一种激光显微切割后收集细胞的收集装置、方法及系统

摘要

本发明公开了一种激光显微切割后收集细胞的收集装置、方法及系统，该装置包括样品载体，该样品载体的两侧分别设有透明薄膜层、绝缘层，透明薄膜层与样品载体贴合且透明薄膜层上设有细胞组织样品，绝缘层与样品载体之间设有第一电极；样品收集器，该样品收集器内装有对细胞组织具有粘附作用的细胞黏附材料，该样品收集器上还设有激光照射后发生光电反应的光敏材料；供电装置，该供电装置的正极与第一电极通过第一开关进行断合。采用上述方案，避免细胞组织样品在收集过程中被污染，以及现有技术中对样品载体及样品收集器材料要求高、所带静电荷不便保留、收集效率低等缺点。本发明所述细胞收集装置及方法，功能稳定且不会对细胞组织样品产生损害。

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光显微切割后收集细胞的收集装置、方法及系统。

背景技术

在生命科学研究中，需要对组织中某一特定的细胞(群)进行基因和蛋 白质研究。激光显微细胞切割装置或系统就是为满足这样的需要而发展起来 的一种高端设备，可以从多样性的组织中分离出来某一特定的或有某一特点 的细胞(群)，从而避免实验标本被其他细胞、细菌、或其它杂质所污染，使 基因和蛋白的分析更加准确，特异性更高。区别各种激光显微细胞切割系统 的核心技术是对切割后细胞进行无污染收集的不同收集方法或装置。

美国专利US 7807108B2、US 6907798B2等公布了细胞收集装置，该装 置放置于样品的正下方，激光切割后所需要收集的细胞(群)自动掉入该装 置的细胞收集器中。该装置或方法的缺点是只能置于正置激光显微切割系统 中，必须利用重力才能实现对切割后细胞的收集。

美国专利US7318999B2公布一种激光捕获显微切割技术(LCM)，该技 术可以用于倒置激光显微细胞切割系统中。该技术采用激光束加热融化化特 殊的具有热融性质的薄膜，薄膜受热后体积膨胀并具有黏附性，包绕所需要 分离的组织细胞并和该细胞(群)粘黏，薄膜分离式，将与其粘黏的目标组 织从组织切片上分离。该方法的缺点是精度较低，难以对小面积细胞或单个 细胞进行分离。

WO97/29355A公布了一种利用激光弹射技术来收集切割后细胞的方法。 该方法可以用于倒置激光显微细胞切割系统中。该方法对切割用聚焦激光束 进行散焦，使得焦点低于样品面，发射脉冲激光束，利用激光脉冲产生的压 力将切割后组织弹射入细胞收集其中。该方法优点缺点是不能将大块细胞 (群)弹射入收集其中。另外激光束会对生物组织活性有一定程度的损伤。

为了克服以上细胞收集方法的缺点，中国专利ZL 200510034838.3公布 了使用预先带负电荷的聚酰亚胺薄膜及带有正电荷的收集器来收集切割后细 胞的方法，该方法使用新近购买的预先带有负电荷的聚酰亚胺薄膜时，能够 获得较理想的细胞收集率。然而，该方法有如下缺点，第一：只能适用于聚 酰亚胺薄膜，而且是预先带有负电荷的聚酰亚胺薄膜，满足此要求的材料在 市场上不易找到。第二：由于工业界难以生产厚度低于2微米的聚酰亚胺薄 膜，而较厚的薄膜激光难以切割或在切割后在切割线边缘留下烧焦痕迹。第 三：难以将带有负电荷的聚酰亚胺薄膜平铺在显微镜用载玻片上。第四带有 负电荷的聚酰亚胺薄膜在储存过程中其电荷容易流失而使得细胞收集效率降 低。第五，难以找到带有正电荷的收集材料(琼脂不带电)，即便找到，带有正 电荷的收集材料随着陈放其上电荷易于流失。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种激光显微切割后 收集细胞的收集装置、方法及系统。采用该装置、方法及系统，其对细胞组 织样品的收集过程简单，并且在收集的过程中，不会对似收集的细胞组织样 品造成损坏，为后续细胞组织的分析提供纯净、无污染、无损伤的标本。

本发明解决上述技术问题，所提供的技术问题是：提供一种激光显微切 割后收集细胞的收集装置，包括，样品载体(10)，该样品载体(10)的两侧分别 设有透明薄膜层(12)、绝缘层(13)，透明薄膜层(12)的周沿与样品载体(10) 贴合且透明薄膜层(12)上设有细胞组织样品(15)，绝缘层(13)与样品载体(10) 之间设有第一电极(14)；样品收集器(20)，该样品收集器(20)内装有对细胞 组织具有粘附作用的细胞黏附材料(21)，该样品收集器(20)上还设有激光照 射后发生光电反应的光敏材料(22)；供电装置(30)，该供电装置(30)的正极 与第一电极(14)通过第一开关(31)进行断合；其中，在显微观察及激光切割 细胞过程中，第一开关(31)闭合，供电装置(30)的正极与第一电极(14)相连而 使第一电极(14)带正电位；激光源(68)发出的激光束(40)及显微装置(60)的 光源照射至光敏材料(22)上，光敏材料(22)在光照射下产生的电子飞向带正 电位的第一电极(14)而被细胞组织样品(15)及透明薄膜材料(12)捕获，使得 组织样品(15)及透明薄膜材料(12)带上负电荷，而光敏材料(22)带上正电荷； 随后，在用户选定切割局部细胞组织样品(15)及其附着的透明薄膜层(12) 后；断开第一开关(31)，被激光束(40)切割下的细胞组织样品(15)及其附着 的透明薄膜层(12)被带有正电荷的光敏材料(22)吸引而飞向两者之间的细胞 黏附材料(21)并被捕获，实现切割后的细胞组织样品(15)收集。

作为本发明的优选方案，所述供电装置(30)还包括靠近样品收集器(20) 而远离细胞组织样品(15)的一面的第二电极(24)，所述供电装置(30)的正极 通过第二开关(32)与第二电极(24)进行断合；所述第一开关(31)闭合时，第 二开关(32)断开；所述第一开关(31)断开后，第二开关(32)闭合，则第二电 极(24)带有正电位，该第二电极(24)与所述带有正电荷的光敏材料(22)同时 吸引切割下的组织细胞样品(15)，并使得其飞向细胞黏附材料(21)。

作为本发明的优选方案，所述第二电极(24)插设于样品收集器(20)的细 胞黏附材料(21)内。

作为本发明的优选方案，所述第一电极(14)为具有中心透孔的环状结构， 且该第一电极(14)的中心透孔与显微装置的视场直径相当。

作为本发明的优选方案，所述光敏材料(22)为具有中心透孔的环状结构， 且该光敏材料(22)的中心透孔内设有包含细胞黏附材料(21)。

作为本发明的优选方案，所述细胞组织样品(15)设置于样品载体(10)的 正下方，并且细胞组织样品(15)位于样品载体(10)与透明薄膜层(12)之间或 者透明薄膜层(12)位于样品载体(10)与细胞组织样品(15)之间。

作为本发明的优选方案，所述细胞组织样品(15)设置于样品载体(10)的 正上方，并且细胞组织样品(15)位于样品载体(10)与透明薄膜层(12)之间或 者透明薄膜层(12)位于样品载体(10)与细胞组织样品(15)之间。

作为本发明的优选方案，所述光敏材料(22)是锑化物XSb或是X板，其 中X为Li、Na、K、Rb、Cs或Zn中的一种或多种的组合。

作为本发明的优选方案，所述透明薄膜层(12)是聚萘二甲酸、聚对苯二甲 酸乙二醇酯、聚酰胺中的任一种材料制成。

作为本发明的优选方案，所述透明薄膜层(12)的厚度在1.0微米-8.0微 米之间。

作为本发明的优选方案，样品载体(10)与透明薄膜层(12)的边缘通过粘连 剂(16)进行贴合，且该粘连剂(16)的厚度在1毫米-5毫米之间。

本发明解决上述技术问题，还提供了一种激光显微切割后收集细胞的收集 方法，该方法包括以下步骤，步骤100，将细胞组织样品(15)放置于带有透 明薄膜材料(12)的样品载体(10)上，并且将电源(30)的正极与第一电极(14) 通过第一开关(31)电连接；步骤200，用户选中切割局部细胞组织样品(15)， 光电敏感材料(22)在显微装置(60)的光源照射下产生的电子飞向带正电的 第一电极(14)，并被细胞组织样品(15)及透明薄膜层(12)捕获，细胞组织样 品(15)与透明薄膜层(12)因此带上负电荷，而光敏材料(22)因失去电子而带 上正电荷；步骤300，启动激光源(68)使其发出激光束(40)，激光束(40)照 射至细胞组织样品(15)并对选中部分进行切割，激光束(40)同时照射光电敏 感材料(22)，使透明薄膜层(12)及细胞组织样品(15)上积累更多负电荷；步 骤400，断开第一开关(31)，被选中切割的局部细胞组织样品(15)受带有正电 荷的光敏材料(22)吸引，该切割下的细胞组织样品(15)飞向细胞黏附材料(21) 且被吸附，实现切割后的细胞组织样品(15)收集。

作为本发明的优选方案，所述步骤100进一步包括，将第二电极(24)靠 近样品收集器(20)而远离细胞组织样品(15)的一面，并且第二电极(24)通过 第二开关(32)与供电装置(30)的正极断开；所述步骤400进一步包括，闭合 第二开关(32)使第二电极(24)带正电位，被选中切割的细胞组织样品(15)同 时受第二电极(24)正电位作用而飞向细胞黏附材料(21)。

作为本发明的优选方案，所述第二电极(24)插设于样品收集器(20)的细 胞黏附材料(21)内。

作为本发明的优选方案，所述第一电极(14)为具有中心透孔的环状结构， 且该第一电极(14)的中心透孔与显微装置的视场直径相当。

作为本发明的优选方案，所述光敏材料(22)为具有中心透孔的环状结构， 且该光敏材料(22)的中心透孔内设有所述细胞黏附材料(21)。

作为本发明的优选方案，所述细胞组织样品(15)设置于样品载体(10)的 正下方，并且细胞组织样品(15)位于样品载体(10)与透明薄膜层(12)之间或 者透明薄膜层(12)位于样品载体(10)与细胞组织样品(15)之间。

作为本发明的优选方案，所述细胞组织样品(15)设置于样品载体(10)的 正上方，并且细胞组织样品(15)位于样品载体(10)与透明薄膜层(12)之间或 者透明薄膜层(12)位于样品载体(10)与细胞组织样品(15)之间。

作为本发明的优选方案，所述光敏材料(22)是锑化物XSb或是X板，其 中X为Li、Na、K、Rb、Cs或Zn中的一种或多种的组合。

作为本发明的优选方案，所述透明薄膜层(12)是聚萘二甲酸、聚对苯二 甲酸乙二醇酯、聚酰胺中的任一种材料制成。

作为本发明的优选方案，所述透明薄膜层(12)的厚度在1.0微米-8微米 之间。

作为本发明的优选方案，样品载体(10)与透明薄膜层(12)的边缘通过粘 连剂(16)进行贴合，且该粘连剂(16)的厚度在1毫米-5毫米之间。

本发明解决上述技术问题，还提供了一种激光显微切割后收集细胞的收 集系统，该系统包括上述收集装置(1)外，还包括一照明装置(50)及一显微装 置(60)；照明装置(50)包括一照明光源(51)、一滤色片插板(52)、一视场光 阑(53)、第一反射镜(54)及一聚光装置(55)；照明光源(51)发出的光逐次透 过滤色片插板(52)与视场光阑(53)后，经第一反射镜(54)反射后进入聚光装 置(55)，最后照射在样品收集器(20)上；显微装置(60)包括一计算机(61)、 一照像装置(62)、一目镜(63)、第二反射镜(64)、一滤光装置(65)、一物镜 (66)、一载物台(67)及一激光源(68)；计算机(61)与照相装置(62)电连接， 照相装置(62)与激光源(68)电连接，计算机(61)控制照相装置(62)对显微装 置(60)的当前视场进行拍照，计算机(61)控制激光源(68)产生特定功率的连 续激光束或具有特定功率和频率的脉冲激光束，并且该激光束透过滤光装置 (65)、载物台(67)的通孔照射所述收集装置(1)；照明光源(51)发生了光通过 所述收集装置(1)，并依次透过载物台(67)的通孔、物镜(66)、滤光装置(65)、 第二反射镜(64)到达目镜(63)以便观察者观察。

本发明所述的上述技术方案，相对于现有技术取得的有益效果是：

(1)本发明所述的激光显微切割后收集细胞的收集装置及方法，其光敏材 料及细胞组织样品的电荷可以由光照射下提供，并在供电装置通过第一电极 正电位来提高电荷收集效率，而避免在收集过程中污染样品。克服ZL 200510034838.3已公布方法中对特殊材料要求高或收集效率低、透明薄膜层 或收集装置自身携带电荷所带的电荷不便保留及存储的等问题。因此，本发 明所述的细胞收集装置及方法，功能稳定且不会对细胞组织样品产生损害， 有利于后继的分析。

(2)本发明所述供电装置还设有第二电极，该第二电极靠近样品收集器20 而远离细胞组织样品的一面，从而为样品收集器20收集切割后的细胞组织样 品提供了稳定的正电位(正电势)，便于细胞组织样品的长时间的收集。

(3)本发明所述的细胞的收集装置及方法，可以引入到正置或倒置的激光 显微细胞切割系统中，而不一定依靠重力的作用实现细胞组织样品的收集， 实现了收集装置的较高兼容性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部 分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的 不当限定。在附图中：

图1是本发明所述的激光显微切割后收集细胞的收集装置，且用于倒置 激光显微细胞切割系统实施例的第一状态示意图；

图2是本发明所述的激光显微切割后收集细胞的收集装置，且用于倒置 激光显微细胞切割系统实施例的第二状态示意图；

图3是本发明所述的激光显微切割后收集细胞的收集装置，且用于正置 激光显微细胞切割系统实施例的示意图；

图4是本发明所述的激光显微切割后收集细胞的收集系统示意图；

图5是本发明所述的激光显微切割后收集细胞的收集方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明 白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此 处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

收集装置实施例一

如图1所示，示出了本发明所述的激光显微切割后收集细胞的收集装置 应用于倒置激光显微细胞切割系统的示意图。所谓倒置是指被切割下的细胞 组织样品15及包裹它的透明薄膜层12沿重力方向的反方向运动并被图中所 示的样品收集器20接收，因此，细胞组织样品15设置于样品载体10的正上 方。而对于透明薄膜层12与细胞组织样品15的位置关系有以下两种情况： 其一，细胞组织样品15位于样品载体10与透明薄膜层12之间；其二，透明 薄膜层12位于样品载体10与细胞组织样品(15)之间。

如图1、图2所示，本发明所述的激光显微切割后收集细胞的收集装置1 包括样品载体10、样品收集器20及供电装置30。样品载体10可以是载玻片 或培养皿，样品载体10两侧分别设有薄膜层12、绝缘层13，薄膜层12的周 沿与样品载体10贴合且薄膜层12上设有细胞组织样品15，绝缘层13与样 品载体10之间设有第一电极14。其中，薄膜层12是聚萘二甲酸(Polyethylene  Naphthalate，PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Poly ethylene terephthalate， PET)、聚酰胺(Polyimide，PI)、聚对苯二甲酸或其它对切割用激光强吸收 的透明薄膜材料中的任一种透明材料制成，透明薄膜层12的厚度在1.0微米 -8.0微米之间，采用低厚度的透明薄膜层12有利于激光切割过程中使用较 低能量的激光，从而在切割过程中不会产生的烧焦现象，降低对切割线边界 沿路组织细胞的损伤。绝缘层13铺设第一电极14上从而使第一电极14绝缘， 细胞组织样品15设置于样品载体10上透明薄膜层12的正上方。样品载体 10与透明薄膜层12的边缘通过粘连剂16进行贴合，且该粘连剂16的厚度 在1毫米-5毫米之间；粘连剂16可采用紫外固化胶水，涂胶后在胶水固化 前，可以在边缘均匀施加外力，除去透明薄膜层12表面皱褶，之后用紫外光 照射固化紫外胶并且对涂有透明薄膜层12的样品载体10进行消毒处理。另 外，透明薄膜层12与样品载体10之间最好有一定的距离(如1微米-2微米 间距)，以减少或避免表面吸附力。第一电极14为具有中心透孔的环状结构， 且该第一电极14的中心透孔与显微装置60(如图4所示)的视场直径相当。

如图1、图2所示，样品收集器20内装有对细胞组织样品15具有粘附 作用的细胞黏附材料21，该样品收集器20上还设有激光照射后发生光电反 应的光敏材料22。细胞黏附材料21对细胞组织样品15无副作用的材料制成， 如琼脂。光敏材料22具有中心透孔的环状结构，且该光敏材料22的中心透 孔内设有细胞黏附材料21。光敏材料22可以是环状，放置在细胞组织样品 15正上方或正下方，也可以是斜上方或斜下方。光敏材料22可以是锑化物 LiSb、NaSb、KSb、RbSb、ZnSb或是Li、Na、K、Rb、Zn板的一种或多种的 组合。样品收集器20一面与光敏材料22紧邻(优选两者直接接触)，样品收 集器20另一面与透明薄膜层12上的细胞组织样品15面对，但是两者之间有 小间距以保证两者在空间上完全分离，两者之间的空间是没有遮蔽的自由空 间。

供电装置30的正极与第一电极14通过第一开关31进行断合，供电装置 30的负极接地。如图1所示，第一开关31闭合时，供电装置30的正极与第 一电极14相连而使第一电极14带正电荷；激光源68发出的激光束40及显 微装置60的光源照射至光敏材料22上，使光敏材料22在光照下产生的电子 飞向带正电位的第一电极14而被细胞组织样品15及透明薄膜层12捕获，使 得细胞组织样品15及透明薄膜层12带负电荷，光敏材料22带正电荷；如图 2所示，随后，在用户选定切割局部细胞组织样品15及其附着的透明薄膜层 12后，断开第一开关31，被激光束40切割下的细胞组织样品15及其附着的 透明薄膜层12被带有正电荷的光敏材料22吸引而飞向两者之间的细胞黏附 材料21并被捕获，实现切割后的细胞组织样品15收集。

采用上述方案，被切割后的细胞组织样品15及附着的透明薄膜层12由 于受到光敏材料22所带正电荷的吸引而被吸附在细胞黏附材料21上。由于 上述方案设置在倒置激光显微细胞切割系统中，细胞组织样品15及附着它的 透明薄膜层12还受到自身重力的影响，细胞组织样品15与光敏材料22之间 正负电荷的作用力要大于重力，使其飞向细胞黏附材料21。由于在此过程中， 细胞组织样品15不是自带的负电荷，光敏材料22不是自带的正电荷，而是 采用供电装置30的作用产生，因此整个过程中电荷的收集与存储非常稳定且 方便。

为了使样品载体10产生的正电势更稳定，供电装置30还包括靠近样品 收集器20而远离细胞组织样品15的一面的第二电极24，供电装置30的正 极通过第二开关32与第二电极24进行断合。如图1所示，当第一开关31 闭合时，第二开关32断开；如图2所示，第一开关31断开时，第二开关32 闭合，则第二电极24带有正电位，该第二电极24与带有正电荷的光敏材料 22同时吸引带有负电荷的切割后的组织细胞样品15飞向细胞黏附材料21。 作为优选方案，第二电极24可以插设于样品收集器20的细胞黏附材料21 内。

收集装置实施例二

如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于，而本实施例收集装置1 应用于正置的激光显微细胞切割系统中。所谓正置是指被切割下的细胞组织 样品15及包裹它的透明薄膜层12沿重力方向运动并被样品收集器20接收， 因此，细胞组织样品15设置于样品载体10的正下方。而对于透明薄膜层12 与细胞组织样品15的位置关系有以下两种情况：其一，细胞组织样品15位 于样品载体10与透明薄膜层12之间；其二，透明薄膜层12位于样品载体 10与细胞组织样品(15)之间。

因此，在收集被切割的细胞组织样品15及包裹它的透明薄膜层12时， 细胞组织样品15与透明薄膜层12重力作用方向与其运动方向相同，更加有 利于细胞组织样品15的收集。

如图4所示，本发明所述的包括上述细胞收集装置1的细胞收集系统， 包括照明装置50及显微装置60；照明装置50包括一照明光源51、一滤色片 插板52、一视场光阑53、第一反射镜54及一聚光装置55；照明光源51发 出的光逐次透过滤色片插板52与视场光阑53后，经第一反射镜54反射后进 入聚光装置55，最后照射在样品收集器20上；显微装置60包括一计算机61、 一照像装置62、一目镜63、第二反射镜64、一滤光装置65、一物镜66、一 载物台67及一激光源68；计算机61与照相装置62电连接，照相装置62与 激光源68电连接，计算机61控制照相装置62对显微装置60的当前视场进 行拍照，计算机61控制激光源68产生特定功率的连续激光束或具有特定功 率和频率的脉冲激光束，并且该激光束透过滤光装置65、载物台67的通孔 照射所述收集装置1；照明光源51发生了光通过所述收集装置1，并依次透 过载物台67的通孔、物镜66、滤光装置65、第二反射镜64到达目镜63以 便观察者观察。

如图5所示，本发明为解决现有技术中存在的技术问题，还提供了一种 激光显微切割后细胞收集的方法，该方法包括以下步骤，

步骤100，将细胞组织样品15放置于带有透明薄膜材料12的样品载体 10上，并且将电源30的正极与第一电极14通过第一开关31电连接。

样品载体10的两侧分别设有透明薄膜层12、绝缘层13，透明薄膜层12 与样品载体10贴合且透明薄膜层12上设有细胞组织样品15，绝缘层13与 样品载体10之间设有第一电极14。第一电极14为具有中心透孔的环状结构， 且该第一电极14的中心透孔与显微装置的视场直径相当。透明薄膜层12是 聚萘二甲酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺中的任一种材料制成。透明薄 膜层12的厚度在1.0微米-8.0微米之间。步骤100可以进一步包括，将第 二电极24靠近样品收集器20而远离细胞组织样品15的一面，并且第二电极 24通过第二开关32与供电装置30的正极断合。

步骤200，用户选中切割局部细胞组织样品15，光电敏感材料22在显微装 置60的光源照射下产生的电子飞向带正电的第一电极14，并被细胞组织样 品15及透明薄膜层12捕获，细胞组织样品15与透明薄膜层12因此带上负 电荷，而光敏材料22因失去电子而带上正电荷。

光敏材料22为具有中心透孔的环状结构，且该光敏材料22的中心透孔内 设有细胞黏附材料21。光敏材料22是锑化物XSb或是X板，其中X为Li、 Na、K、Rb或Cs中的一种或多种的组合。

步骤300，启动激光源68使其发出激光束40，激光束40照射至细胞组 织样品15并对选中部分进行切割，激光束40同时照射光电敏感材料22，使透 明薄膜层12及细胞组织样品15上积累更多负电荷。

步骤400，断开第一开关31，被选中切割的局部细胞组织样品15受带有 正电荷的光敏材料22吸引，该切割下的细胞组织样品15飞向细胞黏附材料 21且被吸附，实现切割后的细胞组织样品15收集。步骤400进一步包括，闭 合第二开关32使第二电极24带正电位，带有负电荷的选中细胞组织样品15 同时受第二电极24正电位作用而飞向细胞黏附材料21。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发 明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用 于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上 述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变 化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。