一种基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法

本发明涉及细胞操作，尤其涉及一种基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法。

背景技术：

1、使用微管吸持和释放细胞是进行细胞操作的关键步骤，当前对细胞吸持与释放的检测主要通过显微视觉反馈对微管口和细胞的相对位置的检测来对细胞是否被吸持和释放进行判断，这种对显微视觉的依赖使得传统吸持与释放检测方法无法应用到缺乏显微视觉细胞操作场合，比如全封闭的细胞培养设备中由于空间限制，很难安装显微镜，但培养过程中大量的细胞转运操作仍需进行细胞的吸持与释放检测，再比如对于经过荧光染色的细胞操作中，如果暴露在光场下会导致光漂白等问题，因此相关细胞操作不便提供显微视觉反馈，为了方便上述无视觉反馈情形下的细胞操作，研究不依赖于视觉反馈的细胞吸持和释放方法十分有必要。

2、微管口被细胞堵塞和细胞移开时导致的管内气压变化可以用来对细胞吸持和释放进行检测，但由于微管需要在培养液中对细胞进行操作，管内液体的流动会对管内的气压变化产生干扰，因此本发明通过对液体环境中的细胞吸持和释放导致的微管压强变化进行建模，提供一种基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明公开一种基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法，包括以下步骤：

2、s1：通过微管对细胞进行吸持和释放，建立细胞吸持模型；

3、s2：基于克拉伯龙方程对微管吸持和释放细胞前后的管内压强建模；

4、s3：基于上述建模结果，通过对微管气压变化检测实现细胞的吸持和释放的检测。

5、进一步地，所述步骤s1中，所述微管内径比细胞直径小，且产生足够大的流体力使细胞运动。。

6、进一步地，所述步骤s1中，所述模型发生在细胞吸持过程中，根据吸持压力和细胞被吸入微管的长度关系得到能够吸持固体性质和液体性质细胞的最大微管内径。

7、进一步地，在所述步骤s2中，所述细胞的吸持和释放经历四个过程，四个所述过程分别为：细胞被吸持向管口移动、细胞被吸持卡管口处、细胞被释放脱离管口前和细胞被释放且与管口脱离。

8、进一步地，在所述步骤s2中，根据建立的模型并通过计算，确定吸持和释放过程压强的变化趋势。

9、进一步地，所述步骤s2中，忽略管内气体的温度变化和压强变化引起的气路管道形变，且管内气体压强与体积的关系满足克拉伯龙方程。

10、进一步地，在所述步骤s3中，细胞吸持和释放的操作流程为：

11、步骤一：对微管施加负压，当观察到气压斜率变化超出阈值，细胞已经被微管口成功吸持；

12、步骤二：完成细胞操作后向微管中施加正压，当气压斜率产生的变化超出特定阈值，细胞被微管口成功释放。

13、进一步地，进行斑马鱼卵实验，通过步骤s1、步骤s2和步骤s3进行实验，并统计成功率。

14、本发明与现有技术相比的有益效果是：(1)本发明通过对吸持和释放过程的细胞气压建模得到上述过程中微管内气压变化趋势，并利用该趋势实现了基于气压变化的细胞吸持和释放操作检测。实验结果表明，该方法可以以90％的成功率完成细胞吸持和释放检测，且操作之后的细胞发育能力不受影响；(2)本发明在常规的吸持针和含有压强传感器的气动注射器组成的细胞操作系统上实现，适用于包括细胞注射、去核、拨动等典型细胞操作中的吸持和释放检测，具有广泛的适用性；(3)本发明方法中细胞吸持和释放检测摆脱了对显微视觉的依赖，因此将能够应用到全封闭式的细胞工作站和全黑箱染色细胞操作系统等无法提供显微视觉的场合，将显著促进细胞操作技术在上述场合中的推广应用。

技术特征：

1.一种基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述微管内径比细胞直径小，且产生足够大的流体力使细胞运动。

3.根据权利要求1所述的基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述模型发生在细胞吸持过程中，根据吸持压力和细胞被吸入微管的长度关系得到能够吸持固体性质和液体性质细胞的最大微管内径。

4.根据权利要求1所述的基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法，其特征在于，在所述步骤s2中，所述细胞的吸持和释放经历四个过程，四个所述过程分别为：细胞被吸持向管口移动、细胞被吸持卡管口处、细胞被释放脱离管口前和细胞被释放且与管口脱离。

5.根据权利要求1所述的基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法，其特征在于，在所述步骤s2中，根据建立的模型并通过计算，确定吸持和释放过程压强的变化趋势。

6.根据权利要求1所述的基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法，其特征在于，所述步骤s2中，忽略管内气体的温度变化和压强变化引起的气路管道形变，且管内气体压强与体积的关系满足克拉伯龙方程。

7.根据权利要求1所述的基于微管气压变化的细胞吸持和释放方法，其特征在于，在所述步骤s3中，细胞吸持和释放的操作流程为：

8.根据权利要求1所述的基于微管气压变化的细胞吸持和释放方法，其特征在于：进行斑马鱼卵实验，通过步骤s1、步骤s2和步骤s3进行实验，并统计成功率。

技术总结本发明公开一种基于微管气压变化的细胞吸持和释放检测方法，涉及细胞操作技术领域，包括以下步骤：S1：通过微管对细胞进行吸持和释放，建立细胞吸持模型；S2：基于克拉伯龙方程对微管吸持和释放细胞前后的管内压强建模；S3：基于上述建模结果，通过对微管气压变化检测实现细胞的吸持和释放的检测；本发明通过对吸持和释放过程的细胞气压建模得到上述过程中微管内气压变化趋势，并利用该趋势实现了基于气压变化的细胞吸持和释放操作检测，实验结果表明，完成细胞吸持和释放检测成功率高，且操作之后的细胞发育能力不受影响，具有广泛的适用性；本发明对细胞吸持和释放检测摆脱了对显微视觉的依赖，显著促进细胞操作技术在上述场合中的推广应用。技术研发人员：赵启立,朱日芃,赵新,邱金禹,张艺荻受保护的技术使用者：南开大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9