CN112179831A - 缺陷细胞的检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种缺陷细胞的检测装置及方法，所述缺陷细胞的检测装置包括细胞检测仪；细胞筛选单元筛选出不同直径的细胞；第一切换模块用于将筛选出的不同直径的细胞选择性地送往第一通道；第一识别单元用于识别出第一通道内单细胞是否具有缺陷；第二切换模块根据所述第一识别单元的结果切换通道；识别结果是缺陷细胞，所述第一通道连通第二通道，识别结果是非缺陷细胞，所述第一通道连通第三通道；定位模块用于确定所述第二通道内缺陷细胞的位置；转移单元用于将确定位置处的缺陷细胞或其萃取物转移到所述细胞检测仪。本发明具检测准确、自动化等优点。
Description
技术领域
本发明涉及细胞分析，特别涉及缺陷细胞的检测装置及方法。
背景技术
单细胞技术在近年来的发展迅速，随着单细胞测序、单细胞转录组等技术的不断发展，人类从DNA、RNA的水平深入了解了细胞群体异质性。在蛋白质水平，流式一直是最为常用的单细胞分析手段，但是由于串色等问题的困扰，流式通常只能进行6-10种蛋白的同时检测。
质谱流式细胞技术(Mass Cytometry)是利用质谱原理对单细胞进行多参数检测的流式技术。它继承了传统流式细胞仪的高速分析的特点，又具有质谱检测的高分辨能力，这种融合技术能在单细胞水平上同时分析超过40种细胞参数，极大的增加了流式细胞分析评估复杂细胞系统和过程的能力，是流式细胞技术一个新的发展方向。它采用金属元素标记物(抗体)标记或识别细胞表面和内部的信号分子，然后应用流式细胞术分离单个细胞，再用ICP-MS观察单个细胞的原子质量谱，最后将原子质量谱的数据转换为细胞表面和内部的信号分子数据，并通过计算机分析软件对获得的数据进行降维分析，从而实现对细胞表型和信号网络的精细观察。
在质谱流式细胞技术中，细胞样品经流动室和液流系统分离成单个细胞后，需全部依次进入质谱分析，不利于快速获取目标细胞的分析结果，效率较低。由于一次分析仅针对单个细胞，对于细胞中某个特定成分的分析，存在信号较弱的问题。
发明内容
为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种检测精确、自动化的缺陷细胞的检测装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
缺陷细胞的检测装置，所述缺陷细胞的检测装置包括细胞检测仪；所述缺陷细胞的检测装置还包括：
细胞筛选单元，所述细胞筛选单元筛选出不同直径的细胞；
第一切换模块，所述第一切换模块用于将筛选出的不同直径的细胞选择性地送往第一通道；
第一识别单元，所述第一识别单元用于识别出第一通道内单细胞是否具有缺陷；
第二切换模块，所述第二切换模块根据所述第一识别单元的结果切换通道；识别结果是缺陷细胞，所述第一通道连通第二通道，识别结果是非缺陷细胞，所述第一通道连通第三通道；
定位模块，所述定位模块用于确定所述第二通道内缺陷细胞的位置；
转移单元，所述转移单元用于将确定位置处的缺陷细胞或其萃取物转移到所述细胞检测仪。
本发明的另一目的在于提供了缺陷细胞的检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
缺陷细胞的检测方法，所述缺陷细胞的检测方法包括以下步骤：
(A1)细胞悬浮液进入细胞筛选单元中，筛选出不同直径Ri的细胞，i＝1,2…n，n≥2，且n∈N；
(A2)通过切换，选择直径Rm的细胞进入第一通道，1≤m≤n，且m∈N；
(A3)识别出第一通道内细胞是否具有缺陷；
如果细胞具有缺陷，则控制切换模块，使得第一通道连通第二通道，并进入步骤(A4)；
如果细胞无缺陷，则控制切换模块，使得第一通道连通第三通道；
(A4)利用定位模块获得第二通道内缺陷细胞的位置；
(A5)萃取针移动到所述位置的上侧，并下移；萃取针吸取所述位置处的单个缺陷细胞；
(A6)旋转所述萃取针，使得萃取针的出口对应细胞检测仪的进口。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1.检测精确；
通过细胞筛选单元筛选出不同直径的细胞，提高了细胞检测的准确度；
利用识别单元准确识别出有缺陷的细胞，提高了缺陷细胞检测的准确度；
在检测过程中，多个萃取针吸取了多个缺陷细胞(一个萃取针仅吸取单个缺陷细胞)，通过质谱等技术同时检测多个缺陷细胞，如同时离子化，提升了检测信号强度，相应地提高了检测精度；
2.自动化；
细胞筛选、识别、吸取、转移和检测均可自动化进行，提高了检测效率。
附图说明
参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
图1是根据本发明实施例的缺陷细胞的检测方法的流程图。
具体实施方式
图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
实施例1：
缺陷细胞的检测装置，所述缺陷细胞的检测装置包括：
细胞检测仪，如采用质谱仪；
细胞筛选单元，所述细胞筛选单元筛选出不同直径的细胞；
第一切换模块，所述第一切换模块用于将筛选出的不同直径的细胞选择性地送往第一通道；
第一识别单元，所述第一识别单元用于识别出第一通道内单细胞是否具有缺陷；
第二切换模块，所述第二切换模块根据所述第一识别单元的结果切换通道；识别结果是缺陷细胞，所述第一通道连通第二通道，使得缺陷细胞进入第二通道，识别结果是非缺陷细胞，所述第一通道连通第三通道；
定位模块，所述定位模块用于确定所述第二通道内缺陷细胞的位置；
转移单元，所述转移单元用于将确定位置处的缺陷细胞或其萃取物转移到所述细胞检测仪。
为了准确地筛选出不同直径的细胞，进一步地，所述细胞筛选单元包括：
至少二个截留模块，至少二个截留模块上下层叠设置，所述截留模块包括凹槽；自上而下地，截留模块的凹槽的宽度变小，并连通；所述第一切换模块的输入端连通各个截留模块的凹槽出口。
为了提高直径不同细胞的筛选效果，以及驱动细胞前移，进一步地，所述细胞筛选单元还包括：
振动器，所述振动器连接所述至少二个截留模块。
为了准确地识别出具有缺陷的细胞，进一步地，所述第一识别单元包括：
光源，所述光源设置在所述第一通道的侧部；
探测器，所述探测器接收所述光源发出的且穿过所述第一通道的光，获得细胞的图像；
识别模块，所述识别模块根据所述图像识别出细胞是否有缺陷。
为了准确定位第二通道内的缺陷细胞的位置，进一步地，所述定位模块设置在所述第二通道的下侧，获得所述第二通道内的缺陷细胞的图像，并识别出该缺陷细胞的位置；或者，
所述定位模块采用适于容纳单个缺陷细胞的凹槽。
为了转移第二通道内的缺陷细胞，进一步地，所述转移单元包括：
一个或多个萃取针，所述萃取针用于吸取单细胞或其萃取物；
驱动模块，所述驱动模块用于驱动所述萃取针的上下移动；
旋转模块，所述旋转模块用于旋转所述萃取针，使得萃取针的出口对应所述细胞检测仪的进口。
为了进一步确认第二通道内的细胞具有缺陷，进一步地，光源设置在萃取针之间，所述定位模块接收所述光源发出的且穿过所述第一通道的光，获得细胞的图像，并识别出细胞是否有缺陷。
为了暂存缺陷细胞，进一步地，所述缺陷细胞的检测装置还包括：
阀门，所述阀门设置在所述第二切换模块和定位模块间的第二通道上。
图1给出了本发明实施例的缺陷细胞的检测方法的流程图，也即根据本实施例的检测装置的工作方法，如图1所示，所述缺陷细胞的检测方法包括以下步骤：
(A1)细胞悬浮液进入细胞筛选单元中，筛选出不同直径Ri的细胞，i＝1,2…n，n≥2，且n∈N；
(A2)通过切换，选择直径Rm的细胞进入第一通道，1≤m≤n，且m∈N；
(A3)利用第一识别单元识别出第一通道内细胞是否具有缺陷，如通过细胞成像、图像分析(机器视觉)等识别；
如果细胞具有缺陷，则控制切换模块，使得第一通道连通第二通道，并进入步骤(A4)；
如果细胞无缺陷，则控制切换模块，使得第一通道连通第三通道；
(A4)利用定位模块获得第二通道内缺陷细胞的位置；
(A5)萃取针移动到所述位置的上侧，并下移；萃取针吸取所述位置处的单个缺陷细胞：如单个萃取针吸取单个缺陷细胞，或者，多个萃取针吸取多个缺陷细胞；
(A6)旋转所述萃取针，使得萃取针的出口对应细胞检测仪的进口，从而分析缺陷细胞内的物质。
为了便于萃取针准确地吸取缺陷细胞，进一步地，缺陷细胞的定位方式为：
关闭第二通道上的阀门，进入第二通道内的缺陷细胞被阀门阻挡，缺陷细胞累积并暂存；
待处于吸取位置的单缺陷细胞被萃取针带走后，打开阀门，暂存的一个或多个缺陷细胞通过阀门，进入吸取位置；
重复上述方式，使得暂存的缺陷细胞按顺序进入吸取位置；
或者，进入第二通道内的缺陷细胞被阻挡，并按照顺序暂存；排列最前的一个或多个缺陷细胞被萃取针吸取，暂存的其它缺陷细胞前移。
实施例2：
根据本发明实施例1的缺陷细胞的检测装置及方法的应用例。
在本应用例中，细胞筛选单元采用上下三层叠放的截留模块，截留模块具有直线状凹槽，自上而下，各层凹槽的宽度变小，且上下连通，使得截留的细胞的直径越来越小；超声振动器连接截留模块；第一切换模块采用多通阀，使得第一通道选择性地连通任一直线状凹槽，也即接收各种不同直径的细胞；
第一识别单元采用光源、探测器和识别模块的组合，光源和探测器分别处于第一通道的两侧，识别模块利用机器视觉手段识别出缺陷细胞，如细胞的成像和正常细胞图像比较，偏差大则认定为缺陷细胞；
第二切换模块采用三通阀，使得第二通道选择性地连通第二通道和第三通道，选择的原则是：若第一识别单元的结果为细胞有缺陷，则通过切换，使得第一通道和第二通道连通，否则连通第一通道和第三通道；
定位模块采用容纳单个缺陷细胞的凹槽，设置在第二通道内；
多个萃取针设置在第一旋转模块上；所述第一旋转模块设置在第二旋转模块上，第二旋转模块的转轴水平；所述第一旋转模块的转轴竖直与所述第二旋转模块的转轴；
细胞检测仪采用质谱仪，具有离子进口；
上述第一通道、第二通道和第三通道均采用透明的管道，其中，第二通道的部分的上端具有开口，便于萃取针进入第二通道内吸取缺陷细胞。
本实施例的缺陷细胞的检测方法，包括以下步骤：
(A1)细胞悬浮液进入细胞筛选单元中，超声振动器驱动截留模块振动，悬浮液自上而下地流动，筛选出三种不同直径的细胞，直径最大的细胞处于最上层截留模块的凹槽内，直径最小的细胞处于最下层截留模块的凹槽内；
(A2)通过多通阀的自动切换，选择直径最大的细胞(也即最上层截留模块凹槽内的细胞)进入第一通道；
(A3)利用第一识别单元识别出第一通道内细胞是否具有缺陷，通过细胞成像、图像分析技术自动识别出有缺陷的细胞；
如果细胞具有缺陷，则在时间
后自动控制三通阀，使得第一通道连通第二通道，缺陷细胞通过三通阀进入第二通道，并在时间t0+t1后切换三通阀，使得第一通道和第二通道间关闭，L为第一识别单元和三通阀间第一通道的距离，v为细胞移动的速度，t1为缺陷细胞通过三通阀的时间，也即在常规时间内三通阀保持了第一通道和第三通道间的连通，仅在识别出缺陷细胞后，才利用三通阀实现第一通道和第二通道间的连通；并进入步骤(A4)；
如果细胞无缺陷，则控制三通阀切换，使得第一通道连通第三通道，无缺陷细胞进入第三通道；
(A4)利用凹槽获得第二通道内缺陷细胞的位置；
(A5)萃取针移动到所述位置的上侧(此时第一旋转模块的转轴竖直)，并下移，萃取针吸取所述位置处的单个缺陷细胞，之后上移；不断有缺陷细胞穿过三通阀进入第二通道的凹槽内，第一旋转模块旋转，使得不同的萃取针吸取凹槽处的缺陷细胞；
(A6)待直径最大的细胞全部通过第一识别单元后，第二旋转模块绕着水平转轴旋转，使得萃取针的出口对应细胞检测仪的进口；
各个萃取针上的电极放电，吸取的多个缺陷细胞同时被离子化，进入质谱仪的进口进行分析，从而分析缺陷细胞内的物质。
实施例3：
根据本发明实施例1的缺陷细胞的检测装置及方法的应用例，与实施例2不同的是：
在第二通道上设置阀门，该阀门处于三通阀和定位凹槽之间；通过三通阀的缺陷细胞暂存在三通阀和所述阀门之间的第二通道内，细胞按照顺序排列，排在最前方临着阀门的细胞位置确定，使得阀门间接地具有了定位模块的作用；随着第一旋转模块的旋转，不同的萃取针不断吸取处于最前方的缺陷细胞(当最前方缺陷细胞被吸取后，后方细胞前移)。
实施例4：
根据本发明实施例1的缺陷细胞的检测装置及方法的应用例，与实施例2不同的是：
萃取针之间设置光源，探测器设置在第二通道的下侧，获得第二通道内缺陷细胞的图像，利用定位模块处理图像，得到缺陷细胞在第二通道内的位置；利用萃取针吸取该位置处的缺陷细胞。
实施例5：
根据本发明实施例1的缺陷细胞的检测装置及方法的应用例，与实施例2不同的是：
1.在第二通道上设置阀门，该阀门处于三通阀和定位凹槽之间；通过三通阀的缺陷细胞暂存在三通阀和所述阀门之间的第二通道内，通过该阀门和开启和关闭，使得暂存的缺陷细胞一个一个地逐次通过阀门(即每次仅有一个细胞通过阀门)，并逐次进入定位凹槽内；随着第一旋转模块的旋转，不同的萃取针分时间地吸取处于凹槽内的单个缺陷细胞。
2.设置第二识别单元，采用和第一识别单元相同的结构，其中光源设置萃取针之间，探测器设置在第二通道下侧；利用该第二识别单元，再次确认处于第二通道内定位凹槽的缺陷细胞是否有缺陷，如再次验证有缺陷，则控制萃取针吸取，如验证无缺陷，排出第二通道，不再检测。
Claims (10)
1.缺陷细胞的检测装置，所述缺陷细胞的检测装置包括细胞检测仪；其特征在于，所述缺陷细胞的检测装置还包括：
细胞筛选单元，所述细胞筛选单元筛选出不同直径的细胞；
第一切换模块，所述第一切换模块用于将筛选出的不同直径的细胞选择性地送往第一通道；
第一识别单元，所述第一识别单元用于识别出第一通道内单细胞是否具有缺陷；
第二切换模块，所述第二切换模块根据所述第一识别单元的结果切换通道；识别结果是缺陷细胞，所述第一通道连通第二通道，识别结果是非缺陷细胞，所述第一通道连通第三通道；
定位模块，所述定位模块用于确定所述第二通道内缺陷细胞的位置；
转移单元，所述转移单元用于将确定位置处的缺陷细胞或其萃取物转移到所述细胞检测仪。
2.根据权利要求1所述的缺陷细胞的检测装置，其特征在于，所述细胞筛选单元包括：
至少二个截留模块，至少二个截留模块上下层叠设置，所述截留模块包括凹槽；自上而下地，截留模块的凹槽的宽度变小，并连通；所述第一切换模块的输入端连通各个截留模块的凹槽出口。
3.根据权利要求2所述的缺陷细胞的检测装置，其特征在于，所述细胞筛选单元还包括：
振动器，所述振动器连接所述至少二个截留模块。
4.根据权利要求1所述的缺陷细胞的检测装置，其特征在于，所述第一识别单元包括：
光源，所述光源设置在所述第一通道的侧部；
探测器，所述探测器接收所述光源发出的且穿过所述第一通道的光，获得细胞的图像；
识别模块，所述识别模块根据所述图像识别出细胞是否有缺陷。
5.根据权利要求1所述的缺陷细胞的检测装置，其特征在于，所述定位模块设置在所述第二通道的下侧，获得所述第二通道内的缺陷细胞的图像，并识别出该缺陷细胞的位置；或者，
所述定位模块采用适于容纳单个缺陷细胞的凹槽。
6.根据权利要求1所述的缺陷细胞的检测装置，其特征在于，所述转移单元包括：
一个或多个萃取针，所述萃取针用于吸取单细胞或其萃取物；
驱动模块，所述驱动模块用于驱动所述萃取针的上下移动；
旋转模块，所述旋转模块用于旋转所述萃取针，使得萃取针的出口对应所述细胞检测仪的进口。
7.根据权利要求6所述的缺陷细胞的检测装置，其特征在于，光源设置在萃取针之间，所述定位模块接收所述光源发出的且穿过所述第一通道的光，获得细胞的图像，并识别出细胞是否有缺陷。
8.根据权利要求1所述的缺陷细胞的检测装置，其特征在于，所述缺陷细胞的检测装置还包括：
阀门，所述阀门设置在所述第二切换模块和定位模块间的第二通道上。
9.缺陷细胞的检测方法，所述缺陷细胞的检测方法包括以下步骤：
(A1)细胞悬浮液进入细胞筛选单元中，筛选出不同直径Ri的细胞，i＝1,2…n，n≥2，且n∈N；
(A2)通过切换，选择直径Rm的细胞进入第一通道，1≤m≤n，且m∈N；
(A3)识别出第一通道内细胞是否具有缺陷；
如果细胞具有缺陷，则控制切换模块，使得第一通道连通第二通道，并进入步骤(A4)；
如果细胞无缺陷，则控制切换模块，使得第一通道连通第三通道；
(A4)利用定位模块获得第二通道内缺陷细胞的位置；
(A5)萃取针移动到所述位置的上侧，并下移；萃取针吸取所述位置处的单个缺陷细胞；
(A6)旋转所述萃取针，使得萃取针的出口对应细胞检测仪的进口。
10.根据权利要求9所述的缺陷细胞的检测方法，其特征在于，缺陷细胞的定位方式为：
关闭第二通道上的阀门，进入第二通道内的缺陷细胞被阀门阻挡，缺陷细胞累积并暂存；
待处于吸取位置的单缺陷细胞被萃取针带走后，打开阀门，暂存的一个或多个缺陷细胞通过阀门，进入吸取位置；
重复上述方式，使得暂存的缺陷细胞按顺序进入吸取位置；
或者，进入第二通道内的缺陷细胞被阻挡，并按照顺序暂存；排列最前的一个或多个缺陷细胞被萃取针吸取，暂存的其它缺陷细胞前移。
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