便携式微流控细胞成像检测系统研究

【摘要】：细胞成像检测在生命科学研究和医学诊断中有着广泛的应用。现有的成像流式细胞仪通常需要特殊的光学显微镜系统、高速摄像机和精密注射泵等,这些设备体积庞大、价格昂贵,并且需要具备一定专业知识的人员进行操作。尽管这种方法具有可靠性,但它极大地限制了许多没有专门设备的地方进行细胞成像检测,并且难以支持大多数诊所在现场使用。近年来,研究提出了一些便携式细胞检测系统,但这些系统大多只是将成像部分小型化,在数据的存储、处理和显示方面仍然需要依靠外部个人计算机来实现。为了应对这一挑战,本文提出了一种独立的便携式微流控细胞成像检测系统,该系统具有嵌入式计算功能,可用于现场即时检测(Point-of-Care Testing,POCT)。该完全独立的系统集成了便携式微流控图像采集模块、光源、嵌入式处理和控制模块、微泵、触摸屏和电源模块,以实现对生物样本的检测、处理和结果显示等功能。整个系统重量为1.9 kg,体积为20×10×15cm~3。通过实验测试,该系统可以清晰地检测不同直径的微球。在1μL/min的流速下,该系统对单个或混合微珠样品溶液中的10μm和15μm颗粒的分类和计数准确率可达99.7%以上,对混合细胞和微珠样品溶液中的Hep G2(人类肝细胞癌)细胞的分类和计数准确率可达95.96%。对于细胞识别分类功能,本文首先在个人电脑端完成模型训练工作,然后在树莓派上搭建深度学习网络实现细胞的实时分类。因此,该系统可以在患者身边进行现场采集,实现了细胞检测结果实时报告的功能。该便携式细胞分析设备的研究将为疾病的早期分析和POC诊断提供便利。