[發(fā)明專利]一種無接觸貼壁細(xì)胞三維形態(tài)測量方法及細(xì)胞封接方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011151720.X
• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112305209B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙啟立;趙新;韓宇;賈祎晴;邱金禹;于寧波;孫明竹
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: G01N33/487
• 分類號: G01N33/487;G01N15/10;G01B7/28
• 代理公司: 天津睿勤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 12225
• 代理人: 孟福成

1.一種無接觸貼壁細(xì)胞三維形態(tài)測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，通過細(xì)胞輪廓檢測方法獲得細(xì)胞邊界，并對細(xì)胞邊界進(jìn)行橢圓擬合，確定細(xì)胞的中心和長短軸；

S2，利用有限元模型對電極接近貼壁細(xì)胞上表面的過程進(jìn)行電學(xué)仿真，確定電極到細(xì)胞表面距離與檢測電阻上升數(shù)值之間的關(guān)系曲線；

S3，在由長半軸與短半軸包裹的四分之一細(xì)胞表面上選取五個(gè)檢測點(diǎn)，利用電極下降過程中的檢測電阻值變化，進(jìn)行細(xì)胞上表面五個(gè)檢測點(diǎn)處細(xì)胞高度的無接觸測量，由高度檢測結(jié)果通過曲面擬合獲得整個(gè)細(xì)胞的三維形態(tài)；

具體為：細(xì)胞表面選取的五個(gè)檢測點(diǎn)中，一個(gè)為細(xì)胞橢圓中心點(diǎn)，兩個(gè)為靠近電極一側(cè)的橢圓長半軸起點(diǎn)和中心，兩個(gè)為橢圓短半軸起點(diǎn)和中心，設(shè)定貼壁細(xì)胞關(guān)于長軸和短軸對稱，通過長半軸和短半軸上五個(gè)檢測點(diǎn)處測量得到的細(xì)胞高度，擬合出兩條三次樣條函數(shù)曲線，再利用兩條曲線上20個(gè)點(diǎn)的高度信息進(jìn)行三次曲面擬合，確定細(xì)胞的三維形態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無接觸貼壁細(xì)胞三維形態(tài)測量方法，其特征在于，步驟S3中，五個(gè)檢測點(diǎn)處的細(xì)胞表面高度無接觸測量中，電極電阻值上升0.2％時(shí)，電極距離細(xì)胞表面的距離為1μm，各個(gè)檢測點(diǎn)處的細(xì)胞高度值由電極的初始位置減去電極下降的距離，再減去1μm計(jì)算得到。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無接觸貼壁細(xì)胞三維形態(tài)測量方法，其特征在于，步驟S2中，有限元仿真模型中，電極建模為中空圓柱形，內(nèi)含導(dǎo)電溶液，貼壁細(xì)胞建模為圓柱體，環(huán)境為圓柱形液體環(huán)境，接地線在圓柱形液體環(huán)境的邊緣，電極圓柱內(nèi)外徑分別為1μm和1.5μm，材料為標(biāo)準(zhǔn)玻璃，貼壁細(xì)胞圓柱體高度為5μm，直徑為10μm，電導(dǎo)率為0.5S/m，環(huán)境電導(dǎo)率為1.45S/m，電極的導(dǎo)電溶液電導(dǎo)率為1.45S/m。

4.一種貼壁細(xì)胞封接方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：利用權(quán)利要求1至3任一所述的無接觸貼壁細(xì)胞三維形態(tài)測量方法，確定所需封接的貼壁細(xì)胞三維形態(tài)；

步驟二：對電極進(jìn)行三維定位，確定電極口的平面位置；

步驟三：根據(jù)細(xì)胞三維形態(tài)遍歷細(xì)胞表面，尋找并確定所在細(xì)胞表面切面與電極口平面夾角最小的點(diǎn)為設(shè)定接觸點(diǎn)；

步驟四：控制電極移動到設(shè)定接觸點(diǎn)上方，下降到細(xì)胞表面，接觸細(xì)胞，下降至下壓深度，并完成細(xì)胞GΩ封接操作。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的貼壁細(xì)胞封接方法，其特征在于，所述細(xì)胞封接方法中，還包括如下步驟：通過有限元仿真設(shè)定不同細(xì)胞下壓深度下，不同接觸點(diǎn)處電極口覆蓋率與電極下壓深度的曲線關(guān)系，并驗(yàn)證相同下壓深度下，設(shè)定接觸點(diǎn)的電極口覆蓋率高于與其它點(diǎn)處的電極口覆蓋率。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的貼壁細(xì)胞封接方法，其特征在于，所述步驟四具體為：電極下降到細(xì)胞表面的過程中以0.5psi的氣壓向外吹出液體，無接觸檢測到細(xì)胞表面后，電極下降1μm到達(dá)細(xì)胞表面，再繼續(xù)下降壓入細(xì)胞膜1μm深度完成細(xì)胞接觸，以-0.5psi的氣壓將細(xì)胞膜吸入電極內(nèi)形成GΩ封接。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的貼壁細(xì)胞封接方法，其特征在于，在所述步驟三中，當(dāng)細(xì)胞表面存在某點(diǎn)處所在的細(xì)胞表面切面與電極口平面平行時(shí)，以該點(diǎn)為細(xì)胞封接操作的設(shè)定接觸點(diǎn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的貼壁細(xì)胞封接方法，其特征在于，所述有限元仿真中，電極建模為外徑1.5μm，內(nèi)徑1μm的剛性體，細(xì)胞建模為各項(xiàng)同性的彈性體，根據(jù)細(xì)胞邊緣點(diǎn)、頂點(diǎn)和設(shè)定接觸點(diǎn)處獲得的三條電極口覆蓋率-電極下壓深度關(guān)系曲線，驗(yàn)證設(shè)定接觸點(diǎn)處的電極口覆蓋率大于其余接觸點(diǎn)。