[發明專利]一種單細胞細胞膜張力的高通量測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202011284752.7
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112504946A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 王棵;陳健;劉巖;王軍波;陳德勇
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10;B01L3/00
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

1.一種單細胞細胞膜張力的高通量測量裝置，其特征在于，包括：微流控芯片模塊、壓力控制模塊、多通道圖像采集模塊、數據分析與處理模塊；所述微流控芯片模塊分別與所述壓力控制模塊、多通道圖像采集模塊連接，所述多通道圖像采集模塊與所述數據分析與處理模塊連接；

所述微流控芯片模塊用于進行細胞分離，提供多通道的單細胞測量環境；

所述壓力控制模塊用于提供負壓，通過所述負壓驅動細胞運動；

所述多通道圖像采集模塊用于采集細胞圖像；

所述數據分析與處理模塊用于對所述多通道圖像采集模塊采集的圖像進行處理，得到細胞的形變；并基于細胞的形變與所述壓力控制模塊提供的負壓的壓強，采用單細胞細胞膜張力等效力學模型獲取細胞膜的張力。

2.根據權利要求1所述的單細胞細胞膜張力的高通量測量裝置，其特征在于，所述微流控芯片模塊包括襯底，所述襯底的上表面設有承載體，所述承載體內設有若干個壓縮通道，所述承載體兩端分別設有微流控芯片入口、微流控芯片出口，若干個所述壓縮通道在所述微流控芯片入口、微流控芯片出口之間并行連接；所述壓縮通道用于供細胞沿所述壓縮通道方向流動。

3.根據權利要求2所述的單細胞細胞膜張力的高通量測量裝置，其特征在于，所述承載體內還設有細胞流入通道、細胞流出通道；所述細胞流入通道連接于所述微流控芯片入口、所述壓縮通道之間；所述細胞流出通道連接于所述微流控芯片出口、所述壓力控制模塊之間。

4.根據權利要求2所述的單細胞細胞膜張力的高通量測量裝置，其特征在于，所述壓縮通道的橫截面小于細胞的橫截面，所述壓縮通道的橫截面的尺寸為5～20μm。

5.根據權利要求3所述的單細胞細胞膜張力的高通量測量裝置，其特征在于，所述細胞流入通道、細胞流出通道的橫截面大于細胞的橫截面；所述細胞流入通道、細胞流出通道的橫截面的尺寸為30～1000μm。

6.根據權利要求2所述的單細胞細胞膜張力的高通量測量裝置，其特征在于，所述多通道圖像采集模塊包括顯微鏡、攝像機、圖像采集控制器；所述顯微鏡設于所述壓縮通道所在區域，用于對所述壓縮通道內的細胞進行圖像采集；所述攝像機用于采集經所述顯微鏡放大后的圖像；所述圖像采集控制器分別與所述顯微鏡、攝像機連接，用于控制所述顯微鏡、攝像機的運行。

7.根據權利要求2所述的單細胞細胞膜張力的高通量測量裝置，其特征在于，所述數據分析與處理模塊的具體工作方法包括：通過對所述多通道圖像采集模塊所采集的圖像進行處理，提取每一個壓縮通道內細胞的前端細胞膜等效半徑、后端細胞膜等效半徑；基于細胞的前端細胞膜等效半徑、后端細胞膜等效半徑、所述壓力控制模塊提供的負壓的壓強，采用單細胞細胞膜張力等效力學模型，得到單細胞所對應的細胞膜張力。

8.根據權利要求7所述的單細胞細胞膜張力的高通量測量裝置，其特征在于，所述單細胞細胞膜張力等效力學模型如式3所示：

式中，P表示所述壓力控制模塊提供的負壓的壓強，P_f、P_r分別為細胞前端、后端的壓強，T_c為細胞膜張力，R_f、R_r分別為細胞的前端細胞膜等效半徑、后端細胞膜等效半徑。

9.根據權利要求2～8任一項所述的單細胞細胞膜張力的高通量測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、在微流控芯片模塊中充滿溶液；

S2、向微流控芯片模塊中加入細胞，并通過向壓縮通道施加負壓控制細胞沿壓縮通道進行運動；

S3、采集細胞運動經過壓縮通道時的圖像；

S4、對采集的圖像進行處理，得到每一個壓縮通道內細胞的前端細胞膜等效半徑、后端細胞膜等效半徑；基于細胞的前端細胞膜等效半徑、后端細胞膜等效半徑、向壓縮通道施加的負壓的壓強，采用單細胞細胞膜張力等效力學模型，得到單細胞所對應的細胞膜張力。

10.根據權利要求9所述的單細胞細胞膜張力的高通量測量方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述溶液與細胞等滲透壓，所述溶液采用細胞培養液、磷酸鹽緩沖液、生理鹽水中的一種。