專利名稱：一種計算機圖像識別細胞分離系統的制作方法
技術領域：
一種計算機圖像識別細胞分離系統技術領域[0001]本實用新型涉及生物細胞分離技術，具體涉及其一種基于細胞顏色對細胞進行分離的技術。
背景技術：
[0002]生物細胞分離在生物學以及醫學上具有廣泛的應用和重要價值，如臨床血液分析疾病診斷、細菌分析、單細胞基因診斷、藥物注射等。[0003]目前，已有的細胞分離方法有多種，常用的細胞分離技術以流式細胞儀為主，但是流式細胞儀設備昂貴、體積龐大、需要專人操作、細胞用量大，難以在實驗室和醫院得到廣泛應用。還有根據細胞物理或化學特性產生的其它分離方法，如離心法，利用不同細胞的密度物理特性，采用離心技術，使細胞分層，從而達到分離的目的，由于細胞種類繁多，密度特性非常接近，離心技術很難把它們徹底分離，存在分辨能力差、分離不徹底等缺點。還有使用細胞對激光散射原理分離細胞，這種分離方法需要采集微弱的散射光作為區分不同的細胞，所以，對檢測環境、設備精度要求很高，以至于設備龐大、成本高、抗干擾能力差。發明內容[0004]本實用新型針對現有技術存在的不足，提 出一種計算機圖像識別細胞分離系統， 以期達到簡化分離系統，具有自動化程度高、效率高、應用面廣、潔凈度高，細胞污染小、設備簡單，成本低廉等優點。[0005]為了實現本實用新型目的，本實用新型的思路是應用細胞染色原理，對不同細胞添加不同的染色質后，由于細胞種類不同，使得染出來的細胞具有不同的顏色，如顏色A、顏色B，顏色C，顏色D等，這就可以利用計算機圖像顏色識別技術，分離出不同種類細胞。[0006]本實用新型提出以下技術方案[0007]—種計算機圖像識別細胞分離系統，該系統包括計算機圖像識別系統和細胞分離芯片，細胞分離芯片上的細胞溶液通道，在細胞溶液通道上設置有多條分叉通道，在每一個分叉通道的分叉位置設置微電極；所述計算機圖像識別系統的圖像采集裝置對準細胞分離芯片，用于采集細胞圖像，計算機圖像識別系統內的分析軟件用于識別制定區域內細胞的顏色，所述計算機圖像識別系統控制細胞分離芯片的信號發生器，信號發生器與細胞分離芯片上的微電極進行電信號連接，根據計算機的指令給微電極施加電信號，對待分離細胞進行偏轉操作。[0008]采用本系統進行細胞分離的方法步驟如下[0009](I)針對細胞懸液中包含的不同種類細胞，用不同的染料對細胞進行染色；[0010](2)將染色的細胞懸液注入細胞分離芯片中，通過鞘流方法，使細胞流在芯片通道中為單細胞流動，在細胞溶液通道上設置有多個分叉通道，每一個分叉位置設置有一對微電極，在細胞懸液流動過程中，用計算機圖像自動識別裝置在每一個分叉通道位置前實時識別流經細胞的顏色；[0011](3)在通道分叉位置，當計算機識別到細胞顏色不是顏色A時，便發出指令，通過信號發生器給位于該分叉通道位置的微電極對施加脈沖電壓信號，使不是顏色A的細胞在電泳力作用下發生偏轉，沿著分叉通道向前流動；而當計算機識別出細胞是顏色A時，計算機不發出指令，細胞沿此處的直行通道向前流動，從而分離出顏色A的細胞；[0012](4)按步驟(2)的過程，當細胞溶液到達下一分叉通道位置前時，計算機又進行識別，當識別出細胞顏色不是顏色B時，則發出指令，對該位置的微電極對施加脈沖電壓，使不是顏色B的細胞在電泳力作用下發生偏轉，沿這一位置的分叉通道流出；而當計算機識別出細胞是顏色B時，計算機不發出指令，細胞沿此處的直行通道向前流動，從而分離出顏色B的細胞；[0013](5)以此類推，分別分離出第三種、第四種以及更多種顏色的細胞，直至將待分離細胞懸液中需要分離的不同顏色的細胞分離完全為止。[0014]本實用新型提出的以系統具有以下明顯的優點[0015](I)自動化程度高。由于是計算機自動識別，自動控制細胞分離，無需人工干預，能從細胞注入到自動分離過程全自動化；[0016](2)效率高。計算機高速識別與控制，能夠快速識別和分離不同種類細胞，有利于保持細胞活性；另一方面，隨著芯片分離通道數量的增加，可以同時對多種不同的細胞進行一次性分離，大大提高混有多種細胞的一次性分離效率；[0017](3)應用面廣。所有細胞均能實現染色和電泳，所以，凡是不同種類細胞混雜在一起均可以采用該發明技術予以分離；[0018](4)潔凈度高，細胞污染小。由于采用微芯片系統，細胞在封閉的狹小空間受微電極周圍電場控制，芯 片消毒方便，工作環境潔凈度高，細胞受到污染小；[0019](5)設備簡單，成本低廉。系統組成簡單，分離芯片、信號發生器等設備造價低廉， 制造技術要求不高。


[0020]圖1是實現本實用新型的系統原理圖；[0021]圖2是細胞分離芯片的局部示意圖。
具體實施方式
[0022]
以下結合附圖進一步說明本實用新型[0023]本系統是應用生物學上細胞染色原理，對不同細胞添加不同的染料后，由于細胞種類不同，使得染出來的細胞具有不同的顏色，利用計算機圖像顏色識別技術，達到分離不同種類細胞的目的。[0024]參見圖1，計算機圖像識別細胞分離系統包括計算機圖像識別系統和細胞分離芯片2。如圖2所示，利用鞘流方法，使細胞在芯片通道內為單細胞流動，并采用在細胞溶液通道上順序設置多條分叉通道的形式，在每一個分叉通道的分叉位置的通道兩側設置微電極 A1-K1、A2-K2。計算機圖像識別系統的圖像采集裝置I (包括顯微鏡和CXD攝像頭)對準細胞分離芯片2，用于采集細胞圖像，計算機4內的圖像識別分析軟件用于根據圖像分析出細胞的顏色，計算機圖像識別系統的計算機4與細胞分離芯片的信號發生器3連接，信號發生器3與細胞分離芯片2上的介電電泳電極Al-Kl、A2-K2進行電信號連接，根據計算機4的指令給電極施加電信號。[0025]細胞分離的方法如下[0026]1、細胞染色[0027]以分離人外周血淋巴細胞為例。我們知道，在人外周血中，主要存在有諸如T細胞、B細胞、自然殺傷(NK)細胞等各類淋巴細胞。這些細胞的分類主要由它們的表面抗原決定的，如成熟T細胞表達CD3抗原，B細胞則是CD19陽性細胞，剩余部分多數為NK細胞(外周血中一般認為⑶3-/⑶56+細胞為NK細胞，所以如果需要鑒定分離真正的NK細胞，還需要鑒定⑶56抗原)。[0028](I)初級分選。[0029]把準備好的FITCX激發光488nm，發射光525nm，綠光)標記的CD3抗體(CD3-FITC， 綠色)和PE (激發光488nm，發射光575nm，橙色光)標記的⑶19 (⑶19-PE，橙色)抗體與外周血混合后，根據細胞表面自身抗原的特異性，這些抗原就會識別并結合相應的抗體，從而間接的給細胞進行標記染色，如B細胞結合CD19-PE，顯橙色。把細胞懸液勻速流經細胞分離芯片。當成熟T細胞(此時已攜帶綠光)經過信號發生器時，就會直接進入綠色通道。而攜帶紅光標記的B細胞經過時，就會發生偏轉，進入另外一個通道。同理，當B細胞進入另外通道的下一個信號檢測器時，就會被正確識別。最后，不經標記的細胞就是以NK細胞為主的群體。[0030](2)次級分選。·[0031]以分選T細胞亞群為例。因為成熟T細胞只能表達⑶4或⑶8分子，所以在⑶3+的成熟T細胞中又可按照⑶4、⑶8抗原差異分為輔助性T細胞(Th)和殺傷性T細胞(Ts)兩個亞型。以PE-Cy5(激發光488nm，發射光670nm，呈紅光)標記的CD4抗體(記為CD4_PE_Cy5， 紅色)。同理，PE標記的⑶8抗體記為⑶8-PE(橙色)。注意，因為此時再分選的⑶3+細胞已帶FITC標記的綠色熒光，不能再用FITC標記的抗體進行標記。根據細胞表面自身抗原的特異性，這些抗原就會識別并結合相應的抗體，從而間接的給細胞進行標記染色。當這些不同熒光標記的抗體加入到上述分離好的CD3+細胞懸液后，混勻，流經細胞分離芯片。在 ⑶3+細胞中，再根據⑶4和⑶8的表達差異分選Th細胞(⑶3+/⑶4+，此時細胞呈紅綠色)和 Ts細胞(CD3+/CD8+，黃綠色)；當細胞經過信號檢測器時，就會識別紅色與橙色，進行篩選。[0032]同理，在⑶3-細胞中，又可以根據⑶16和⑶56的差異進一步分選。⑶16表達于大多NK細胞上，但也表達于中性粒細胞上。這種抗原在NK細胞的表達比較弱并在NK細胞活化時丟失。⑶56表達于大多數的(但并不是全部)NK細胞上，也表達于一些T淋巴細胞上。與⑶3聯合使用，可以區分⑶3+/⑶56+ T淋巴細胞和⑶3-/⑶56+NK細胞。 聯合使用三種單抗能最完全的鑒定所有的NK細胞。NK細胞或表達⑶16，或表達⑶56， 但它們不表達CD30CD16和CD56聯合使用，根據熒光強度可將NK細胞從雙陰性細胞中區分出來。這樣運用該組試劑，NK細胞可形成獨立的群體與其他細胞相區分。[0033]2、將細胞懸液注入細胞分離芯片中，細胞懸液從第I區域處流入，當細胞懸液要進入到第II區域時(即圖中虛線內所示的圖像識別區域)，即將要流經第一個分叉通道位置時，計算機的圖像采集裝置I采集細胞圖像，由圖像識別分析軟件根據圖像分析出細胞的顏色，當識別出細胞為非綠色時，計算機發出指令，使信號發生器給Al-Kl這對電極施加脈沖電壓信號，細胞在電泳力作用下發生偏轉，沿著分叉通道CH2向前流動；當計算機識別出進入此處的細胞是綠色時，計算機不發出指令，信號發生器不給Al-Kl施加電壓信號，綠色細胞通過此處的直行通道CHl沿直線方向向前流動，從而分離出綠色細胞。[0034]3、同上述原理，當細胞溶液進入第III區域時(即圖中虛線內所示的第二個圖像識別區域)，計算機識別出細胞顏色非紅色時，則發出指令給信號發生器，對A2-K2施加脈沖電壓，使非紅色細胞在電泳力作用下發生偏轉，沿分叉通道CH3流出。否則，計算機不發出指令，紅色細胞通過此處的直行通道CH4沿直線方向向前流出，即分離出 紅色細胞。[0035]以此類推，可以實現不同顏色的細胞分離。
權利要求1.一種計算機圖像識別細胞分離系統，其包括計算機圖像識別系統和細胞分離芯片，其特征在于所述細胞分離芯片中有細胞溶液通道，在細胞溶液通道上設置有多條分叉通道，在每一個分叉通道的分叉位置對應設置微電極；所述計算機圖像識別系統的圖像采集裝置對準細胞分離芯片，用于采集細胞圖像，所述計算機圖像識別系統連接并控制細胞分離芯片的信號發生器，信號發生器與細胞分離芯片上的微電極進行電信號連接，根據計算機的指令給電極施加電信號，對待分離細胞進行偏轉操作。
2.根據權利要求1所述的計算機圖像識別細胞分離系統，其特征在于所述微電極設置在分叉位置的通道兩側。
專利摘要一種計算機圖像識別細胞分離系統，該系統包括計算機圖像識別系統和細胞分離芯片。其是應用細胞染色原理，針對不同待分離目標細胞選取添加不同的染料，由于細胞種類不同，使得染出來的細胞呈現不同的顏色，利用計算機圖像顏色識別技術，辨別不同顏色的細胞，并結合電泳分離技術，達到分離不同種類細胞的目的。本實用新型具有自動化程度高、效率高、應用面廣、潔凈度高，細胞污染小、設備簡單，成本低廉等優點。
文檔編號C12M1/42GK202830044SQ20122030110
公開日2013年3月27日 申請日期2012年6月26日 優先權日2012年6月26日
發明者蔣麗華, 曹毅, 楊軍, 鄭小林, 胡寧 申請人:重慶城市管理職業學院