【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医学领域，具体涉及一种卵细胞保护剂处理系统及方法。
技术介绍
1、卵母细胞的低温保存，就是指采用特定的方法将卵母细胞冷却至低温，长期保存；等到需要的时候可以将卵母细胞按照一定的流程复温，并且卵母细胞仍然能够保持足够的活性。这对于延缓生殖衰老，保护一些特殊人群的生育权利有着重要的意义。
2、在卵母细胞的低温保存过程中，不可避免的会遭受一些损伤包括：渗透压损伤，毒性损伤、冰晶损伤、低温本身造成的损伤，温度变化过程中造成的冲击损伤等。人为能控制的往往是渗透压损伤和毒性损伤，所以一般低温冷冻过程中会使用一些低渗透压以及低毒性的保护剂。一般操作流程中保护剂是多步添加的，将基础液滴和平衡液滴混合静置，重复两次，再放入使用的冷冻保护液中，将装置整体进行装载，放入液氮中冷冻。上述过程中为了确保细胞不被高渗透性的保护剂涨破，逐步添加保护剂让细胞适应高渗环境，但是这个过程中不可避免的让细胞更长时间处在保护剂中，这对于保持细胞的活性是不利的。
3、在研究低温冷冻的过程中，人们逐渐发现通过细胞微封装技术将细胞封装在微小凝胶中，为细胞的储存和运输提供了便利，还可以减少细胞与外界环境的接触，降低细胞受到污染或损伤的风险，在细胞保存和移植过程中更加方便和可控。同时，细胞微封装技术在冷冻过程中能够限制冰晶的形成，并减少对细胞结构的破坏，更好地保护细胞的完整性。这些优势使得细胞微封装成为一种有效的方法，可以延缓细胞代谢活动、增加保存时间，在细胞的低温冷冻保存中可能会有更多的价值。
4、但是目前的保护剂添加和去
技术实现思路
1、有鉴于此，因此本申请通过自制了一套可以用于细胞冷冻保存中微流控装置，结合深度学习算法动态关注细胞的体积变化，提出了一种卵细胞保护剂处理方法可以大大简化保护剂处理的流程。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术设计的系统能够更快更准确的完成保护剂的添加，从而降低细胞在保护剂中的暴露时间，最终减小细胞受到保护剂损伤的风险。
4、一种卵细胞保护剂处理系统，所述系统主要分为监测识别模块、溶液注射模块、保护剂处理模块和细胞封装模块几个关键部分。
5、所述的监测识别模块利用显微镜上的ccd相机拍摄细胞体积的实时图像，将其无线传输到远端设备，远端设备采用图像分割算法进行实时分析进行实时分割，通过实时监测保护剂添加过程中细胞体积的变化，可以进一步量化水凝胶微载体对细胞的保护作用。通过验证水凝胶微载体在细胞保护中的作用机制，从而帮助确定最合适的保护剂添加速度，使得细胞在最短的时间内接触到最合适的浓度和量的保护剂，从而降低细胞的损伤风险。
6、所述的溶液注射模块由三个注射泵和一个三通装置组成。其中两个注射泵分别与三通装置的两个入口相连，这两个注射泵分别负责注入等渗溶液和保护剂，系统可以通过注射泵和三通装置精确地控制溶液的流量和时间，以达到最佳的保护剂添加效果。另外一个注射泵连接微流控装置的出口，微流控装置产生的废液经过这个注射泵流出，回收和处理。同时，系统还可以回收和处理废液，避免环境污染和资源浪费。
7、所述的保护剂添加模块由两层硅胶薄膜和两片高硼玻璃组成，所述两片高硼玻璃中间夹着所述两层硅胶薄膜，形成一个微流控装置，用于捕获细胞并实时观察在添加保护剂过程中的细胞形态。整个系统的设计经过叠加并使用长尾夹固定，确保了设备的稳定性和防水性。最外层的高硼玻璃与显微镜卡扣匹配，孔中连接聚四氟乙烯管，通过ab胶固定在入口的孔处。细胞可以在腔室内被固定在几个预设的位置，方便显微镜观察细胞在添加保护剂过程中的体积、形态和活性的变化，以评估保护剂添加效果和细胞质量。
8、所述的细胞封装模块通过离心微流控的方式实现，所述的细胞封装模块通过离心微流控的方式实现，将细胞悬液滴入海藻酸钠溶液中，海藻酸钠会以液滴的方式滴落到管中的氯化钙溶液中，交联生成水凝胶微球；当液滴中有卵母细胞时，会将细胞封装到水凝胶微球中。例如，将细胞悬液滴入0.75wt％的海藻酸钠溶液中，放入30g的点胶针头在离心机1.2rpm/min的转速下旋转8分钟；海藻酸钠会以液滴的方式滴落到ep管中的0.15mol/l氯化钙溶液中，交联生成水凝胶微球；当液滴中有卵母细胞时，会将细胞封装到水凝胶微球中。
9、所述的卵细胞保护剂处理系统包括监测识别模块，溶液注射模块和保护剂处理模块可以进行渗透性实验，判断微封装对于卵母细胞渗透性的影响。
10、所述的卵母细胞保护剂处理方法是指将封装后的卵母细胞放入自制的微灌注装置中，直接向装置中快速的通入要使用的保护剂。
11、所述的，向装置中快速的通入保护剂，是使用可编程的注射泵以大流速(25μl/min)直接向装置中通入保护剂。
12、具体地，一种卵细胞保护剂处理系统，所述系统包括监测识别模块、溶液注射模块、保护剂处理模块和细胞封装模块；
13、所述的监测识别模块利用显微镜上的ccd相机拍摄细胞体积的实时图像，将其无线传输到远端设备，远端设备采用图像分割算法进行分割，通过实时监测保护剂添加过程中细胞体积的变化，进一步量化水凝胶微载体对细胞的保护作用；通过验证水凝胶微载体在细胞保护中的作用机制，从而确定保护剂添加速度，保护剂的浓度和添加量；
14、所述的溶液注射模块包括第一注射泵、第二注射泵、第三注射泵和三通装置，第一注射泵负责控制等渗溶液的注射或者封装后的卵母细胞的注射，第二注射泵负责控制保护剂的注射，第三注射泵负责在微流控装置出口处收集废液；三通装置的两个入口分别连接第一注射泵和第二注射泵，三通装置的出口连接微流控装置，第三注射泵连接微流控装置的出口；
15、所述的保护剂添加模块由两层以上硅胶薄膜和两片高硼玻璃组成，所述两片高硼玻璃中间夹着所述两层以上硅胶薄膜，形成一个微流控装置，用于捕获细胞并实时观察在添加保护剂过程中的细胞形态；其中一个高硼玻璃上设置有通孔，孔中连接管道；细胞可以在微流控装置腔室内被固定在几个预设的位置，用显微镜观察细胞在添加保护剂过程中的体积、形态和活性的变化，以评估保护剂添加效果和细胞质量；
16、所述的细胞封装模块通过离心微流控的方式实现，将细胞悬液滴入海藻酸钠溶液中，海藻酸钠会以液滴的方式滴落到管中的氯化钙溶液中，交联生成水凝胶微球；当液滴中有卵母细胞时，会将细胞封装到水凝胶微球中。
17、优选的，图像分割算法采用u-net深度学习算法，它通过跳跃连接将编码器和解码器的特征图进行融合，从而提高了分割的精度和效率。相比较基于阈值、基于区域、基于边缘等传统图像分割算法具有更高的准确度和鲁棒性，而且相比于u-net++、mask rcnn有着更加简单高效的跳跃连接网络，减小了网络的复杂度和参数量，从而实现了更快的分割速度，能够满足对显微镜拍摄图像的实时分割。
18本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种卵细胞保护剂处理系统，其特征在于，所述系统包括监测识别模块、溶液注射模块、保护剂处理模块和细胞封装模块；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的微流控装置包括自上而下依次叠层设置的顶部高硼玻璃层(1)、上层硅胶薄膜(2)、下层硅胶薄膜(3)和底部高硼玻璃层(4)；顶部高硼玻璃层(1)和底部高硼玻璃层(2)厚度相同；上层硅胶薄膜(2)上划定有第一矩形区域(21)和第二矩形区域(22)；下层硅胶薄膜(3)划定出第三矩形区域(31)，顶部的高硼玻璃对称着打第一孔(11)和第二孔(12)；第一孔(11)、第一矩形区域(21)和第三矩形区域(31)流体连通；第二孔(12)、第二矩形区域(22)和第三矩形区域(31)流体连通；第一孔(11)通过管道连接三通装置的出口；第二孔(12)通过管道连接第三注射泵；
3.一种卵细胞保护剂处理方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的系统，所述方法包括以下步骤：使用离心微流控的方法将细胞封装，使用可编程的注射泵直接将配置好的保护剂通入微流控装置内，完成保护剂的添加；显微镜下观察细胞体积的变化，通过深度学习网络U-N
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用可编程的注射泵以流速25±0.5μl/min直接向装置中通入保护剂。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，深度学习网络U-Net处理采用采用U-Net深度学习算法，算法主要由两部分组成：编码器(用于捕获上下文信息)和解码器(用于精确定位)；解码器和编码器包括卷积、ReLU激活函数、最大池化以及上采样操作，通过这些操作，U-Net能够从输入图像中提取有用的特征，并进行图像分割。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，捕获区域采取厚度300±5μm的硅胶薄膜和厚度50±1μm的硅胶薄膜叠加，即能够预留足够的高度方便细胞微载体进入微流控装置腔室，也能够保证细胞微载体能够稳定的捕获在腔室内部。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用海藻酸钠水凝胶薄膜对细胞进行封装，封装方法为使用氯化钙溶液与海藻酸钠溶液与细胞混合物接触，钙离子会和海藻酸钠溶液交联生成水凝胶薄膜包裹住细胞完成封装。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，细胞封装模块通过离心微流控的方法实现，所述离心微流控的方法包括将海藻酸钠与细胞混合物放入点胶针头中，插入EP管(不锈钢电镀管)管子内，EP管内放入氯化钙溶液，调整离心机转速，旋转，可以完成细胞封装。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述使用可编程的注射泵直接将配置好的保护剂以通入系统内包括：先使用注射泵将细胞泵入系统中，细胞会卡在便于观察的位置，接着将配置好的保护剂装入注射器中放在注射泵，设置流速,开启，完成保护剂的添加。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，显微镜下观察细胞体积的变化，并通过WIFI或蓝牙传输至远端设备；在远端设备上，U-Net深度学习模型对接收到的图像进行精确分割，计算细胞在保护剂添加过程中的归一化体积；待体积恢复稳定可以进行低温冷冻，确保细胞在添加冷冻保护剂的过程中被准确地捕获和观察。
...【技术特征摘要】
1.一种卵细胞保护剂处理系统，其特征在于，所述系统包括监测识别模块、溶液注射模块、保护剂处理模块和细胞封装模块；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的微流控装置包括自上而下依次叠层设置的顶部高硼玻璃层(1)、上层硅胶薄膜(2)、下层硅胶薄膜(3)和底部高硼玻璃层(4)；顶部高硼玻璃层(1)和底部高硼玻璃层(2)厚度相同；上层硅胶薄膜(2)上划定有第一矩形区域(21)和第二矩形区域(22)；下层硅胶薄膜(3)划定出第三矩形区域(31)，顶部的高硼玻璃对称着打第一孔(11)和第二孔(12)；第一孔(11)、第一矩形区域(21)和第三矩形区域(31)流体连通；第二孔(12)、第二矩形区域(22)和第三矩形区域(31)流体连通；第一孔(11)通过管道连接三通装置的出口；第二孔(12)通过管道连接第三注射泵；
3.一种卵细胞保护剂处理方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的系统，所述方法包括以下步骤：使用离心微流控的方法将细胞封装，使用可编程的注射泵直接将配置好的保护剂通入微流控装置内，完成保护剂的添加；显微镜下观察细胞体积的变化，通过深度学习网络u-net处理得到体积变化情况，待体积恢复稳定可以进行低温冷冻(-10℃～-196℃)；冷冻结束后将等渗溶液直接通入装置中完成保护剂的去除。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用可编程的注射泵以流速25±0.5μl/min直接向装置中通入保护剂。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，深度学习网络u-net处理采用采用u-net深度学习算法，算法主要由两部分组成：编码器(用于捕获上下文信息)...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵刚，卫思源，吴康，王孟寒，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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