[發明專利]壓電調制與傳感單細胞力學分析裝置及方法

無效

• 申請號: 201010617641.3
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102135525A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 韋曉蘭;單振秀
• 申請（專利權）人: 重慶工商大學
• 主分類號: G01N27/60
• 分類號: G01N27/60
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及生物分析技術領域，是一種單細胞力學動態分析的芯片。

背景技術

細胞作為生命體的基本單元，不斷與其環境（包括細胞外基質與介質）相互作用，這種相互作用使細胞始終處在化學和力學動態變化的環境中，并對細胞的生長、增殖、分化、凋亡和遷移等生命活動產生重要影響。另一方面，細胞活動的一個重要表現就是細胞產生力學變化，同時細胞的力學變化又進一步調控細胞活動。因此，細胞如何感應環境的化學和力學刺激并將其轉換為力學信號、調控細胞活動，即細胞力學，構成了生命活動的基本問題之一。細胞力學技術作為支撐平臺，其發展推動著對這一基本問題的認識不斷深入，為改善人類健康發揮著日益重要的作用。

傳統的細胞力學檢測是在固定時間點靜態地獲取集團細胞的平均行為結果，不能得到單個細胞隨周圍環境、粘附遷移等活動變化的力學動態信息，已遠不能滿足現代細胞力學研究與應用的需要。在單細胞水平上，對細胞施加力學刺激并實時監測細胞的力學變化，已成為現代細胞力學技術的主要目標（參見Discher?D,?et?al.?Biomechanics:?Cell?Research?and?Applications?for?the?Next?Decade.?Annals?of?Biomedical?Engineering,?2009,?37:?847–859）。

現代細胞力學技術始于微管吸吮技術(MAT)的發明，其核心是利用微管負壓調制外力，對微管吸持的單細胞進行粘附強度測試。MAT經過二十多年的發展，已建立起較為成熟的測試系統與理論模型，力的精度可達幾個皮牛頓（10^-12?N），在細胞和分子生物力學分析中得到廣泛應用（參見Addae-Mensah?KA,?Wikswo?JP.?Measurement?techniques?for?cellular?biomechanics?in?vitro.?Experimental??Biology?and?Medicine,?2008,?233:?792–809）。

近年來，利用光鑷、磁鑷和原子力顯微鏡(AFM)等精密手段，通過細胞表面固定力學探針，可施加或測量小至幾個飛牛頓（10^-15?N）的力，并能檢測幾個納米的微小尺度變化，正成為細胞力學檢測的重要手段，并獲得了多項重要科學發現（參見Neuman?KC,?Nagy?A.?Single-molecule?force?spectroscopy:?optical?tweezers,?magnetic?tweezers?and?atomic?force?microscopy.?Nature?Methods,?2008,?5:?491–505）。如采用基于AFM的單細胞力譜技術，實現了細胞粘附單個受體-配體鍵強度的測量（參見Helenius?J,?et?al.?Single-cell?force?spectroscopy.?Journal?of?Cell?Science,?2008,?121:?1785-1791）；采用基于微磁珠的磁扭細胞測量技術，探測到細胞在受到外加短暫拉伸后其力學和動力學行為的改變過程，揭示了一系列新穎的細胞力學行為（參見Trepat?X,?et?al.?Universal?physical?responses?to?stretch?in?the?living?cell.?Nature,?2007,?447:?592-595）。