[發明專利]單細胞多參數表征微流控器件

在審

• 申請號: 201810532350.0
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108760494A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 王文會;黃亮
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N27/447
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張潤

本發明公開了一種單細胞多參數表征微流控器件，包括：微流道通過可逆的方式進行鍵合；多個立體電極嵌入在微流道中，用于細胞旋轉；光纖拉伸器包括第一個光纖和第二光纖，以通過光照射在細胞上而引起光動量變化，使得在細胞軸向和法向上產生散射力和梯度力，并且由于相對布置的第一個光纖和第二光纖，使得在細胞軸向和法向上實現作用力平衡形成光阱，以捕獲和拉伸單細胞。該器件可以通過光纖拉伸器捕獲和拉伸單細胞，從而在維持細胞空間位置穩定的情況下，有效提高細胞電旋轉測量的穩定性和準確性，實現單細胞精確的電參數測量。

技術領域

本發明涉及微流控器件技術領域，特別涉及一種單細胞多參數表征微流控器件。

背景技術

細胞標志物是指可供客觀測定和評價的細胞的生化指標，通過對細胞標志物的測定可以獲知機體當前所處的生物學過程中的進程。檢查具有某種特異性的細胞標志物，對于疾病的鑒定、早期診斷及預防、治療過程中的監控有重要作用，所以測量表征細胞標志物已經成為目前研究的一個重要熱點。其中，細胞的機械特性和電學特性是細胞的固有屬性，可以作為細胞標志物，對細胞的機械特性和電學特性進行同時測量具有非常重大的意義。

細胞的機械特性，尤其是彈性模量，作為細胞標記物可以反映細胞的細胞骨架特性。細胞骨架不僅提供了機械強度，而且還實現了許多重要的細胞功能。其中，由細胞骨架引起的形態學變化實際上對癌癥是診斷性的。一個細胞的骨架含量和結構變化可以在細胞的整體機械性能中得到反映，故通過對單細胞進行多參數的表征可以讓研究者更全面深入的探究單細胞。

但是目前只有少數實驗技術能夠評估細胞的機械性能。目前常用的測量細胞機械特性的技術主要有光鑷和原子力顯微鏡，然而這些技術都有一定的應用局限性。光鑷使用的匯聚光很容易灼傷細胞，且需要高成本的光學儀器和繁瑣的操作。原子力顯微鏡技術則采用探針進行掃描測量，只能測量貼壁細胞，且同樣需要昂貴的設備和復雜的操作。這兩種技術都是只能測量細胞相對較小區域的彈性表面，并非真正的單細胞測量。

細胞電學特性在生物學中多用于描述細胞存活率、生長情況、識別不同的細胞類型等。電學參數與細胞的結構和化學組成密切相關，可以通過研究細胞的電學特性來探究其生理機能。定量的分析細胞電學參數能夠反映了細胞的介電特性，可以作為標定細胞類型的標記物。其中，細胞電學參數主要包括細胞膜、細胞質的電導率和介電常數。目前細胞電學特性可以通過多種方法實現，包括微電阻抗譜、阻抗流式細胞儀和電旋轉方法，其中電旋轉方法是精確提取細胞膜和內部電學特性的唯一方法。在旋轉電場作用下，細胞會發生極化并受到旋轉電場產生的扭矩而發生旋轉。通過測量細胞在溶液中的旋轉譜對細胞電學參數進行評估，能夠測量出細胞各種電學參數，如細胞單位膜電容，細胞質電導率等。但是目前的電旋轉方法多采用平面電極，由于旋轉的速度與電場大小有關，在平面電極中，不同的位置旋轉的速度是有差異的，導致測量精度差，不能準確地表征細胞的電學參數。同時細胞會受到流體力和重力等作用導致在空間不穩定，由于介電泳力遠離電極后衰減很快，故很難利用介電泳力對單細胞進行空間位置固定。

綜上所述，相關技術的缺點具體為：(1)細胞旋轉時空間位置的不穩定性：因細胞容易受到流體力和重力等外界作用力的影響，細胞旋轉前和旋轉過程中質心不穩容易發生平移。常用的細胞旋轉方法都是基于平面電極，由于電旋轉的速度與電場分布有關，在平面電極中，不同的位置旋轉的速度是有差異的，從而影響測量的精度，不能準確的表征細胞的電學參數。(2)細胞機械性能測量方法的局限性：常用的單細胞機械性能測量手段只能對細胞進行局部的機械性能測量，無法真實反映出單細胞整體的機械特性。(3)單細胞表征單一性：多數技術只能對單細胞的某一個單項機械電學特性進行測量表征，無法進行多參數表征。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種單細胞多參數表征微流控器件，該器件可以有效提高細胞電旋轉測量的穩定性和準確性，實現單細胞精確的電參數測量。