【摘要】：卵母細(xì)胞的低溫保存在生育力保存、卵母細(xì)胞庫構(gòu)建等諸多方面都有著極其重要的意義。不過由于保存過程中的許多步驟欠優(yōu)化,如保護劑的添加與去除,降溫與復(fù)溫的速率設(shè)計等,使得卵母細(xì)胞的低溫保存成功率非常的低。溫度依賴的卵母細(xì)胞膜滲透性參數(shù)(Lp、Ps)測定可以為低溫保存的最優(yōu)化提供理論指導(dǎo)。然而那些用于研究細(xì)胞滲透性的系統(tǒng)在溫度控制上要么加工過于復(fù)雜,要么不能實現(xiàn)寬溫度范圍的控制,也不能進行多個卵母細(xì)胞的同時觀察,實驗效率低。此外,在獲取細(xì)胞體積的數(shù)據(jù)處理階段,采用的是非常耗時的手動數(shù)據(jù)處理方法,或者是步驟復(fù)雜、魯棒性和準(zhǔn)確性不高的傳統(tǒng)圖像處理方法。為了解決以上問題,本文做了以下研究:首先,設(shè)計制作了一種微流控裝置用于卵母細(xì)胞的滲透性研究。該裝置使用了氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電膜制作微加熱器和溫度傳感器來實現(xiàn)相比全局溫控更為準(zhǔn)確的局部溫度控制,額外添加的獨立水浴模塊在不增加加工難度的前提下實現(xiàn)了室溫以下的溫度環(huán)境。局部加熱器/傳感器和全局水浴的巧妙結(jié)合使加工較簡單、溫度控制準(zhǔn)確以及寬溫度范圍調(diào)控得以同時滿足。該裝置可以互不干擾地捕獲四個卵母細(xì)胞,細(xì)胞的捕獲位置可控且捕獲的成功率高,四個細(xì)胞的滲透性響應(yīng)同時在顯微鏡下被觀察記錄,實驗效率得到了極大的提高。為了實現(xiàn)溫度的準(zhǔn)確控制,設(shè)計了合理的硬件電路、軟件系統(tǒng)和抗積分飽和PID算法。除此之外,通過多物理場仿真、溫度控制性能檢測以及微通道中溶液濃度變化測定等方式綜合驗證了微流控平臺的合理性和可靠性。另一方面,以小鼠卵母細(xì)胞作為實驗的對象,利用本文設(shè)計的微流控平臺測量了小鼠卵母細(xì)胞在四個溫度(4、15、25、37 ℃)下對兩種保護劑(1.5 MPG、1.5 M EG)溶液的體積響應(yīng)。在數(shù)據(jù)處理階段,將深度學(xué)習(xí)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到細(xì)胞的滲透性研究中進行圖像分割數(shù)據(jù)處理,分別制作了4000、500、500對的訓(xùn)練集、驗證集和測試集圖像用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練,最終在驗證集和測試集上分別得到了0.9860和0.9846的高準(zhǔn)確率,訓(xùn)練曲線也表明該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)過擬合。網(wǎng)絡(luò)以極快的速度處理了大量的圖像,在保證高準(zhǔn)確率的同時極大節(jié)省了數(shù)據(jù)處理時間。最后,通過擬合卵母細(xì)胞體積響應(yīng)得到了溫度依賴的滲透性系數(shù),結(jié)果與前人研究測定的小鼠卵母細(xì)胞滲透性參數(shù)吻合,表明了本文提出的溫控的多細(xì)胞捕獲的微流控平臺以及深度學(xué)習(xí)圖像處理方法的實用性、準(zhǔn)確性和可靠性�？傊�,本研究有利于提升卵母細(xì)胞的滲透性研究,進而有利于設(shè)計出最優(yōu)的卵母細(xì)胞低溫保存方法,實現(xiàn)更高的低溫保存成功率。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318;TP391.41

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本文編號：2631078