[发明专利]球膜振动量微纳牛力检测系统与方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及微纳牛力检测技术，更具体的说，是一种利用球膜振动学原理检测微纳牛力的系统及方法。

背景技术

随着微纳米技术和生物医学技术的发展，微生物体、细胞、分子簇等领域nN级微力测量越来越受到人们的关注，微力传感器的研究已成为一个新的研究热点。国内外微力传感器的研究大多基于硅片悬臂梁、ZnO压电薄膜、PZT压电双晶梁等作为敏感元件，测量精度可以达到μN级，这种量级的力测量对微观摩擦现象观测、液体表面张力分析等具有一定的作用，然而对于生物体微组织力测量、细胞重量分类、分子簇重力测量就有点力不从心了，因为这种测量的力一般在10～800nN级。

生物医学上，对nN力测量当前主要采用石英晶体生物传感器，该传感器将压电效应与生物技术相结合，利用生物材料的高选择性和压电传感器的高灵敏度进行测量，然而石英晶体生物传感器存在着很大缺陷：

a.固定化技术比较困难，制备工艺复杂，成品率低，难以进行批量生产；

b.传感器使用的稳定性、一致性和可靠性低，传感器使用寿命一般只有几次，且测量精密度偏低；

c.测定环境比较严格，传感器抗干扰能力存在问题。

细胞的分类方法当前只能通过生理外形(脱水状态和正常生理状态)及细胞的体积大小进行判断，对于同为病理状态或生理状态下体积相似的细胞就无法进行准确分类。肿瘤主要疗法之一的基因治疗法就是对细胞分子进行分类，依据病理细胞外形的表征判断细胞类型，但病理外形相似的肿瘤细胞，因分类困难而导致临床治疗无法进行。临床观察发现，不同病

理细胞族群的密度是不一样的，此

时如能准确称量出这种nN级别的病理细胞重力，将能很好地对肿瘤分子进行分类，进而有效对症治疗。除了肿瘤分子需要分类，医学上的其他微细组织如酶、抗体、微生物、病菌等都需要进行分类。在传统微力传感器达不到测量精度，传统分类方法不能完全分类时，需要找到一种新的分类方法解决细胞分子的分类问题，而这一问题也一直困扰着国内外的生物学家和医疗研究工作者。

公开号为：CN101592592的中国专利公开了一种球膜光学微纳牛力检测方法与系统。该系统包括微操作平台、微粒子加载机构、光纤传感器、光谱分析仪、数据处理系统等几大部分；还包括一次性球膜发生机构或用于重复性球膜的球膜支架。该方法在球膜干涉效应下，通过变化球膜的直径、厚度，由检测的干涉谱变化量，实现作用在球膜上的微纳牛力的检测。已公开专利中的测量方法属于静态平衡测量法，即测量中采集的干涉图需要等球膜加载振动并达到平衡后才能得到测量结果，所需的时间相对较长。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种动态测量法，利用球膜振动学原理检测微纳牛力的方法及系统，实现对微纳牛力的检测。，主要测量振动量信息，在加载后振动过程中已经完成了测量，无需等到球膜达到平衡状态，测量过程较短。

第一种系统及方法：

一种球膜振动量微纳牛力检测系统，其特征在于包括：微操作平台(102)、装载在微操作平台(102)上的显微镜(101)、利用吹气活塞进给量控制球膜尺寸的一次性球膜发生机构(104)、用于在球膜上加载微粒子(108)的微粒子加载机构(109)，上述微粒子加载机构(109)是一个二级驱动机构，包括用于精确点位控制的微驱动机构和微粒子夹持机构2部分，其特征在于：还包括发射入射光到球膜表面的点光源(106)、用于接受球膜反射光振动量信息的PSD传感器(107)、用于接收PSD传感器(107)信息的数据采集处理模块(110)；所述数据采集处理模块(110)在标定时，利用最小二乘多变元线性回归的方法，对标准粒子的微纳牛力、已知的球膜直径、已知的球膜厚度、PSD传感器检测的振动量四参数试验数据进行处理，得到四参数的关系方程，在加载被测未知微粒子后，通过检测到的振动量代入得到的关系方程中，得到微粒子的重力。