[發(fā)明專利]一種單細(xì)胞生物物理特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711000294.8
• 申請(qǐng)日: 2017-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN107843541B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉娜;張敏;蒲華燕;楊揚(yáng);孫翊;羅均;劉媛媛;謝少榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/10
• 分類號(hào): G01N15/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王戈

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及細(xì)胞監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種單細(xì)胞生物物理特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

疾病的產(chǎn)生與細(xì)胞增殖、遷移和癌化等細(xì)胞行為息息相關(guān)。惡性腫瘤是一種嚴(yán)重威脅人類健康的疾病，其發(fā)生的主要表現(xiàn)就是癌細(xì)胞失控的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。在傳統(tǒng)的細(xì)胞研宄中，通常把細(xì)胞樣品看成是均一穩(wěn)定的，從而主要研究細(xì)胞群體，但是事實(shí)上細(xì)胞通常是異質(zhì)性的，且很多疾病的產(chǎn)生，早期總是局部的極少數(shù)細(xì)胞發(fā)生癌變，這些癌變細(xì)胞的信號(hào)通常被大量正常細(xì)胞的信號(hào)所掩蓋。因此對(duì)于單細(xì)胞的研究不僅有助于理解細(xì)胞間的生理差異性，更有助于疾病的早期診斷。電學(xué)特性作為一個(gè)重要的生物物性指標(biāo)，是指示細(xì)胞生理行為機(jī)制、病理狀態(tài)和實(shí)現(xiàn)細(xì)胞分型的有效參量。現(xiàn)如今單細(xì)胞電學(xué)特性的主要測(cè)量方法有微吸管、微流控等。基于微吸管的測(cè)量方法能夠較準(zhǔn)確的測(cè)得單細(xì)胞的尺寸、機(jī)械特性和電學(xué)特性，但是測(cè)量速度慢。基于微流控的測(cè)量方法能夠?qū)崿F(xiàn)單細(xì)胞的高通量測(cè)量。但是上述兩種方法只能針對(duì)懸浮細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)，無法對(duì)貼壁狀態(tài)的單細(xì)胞進(jìn)行全生命周期電學(xué)特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和單細(xì)胞的定位尋址生長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種單細(xì)胞生物物理特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)貼壁狀態(tài)的單細(xì)胞進(jìn)行全生命周期電學(xué)特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和單細(xì)胞的定位尋址生長(zhǎng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種單細(xì)胞生物物理特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：光學(xué)投影儀、PC機(jī)、光誘導(dǎo)電沉積芯片、三維移動(dòng)平臺(tái)、信號(hào)發(fā)生器、阻抗分析儀、溫度控制儀、微泵和CCD攝像機(jī)；

所述光學(xué)投影儀與所述PC機(jī)相連，用于將PC機(jī)上的光圖案投射到光誘導(dǎo)電沉積芯片上；

所述光誘導(dǎo)電沉積芯片位于所述三維移動(dòng)平臺(tái)上，所述三維移動(dòng)平臺(tái)，用于改變光誘導(dǎo)電沉積芯片的空間位置；

所述信號(hào)發(fā)生器與所述光誘導(dǎo)電沉積芯片的兩端連接，用于提供交流電壓；

所述阻抗分析儀與所述光誘導(dǎo)電沉積芯片的兩端連接，用于測(cè)量阻抗；

所述溫度控制儀裝載所述光誘導(dǎo)電沉積芯片，用于控制細(xì)胞連續(xù)培養(yǎng)的溫度環(huán)境；

所述微泵與所述光誘導(dǎo)電沉積芯片的溶液入口連接，用于提供細(xì)胞培養(yǎng)基；

所述顯微管位于所述光誘導(dǎo)電沉積芯片的上方；

所述CCD攝像機(jī)與所述顯微管連接，用于實(shí)時(shí)采集圖像。

可選的，所述光誘導(dǎo)電沉積芯片包括上基板和下基板，所述上基板和下基板的材質(zhì)均為ITO玻璃，所述上基板和下基板的形狀完全相同，所述上下基板平行設(shè)置并且基板的兩側(cè)均對(duì)齊，所述下基板表面均勻涂抹光敏材料氫化非晶硅，所述上下基板之間是由雙面膠構(gòu)造的微通道，所述光誘導(dǎo)電沉積芯片的尺寸為3cm*3cm。

可選的，所述系統(tǒng)還包括聚光透鏡和載物臺(tái)，所述PC機(jī)上的圖案進(jìn)行投影時(shí)，得到的投影圖案是發(fā)散的，所述聚焦透鏡用于將發(fā)散的光圖案聚焦到所述光誘導(dǎo)電沉積芯片上；所述光誘導(dǎo)電沉積芯片位于載物臺(tái)上。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了如下方案：

一種單細(xì)胞生物物理特性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，所述方法應(yīng)用到權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述方法包括：

通過光學(xué)投影儀連接PC機(jī)，將PC機(jī)上的光圖案投影到光誘導(dǎo)電沉積芯片；

通過信號(hào)發(fā)生器連接光誘導(dǎo)電沉積芯片，對(duì)所述芯片兩側(cè)施加交流電壓，形成圖案化的水凝膠；

通過將光誘導(dǎo)電沉積芯片放置于溫度控制儀內(nèi)，維持細(xì)胞連續(xù)培養(yǎng)的溫度環(huán)境；

通過微泵連接芯片中溶液入口，實(shí)時(shí)供給細(xì)胞培養(yǎng)基；

將細(xì)胞懸浮液通所述水凝膠中，自主移動(dòng)三維平臺(tái)使得單細(xì)胞與投影的光斑完全重合；

進(jìn)行單細(xì)胞生物物理特性的測(cè)量；

所述三維移動(dòng)平臺(tái)利用圖像反饋，移動(dòng)到下一個(gè)單細(xì)胞，使得所述下一個(gè)單細(xì)胞與投影的光斑完全重合并進(jìn)行所述單細(xì)胞生物物理特性的測(cè)量，再次移動(dòng)所述三維移動(dòng)平臺(tái)直至完成所有單細(xì)胞生物物理特性的測(cè)量。

可選的，所述通過光學(xué)投影儀連接PC機(jī)，將PC機(jī)上的光圖案進(jìn)行投影，將所述投影后的光圖案通過聚光透鏡聚焦于載物臺(tái)上的光誘導(dǎo)電沉積芯片。