ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ ЛАБОРАТОРИИ НА ЧИПЕ НА
ОСНОВЕ ГЕМОЦИТОМЕТРИЧЕСКИХ КАМЕР с
РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИЕЙ культур и ТРАНСЛЯЦИЕЙ СПЕКТРОЗОНАЛЬНО-гистохимического
МОНИТОРИНГА
А.
В. Нотченко 1,2, О. В. Градов 1,3
1Лаборатория
нейронной структуры мозга НЦН РАМН
2МГТУ
им. Баумана; 3Институт химической физики РАН
Получена 20 января
2012 г.
Аннотация. Предложена общедоступная конструкция автономных (не
требующих специального устройства для считывания) лабораторий на чипе с
использованием для секционирования детектируемых клеток, выделяемых с помощью
аппарата Сайка, сетчатых счетных камер гемоцитометрического типа. Предложена
система их автоматизированной радиочастотной идентификации в условиях
длительного хранения, сопровождающейся получением новых морфометрических данных
на различных стадиях культивирования или биомониторинга. Описана дифракционная
методика подсчета и фингерпринтинга клеточных образований в варьируемых
условиях среды. Приведены экспериментальные данные по апробированию для её
реализации камер Фукса-Розенталя, Бюркера, Нейбауэра, Маклера и Тома-Цейсса.
Показана применимость данных устройств в когерентно-денситометрической
индикации концентрационной динамики в клеточной культуре или суспензии и
морфогенетических процессов в них для ламинарных условий среды.
Продемонстрирована самообучающаяся программа для распознавания паттернов клеток
и прецизионной цитоморфометрии на базе лаборатории на чипе с
объектно-микрометрической калибровкой по сетке камеры. Введен в практику
гибридный in vitro / in silico принцип мониторинга морфогенеза
культур.
Ключевые слова: лаборатория на чипе, телемедицина, ПЗС,
радиочастотная идентификация, спектрозональный мониторинг, математическая
морфология, автоматическое распознавание и классификация образов, КМОП, гистохимия
Abstract. An accessible design of
autonomous labs on the chip which do not require a special reader is developed.
The proposed device uses hemocytometric counting chambers for determination of
concentration of cells, isolated by a special device for cell sedimentation. A
system of automated RF-identification of chambers in the long-term storage is
proposed which provides new morphometric data at various stages of cultivation
or biomonitoring. A new diffraction method of calculation and fingerprinting of
cellular structures in varying environmental conditions is described. Experimental
data on the pilot testing of Fuchs-Rosenthal, Buerker, Neubauer, Makler and
Thoma chambers for the described technique is given. The applicability of these
devices for coherent-densitometric indication either of concentration dynamics
in cell culture or suspension or morphogenetic processes in them for laminar
conditions is shown. A self-learning program for cellular pattern recognition
and relational cytophotometry based on lab on the chip with an
object-micrometric calibration relative to the counting net is demonstrated. A
hybrid in vitro / in silico method of morphogenesis monitoring in cell cultures
is introduced.
Keywords: lab-on-a-chip,
telemedicine, CCD, CMOS, RFID, mathematical morphology, spectrozonal mapping, machine
learning, machine vision, pattern recognition, automatic classification, hystochemistry.