一种基于辅助高通量LED光照阵列的光遗传学实验装置的制作方法

本实用新型属于光遗传学领域，特别涉及一种辅助高通量led光照阵列进行光遗传学实验的支架系统。

背景技术：

光遗传学作为一门新兴学科，整合了光学、生物学等相关知识与基因工程、软件工程等相关技术，可通过调控光照的方式来操纵生物体的各项生命活动，具有无损伤、非侵入、操作简便、调控精准、分辨率高、可重复性高等一系列优点。

在体外的细胞尺度实验上，光遗传学可被用来精确研究细胞的各项生命活动的具体机制。由于在大部分光遗传学实验中，研究者通常使用光信号代替其他外部信号来调控细胞内的生命活动，因此光源的选择在光遗传学实验中便显得至关重要。

在之前的研究当中，许多实验者都因为led光源的廉价稳定且易于操控的优势而将其作为实验的光源，但单独使用led存在一定问题。比如在长时间实验当中，led灯珠及其所必须的电路与控制元件会不可避免的产生功率损耗，而损失的功率则会转变为热量进而影响实验区域的温度，而细胞培养则要求环境温度的稳定，温度的变化必然会影响细胞的活性，最终影响实验结果。

此外led作为光遗传学实验的光源时，与激光光源相比虽然廉价且操控简单，但其发射的光波段较宽，在某些情况下(比如对激发光波段十分敏感)无法满足实验需求。在开展高通量实验时，需要同时进行不同光照条件下的实验，即单独调整led阵列中的每一个灯珠的光照参数(暗灭时长，光照强度等)，此时由于led灯珠排列较为紧密，不同灯珠之间存在互相干扰。

技术实现要素：

为了解决在将led应用于光遗传学实验的光源时，由于功率损失散发热量、以及灯珠之间相互干扰的问题对实验结果的影响，本实用新型提出了一套可以用于辅助led阵列进行光遗传学实验的支架系统。本系统通过3d打印定制与多孔细胞培养板尺寸对应的载物台支架，并在载物台支架设置与led灯珠阵列相对应的透光通道阵列，相邻透光通道之间做隔光处理，避免了不同灯珠之间的相互干扰；增加了led阵列电路板与培养板间的距离，同时加入了由温度控制的风扇辅助散热，降低了发热对实验条件的影响。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于辅助高通量led光照阵列的光遗传学实验装置，包括基座、led阵列板、载物台支架和多孔细胞培养板；所述的led阵列板安装在基座上；所述的载物台支架固定于led阵列板上方，载物台支架的顶部设有凹槽；所述的多孔细胞培养板通过载物台支架顶部的凹槽固定；

所述led阵列板由电路板和安装在电路板上的led灯珠阵列构成；所述载物台支架的凹槽底部设有与led灯珠阵列相对应的透光通道阵列，相邻透光通道之间做隔光处理，透光通道的底部与led灯珠的高度平齐；所述多孔细胞培养板上的培养孔与载物台支架凹槽底部的透光通道一一对应，每一个led灯珠发射的光穿过透光通道传递到单独的培养孔。

作为本实用新型的优选，所述载物台支架的顶部凹槽呈楔形，多孔细胞培养板的底部与楔形凹槽的内斜面抵接。

作为本实用新型的优选，所述载物台支架的凹槽底部和透光通道阵列的内壁涂有隔光材料。

作为本实用新型的优选，所述led灯珠阵列中的每一个led灯珠可单独控制。

作为本实用新型的优选，所述载物台支架的底部与led灯珠阵列之间安装有滤光片。

作为本实用新型的优选，所述的基座、led阵列板和载物台支架之间为可拆卸连接。

作为本实用新型的优选，所述的基座上设有用于固定载物台支架的定位孔，以及用于安装电路板的插槽，所述电路板底部与基座之间留有散热空间。

作为本实用新型的优选，所述电路板底部与基座之间安装有散热扇。

作为本实用新型的优选，所述的散热扇通过温度开关控制自动开启和关闭。

作为本实用新型的优选，所述的载物台由3d打印制成。

与传统实验方式(仅单独使用led阵列)相比，使用本系统具有的优势包括：

1)为了解决不同灯珠之间存在的光线串扰问题，本实用新型在载物台凹槽底部设置贯通透光通道，透光通道与每个灯珠以及多孔培养板的每个培养孔相对应，透光通道之间进行隔光处理，保证每个灯珠发出的光分别传递到对应的细胞培养孔中，由于光照位置稳定，减少了不同实验组间的干扰；

2)为了降低发热对实验样品的影响，在安装有led灯珠的电路板与基座之间留有散热空间，并安装有由温度开关控制的散热扇，能够在温度达到一定值时自动开启，保证温度处于正常区间内，解决了led灯珠及电路发热对细胞培养的温度造成影响的问题。

3)本实用新型的装置体积较小且稳固，可移动和拆卸，不易受到实验外因素的干扰；在对光照波段要求严格的实验场景中，可以在载物台加装特定波段的隔光片，使得只有选定波段的光线能够穿过透光通道到达培养孔的样品处，适用于多种不同条件下的光遗传学实验研究。

附图说明

图1是本实用新型的基于辅助高通量led光照阵列的光遗传学实验装置整体示意图；

图2是本实用新型装置的侧视图；

图3是基座结构示意图；

图4是led阵列板结构示意图；

图5是载物台支架结构示意图；

图6是多孔细胞培养板结构示意图；

附图标记：基座1、插槽101、定位孔102；led阵列板2、电路板201、led灯珠阵列202；载物台支架3、透光通道301、凹槽302、定位柱303；多孔细胞培养板4、培养孔401。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步的说明。

本实用新型提供的一种基于辅助高通量led光照阵列的光遗传学实验装置，在载物台凹槽底部的贯通透光孔与每个灯珠和多孔培养板的每个培养孔401相对应，而每个透光孔之间是隔光的，做到将每个灯珠发出的光分别传递到对应的细胞培养孔401中，避免了不同灯珠之间发生光线串扰。进一步的，在对光照波段要求较为严格的实验场景中，可以在载物台加装特定波段的隔光片，使得只有选定波段的光线能够穿过透光孔到达培养孔401的样品处，并由温度开关控制的散热扇实现自动散热，避免了led灯珠及电路发热对细胞培养的温度造成影响。

本实用新型的整体结构示意图如图1和图2所示，其中包括基座1、led阵列板2、载物台支架3和多孔细胞培养板4；所述的led阵列板2安装在基座1上；所述的载物台支架3固定于led阵列板2上方，载物台支架3的顶部设有凹槽302；所述的多孔细胞培养板4通过载物台支架3顶部的凹槽302固定。如图1和图6所示，所述多孔细胞培养板4上的培养孔401与载物台支架3凹槽302底部的透光通道301一一对应，每一个led灯珠发射的光穿过透光通道301传递到单独的培养孔401。

在本实用新型的一项具体实施中，在载物台上放置了96孔板后的示意图，led阵列板2已被固定至固定位置，载物台顶部带有一个用于放置标准细胞培养板的凹槽302，96孔板上的每个培养空均可通过载物台凹槽302底部的透光通道301接收到对应的led灯珠所发出的光照信息，有图可以看到，通过每个透光孔恰好可以看到一个led灯珠。具体的，如图4所示，所述led阵列板2由电路板201和安装在电路板201上的led灯珠阵列202构成；所述载物台支架3的凹槽302底部设有与led灯珠阵列202相对应的透光通道301阵列，相邻透光通道301之间做隔光处理，透光通道301的底部与led灯珠的高度平齐。具体的，所述的隔光处理可以是在所述载物台支架3的凹槽302底部和透光通道301阵列的内壁涂有隔光材料，如喷涂不透光的黑漆等，使对应不同透光孔的灯珠发出的光线不会相互干扰。

在本实用新型的一项具体实施中，如图5所示，所述载物台支架3由3d打印工序定制，并通过喷涂黑色漆使其表面隔光。其顶部为一楔形凹槽302并且凹槽302的尺寸与细胞培养所用标准多孔板一致，多孔细胞培养板4的底部与楔形凹槽302的内斜面抵接，采用楔形设计使多孔板能自然放置到设定好的位置。凹槽302底部与载物台底部存在数个贯通且相互隔光的透光通道301，且其位置与大小均与细胞培养所用的多孔板的培养空相对应；载物台底部四个角落设有四个定位柱303，与基座上的定位孔102一一对应；

所述基座由3d打印工序定制。其顶部带有一尺寸与电路板201相符的矩形凹槽302，且凹槽302的深度与led灯珠高度相一致；如图3所示，基座上设有用于固定载物台支架3的定位孔102，以及用于安装电路板201的插槽101，实现可拆卸连接。基座下方留有空间，可安装风扇辅助散热，风扇由温度开关进行控制，当温度高于一定值时自动开启，保证培养温度处于正常区间内。

在本实用新型的一项具体实施中，led灯珠阵列202中的每一个led灯珠可单独控制，在对光照波段要求严格的实验场景中，可以在载物台加装特定波段的隔光片，使得只有选定波段的光线能够穿过透光通道301到达培养孔401的样品处；进一步的，可以根据实验需求分别定制带有对应不同规格多孔板(6孔、24孔、48孔及96孔板)凹槽302的多孔板，针对不同的实验条件可更换载物台与电路板201的搭配，适用于多种不同条件下的光遗传学实验研究。

以实验室常用的cry2-cibn光遗传学元件进行实验为例，实验当中使用蓝光led作为光源，同时为了增加实验效率，使用了96孔板以及按96孔板位置排列的led阵列电路板201以提高实验通量。

相应的，在实验中使用了与96孔板相对应的支架系统。即载物台的凹槽302尺寸与96孔培养板尺寸相对应，同时在凹槽302底部有96个贯通的透光通道301以8×12矩阵排列，分别与96孔板的96个细胞培养孔401的位置相对应。由于led阵列的96颗灯珠也以8×12矩阵排列且与96个细胞培养孔401的位置相对应，每个led灯珠恰好置入对应的透光通道301中，最大程度的减少了每个灯珠发出的光对无关培养孔401的影响。基座1、led阵列板、载物台支架3之间通过插槽101或定位孔102固定，三者相对位置被固定，在实验过程中也不会产生位移。

cry2-cibn光控元件有时被用来研究长时间下的细胞生命活动，这时就需要保持细胞培养环境的稳定。本套装置尺寸较小，可直接置入培养箱当中。而由于载物台的存在，样品与电路板201之间保持了一定距离，再加上在基座底部添加的风扇，解决了局部过热影响细胞活性的问题。

cry2-cibn光控元件的激活对于照射光的波段没有严格要求，只需使用蓝光波段的光进行照射即可激活。因此在该实验条件下不需要在载物台的透光通道301处添加隔光片。

cry2-cibn光遗传学元件进行实验为例，采用本实用新型进行高通量光遗传学实验的流程为：

(1)将对应规格的led阵列板插装在基座上的插槽101中，将对应规格(如96孔板)的载物台支架3底部的定位柱303固定到基座上的定位孔102中，组装完毕；

(2)将表达了cry2-cibn光控元件的细胞培养在96孔板的培养孔401中，之后再将96孔板放置在载物台的凹槽302中；

(3)通过控制程序设置每个led灯珠的光照参数，实现对每个培养孔401中的细胞分别进行实验。当实验时长较长时，可将整个系统置入培养箱中。

本实验中使用的是对应96孔板的支架系统，在其它实验中如果需要对应其它规格的支架系统，只需要更换载物台和电路板即可。由于整个系统使用插槽101或定位孔102组装，拆装相对简单。

以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。