[发明专利]一种基于三维图像特征的细胞活性状态表征监测装置及方法

说明书

本发明提供一种基于三维图像特征的细胞活性状态表征监测装置及方法。本发明装置，包括PDMS基底层和电极层，电极层设置在PDMS基底层上，并与PDMS基底层上开设的卡槽键合，电极层由四块铜片电极组成，其中四块电极两两相对，从而产生非均匀电场。通过对电极施加交流电压，使得放置于旋转观察室中的细胞做匀速的旋转运动。在观察期间，滴入NaClO对细胞采取逐渐灭活操作。设置一定时间段为一个周期，通过显微镜拍摄细胞旋转一圈的过程中多个角度的图像，并且使用三维恢复技术恢复周期内细胞的三维全貌图像。连续观察多个周期，通过分析对比图像中所携带的生命体征信息，包括细胞椭球度、表面粗糙度、颜色矩阵、色素溢出率，来实时监测细胞各个周期的活性。

技术领域

本发明涉及细胞操控和三维恢复技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于三维图像特征的细胞活性状态表征监测装置及方法。

背景技术

微流控芯片近年来在各个领域获得了越来越多的关注，尤其是在化学分析和细胞分析等领域。它加工简单、分析时间短、检测容量小以及易于集成化的特点，方便了基于微流控芯片对生物颗粒或者细胞进行操纵。正因如此，微流控芯片在生物诊断、细菌检测等领域具有重要的影响和意义。

微流控芯片对颗粒或细胞进行操控的方法一般包括声学、磁力学、光学和电力学等方法。而在电力学中，介电泳技术(Dielectrophoresis，DEP)被广泛应用于颗粒或细胞的捕获、旋转、富集、分离等操控。介电泳是指，基于颗粒和溶液的不同特性,颗粒在非均匀电场下的运动。

目前，细胞三维立体结构的拍摄成本极高，存在技术不易掌握、人工培训周期长、材料损耗严重等问题。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于三维图像特征的细胞活性状态表征监测装置及方法。本发明通过设计非均匀的电场，利用信号发生器产生电场，从而产生介电泳力，使样品细胞做均匀角度的旋转，以便从不同角度拍摄细胞。由于使用显微镜监测，可以进行快速拍摄，因此通过多组照片，可以提取细胞三维图像的特征对细胞活性进行监测。

本发明使用三维恢复技术将规定时间段内连续拍摄的图像进行三维恢复，得到恢复后的三维图像；周期性重复操作，可以得到观察周期内目标细胞携带生命体征信息的图像，观察变化；所述生命体征信息通过尺寸、灰度值等图像中信息的综合，分为表征细胞外围整体尺寸和轮廓的椭球度、表征细胞表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度的表面粗糙度、表征细胞颜色和纹理信息的颜色共生矩阵，部分细胞的图像中可能还携带表征细胞内色素溢出程度的色素溢出率。

本发明分析整个周期内目标细胞三维恢复图像的生命体征信息，通过分析细胞外围整体尺寸和轮廓的变化，比较细胞在整个监测过程中椭球度的变化，椭球度越大，细胞活性越低。

本发明分析整个周期内目标细胞三维恢复图像的生命体征信息，通过比较细胞表面较小间距和微小峰谷的变化，比较细胞在整个监测过程中表面粗糙度的变化，细胞表面粗糙度越高，细胞活性越低。

本发明分析整个周期内目标细胞三维恢复图像的生命体征信息，通过分析细胞颜色和纹理信息，比较细胞在整个监测过程中颜色矩阵的变化，颜色矩阵越接近，细胞活性越低。

本发明分析整个周期内目标细胞三维恢复图像的生命体征信息，通过分析细胞内色素溢出程度，比较细胞在整个监测过程中色素溢出率的变化，色素溢出率越高，细胞活性越低。

基于三维图像特征的细胞活性状态表征监测装置与方法的直观比较，判别细胞在整个监测过程中的变化，从而有效的监测细胞的活性。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于三维图像特征的细胞活性状态表征监测装置，包括：PDMS基底层和电极层；所述电极层设置在PDMS基底层上，并与PDMS基底层上开设的卡槽相键合。

进一步地，所述卡槽包括：