[发明专利]基于表面等离子体共振传感的细胞分层检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种双波长或多波长表面等离子体共振传感的细胞分层检测方法及其系统，属于细胞生物学检测技术领域。

背景技术

人类基因组计划的完成和后基因组时代的到来，为药物发现与开发提供了丰富的信息库和先进的技术，可以在分子层次上开展研究，包括基因组学和蛋白质组学。用高通量扫描方法进行分子水平的药物筛选，可以获得亲合力、特异性以及动力学参数等特征数据，发现新药。生物体是复杂的系统，疾病的发生是由于外界对生物体作用的结果，最早在分子水平表现出来。细胞是生物体的基本生命单元，生物分子处在细胞中，受到细胞内部环境的影响和制约。当细胞中的有关分子发生变化时，往往通过网络发生作用，不仅影响其它生物分子，而且还会引起该细胞对周围的其它细胞的影响，直至影响到组织与个体。因此，只从分子水平进行体外研究是不完全和不充分的，要真正理解药物的作用位点及其机制，除在分子水平进行外，还必须在更高层次开展研究，包括细胞和组织，甚至是个体。在一定条件下，细胞水平的研究能基本反映生物体的真实情况，有助于阐明疾病发生和发展的机制，也有利于药物作用点的确定和药靶的筛选。基于细胞的生物传感，不仅便于营造类似其所处的生物体内的环境，检测时可获取更可信的信息，而且有利于实时观察和分析分子水平的变化与细胞状态的关系。不仅如此，还可以监测细胞受病原体和污染物作用的状况，以及细胞受到其它生物分子或药物刺激后的生理变化。这些变化，或者可以通过荧光、发光或色度上差异来显示，或者由阻抗或电位来显现，还可以以其它物理或化学的特征来表现。可见，在分子和细胞结合的层面进行研究，寻找新的检测方法，开发新的检测仪器，检测细胞的分子特征以及发生在其中的生物分子相互作用，获得细胞的特异表型差异，即获得细胞分子表型信息，对于肿瘤细胞的诊断以及药物的筛选都具有重要科学意义。

目前，在细胞层次研究生物分子相互作用，主要是采用荧光蛋白标记，通过显微镜能实时观察到有关变化。这种方法直观，可是无法量化，尤其是无法获得特异性、亲和力以及动力学常数，这些参数对药物研究却是至关重要的，因而难以满足要求。表面等离子体共振(surface plasmon resonance，简称SPR)传感是一种高灵敏度的光学检测方法，可以对分子间的相互作用进行无标记的实时检测，已广泛应用于DNA-DNA，DNA-蛋白质，蛋白质-蛋白质等之间的相互作用。近来，已有研究人员尝试将SPR应用于细胞及细胞层次的分子相互作用研究。有的是研究细胞外表面与传感表面的接触情况，从而分析细胞的迁移，显然这仅仅涉及细胞行为。有的采用红外光来激发SPR，增大了探测深度，可以检测到细胞内一定深度的变化，然而红外光的波长一定，对应的探测到的细胞深度也是一定的，且检测到的是这一深度内的综合效应，即平均效应，无法实现如同CT断层扫描那样分层检测。很明显，这些方法都不能满足在细胞层次上进行生物分子相互作用研究的要求，迫切需要发明一种新的方法。

发明内容

针对这一问题，本发明提出了一种基于表面等离子体共振传感的细胞分层检测的系统和检测方法，利用两种或更多不同波长的光同时激发固定有细胞的传感芯片上的表面等离子体共振，获得在同一生物反应过程的两个或多个表面等离子体共振信号，并提出一种数据解析方法，实时解析信号，得到细胞近膜区域分子间相互作用的信息以及细胞其他层面内的信息，提供给细胞生物学研究。需要强调的是，细胞膜及膜上蛋白的相互作用机制在细胞的生命和功能上占有很重要的地位，这种方法尤其适合对这些细胞近膜区域内的反应进行检测。

本发明的技术方案如下：

本发明提出了一种基于表面等离子体共振传感的细胞分层检测系统，其特征在于：该系统由混合光源、入射臂、生物传感单元、反射臂和计算机组成，所述的混合光源包括至少两种不同波长的稳频激光器和光开关，所述的入射臂包括起偏器、准直器、扫描反射镜和第一成像透镜，所述的生物传感单元由柱面或球面棱镜、折射率匹配层、细胞芯片及样本池构成，所述的细胞芯片由玻璃基片、金膜、以及用作探针的细胞构成，所述的反射臂包括第二成像透镜和光电接收器，不同激光器发出的光分别经耦合器耦合后进入光纤中，通过由计算机控制的光开关选通，某一时刻只有一种波长的光出射，出射光依次经过起偏器和准直器，照射到由计算机控制的绕中心轴摆动的扫描反射镜上，再透过第一成像透镜、柱面或球面棱镜和折射率匹配层，射到细胞芯片的玻璃基底与金膜的界面上。光由此反射，经过第二成像透镜，射在光电接收器上，进行光电转换，并输入计算机处理。