本發明專利技術公開了一種基于微流控芯片的輻射損傷評估裝置及其工作方法，所述的裝置包括熒光采集組件、明場采集組件、光源、微流控芯片、數據處理組件和微控制器，所述微流控芯片由基片和涂層組成，所述涂層表面設有培養液池、樣品池、廢液池。本發明專利技術采用明場采集組件和熒光采集組件的結合，可以準確得到線蟲身體的明場圖像、熒光圖像、熒光波長和熒光強度，克服了傳統方法的缺陷帶來的誤差。本發明專利技術滴加樣品后，后續步驟都是智能化完成，因此，不需要專業化人員的操作，步驟少，操作簡單，解決了樣品處理繁瑣的問題。本發明專利技術具有體積小、重量輕、成本低、樣品用量少、便于攜帶、能夠進行手持用于現場檢測等優點。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及輻射損傷評估技術，特別是一種基于微流控芯片的輻射損傷評估裝置及其評估方法。
技術介紹
隨著航空事業的快速發展，未來我國空間站需要由長期在軌的航天員執行工程任務?？臻g環境是具有復雜輻射和微重力等復合的極端環境，空間輻射包含原子序數1-92各元素成分的粒子輻射，能量從幾個電子伏到超過1022電子伏。為了保證宇航員的身體安全和對輻射產生的生命物質損傷和遺傳變異的研究，空間輻射損傷評估已經成為航天醫學領域中首要的問題。指示生物監測法是一種借助指示生物進行空間輻射損傷評估的方法，而秀麗隱干線蟲有各種研究的突變體，是最好的模式生物。目前用于空間輻射損傷評估的裝置主要有：商用化流式細胞儀和共聚焦顯微鏡。流式細胞儀是一種衛生醫療器械，主要用于對細胞懸液中的細胞或細胞器進行快速測量，通過對測量區產生的光和電信號的收集和分析，測定細胞的物理特性和生化特性，在細胞生物學、免疫學、腫瘤學、血液學、遺傳學和病理學臨床檢測等領域有十分廣泛的用途。共聚焦顯微鏡采用的是激光掃描共聚焦顯微術，激光掃描共聚焦顯微術是先進的分子和細胞生物學研究技術。它在熒光顯微成像的基礎上加裝激光掃描裝置，結合數據化圖像處理技術，采集組織和細胞內熒光標記圖像，在亞細胞水平觀察鈣等離子水平的變化，并結合電生理等技術觀察細胞生理活動與細胞形態及運動變化的相互關系。由于它的廣泛應用，已成為形態學、分子細胞生物學、神經科學和藥理學等研究領域中很重要的研究技術。綜上分析，目前空間輻射損傷評估大部分方法存在著只能對細胞或單細胞生物進行測量，不能對多細胞生物的輻射損傷進行評估的問題，并且這些儀器結構龐大、結構復雜、操作復雜、價格昂貴、不能集成便攜、無法現場檢測。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種既能對多細胞生物的輻射損傷進行評估，又結構簡單、操作簡單、價格低廉、便于攜帶進行現場檢測的基于微流控芯片的輻射損傷評估裝置及其評估方法。為了實現上述目的，本專利技術的技術方案如下：基于微流控芯片的輻射損傷評估裝置，包括熒光采集組件、明場采集組件、光源、微流控芯片、電源供電組件、數據處理組件和微控制器，所述微流控芯片分別與熒光采集組件的輸入端、明場采集組件的輸入端和微控制器的輸出端連接，所述數據處理組件分別與熒光采集組件和明場采集組件的輸出端連接；所述光源與熒光采集組件連接；所述電源供電組件分別與光源、微控制器和數據處理組件的輸入端相連；所述熒光采集組件包括熒光顯微物鏡、分色鏡、綠色濾光片、平凸透鏡、雙凸透鏡和熒光檢測組件，所述熒光顯微物鏡通過光路依次與分色鏡、綠色濾光片、平凸透鏡、雙凸透鏡和熒光檢測組件串聯，熒光采集組件用于得到線蟲的熒光圖像、熒光波長和熒光強度；所述明場采集組件包括顯微物鏡、平凸透鏡、雙凸透鏡和CCD，所述顯微物鏡通過光路依次與平凸透鏡、雙凸透鏡和CCD串聯，明場采集組件用于得到線蟲的明場圖像；所述微控制器用于控制電場力的大小和方向；所述微流控芯片由基片和固定在基片上的涂層組成，所述基片為玻璃片，所述涂層為聚二甲基硅氧烷涂層，所述涂層表面設有培養液池、樣品池、廢液池；培養液池通過通道Ⅰ與樣品池相連，樣品池通過通道Ⅱ與廢液池相連；培養液池和廢液池分別與微控制器相連；所述通道Ⅱ從樣品池到廢液池為由寬逐漸過渡到窄的檢測通道，其窄端尺寸小于線蟲最小尺寸。本專利技術所述電源供電組件為整個裝置供電。本專利技術所述數據處理組件用于處理明場圖像、熒光圖像、熒光波長和熒光強度；數據處理組件通過明場圖像得到線蟲身體的外部特征，外部特征包括線蟲輪廓面積、縱橫比和扭動頻率；數據處理組件通過熒光圖像得到線蟲身體的發光特征，發光特征包括線蟲發光位點的灰度值、所有發光位點的總灰度值和發光位點的數目；數據處理組件通過明場圖像和熒光圖像二者結合得出線蟲發光位點的分布特性、單位面積上的灰度值?；谖⒘骺匦酒妮椛鋼p傷評估裝置的評估方法，包括如下步驟：A、將線蟲加入樣品池，將培養液加入培養液池；B、打開電源，微控制器控制電場力驅動樣品池中線蟲進入檢測通道，同時通過通道I更新樣品池的培養液；C、由熒光采集組件和明場采集組件分別對線蟲進行數據采集，明場采集組件得到線蟲的明場圖像，熒光采集組件得到線蟲的熒光圖像、熒光波長和熒光強度，數據處理組件通過明場圖像得到線蟲身體的外部特征，外部特征包括線蟲輪廓面積、縱橫比和扭動頻率；數據處理組件通過熒光圖像得到線蟲身體的發光特征，發光特征包括線蟲發光位點的灰度值、所有發光位點的總灰度值和發光位點的數目；數據處理組件通過結合明場圖像和熒光圖像得出線蟲發光位點的分布特性、單位面積上的灰度值；D、采集后，微控制器控制電場力反向驅動線蟲回到樣品池；通過數據處理組件分析是否得到足夠數據采集量，如果得到足夠數據采集量，則檢測結束，轉步驟F；否則，轉步驟E；E、將線蟲培養一段時間，再返回步驟B重新檢測；F、數據處理組件對線蟲輻射損傷程度進行評估；評估方法包括以下步驟：F1、通過熒光波長評估線蟲的輻射損傷程度，熒光波長越短代表線蟲的輻射損傷程度越嚴重；F2、通過熒光強度評估線蟲的輻射損傷程度，熒光強度越強代表線蟲的輻射損傷程度越嚴重；F3、通過發光位點的數目評估線蟲的輻射損傷程度，發光位點的數目越大代表線蟲的輻射損傷程度越嚴重；F4、通過發光位點的灰度值評估線蟲的輻射損傷程度，灰度值越大代表線蟲的輻射損傷程度越嚴重；發光位點的灰度值是指熒光圖像中發光位點處的像素灰度值；F5、通過單位面積上的灰度值評估線蟲的輻射損傷程度，灰度值越大代表線蟲的輻射損傷程度越嚴重；單位面積上的灰度值是指總灰度值與輪廓面積的比值，由熒光圖像得出線蟲所有發光位點的總灰度值，由明場圖像得出線蟲圖像輪廓內的面積、簡稱輪廓面積；F6、通過線蟲發光位點的分布特性評估線蟲的輻射損傷部位及其輻射損傷程度；發光位點的分布特性為通過熒光圖像得出的線蟲發光位點和明場圖像得出的線蟲圖像輪廓二者結合得出的發光位點在圖像輪廓內的分布情況；F7、通過線蟲扭動頻率和縱橫比兩個指標的綜合分析評估線蟲的活性；F8、通過線蟲輪廓面積和縱橫比兩個指標綜合分析評估線蟲所處的時期，所述時期包括dauer期、幼蟲期和成蟲期。與現有技術相比，本專利技術有益效果為：1、由于本專利技術采用明場采集組件和熒光采集組件的結合，因此可以準確得到明場圖像、熒光圖像和熒光波長，操作簡單，克服了傳統方法中單一功能的缺陷帶來的誤差。2、由于本專利技術在樣品池加入線蟲后，后續步驟都是智能化完成，不需要任何專業化知識，因此，不需要專業化人員的操作，步驟少，操作簡單，解決了樣品處理繁瑣的問題。3、由于本專利技術采用微流控芯片作為樣品輻射損傷評估檢測的微平臺，而相關的檢測設備亦可采用體積較小的結構形式，因此，相對于現有大型檢測設備，本專利技術具有體積小、重量輕、成本低、樣品用量少、便于攜帶、能夠進行手持用于現場檢測等優點。4、本專利技術克服了現有輻射損傷評估方法中存在的無法現場檢測、檢測設備昂貴、樣品處理繁瑣、樣品用量多帶來的普適性和誤差等問題，從根本上解決輻射損傷評估問題。這將對于環境科學、航空領域以及醫學領域具有重要的科學意義和現實價值。5、由于線蟲的扭動頻率和縱橫比都可以表示線蟲的活性，本專利技術通過對線蟲扭動頻率和縱橫比兩個指標的分析，可以更加準確的評本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于微流控芯片的輻射損傷評估裝置，其特征在于：包括熒光采集組件(2)、明場采集組件(1)、光源(4)、微流控芯片(3)、電源供電組件(6)、數據處理組件(7)和微控制器(5)，所述微流控芯片(3)分別與熒光采集組件(2)的輸入端、明場采集組件(1)的輸入端和微控制器(5)的輸出端連接，所述數據處理組件(7)分別與熒光采集組件(2)和明場采集組件(1)的輸出端連接；所述光源(4)與熒光采集組件(2)連接；所述電源供電組件(6)分別與光源(4)、微控制器(5)和數據處理組件(7)的輸入端相連；所述熒光采集組件(2)包括熒光顯微物鏡、分色鏡、綠色濾光片、平凸透鏡、雙凸透鏡和熒光檢測組件，所述熒光顯微物鏡通過光路依次與分色鏡、綠色濾光片、平凸透鏡、雙凸透鏡和熒光檢測組件串聯，熒光采集組件(2)用于得到線蟲的熒光圖像、熒光波長和熒光強度；所述明場采集組件(1)包括顯微物鏡、平凸透鏡、雙凸透鏡和CCD，所述顯微物鏡通過光路依次與平凸透鏡、雙凸透鏡和CCD串聯，明場采集組件(1)用于得到線蟲的明場圖像；所述微控制器(5)用于控制電場力的大小和方向；所述微流控芯片(3)由基片和固定在基片上的涂層組成，所述基片為玻璃片，所述涂層為聚二甲基硅氧烷涂層，所述涂層表面設有培養液池(8)、樣品池(9)、廢液池(10)；培養液池(8)通過通道Ⅰ(11)與樣品池(9)相連，樣品池(9)通過通道Ⅱ(12)與廢液池(10)相連；培養液池(8)和廢液池(10)分別與微控制器(5)相連；所述通道Ⅱ(12)從樣品池(9)到廢液池(10)為由寬逐漸過渡到窄的檢測通道，其窄端尺寸小于線蟲最小尺寸。...
【技術特征摘要】
1.基于微流控芯片的輻射損傷評估裝置，其特征在于：包括熒光采集組件(2)、明場采集組件(1)、光源(4)、微流控芯片(3)、電源供電組件(6)、數據處理組件(7)和微控制器(5)，所述微流控芯片(3)分別與熒光采集組件(2)的輸入端、明場采集組件(1)的輸入端和微控制器(5)的輸出端連接，所述數據處理組件(7)分別與熒光采集組件(2)和明場采集組件(1)的輸出端連接；所述光源(4)與熒光采集組件(2)連接；所述電源供電組件(6)分別與光源(4)、微控制器(5)和數據處理組件(7)的輸入端相連；所述熒光采集組件(2)包括熒光顯微物鏡、分色鏡、綠色濾光片、平凸透鏡、雙凸透鏡和熒光檢測組件，所述熒光顯微物鏡通過光路依次與分色鏡、綠色濾光片、平凸透鏡、雙凸透鏡和熒光檢測組件串聯，熒光采集組件(2)用于得到線蟲的熒光圖像、熒光波長和熒光強度；所述明場采集組件(1)包括顯微物鏡、平凸透鏡、雙凸透鏡和CCD，所述顯微物鏡通過光路依次與平凸透鏡、雙凸透鏡和CCD串聯，明場采集組件(1)用于得到線蟲的明場圖像；所述微控制器(5)用于控制電場力的大小和方向；所述微流控芯片(3)由基片和固定在基片上的涂層組成，所述基片為玻璃片，所述涂層為聚二甲基硅氧烷涂層，所述涂層表面設有培養液池(8)、樣品池(9)、廢液池(10)；培養液池(8)通過通道Ⅰ(11)與樣品池(9)相連，樣品池(9)通過通道Ⅱ(12)與廢液池(10)相連；培養液池(8)和廢液池(10)分別與微控制器(5)相連；所述通道Ⅱ(12)從樣品池(9)到廢液池(10)為由寬逐漸過渡到窄的檢測通道，其窄端尺寸小于線蟲最小尺寸。2.根據權利要求1所述的基于微流控芯片的輻射損傷評估裝置，其特征在于：所述電源供電組件(6)為整個裝置供電。3.根據權利要求1所述的基于微流控芯片的輻射損傷評估裝置，其特征在于：所述數據處理組件(7)用于處理明場圖像、熒光圖像、熒光波長和熒光強度；數據處理組件(7)通過明場圖像得到線蟲身體的外部特征，外部特征包括線蟲輪廓面積、縱橫比和扭動頻率；數據處理組件(7)通過熒光圖像得到線蟲身體的發光特征，發光特征包括線蟲發光位點的灰度值、所有發光位點的總灰度值和發光位點的數目；數據處理組件(7)通過明場圖像和熒光圖像二者結合得出線蟲發光位點的分布特性、單位面積上的灰度值。4.基于微流控芯片的輻射損傷評估裝置的評...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王俊生，趙文爽，
申請(專利權)人：大連海事大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21
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