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.