[發(fā)明專利]一種基于介電泳和法珀腔的細(xì)胞濃度檢測方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110475008.3
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113189053B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 菅傲群;王騰;武月園;冀健龍;桑勝波;張文棟
• 申請（專利權(quán)）人: 山西省六維人工智能生物醫(yī)學(xué)研究院
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N21/01;G01N27/447;G01N1/40
• 代理公司: 太原高欣科創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

本發(fā)明涉及一種基于介電泳和法珀腔的細(xì)胞濃度檢測方法及裝置，屬于光學(xué)傳感技術(shù)領(lǐng)域；檢測裝置包括FP腔，F(xiàn)P腔包括平行設(shè)置的上反射鏡和下反射鏡，上反射鏡為透光材質(zhì)；上反射鏡內(nèi)表面設(shè)有金屬層，下反射鏡內(nèi)表面設(shè)有介電泳電極，介電泳電極為位于下反射鏡中心的圓形金屬層和其外周的負(fù)極電極；將待測細(xì)胞溶液注入腔內(nèi)的空隙；在圓形電極上施加正弦電壓，使細(xì)胞在強(qiáng)物質(zhì)?光作用區(qū)域形成團(tuán)簇；將光束照射到圓形電極上產(chǎn)生共振，通過監(jiān)測反射共振光譜的波長偏移來測量細(xì)胞濃度；本發(fā)明解決了低濃度范圍的細(xì)胞溶液檢測問題，實(shí)現(xiàn)了對低細(xì)胞濃度的精確測量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于介電泳和法珀腔的細(xì)胞濃度檢測方法及裝置。

背景技術(shù)

細(xì)胞是生物代謝和功能的基本單位之一，細(xì)胞濃度被認(rèn)為是各種生理狀態(tài)的重要指標(biāo)。例如已有研究展示確定血小板濃度，對肌腱基質(zhì)合成有重要意義，有助于早期干預(yù)和治療；中樞神經(jīng)系統(tǒng)少突膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量與運(yùn)動神經(jīng)元的正常功能密切相關(guān)；在微生物工程中，酵母細(xì)胞的濃度會影響發(fā)酵過程的產(chǎn)物產(chǎn)量。因此，高分辨率細(xì)胞濃度檢測方法的發(fā)展引起了廣泛的研究興趣。早期的細(xì)胞濃度檢測手段主要采取人工計(jì)數(shù)的方式，將細(xì)胞液滴加在細(xì)胞計(jì)數(shù)板的矩形框內(nèi)，使用光學(xué)顯微鏡數(shù)出待測樣品局部的細(xì)胞數(shù)量，再通過特定的計(jì)算方法估算整體樣品細(xì)胞的數(shù)量以及濃度。從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來看，樣品量太小，因此其可靠性也會降低。其次，該方法不僅工作量大，檢驗(yàn)效率低，而且過分依賴操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)和工作狀態(tài)，容易導(dǎo)致測量錯誤?；跓晒鈽?biāo)記的流式細(xì)胞儀是另一種較為常見的細(xì)胞濃度檢測手段，但由于檢測儀器（流式細(xì)胞儀）的成本極其昂貴，同時，熒光標(biāo)記也會對細(xì)胞造成污染，導(dǎo)致細(xì)胞喪失活性，直接限制了其廣泛應(yīng)用。

近年利用介質(zhì)折射率敏感的現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)細(xì)胞濃度檢測引起了研究者的注意。該方法是一種實(shí)現(xiàn)無標(biāo)簽、低成本和實(shí)時細(xì)胞濃度檢測的可行方法。例如，通過使用局部表面等離子體共振(LSPR)吸收峰的移動來測量人體免疫球蛋白的濃度；使用光纖布拉格光柵(FBG)檢測光合細(xì)菌(PSB)密度。然而，由于LSPR和FBG傳感器基于倏逝波工作，它們的空間相互作用本質(zhì)上受到倏逝波衰減特性的限制，因此只能檢測到與傳感器表面接觸的樣品。在體折射率傳感中，光波可以完全穿透懸浮在體溶液中的目標(biāo)樣品，這對于超低濃度生物分析物檢測特別有價(jià)值。法布里-珀羅(FP)腔作為一種可用于體折射率檢測的經(jīng)典光學(xué)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，易于集成，是細(xì)胞濃度檢測的首選。雖然增加FP腔腔長可以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的光-分析物相互作用，但也增加了準(zhǔn)直的難度和所需的樣品量?；诮?jīng)典FP腔的細(xì)胞濃度檢測器已不適用于當(dāng)前應(yīng)用。

介電泳是由于粒子的偶極子和電場的空間梯度的相互作用，粒子在非均勻電場中的運(yùn)動。在非均勻電場中，由于介電性質(zhì)不同產(chǎn)生粒子誘導(dǎo)偶極矩的大小及方向不同，從而粒子受力向電場強(qiáng)度高或者低的地方運(yùn)動?；诮殡娪拘?yīng)，可以區(qū)分不同類型的粒子，實(shí)現(xiàn)多個粒子向特定區(qū)域的聚集。根據(jù)細(xì)胞和懸浮介質(zhì)的介電特性，細(xì)胞可以被導(dǎo)向最大場強(qiáng)的區(qū)域或者最弱場強(qiáng)區(qū)域（這被稱為正介電泳或負(fù)介電泳），為實(shí)現(xiàn)高分辨率的細(xì)胞濃度檢測提供了解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于介電泳和法珀腔的細(xì)胞濃度檢測方法及裝置，以實(shí)現(xiàn)高分辨率的細(xì)胞濃度檢測，解決低濃度范圍的細(xì)胞溶液檢測問題，使細(xì)胞濃度檢測具有更低的檢測極限和更大的檢測范圍。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于介電泳和法珀腔的細(xì)胞濃度檢測裝置，包括FP腔，F(xiàn)P腔包括平行設(shè)置的上反射鏡和下反射鏡，上反射鏡內(nèi)表面設(shè)置有金屬層，下反射鏡內(nèi)表面設(shè)置有介電泳電極，所述介電泳電極由位于中心作為正極的圓形金屬層，和位于圓形金屬層外周作為負(fù)極的金屬層組成；圓形金屬層與作為負(fù)極的金屬層相間隔；所述上反射鏡為透光材質(zhì)。

優(yōu)選地，下反射鏡的圓形金屬層厚度為90-110nm，上反射鏡的金屬層厚度為25-30nm。

優(yōu)選地，所述介電泳電極為先在下反射鏡鍍一金屬層，再采用金屬剝離法去除一條環(huán)狀的金屬層，以在下反射鏡中心形成圓形電極，同時在圓形電極外周形成負(fù)極電極。