基于多功能細胞操作器件的自動化顯微操作技術(shù)研究.pdf

1、在生物科學研究和實驗中,機器取代人工操作可以避免操作人員因長時間高強度勞動產(chǎn)生疲勞的現(xiàn)象,大大降低了操作人員的技能要求,進而讓生物技術(shù)被更多人掌握。應(yīng)用自動化顯微操作系統(tǒng)進行細胞工程實驗,能夠使細胞操作簡單化、自動化,提高操作效率和成功率。本文圍繞顯微操作的自動化和智能化的主題,研制了一種多功能細胞操作器件,進而構(gòu)建了一套計算機控制的自動化顯微操作系統(tǒng),利用光機電技術(shù)結(jié)合實現(xiàn)穩(wěn)定性好、可重復(fù)性高的自動化細胞操作。
　　本文首先分析

2、了CCD與生物倒置顯微鏡結(jié)合的成像原理,根據(jù)顯微操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點,進行目標的自動搜索及定位。在此基礎(chǔ)上分析了自動化系統(tǒng)執(zhí)行細胞注射、胚胎玻璃化冷凍的機理,為進一步展開自動化顯微操作的研究提供理論依據(jù)。其次針對細胞操作批量化、集成化的需求,設(shè)計并制作了一種多功能細胞操作器件,利用該器件不僅可以替代多個培養(yǎng)皿,還便于目標的定位,可進行細胞的固定、清洗、搬運和冷凍等多種操作。接著選擇合適的機械定位系統(tǒng)和顯微視覺系統(tǒng),將各部件及其驅(qū)動器連接

3、到正確端口構(gòu)建自動化顯微操作系統(tǒng)。使用PID控制器與視覺反饋結(jié)合,實現(xiàn)了二維平臺、三自由度操作手和微量泵等執(zhí)行元件的精密控制。基于顯微視覺伺服技術(shù),應(yīng)用霍夫圓變換識別細胞并控制平臺跟蹤細胞;利用離焦法控制顯微鏡自動聚焦,并通過圖像清晰度評價函數(shù)進行驗證。最后將小鼠卵細胞置于多功能細胞操作器件中,利用自動化顯微操作系統(tǒng)分別自動完成細胞吸附固定及小鼠胚胎玻璃化冷凍實驗,能夠在1min內(nèi)固定9個細胞,大幅提高細胞注射效率;在25~35s內(nèi)完成