[发明专利]一种用于贴壁细胞的自动化显微注射系统及注射方法

说明书

本发明公开了一种用于贴壁细胞的自动化显微注射系统及注射方法，载物台，带贴壁细胞再X、Y方向移动，将贴壁细胞移至显微镜视野内；显微镜，倒置在载物台正上方，用来监控贴壁细胞注射的整个流程；多自由度机器人，与微量移液器连接，并将微量移液器运送至指定位置；微量移液器与注射泵连接，将待注射液体注入到贴壁细胞内；图像采集器，用于采集载物台上的图像数据，送入到上位机中，为系统提供视觉反馈。通过上述方式，本发明能够对贴壁细胞进行高精度显微注射；可以实现细胞的快速精确分割；可以获取移液器与贴壁细胞表面的垂直高度，避免了在注射过程中损伤移液器尖端；可以实现对移液器的注射路径进行优化，大大节省了注射时间。

技术领域

本发明涉及显微注射系统领域，特别是涉及一种用于贴壁细胞的自动化显微注射系统及注射方法。

背景技术

显微注射指的是在微观领域，通过移液器把化学物质注入到生物中，该技术的主要优点在于能够在不影响实验物体对象的前提下，将大量化学物质输入到实验对象内。细胞是显微注射中常见的操作对象，当前细胞显微注射正广泛的应用于基因治疗、细胞重组和其他用于生产转基因动物技术。

大多数哺乳动物的细胞都是黏附在培养皿表面进行培养，不同于大型悬浮细胞，贴壁细胞的细胞的尺寸更小，形态高度不规则，难以对其进行准确分割，而且在实验中通常利用蛋白质涂层将细胞粘附在培养皿表面，移液器下降过程会将移液器末端插入到蛋白质涂层中，造成移液器末端的损坏，所以有必要准确获得移液器与细胞的垂直高度，在细胞显微注射中往往需要对多个细胞进行注射，有必要对移液器的注射路径进行优化。

所以当前迫切需要一种贴壁细胞自动化注射系统，能够获取移液器与细胞的垂直高度，以及解决图像中贴壁细胞的分割和移液器注射路径优化的问题(注射路径最短)。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于贴壁细胞的自动化显微注射系统及注射方法，能够实现对贴壁细胞的自动化显微注射，解决了在自动化显微注射过程中，贴壁细胞的分割，移液器与细胞之间垂直高度获取、移液器注射器路径优化的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于贴壁细胞的自动化显微注射系统，包括：

载物台，带贴壁细胞再X、Y方向移动，将贴壁细胞移至显微镜视野内；

显微镜，倒置在载物台正上方，用来监控贴壁细胞注射的整个流程；

多自由度机器人，与微量移液器连接，并将微量移液器运送至指定位置；微量移液器与注射泵连接，将待注射液体注入到贴壁细胞内；

图像采集器，用于采集载物台上的图像数据，送入到上位机中，为系统提供视觉反馈。

在本发明一个较佳实施例中，多自由度机器人采用视觉伺服将微量移液器运送到指定位置。

在本发明一个较佳实施例中，所述贴壁细胞是使用胶原蛋白将细胞固定在培养皿表面。

在本发明一个较佳实施例中，多自由度机器人包括三自由度、四自由度、五自由度或六自由度机器人。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种用于贴壁细胞的自动化显微注射系统的注射方法，包括以下步骤：

步骤1）将待注射细胞放置在载物台上，移到显微镜视野内，将通过多自由度机器人将微量移液器到指定位置完成系统初始化；

步骤2）分割出图像中的细胞，并储存细胞位置；

步骤3）使微量移液器落在焦平面内，调整焦平面位置，并用图像采集器获取的图像与存储的移液器模板图像进行对比，当匹配相似度达到最大时即认为微量移液器落在了焦平面内；

步骤4）用运动历史图像MHI算法计算出微量移液器的与细胞的垂直距离H微米；

步骤5）使用贪心算法求出最短注射路径；

步骤6）使用光流法跟踪微量移液器末端，将其运送到指定的注射位置；