[發明專利]一種用于長期離體細胞太赫茲生物效應研究的系統及方法

有效

• 申請號: 202010108661.1
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111239377B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 趙湘輝;王文挺;劉育明;張明;武勝昔
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第四軍醫大學
• 主分類號: G01N33/48
• 分類號: G01N33/48;G01N25/20;C12M3/00;C12M1/38;C12M1/22
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明一種用于長期離體細胞太赫茲生物效應研究的系統及方法，所述系統包括密封固定裝置、THz波發射裝置、THz波傳輸裝置、細胞外環境維持裝置和探測裝置；本發明針對貼壁生長的細胞培養物，設計構建了太赫茲波自下而上，長時程輻照細胞的系統與方法。一方面利用太赫茲波傳輸裝置實現將太赫茲源發出的水平發散波改變為垂直匯聚波，該波束對于以薄塑料為基質的細胞培養材料有良好的透過性，因此可以穿過培養基質，作用于正常含有培養液的貼壁細胞生長物，避免了離體細胞周圍的培養液對其的阻擋。另一方面利用可控溫度樣品室，實現細胞在輻照過程中始終處于接近孵箱培養的微環境中，保證長期輻照情況下細胞的存活需求。

技術領域

本發明涉及生物醫學領域，具體為一種太赫茲長時程照射體外培養細胞的系統及方法。

背景技術

太赫茲(Terahertz,THz)波是指頻率范圍在0.1～10THz，相應的波長在3mm-30μm，介于毫米波和紅外光之間的電磁波譜區域。它是電磁波譜中唯一沒有獲得較全面研究并很好加以利用的最后一個波譜區間，是人類目前尚未完全開發的電磁波譜“空白”區。從能量上看，太赫茲波介于光子和電子之間,它具有很多獨特的性質：①高透性，THz對許多介電材料和非極性物質具有良好的穿透性，比如陶瓷、碳板、塑料等；②低能性，THz光子能量為4.1meV(毫電子伏特)，僅為X射線光子能量的107～108分之一，該值低于各種化學鍵的鍵能，因此不容易破壞被檢物質；③指紋譜性，THz波段包含了豐富的物理和化學信息，大多數極性分子和生物大分子的振-轉能級躍遷都處在THz波段。根據這些特性，太赫茲在安檢、通信、生物醫學等方面的發展潛力不可小覷。

目前太赫茲技術的研究主要集中在太赫茲輻射源、太赫茲探測設備、太赫茲通信和太赫茲成像等方面。然而，太赫茲對于生物組織樣品的效應研究尚處于起步階段，目前缺乏穩定可靠的適宜長期離體太赫茲生物效應研究的裝置系統和方法。由于THz波不能透過水，而離體生物組織的存活又依賴于液體環境，使得現有的能夠進行照射的設備產生無法適用的矛盾，從而無法滿足生物樣品效應研究的需求。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種用于長期離體細胞太赫茲生物效應研究的系統及方法，可以實現對貼壁生長的各類原代細胞、細胞系的長時間體外輻照太赫茲，為研究太赫茲波的生物效應提供了穩定的實驗平臺和方法。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種用于長期離體細胞太赫茲生物效應研究的系統，包括密封固定裝置、THz波發射裝置、THz波傳輸裝置、細胞外環境維持裝置和探測裝置；

所述的THz波發射裝置包括THz量子級聯激光器，THz量子級聯激光器發射口水平設置；

所述的THz波傳輸裝置包括離軸拋物面鏡、THz全反射透鏡和THz透鏡；離軸拋物面鏡和THz全反射透鏡設置在THz量子級聯激光器發射口的同一高度處，離軸拋物面鏡的長軸與發射口發射的THz波夾角為45°；THz全反射透鏡設置在離軸拋物面鏡的反射光路上，且與水平面的夾角為45°，THz全反射透鏡的出射光線垂直詳述；所述的THz透鏡設置在THz全反射透鏡的出射光線的正上方；

所述的細胞外環境維持裝置包括設置在THz透鏡的正上方的樣品臺和設置在樣品臺上的樣品室，以及與樣品室連接的氣罐；樣品室的樣品照射位置設置在THz透鏡的聚焦光斑上；

所述的探測裝置包括THz功率計和熱敏儀，THz功率計的探頭分別設置在THz量子級聯激光器發射口和樣品照射位置；

所述的密封固定裝置包括底部設置面包板的密封干燥箱；所述的THz波發射裝置、THz波傳輸裝置、樣品臺和樣品室均設置在密封干燥箱內。

優選的，所述的密封固定裝置還包括防震操作平臺，密封干燥箱固定安裝在防震操作平臺上；所述的密封干燥箱為密閉箱體，箱體正面設有傳遞窗，箱體頂面設有制冷劑添加口和線纜入口，箱體底面呈開放式且設置有相匹配的底部板，箱體底面通過密封墊和螺絲密封固定在底部板上。