[发明专利]单细胞胞浆粘性测量装置及方法

说明书

本公开提供了一种单细胞胞浆粘性测量装置及方法，该装置包括：微流控芯片模块，包括：主压缩沟道，供细胞挤入并沿该主压缩沟道运动；以及至少一个侧压缩沟道，其一端垂直连通于主压缩沟道，供细胞在经过侧压缩沟道时发生部分伸入；压力控制模块，连接至微流控芯片模块，提供细胞沿主压缩沟道运动及在侧压缩沟道伸入的压力；图像采集模块，采集细胞经过该交叉位置时的图像；以及数据分析与处理模块，与图像采集模块连接，对采集的图像进行处理得到细胞在侧压缩沟道内的伸入长度，结合单细胞固有力学特性模型获取胞浆粘性；进一步提供了使用该装置进行胞浆粘性测量的方法。本公开测得的胞浆粘性与细胞本身尺寸无关，实现了胞浆粘性的高通量测量。

技术领域

本公开涉及微流控技术领域，尤其涉及一种单细胞胞浆粘性测量装置及方法。

背景技术

细胞是生命体的基本结构和单位，在生命体的生命活动过程当中，不断伴随着细胞的分裂、分化和凋亡。可以说，细胞的特性直接或间接地反应了生命体的状态。自1665年英国科学家Robert.Hooke发现细胞以来，人类对于细胞的研究从未停止。而单细胞分析对于细胞研究具有更为深远的意义。近年来的研究表明，单个细胞与细胞之间同时存在着同质性与异质性，同质性常常指的是相同种类的细胞之间存在相似性，异质性常常指的是不同种类、甚至相同种类的细胞之间存在差异性，基于这一理论，仅对细胞群体进行表征是很不准确的，甚至有时会掩盖事实的真相，例如在癌症初期，个别细胞的异常很难通过对大量的细胞表征，如组织样本切片，来显现。所以单细胞分析对于人类了解生命规律、疾病治疗与诊断等方面有着极其特殊的意义。

单细胞分析的一个重要的方向是对于单细胞力学特性进行表征。以真核细胞为例，其主要结构有细胞膜、细胞质、细胞核等，细胞质当中有细胞骨架，细胞骨架主要由微丝、微管和中间纤维构成，其在细胞形态的维持、对外力反应等方面起着主要的作用。细胞生理学特性的改变常常伴随着细胞骨架的改变，进而带来单细胞细胞力学特性的改变。所以说，单细胞力学特性表征可以一定程度上反映细胞的生理学状态。对于细胞单细胞力学特性表征的重要参数是单细胞的胞浆粘性。研究表明，一些疾病的发生往往伴随着细胞胞浆粘性的变化。例如疟疾虫侵入人体后，会寄生在红细胞内，这一变化会导致红细胞的形变能力减弱，胞浆粘性增大。又如镰状细胞贫血病患者的红细胞的呈现镰刀形或新月形，且具有更大的胞浆粘性。癌变细胞的凋零机制发生异常，其在体内会进行无限制的繁殖，此类细胞往往会具有更小的胞浆粘性。

传统的单细胞力学特性表征手段有原子力显微镜(AFM)、微管等。原子力显微镜主要部件为探针、柔性悬臂梁和光敏二极管，探针尖端接触样本表面，和细胞表面之间的相互作用力会引起柔性悬臂梁的偏斜，悬臂梁背面的激光束会将这一偏斜度反射到光敏二极管上，通过对光敏二极管分析，可以得到样本的力学特性参数。此方法可以较为准确地测量细胞局部的力学特性，且无法对细胞整体力学特性进行表征，且其检测结果受探针影响大，检测通量低。传统的微管是一种操作简单的技术，通过将细胞吸入微管使其发生形变，可以得到细胞整体的力学特性参数。但传统的微管操作过程需要不断将细胞吸入和吐出，测量通量低。总之，传统的单细胞力学特性表征方法测量通量低，难以满足大量样本的需求。

微流控技术指的是在微管道内对于微量流体进行操纵或处理的技术。因为其特征尺寸可与细胞相比拟，该技术可以方便的操控细胞，且对于样本的需求量少，反应灵敏，所以被广泛应用于单细胞的力学特性的检测。