[發明專利]單細胞胞漿粘性測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201810092406.5
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108414401B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 陳健;王棵;張毅;王軍波;陳德勇;孫曉昊;龍榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01N11/08
• 分類號: G01N11/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

本公開提供了一種單細胞胞漿粘性測量裝置及方法，該裝置包括：微流控芯片模塊，包括：主壓縮溝道，供細胞擠入并沿該主壓縮溝道運動；以及至少一個側壓縮溝道，其一端垂直連通于主壓縮溝道，供細胞在經過側壓縮溝道時發生部分伸入；壓力控制模塊，連接至微流控芯片模塊，提供細胞沿主壓縮溝道運動及在側壓縮溝道伸入的壓力；圖像采集模塊，采集細胞經過該交叉位置時的圖像；以及數據分析與處理模塊，與圖像采集模塊連接，對采集的圖像進行處理得到細胞在側壓縮溝道內的伸入長度，結合單細胞固有力學特性模型獲取胞漿粘性；進一步提供了使用該裝置進行胞漿粘性測量的方法。本公開測得的胞漿粘性與細胞本身尺寸無關，實現了胞漿粘性的高通量測量。

技術領域

本公開涉及微流控技術領域，尤其涉及一種單細胞胞漿粘性測量裝置及方法。

背景技術

細胞是生命體的基本結構和單位，在生命體的生命活動過程當中，不斷伴隨著細胞的分裂、分化和凋亡。可以說，細胞的特性直接或間接地反應了生命體的狀態。自1665年英國科學家Robert.Hooke發現細胞以來，人類對于細胞的研究從未停止。而單細胞分析對于細胞研究具有更為深遠的意義。近年來的研究表明，單個細胞與細胞之間同時存在著同質性與異質性，同質性常常指的是相同種類的細胞之間存在相似性，異質性常常指的是不同種類、甚至相同種類的細胞之間存在差異性，基于這一理論，僅對細胞群體進行表征是很不準確的，甚至有時會掩蓋事實的真相，例如在癌癥初期，個別細胞的異常很難通過對大量的細胞表征，如組織樣本切片，來顯現。所以單細胞分析對于人類了解生命規律、疾病治療與診斷等方面有著極其特殊的意義。

單細胞分析的一個重要的方向是對于單細胞力學特性進行表征。以真核細胞為例，其主要結構有細胞膜、細胞質、細胞核等，細胞質當中有細胞骨架，細胞骨架主要由微絲、微管和中間纖維構成，其在細胞形態的維持、對外力反應等方面起著主要的作用。細胞生理學特性的改變常常伴隨著細胞骨架的改變，進而帶來單細胞細胞力學特性的改變。所以說，單細胞力學特性表征可以一定程度上反映細胞的生理學狀態。對于細胞單細胞力學特性表征的重要參數是單細胞的胞漿粘性。研究表明，一些疾病的發生往往伴隨著細胞胞漿粘性的變化。例如瘧疾蟲侵入人體后，會寄生在紅細胞內，這一變化會導致紅細胞的形變能力減弱，胞漿粘性增大。又如鐮狀細胞貧血病患者的紅細胞的呈現鐮刀形或新月形，且具有更大的胞漿粘性。癌變細胞的凋零機制發生異常，其在體內會進行無限制的繁殖，此類細胞往往會具有更小的胞漿粘性。

傳統的單細胞力學特性表征手段有原子力顯微鏡(AFM)、微管等。原子力顯微鏡主要部件為探針、柔性懸臂梁和光敏二極管，探針尖端接觸樣本表面，和細胞表面之間的相互作用力會引起柔性懸臂梁的偏斜，懸臂梁背面的激光束會將這一偏斜度反射到光敏二極管上，通過對光敏二極管分析，可以得到樣本的力學特性參數。此方法可以較為準確地測量細胞局部的力學特性，且無法對細胞整體力學特性進行表征，且其檢測結果受探針影響大，檢測通量低。傳統的微管是一種操作簡單的技術，通過將細胞吸入微管使其發生形變，可以得到細胞整體的力學特性參數。但傳統的微管操作過程需要不斷將細胞吸入和吐出，測量通量低。總之，傳統的單細胞力學特性表征方法測量通量低，難以滿足大量樣本的需求。

微流控技術指的是在微管道內對于微量流體進行操縱或處理的技術。因為其特征尺寸可與細胞相比擬，該技術可以方便的操控細胞，且對于樣本的需求量少，反應靈敏，所以被廣泛應用于單細胞的力學特性的檢測。