[发明专利]一种单细胞生物物理特性的实时监测系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及细胞监测领域，特别是涉及一种单细胞生物物理特性的实时监测系统和方法。

背景技术

疾病的产生与细胞增殖、迁移和癌化等细胞行为息息相关。恶性肿瘤是一种严重威胁人类健康的疾病，其发生的主要表现就是癌细胞失控的增殖、侵袭和转移。在传统的细胞研宄中，通常把细胞样品看成是均一稳定的，从而主要研究细胞群体，但是事实上细胞通常是异质性的，且很多疾病的产生，早期总是局部的极少数细胞发生癌变，这些癌变细胞的信号通常被大量正常细胞的信号所掩盖。因此对于单细胞的研究不仅有助于理解细胞间的生理差异性，更有助于疾病的早期诊断。电学特性作为一个重要的生物物性指标，是指示细胞生理行为机制、病理状态和实现细胞分型的有效参量。现如今单细胞电学特性的主要测量方法有微吸管、微流控等。基于微吸管的测量方法能够较准确的测得单细胞的尺寸、机械特性和电学特性，但是测量速度慢。基于微流控的测量方法能够实现单细胞的高通量测量。但是上述两种方法只能针对悬浮细胞进行检测，无法对贴壁状态的单细胞进行全生命周期电学特性的实时监测和单细胞的定位寻址生长。

发明内容

本发明的目的是提供一种单细胞生物物理特性的实时监测系统和方法，实现了对贴壁状态的单细胞进行全生命周期电学特性的实时监测和单细胞的定位寻址生长。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种单细胞生物物理特性的实时监测系统，其特征在于，所述系统包括：光学投影仪、PC机、光诱导电沉积芯片、三维移动平台、信号发生器、阻抗分析仪、温度控制仪、微泵和CCD摄像机；

所述光学投影仪与所述PC机相连，用于将PC机上的光图案投射到光诱导电沉积芯片上；

所述光诱导电沉积芯片位于所述三维移动平台上，所述三维移动平台，用于改变光诱导电沉积芯片的空间位置；

所述信号发生器与所述光诱导电沉积芯片的两端连接，用于提供交流电压；

所述阻抗分析仪与所述光诱导电沉积芯片的两端连接，用于测量阻抗；

所述温度控制仪装载所述光诱导电沉积芯片，用于控制细胞连续培养的温度环境；

所述微泵与所述光诱导电沉积芯片的溶液入口连接，用于提供细胞培养基；

所述显微管位于所述光诱导电沉积芯片的上方；

所述CCD摄像机与所述显微管连接，用于实时采集图像。

可选的，所述光诱导电沉积芯片包括上基板和下基板，所述上基板和下基板的材质均为ITO玻璃，所述上基板和下基板的形状完全相同，所述上下基板平行设置并且基板的两侧均对齐，所述下基板表面均匀涂抹光敏材料氢化非晶硅，所述上下基板之间是由双面胶构造的微通道，所述光诱导电沉积芯片的尺寸为3cm*3cm。

可选的，所述系统还包括聚光透镜和载物台，所述PC机上的图案进行投影时，得到的投影图案是发散的，所述聚焦透镜用于将发散的光图案聚焦到所述光诱导电沉积芯片上；所述光诱导电沉积芯片位于载物台上。

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种单细胞生物物理特性的实时监测方法，所述方法应用到权利要求1所述的系统，其特征在于，所述方法包括：

通过光学投影仪连接PC机，将PC机上的光图案投影到光诱导电沉积芯片；

通过信号发生器连接光诱导电沉积芯片，对所述芯片两侧施加交流电压，形成图案化的水凝胶；

通过将光诱导电沉积芯片放置于温度控制仪内，维持细胞连续培养的温度环境；

通过微泵连接芯片中溶液入口，实时供给细胞培养基；

将细胞悬浮液通所述水凝胶中，自主移动三维平台使得单细胞与投影的光斑完全重合；

进行单细胞生物物理特性的测量；

所述三维移动平台利用图像反馈，移动到下一个单细胞，使得所述下一个单细胞与投影的光斑完全重合并进行所述单细胞生物物理特性的测量，再次移动所述三维移动平台直至完成所有单细胞生物物理特性的测量。

可选的，所述通过光学投影仪连接PC机，将PC机上的光图案进行投影，将所述投影后的光图案通过聚光透镜聚焦于载物台上的光诱导电沉积芯片。