内压测量方法，属于细胞操作技术领域，包括步骤1：微管电极刺入细胞后，持续增大微管电极的注射气压的压强，并实时测量微管电极的电阻值，直至达到准稳定状态，记录此时的注射气压的压强P1，步骤2：将微管电极完全撤出细胞，使细胞内压通过伤口释放；步骤3：再次控制微管电极沿第一次的相同轨迹刺入细胞，采用步骤1相同的方法得到注射气压的压强P2；步骤4：P1和P2的差值为细胞内压值。本发明可以使用普通的电极电阻测量设备，无需微力传感器和具备闭环气压快速调节功能的专用设备；在操作者将吸持针和注射针移动至视野内以后，其余步骤均可自动完成，测量结果受操作者专业水平的影响较小。
一种基于微管电极电阻细胞内测量方法

[发明专利]基于生长域的微管内增量式细胞质速度场评估方法-CN202010747432.4有效
发明人：赵新;刘曜玮;张天航;孙明竹;赵启立 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-07-29 - 公布日： 2023-06-30 - 主分类号： G06F30/20 文献下载
摘要：本发明涉及一种基于生长域的微管内增量式细胞质速度场检测结果是否准确，真实有效的评估方法，所述评估方法基于以下步骤实现：S1，定义微管内增量式细胞质的生长域；S2，基于生长域建立微管内增量式细胞质的位移关系模型；S3，基于步骤S2所建立的位移关系模型，检测微管内增量式细胞质的速度场；S4，通过图像灰度误差对步骤S3计算得到的速度场的真实性进行评估。其中，所述的评估方法通过定义微管内增量式细胞质的生长域，并基于该生长域进行胞质定义域内质点的位移关系建模，然后通过该位移关系模型，计算微管内细胞质的速度场、灰度值以及灰度值误差，该灰度值误差可以对微管内增量式细胞质速度场的准确性、有效性进行评估。
基于生长微管增量细胞质速度评估方法

[发明专利]一种机器人化的贴壁细胞三维定位方法-CN202010376359.4有效
发明人： 赵启立;赵新;韩宇;贾祎晴;孙明竹;于宁波 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-05-07 - 公布日： 2023-06-09 - 主分类号： G06T7/73 文献下载
摘要：本发明公开机器人化的贴壁细胞三维定位方法，包括以下步骤：微针针尖的三维定位：对微针针尖进行垂直定位和水平定位；贴壁细胞的水平定位：利用显微镜对贴壁细胞进行自动聚焦，再利用正负方向的细胞离焦图像定位贴壁细胞水平位置，确定每个贴壁细胞的中心位置；贴壁细胞的垂直定位：微针针尖从目标细胞中心位置上方下降，微针阻值超过一定数值时，认为微针接触到贴壁细胞的上表面，完成贴壁细胞的垂直定位。本发明定位过程中无需人为干预，实现了贴壁细胞的全自动三维定位；细胞水平定位的成功率和误差分别是94.7％和0.3μm，细胞垂直定位的精度是0.2μm，在贴壁细胞膜片钳封接应用中，细胞封接的成功率可以达到80％，定位速度和准确率都要高于现有技术。
一种机器人化细胞三维定位方法

[发明专利]基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法-CN202011573380.X有效
发明人：赵新;贾祎晴;赵启立;孙明竹;郭杉 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-12-25 - 公布日： 2023-01-17 - 主分类号： G16H50/50 文献下载
摘要：本发明提出了一种基于反应扩散模型的神经元树突棘发育模式建立方法，该方法以大鼠大脑海马区神经元树突棘形态制定树突棘形状分类标准，并利用反应扩散模型模拟单一树突棘在不同条件下的生长过程，使用形状分类标准对仿真结果进行分类，进一步利用反应扩散模型模拟一段树突在不同条件下生长不同密度的树突棘的过程，继而得到不同模式的神经元树突棘。与现有的研究方法相比，不仅有效避免了大量的动物实验；同时本发明首次将反应扩散模型应用到神经元树突棘发育模式的建立过程中，为后续研究树突棘模式异常引发疾病的发病机制奠定了基础。
基于反应扩散模型神经元树突发育模式建立方法

[发明专利]一种被动显微注射方法及其在细胞显微注射中的应用-CN202110102447.X有效
发明人：赵新;丁晨光;孙明竹;赵启立;刘曜玮 -专利权人：南开大学
申请日： 2021-01-26 - 公布日： 2022-11-29 - 主分类号： C12N15/89 文献下载
摘要：本发明提出了一种被动显微注射方法，该方法在装入注射液的注射微针内提供气压以平衡微针管内虹吸效应，向撤针方向快速移动注射微针，微针内的液体会被甩出，达到显微注射的目的。这种被动显微注射方法可通过调节注射微针移动速度、移动时间以及微针开口半径来控制注射量；注射体积随注射微针移动速度增大而线性增大，随微针移动时间增大而近似对数曲线增大，随微针开口半径增大而近似指数曲线增大。这种被动注射方法可应用于细胞显微注射，在注射过程中仅提供细胞内压大小的平衡压，不提供额外正压，可有效降低注射过程对细胞造成的伤害。
一种被动显微注射方法及其细胞中的应用

[发明专利]一种基于微流道的机器人化体细胞核移植操作方法-CN201910449314.2有效
发明人：孙明竹;刘曜玮;赵新;王雪锋;赵启立;崔茂盛 -专利权人：南开大学
申请日： 2019-05-28 - 公布日： 2022-09-30 - 主分类号： C12N15/873 文献下载
摘要：一种基于微流道的机器人化体细胞核移植操作方法。该方法的特点是引入的微流道用于存储细胞，引入了平行的双针分别用于细胞去核以及注核。该方法包括以下关键步骤：细胞的微流道存储，细胞的定位，细胞吸持，细胞去核，去核针与注核针的转换，细胞注核，最后释放已操作的细胞。实验结果表明该流程较传统体细胞核移植流程节约了41.7％的时间，并与手动体细胞核移植的存活率、成功率一致，有效的提升了体细胞核移植的效率与可重复性。
一种基于微流道机器人化体细胞移植操作方法

[发明专利]一种基于细胞朝向的定量去核方法-CN202010861832.8有效
发明人： 赵启立;赵新;邱金禹;孙明竹;韩宇;贾祎晴 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-08-25 - 公布日： 2022-06-07 - 主分类号： C12N15/877 文献下载
摘要：本发明涉及一种基于细胞朝向的定量去核方法，包括以下步骤：S1，对细胞核抽取过程有限元建模确定去核所需胞质去除量在关于细胞核‑微针相对位置下的分布；S2，对细胞核进行染色在荧光场下定位细胞核相对于极体的三维分布范围；S3，结合以上两步结果确定一个极体在焦平面上点位作为去核操作时的细胞朝向；S4，转动细胞至该方向吸取定量胞质进行去核。本发明利用细胞核抽取过程的有限元建模与离线确定的细胞核相对于极体三维分布范围确定去核时的极体点位，自动控制胞质去除量，可实现10％去核量下96％的去核成功率。
一种基于细胞朝向定量方法

[发明专利]快速单细胞转移用细颈微针及制备方法及细胞转运方法-CN202111445791.5在审
发明人： 赵启立;赵新;邱金禹;张艺荻;李明慧;孙明竹 -专利权人：南开大学
申请日： 2021-11-30 - 公布日： 2022-03-04 - 主分类号： C12M1/26 文献下载
摘要：本发明涉及一种快速单细胞转移用细颈微针及制备方法及细胞转运方法，其中：通过如下步骤实现单细胞快速转运：制备一根开口可以容纳细胞，细颈处可以卡住细胞的转运用细颈微针；利用细胞转运过程中微针细颈处显微图像的灰度变化，实现细胞的自动卡住与释放判断，在此基础上结合显微操作系统，建立机器人化的细胞自动转运流程，实现细胞快速转运。本发明通过实验确定所需细颈微针的形状并完成制作，进而根据细颈处的图像灰度变化实现细胞卡住与释放的自动判断，由于节省了吸入与释放过程中的细胞位置控制过程，实验结果表明单个细胞的转运速度是人工操作速度的3倍，操作成功率达95％。
快速单细胞转移用细颈微针制备方法细胞转运

[发明专利]一种无视觉反馈的单细胞自动转运方法-CN202111455703.X在审
发明人： 赵启立;赵新;张艺荻;邱金禹;李明慧;孙明竹 -专利权人：南开大学
申请日： 2021-11-30 - 公布日： 2022-03-04 - 主分类号： C12M1/26 文献下载
摘要：本发明涉及一种无视觉反馈的单细胞自动转运方法，包括如下步骤：S1，通过微管堵塞实验，确定细胞卡住时产生可检测的管内压强变化下所需的微管内径范围；S2，筛选直径大于该范围内最小微管内径的细胞类型作为无视觉反馈单细胞自动转运方法的适用对象；S3，制作适用于步骤S2所确定的细胞类型的转运用双层微管；S4，进行细胞吸入与注出实验，确定细胞被卡住以及注出过程中双层微管内的压强变化曲线；S5，建立机器人化的无视觉反馈细胞转运流程，实现细胞自动转运。本发明通过微管堵塞实验和待操作细胞尺寸确定双层微管的内层和外层微管内径，并根据双层微管卡住与注出细胞过程中管内的压强变化曲线，首次实现了无视觉反馈的机器人化单细胞转运。
一种视觉反馈单细胞自动转运方法

[发明专利]一种无接触贴壁细胞三维形态测量方法及细胞封接方法-CN202011151720.X有效
发明人： 赵启立;赵新;韩宇;贾祎晴;邱金禹;于宁波;孙明竹 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-10-26 - 公布日： 2021-11-23 - 主分类号： G01N33/487 文献下载
摘要：本发明涉及一种无接触贴壁细胞三维形态测量方法及细胞封接方法，包括以下步骤：(1)对电极接近贴壁细胞上表面的过程进行电学仿真，确定电极距细胞表面距离与检测电阻上升的关系曲线；(2)提取细胞轮廓，并通过对细胞表面上5个点的无接触高度检测结果拟合细胞三维形态；(3)对电极进行三维定位，并根据细胞三维形态信息确定细胞表面上能够最大程度覆盖电极口的接触点位置；(4)控制电极移动到设定接触点处接触细胞表面，接触细胞，下降压入细胞膜并完成细胞封接。本发明所述细胞三维形态测量方法中，电极堵塞几率低，保证了后续细胞封接操作的正常进行。本发明所述的细胞封接方法可实现70％的封接成功率。
一种接触细胞三维形态测量方法方法

[发明专利]一种基于细胞核位置动态漂移建模的细胞核操作方法-CN202010862099.1有效
发明人： 赵启立;赵新;邱金禹;孙明竹;韩宇;贾祎晴 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-08-25 - 公布日： 2021-10-01 - 主分类号： C12M1/00 文献下载
摘要：本发明涉及一种基于细胞核位置动态漂移建模的细胞核操作方法，包括以下步骤：离线标定细胞核相对于极体的三维分布；通过三维有限元建模获得细胞核相对于微针位置的动态漂移轨迹；利用因析设计法确定细胞核位置动态漂移的主导影响因素；对微针胞内移动参数与细胞核位置动态漂移轨迹参数的关系进行拟合，确定接近细胞核所需的微针轨迹，由控制器控制微针沿确定的轨迹在胞内移动并接近细胞核并完成相应操作。利用本发明所述的细胞核操作方法，进行去核操作，可自动控制胞内运动轨迹及胞质去除量。相较人工去核操作，相同去核成功率下胞质去除量减少60％，家猪克隆胚胎卵裂率提升近一倍。
一种基于细胞核位置动态漂移建模操作方法

[发明专利]基于生长域的微管内增量式细胞质的速度场检测方法-CN202010740702.9有效
发明人：赵新;刘曜玮;张天航;孙明竹;赵启立 -专利权人：南开大学
申请日： 2020-07-29 - 公布日： 2021-09-14 - 主分类号： G01P3/68 文献下载
摘要：本发明涉及一种基于生长域的微管内增量式细胞质的速度场检测方法。所述检测方法，包括以下步骤：S1，微针刺入细胞前，对细胞内细胞质的位置进行标定；S2，通过图像处理的方式对微管内增量式细胞质进行位置标定；S3，计算t时刻，微管内增量式细胞质的定义域Ωt；S4，实时更新细胞质定义域Ωt，得到微管内增量式细胞质的生长域；S5，在生长域内设定检测目标点，作为追踪对象；S6，利用光流法追踪并获取检测目标点运动及形变后的新位置，计算得到增量式细胞质内部的速度场。本发明通过基于生长域的微管内细胞质的速度场检测，用来评价分析细胞去核过程的好坏，对于调整显微去核操作中的重要参数，降低对细胞的损伤，具有重要的指导意义。
基于生长微管增量细胞质速度检测方法

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