[發(fā)明專利]一種動(dòng)態(tài)流體無標(biāo)記細(xì)胞表面增強(qiáng)拉曼散射檢測(cè)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910551416.5
• 申請(qǐng)日: 2019-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN110208247A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 續(xù)小丁;胡波;薛啟祿;趙磊;施紅雁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)流體無標(biāo)記細(xì)胞表面增強(qiáng)拉曼散射檢測(cè)裝置及方法，包括注射泵、微流控芯片、石英毛細(xì)管和拉曼光譜儀；使用時(shí)，將注射泵上的待檢測(cè)樣品出口和SERS增強(qiáng)材料出口均與微流控芯片的微流控通道入口連接，微流控通道的出口通過軟管與石英毛細(xì)管連接，通過注射泵將待檢測(cè)樣品與SERS增強(qiáng)材料溶液連續(xù)注入微流體通道中，將拉曼光譜儀的物鏡對(duì)準(zhǔn)石英毛細(xì)管，聚焦后進(jìn)行SERS光譜采集。本發(fā)明避免了混合時(shí)間不穩(wěn)定以及非均勻基底導(dǎo)致的“熱點(diǎn)”分布不均，獲得活細(xì)胞更高的信號(hào)強(qiáng)度和更好的重復(fù)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及細(xì)胞表面拉曼散射的檢測(cè)，具體為一種動(dòng)態(tài)流體無標(biāo)記細(xì)胞表面增強(qiáng)拉曼散射檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

細(xì)胞是所有生物體的基本生物單位。了解細(xì)胞動(dòng)力學(xué)和過程至關(guān)重要，因?yàn)榇蠖鄶?shù)疾病是由于細(xì)胞內(nèi)生化變化引起的細(xì)胞異常導(dǎo)致的。細(xì)胞檢測(cè)允許觀察這些細(xì)胞的生化變化以及正常的行為。

以前細(xì)胞檢測(cè)只在固定細(xì)胞上進(jìn)行，主要是通過電子顯微鏡。這些技術(shù)雖然提供了有價(jià)值的結(jié)構(gòu)和生化信息，但只能提供細(xì)胞當(dāng)前狀態(tài)的“快照”。此外，細(xì)胞通常必須在成像前染色，這可能會(huì)引入人為構(gòu)象，并對(duì)細(xì)胞的狀態(tài)給出不準(zhǔn)確的描述。基于亮場(chǎng)顯微鏡的技術(shù)，如相位對(duì)比和差分干涉對(duì)比顯微鏡的發(fā)展，意味著細(xì)胞可以在沒有染色的情況下被觀察到，活細(xì)胞成像成為可能。通過這些技術(shù)獲得的圖像通常比通過拉曼光譜獲得的圖像收集得更快，但缺乏化學(xué)特異性，而且由于光暈的影響，人為構(gòu)象有可能被引入。

表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)具有靈敏度高、激發(fā)波長(zhǎng)靈活、光譜分辨率高、對(duì)生物樣品無侵襲性、無自發(fā)熒光和光漂白等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種很有前途的、功能強(qiáng)大的無標(biāo)記細(xì)胞實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)。雖然對(duì)于細(xì)胞來說，SERS光譜可能是復(fù)雜的，包含許多不同分子的信息，通常需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)解釋，但SERS光譜在細(xì)胞檢測(cè)中的潛力不容忽視。SERS光譜的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是能夠確定細(xì)胞的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)、脂類和DNA，可以根據(jù)它們的振動(dòng)光譜進(jìn)行指認(rèn)，因此細(xì)胞不需要在檢測(cè)之前進(jìn)行標(biāo)記或染色。此外，由于水的拉曼信號(hào)十分微弱，因此細(xì)胞可以在液相環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè)，這意味著活細(xì)胞檢測(cè)是可能的，并使SERS光譜成為現(xiàn)有檢測(cè)方法的一個(gè)令人興奮的替代品，允許在正常生理?xiàng)l件下觀察活細(xì)胞。

已經(jīng)有一些研究者使用SERS技術(shù)進(jìn)行細(xì)胞的檢測(cè)，然而大多數(shù)都是將細(xì)胞固定進(jìn)行檢測(cè)，有以下兩種常用方法。

第一種是靜態(tài)固體測(cè)量，用硅片作為基底，對(duì)干燥后的樣品進(jìn)行檢測(cè)。首先，將少量納米顆粒溶液滴在干凈的硅片上并完全干燥。然后將等量的樣品溶液滴在納米顆粒干燥后的斑點(diǎn)上。最后，待樣品溶液完全干燥后，采集SERS光譜。當(dāng)測(cè)量多個(gè)光譜時(shí)，需要不斷地手動(dòng)改變測(cè)量位置。使用靜態(tài)固體測(cè)量法測(cè)量的結(jié)晶紫結(jié)果如圖3D所示。選擇了五個(gè)不同的位置來測(cè)量光譜。計(jì)算了五種光譜在1174cm^-1處的峰面積。統(tǒng)計(jì)分析表明，平均峰面積為70400，RSD為46.4％。結(jié)果表明，靜態(tài)固體測(cè)量的光譜重復(fù)性較差。造成重復(fù)性差的主要原因是靜態(tài)固體SERS實(shí)驗(yàn)中“熱點(diǎn)”分布不均勻。另外，由于測(cè)量前干燥時(shí)間接近6小時(shí)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程非常耗時(shí)。

另一種方法，即靜態(tài)液體測(cè)量，是利用石英毛細(xì)管來檢測(cè)靜態(tài)液體樣品。靜態(tài)液體測(cè)量的第一步將等量樣品和納米顆粒溶液預(yù)混。然后，利用毛細(xì)管的毛細(xì)力將混合物吸入石英毛細(xì)管中。最后將毛細(xì)管置于拉曼光譜儀物鏡下采集光譜。如果要獲取多個(gè)光譜，依然需要手動(dòng)調(diào)整檢測(cè)位置。如圖3E所示，對(duì)5個(gè)光譜分析和統(tǒng)計(jì)，1174cm^-1處的平均峰面積為3521，RSD為33.7％，信號(hào)強(qiáng)度比靜態(tài)固體測(cè)量低20倍，靈敏度顯著降低。靜態(tài)液體測(cè)量中溶液混合時(shí)間的不可控是導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度降低、RSD較大的主要原因。因?yàn)榛旌蠒r(shí)間對(duì)信號(hào)強(qiáng)度和重現(xiàn)性有很大影響。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)流體無標(biāo)記細(xì)胞表面增強(qiáng)拉曼散射檢測(cè)裝置及方法，避免了混合時(shí)間不穩(wěn)定以及非均勻基底導(dǎo)致的“熱點(diǎn)”分布不均，獲得活細(xì)胞更高的信號(hào)強(qiáng)度和更好的重復(fù)性。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：