CN110927079A - 一种细胞培养监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生命科学研究领域，一种细胞培养监测方法，细胞培养监测装置包括光源基座、九个发光二极管、孔板、九个样品室、探测器基座、九个光波导、九个光探测器、电缆和计算机，采用特殊材料制成的光波导将经过培养基的光引入光探测器，光探测灵敏度高，在不改变培养环境的条件下能够连续并量化地监测细胞培养的状态，而无需改变细胞培养环境；采用亚甲基蓝溶液来标定样品室中的溶液浓度与光探测器测得的光吸收之间的关系；采用待测的培养基来标定样品室中的酸碱度与光探测器测得的光吸收之间的关系；得到待测的细胞培养样品及培养基的浓度，同时，将九个光探测器测得的对530纳米的光的吸收的值log(I0/It)取平均，得到样品及培养基的酸碱度。
Description
技术领域
本发明涉及生命科学研究领域，尤其是一种能够连续并量化地监测细胞培养状态的一种细胞培养监测方法。
背景技术
在细胞培养及再生医学研究中，对细胞培养的连续监控是非常重要的，通常需要对培养基的状态如温度、湿度、酸碱度等条件进行调节，因此对培养基的监测是细胞培养的关键，细胞培养室中的培养基的状态通常是通过与新鲜的培养基之间的交换或监控酸碱度来控制，但是这些方法取决于实验员的经验及能力，因此开发对培养基及细胞状态进行连续监测及量化估计的装置非常重要。现有技术中的装置能够评估细胞培养状态的方法包括对蛋白质、氨基酸等产物的产率估计以及对培养基的恢复，通常通过测量培养基中各物种的光吸收来确定对应的状态，但是由于检测实验中的光探测效率较低，需要将细胞培养室从保温箱中取出，且需要打开细胞培养皿的盖子，因此容易引入污染且实验步骤较为复杂，所述一种细胞培养监测方法能够解决问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明方法中采用特殊的光波导将经过培养基的光引入光探测器，在不改变培养环境的条件下能够连续并量化地监测细胞培养的状态。
本发明所采用的技术方案是：
细胞培养监测装置包括光源基座、九个发光二极管、孔板、九个样品室、探测器基座、九个光波导、九个光探测器、电缆和计算机，xy z为三维空间坐标系，发光二极管发出白光，样品室内具有细胞培养样品，光源基座位于孔板上方的12毫米处，孔板上具有九个以3×3矩阵形式排列的样品室，九个发光二极管以3×3矩阵形式排列地安装于光源基座的下表面，九个发光二极管分别对应位于九个样品室的正上方，九个样品室均是开口向上的圆柱形坑，探测器基座连接于孔板下面，探测器基座上具有九个以3×3矩阵形式排列的光波导，九个光波导分别对应位于九个样品室的正下方，光波导的侧面均具有厚度为200微米的光吸收涂层I，光吸收涂层I由碳黑颗粒与聚硅氧烷化合物的混合物组成，光吸收涂层I的外侧覆盖有厚度为500微米的光吸收涂层II，光吸收涂层II由多壁碳纳米管与聚二甲硅氧烷的混合物组成，九个光波导下面均对应安装有一个光探测器，光探测器具有色彩传感器，使得光探测器对波长为620纳米、530纳米、460纳米和860纳米的光敏感，九个光探测器均电缆连接计算机，光探测器能够以16位数字信号探测结果输出至计算机；光源基座是厚度为2毫米、边长为30毫米的正方形塑料片，发光二极管的外形是高度为6毫米、底面直径为2毫米的圆柱体，孔板是厚度为5毫米、边长为30毫米的正方形玻璃片，样品室的底面直径为5毫米、深度为4毫米，探测器基座是厚度为12毫米、边长为30毫米的正方形玻璃片，光波导的外形是高度为7毫米、底面直径为1毫米的圆柱体，光波导由透光的聚硅氧烷化合物制成，碳黑颗粒的直径为200纳米，光吸收涂层I的碳黑颗粒与聚硅氧烷化合物的质量比例为9∶1，光吸收涂层II的多壁碳纳米管与聚二甲硅氧烷的质量比例为5∶1。
所述一种细胞培养监测方法的步骤为：
步骤一，采用亚甲基蓝溶液来标定样品室中的溶液浓度与光探测器测得的光吸收之间的关系：
分别采用浓度为2、4、8、15、20、25、30、50和70微摩尔的亚甲基蓝的水溶液置于各样品室内，开启发光二极管，采用光探测器记录通过各样品室内溶液的光强及波长信息，并计算得到各浓度的溶液对光的吸收log(I0/It)，其中I0为发光二极管发出的白光中波长为620纳米的光的初始光强，It为光探测器测得的620纳米的光透过细胞培养样品并进入光探测器中的光的光强；
步骤二，采用待测的培养基来标定样品室中的酸碱度与光探测器测得的光吸收之间的关系：
将已知酸碱度为7.0、7.2、7.4、7.8、8.0、8.4、8.8、9.0和9.4的待测的培养基置于各样品室内，开启发光二极管，采用光探测器记录通过各样品室内培养基的光强及波长信息，并计算得到各不同酸碱度的培养基对光的吸收的值log(I0/It)，其中I0为发光二极管发出的白光中波长为530纳米的光的初始光强，It为光探测器测得的530纳米的光透过细胞培养样品并进入光探测器中的光的光强；
步骤三，将九份相同的待测的细胞培养样品与新鲜的培养基混合后，置于九个样品室内，开启发光二极管，采用光探测器记录通过各样品室内培养基的光强及波长信息，将九个光探测器测得的对620纳米的光的吸收的值log(I0/It)取平均，以得到待测的细胞培养样品对620纳米的光的吸收，并与步骤一中所得的样品室中的溶液浓度与光探测器测得的光吸收之间的关系进行比较，最终得到待测的细胞培养样品及培养基的浓度；
步骤四，步骤四与步骤三同时进行，将九个光探测器测得的对530纳米的光的吸收的值log(I0/It)取平均，以得到待测的细胞培养样品对530纳米的光的吸收，并与步骤二中所得的样品室中的酸碱度与光探测器测得的光吸收之间的关系进行比较，最终得到待测的细胞培养样品及培养基的酸碱度。
本发明的有益效果是：
本发明方法采用特殊材料制成的光波导，光探测灵敏度高，能够连续并量化地监测细胞培养的状态，而无需改变细胞培养环境。
附图说明
下面结合本发明的图形进一步说明：
图1是本发明示意图；
图2是光源基座、孔板和探测器基座的立体示意图。
图中，1.光源基座，2.发光二极管，3.孔板，4.样品室，5.探测器基座，6.光波导，7.光探测器。
具体实施方式
如图1是本发明示意图，如图2是光源基座、孔板和探测器基座的立体示意图，包括光源基座(1)、九个发光二极管(2)、孔板(3)、九个样品室(4)、探测器基座(5)、九个光波导(6)、九个光探测器(7)、电缆和计算机，xy z为三维空间坐标系，发光二极管(2)发出白光，样品室(4)内具有细胞培养样品，光源基座(1)是厚度为2毫米、边长为30毫米的正方形塑料片，光源基座(1)位于孔板(3)上方的12毫米处，孔板(3)是厚度为5毫米、边长为30毫米的正方形玻璃片，孔板(3)上具有九个以3×3矩阵形式排列的样品室(4)，九个发光二极管(2)以3×3矩阵形式排列地安装于光源基座(1)的下表面，九个发光二极管(2)分别对应位于九个样品室(4)的正上方，发光二极管(2)的外形是高度为6毫米、底面直径为2毫米的圆柱体，九个样品室(4)均是开口向上的圆柱形坑，样品室(4)的底面直径为5毫米、深度为4毫米，探测器基座(5)是厚度为12毫米、边长为30毫米的正方形玻璃片，探测器基座(5)连接于孔板(3)下面，探测器基座(5)上具有九个以3×3矩阵形式排列的光波导(6)，光波导(6)的外形是高度为7毫米、底面直径为1毫米的圆柱体，光波导(6)由透光的聚硅氧烷化合物制成，九个光波导(6)分别对应位于九个样品室(4)的正下方，光波导(6)的侧面均具有厚度为200微米的光吸收涂层I，光吸收涂层I由碳黑颗粒与聚硅氧烷化合物的混合物组成，碳黑颗粒的直径为200纳米，光吸收涂层I的碳黑颗粒与聚硅氧烷化合物的质量比例为9∶1；光吸收涂层I的外侧覆盖有厚度为500微米的光吸收涂层II，光吸收涂层II由多壁碳纳米管与聚二甲硅氧烷的混合物组成，光吸收涂层II的多壁碳纳米管与聚二甲硅氧烷的质量比例为5∶1，九个光波导(6)下面均对应安装有一个光探测器(7)，光探测器(7)具有色彩传感器，使得光探测器(7)对波长为620纳米、530纳米、460纳米和860纳米的光敏感，九个光探测器(7)均电缆连接计算机，光探测器(7)能够以16位数字信号探测结果输出至计算机。
本发明具有较高的光探测灵敏度的原理是：发光二极管(2)发出的白光照射到样品室(4)内的细胞培养样品上并在某些波长产生不同程度的吸收，未被细胞培养样品吸收的一部分光通过孔板(3)的底面并传播至光波导(6)内，光在细胞培养样品与样品室(4)底面的界面以及孔板(3)的底面与光波导(6)的界面处均会发生反射及散射而产生杂散光，从而对光探测器(7)的信噪比产生影响，由于光波导(6)侧面的光吸收涂层I及光吸收涂层II具有很强的光吸收性，因此上述的大部分杂散光能够被光吸收涂层，只有沿y负方向传播的光才能够通过光波导(6)进入光探测器(7)，从而提高光探测灵敏度。
细胞培养监测装置包括光源基座(1)、九个发光二极管(2)、孔板(3)、九个样品室(4)、探测器基座(5)、九个光波导(6)、九个光探测器(7)、电缆和计算机，xyz为三维空间坐标系，发光二极管(2)发出白光，样品室(4)内具有细胞培养样品，光源基座(1)位于孔板(3)上方的12毫米处，孔板(3)上具有九个以3×3矩阵形式排列的样品室(4)，九个发光二极管(2)以3×3矩阵形式排列地安装于光源基座(1)的下表面，九个发光二极管(2)分别对应位于九个样品室(4)的正上方，九个样品室(4)均是开口向上的圆柱形坑，探测器基座(5)连接于孔板(3)下面，探测器基座(5)上具有九个以3×3矩阵形式排列的光波导(6)，九个光波导(6)分别对应位于九个样品室(4)的正下方，光波导(6)的侧面均具有厚度为200微米的光吸收涂层I，光吸收涂层I由碳黑颗粒与聚硅氧烷化合物的混合物组成，光吸收涂层I的外侧覆盖有厚度为500微米的光吸收涂层II，光吸收涂层II由多壁碳纳米管与聚二甲硅氧烷的混合物组成，九个光波导(6)下面均对应安装有一个光探测器(7)，光探测器(7)具有色彩传感器，使得光探测器(7)对波长为620纳米、530纳米、460纳米和860纳米的光敏感，九个光探测器(7)均电缆连接计算机，光探测器(7)能够以16位数字信号探测结果输出至计算机；光源基座(1)是厚度为2毫米、边长为30毫米的正方形塑料片，发光二极管(2)的外形是高度为6毫米、底面直径为2毫米的圆柱体，孔板(3)是厚度为5毫米、边长为30毫米的正方形玻璃片，样品室(4)的底面直径为5毫米、深度为4毫米，探测器基座(5)是厚度为12毫米、边长为30毫米的正方形玻璃片，光波导(6)的外形是高度为7毫米、底面直径为1毫米的圆柱体，光波导(6)由透光的聚硅氧烷化合物制成，碳黑颗粒的直径为200纳米，光吸收涂层I的碳黑颗粒与聚硅氧烷化合物的质量比例为9∶1，光吸收涂层II的多壁碳纳米管与聚二甲硅氧烷的质量比例为5∶1。
所述一种细胞培养监测方法的步骤为：
步骤一，采用亚甲基蓝溶液来标定样品室(4)中的溶液浓度与光探测器(7)测得的光吸收之间的关系：
分别采用浓度为2、4、8、15、20、25、30、50和70微摩尔的亚甲基蓝的水溶液置于各样品室(4)内，开启发光二极管(2)，采用光探测器(7)记录通过各样品室(4)内溶液的光强及波长信息，并计算得到各浓度的溶液对光的吸收的值log(I0/It)，其中I0为发光二极管(2)发出的白光中波长为620纳米的光的初始光强，It为光探测器(7)测得的620纳米的光透过细胞培养样品并进入光探测器(7)中的光的光强；
步骤二，采用待测的培养基来标定样品室(4)中的酸碱度与光探测器(7)测得的光吸收之间的关系：
将已知酸碱度为7.0、7.2、7.4、7.8、8.0、8.4、8.8、9.0和9.4的待测的培养基置于各样品室(4)内，开启发光二极管(2)，采用光探测器(7)记录通过各样品室(4)内培养基的光强及波长信息，并计算得到各不同酸碱度的培养基对光的吸收log(I0/It)，其中I0为发光二极管(2)发出的白光中波长为530纳米的光的初始光强，It为光探测器(7)测得的530纳米的光透过细胞培养样品并进入光探测器(7)中的光的光强；
步骤三，将九份相同的待测的细胞培养样品与新鲜的培养基混合后，置于九个样品室(4)内，开启发光二极管(2)，采用光探测器(7)记录通过各样品室(4)内培养基的光强及波长信息，将九个光探测器(7)测得的对620纳米的光的吸收的值log(I0/It)取平均，以得到待测的细胞培养样品对620纳米的光的吸收，并与步骤一中所得的样品室(4)中的溶液浓度与光探测器(7)测得的光吸收之间的关系进行比较，最终得到待测的细胞培养样品及培养基的浓度；
步骤四，步骤四与步骤三同时进行，将九个光探测器(7)测得的对530纳米的光的吸收的值log(I0/It)取平均，以得到待测的细胞培养样品对530纳米的光的吸收，并与步骤二中所得的样品室(4)中的酸碱度与光探测器(7)测得的光吸收之间的关系进行比较，最终得到待测的细胞培养样品及培养基的酸碱度。
本发明方法在不改变培养环境的条件下能够实时地测量培养基的酸碱度变化，并能够高精度地探测培养基的浓度变化。
Claims (1)
1.一种细胞培养监测方法，细胞培养监测装置包括光源基座(1)、九个发光二极管(2)、孔板(3)、九个样品室(4)、探测器基座(5)、九个光波导(6)、九个光探测器(7)、电缆和计算机，xyz为三维空间坐标系，发光二极管(2)发出白光，样品室(4)内具有细胞培养样品，光源基座(1)位于孔板(3)上方的12毫米处，孔板(3)上具有九个以3×3矩阵形式排列的样品室(4)，九个发光二极管(2)以3×3矩阵形式排列地安装于光源基座(1)的下表面，九个发光二极管(2)分别对应位于九个样品室(4)的正上方，九个样品室(4)均是开口向上的圆柱形坑，探测器基座(5)连接于孔板(3)下面，探测器基座(5)上具有九个以3×3矩阵形式排列的光波导(6)，九个光波导(6)分别对应位于九个样品室(4)的正下方，光波导(6)的侧面均具有厚度为200微米的光吸收涂层I，光吸收涂层I由碳黑颗粒与聚硅氧烷化合物的混合物组成，光吸收涂层I的外侧覆盖有厚度为500微米的光吸收涂层II，光吸收涂层II由多壁碳纳米管与聚二甲硅氧烷的混合物组成，九个光波导(6)下面均对应安装有一个光探测器(7)，光探测器(7)具有色彩传感器，使得光探测器(7)对波长为620纳米、530纳米、460纳米和860纳米的光敏感，九个光探测器(7)均电缆连接计算机，光探测器(7)能够以16位数字信号探测结果输出至计算机；光源基座(1)是厚度为2毫米、边长为30毫米的正方形塑料片，发光二极管(2)的外形是高度为6毫米、底面直径为2毫米的圆柱体，孔板(3)是厚度为5毫米、边长为30毫米的正方形玻璃片，样品室(4)的底面直径为5毫米、深度为4毫米，探测器基座(5)是厚度为12毫米、边长为30毫米的正方形玻璃片，光波导(6)的外形是高度为7毫米、底面直径为1毫米的圆柱体，光波导(6)由透光的聚硅氧烷化合物制成，碳黑颗粒的直径为200纳米，光吸收涂层I的碳黑颗粒与聚硅氧烷化合物的质量比例为9∶1，光吸收涂层II的多壁碳纳米管与聚二甲硅氧烷的质量比例为5∶1，
其特征是：所述一种细胞培养监测方法的步骤为：
步骤一，采用亚甲基蓝溶液来标定样品室(4)中的溶液浓度与光探测器(7)测得的光吸收之间的关系：
分别采用浓度为2、4、8、15、20、25、30、50和70微摩尔的亚甲基蓝的水溶液置于各样品室(4)内，开启发光二极管(2)，采用光探测器(7)记录通过各样品室(4)内溶液的光强及波长信息，并计算得到各浓度的溶液对光的吸收log(I0/It)，其中I0为发光二极管(2)发出的白光中波长为620纳米的光的初始光强，It为光探测器(7)测得的620纳米的光透过细胞培养样品并进入光探测器(7)中的光的光强；
步骤二，采用待测的培养基来标定样品室(4)中的酸碱度与光探测器(7)测得的光吸收之间的关系：
将已知酸碱度为7.0、7.2、7.4、7.8、8.0、8.4、8.8、9.0和9.4的待测的培养基置于各样品室(4)内，开启发光二极管(2)，采用光探测器(7)记录通过各样品室(4)内培养基的光强及波长信息，并计算得到各不同酸碱度的培养基对光的吸收的值log(I0/It)，其中I0为发光二极管(2)发出的自光中波长为530纳米的光的初始光强，It为光探测器(7)测得的530纳米的光透过细胞培养样品并进入光探测器(7)中的光的光强；
步骤三，将九份相同的待测的细胞培养样品与新鲜的培养基混合后，置于九个样品室(4)内，开启发光二极管(2)，采用光探测器(7)记录通过各样品室(4)内培养基的光强及波长信息，将九个光探测器(7)测得的对620纳米的光的吸收的值log(I0/It)取平均，以得到待测的细胞培养样品对620纳米的光的吸收，并与步骤一中所得的样品室(4)中的溶液浓度与光探测器(7)测得的光吸收之间的关系进行比较，最终得到待测的细胞培养样品及培养基的浓度；
步骤四，步骤四与步骤三同时进行，将九个光探测器(7)测得的对530纳米的光的吸收的值log(I0/It)取平均，以得到待测的细胞培养样品对530纳米的光的吸收，并与步骤二中所得的样品室(4)中的酸碱度与光探测器(7)测得的光吸收之间的关系进行比较，最终得到待测的细胞培养样品及培养基的酸碱度。
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2019
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