[发明专利]免图像采集与处理的单细胞胞浆粘性测量装置和方法

说明书

本发明公开了一种免图像采集与处理的单细胞胞浆粘性测量装置和方法，其装置包括：微流体芯片模块；压力控制模块，与所述微流体芯片模块连接；电学发生与采集模块，与所述微流体芯片模块连接；数据分析与处理模块，与所述电学发生与采集模块连接。本发明提供的单细胞胞浆粘性测量装置通过单细胞在微流控芯片模块内运动时发生的两次电压变化的时间差得到细胞胞浆粘性，使得该装置无需图像采集装置就可以获得相关参数，降低了装置成本，实现了单细胞粘性的无图像高精度测量。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，尤其涉及一种免图像采集与处理的单细胞胞浆粘性测量装置及方法。

背景技术

细胞是一切生命活动的基本单元，在生命体的生命活动当中，不断发生着细胞的分裂、分化和凋亡。早在1665年，英国的科学家Robert Hooker第一次发现了细胞，从那时起，人类就开始了对细胞世界的不断探索。近年来，对于单细胞的的研究吸引了越来越多的科研工作者。现在的科学界普遍认为细胞之间存在着异质性，异质性不仅存在于不同种类的细胞之间，同样也存在于相同细胞之间，这些异质性可能表现在细胞的各种生物物理、生物化学特性上的差异。以往的对于整个细胞团的测量方法常常很难显示出这种差异，因为对于整个细胞团的测量得到的结果往往是其中所有细胞特性的平均结果，一些显著的、存在于单个细胞之间的差异很容易被掩盖。在这样的背景下，单细胞分析技术出现了，它可以实现对于单个细胞的精准的测量与表征，对于各种疾病的诊断、治疗以及人类对于细胞的探索将具有长远的意义。

单细胞分析的一个重要内容是对单个细胞所呈现出来的各种力学特性进行表征。以真核细胞为例，细胞的主要组成部分由细胞膜、细胞质、细胞核等，细胞质当中有着丰富的微丝、微管、中间丝，这些都构成了支撑细胞形态的细胞骨架，决定着细胞对于各种外力的响应。细胞的生命活动往往会伴随着细胞骨架、细胞膜、细胞质等结构的改变，往往也会表现出相应的力学特性的改变。细胞力学特性往往反映了细胞生理学的改变。单细胞胞浆粘性是单细胞的一个重要的力学特性参数，很多研究表明了细胞的胞浆粘性与疾病的关系。例如人感染疟疾虫后，疟疾虫的寄生细胞——红细胞的胞浆粘性会增大。又如镰刀贫血症患者的红细胞的胞浆粘性相比于正常人更高，其红细胞常常呈现镰刀形或新月形。恶性肿瘤细胞在生物体内无限繁殖，其原因是其凋零机制发生异常，而其胞浆粘性也更小。

在表征单细胞的力学特性方面，传统的方法有原子力显微镜(AFM)、微吸管技术。原子力显微镜的构成主要有光敏二极管、悬臂梁和微型探针，在实际的测量过程中，微型探针和细胞表面接触后，会引起悬臂梁的形变，悬臂梁后端的光敏二极管会感知到这一形变并将其输出，最终得到细胞的力学特性参数。但是此方法只能测量贴壁的细胞的局部力学特性，无法测量细胞整体的力学特性，且检测结果常常受到细胞基板和探针的影响，再加上其检测通量低，目前由此方法报道的单细胞力学特性的数据量很少。传统的微吸管技术利用负压将细胞吸引进入毛细管口部，细胞在微吸管口部形成微小形变，之后被吐出，通过分析细胞在微吸管的微小形变可以计算得到细胞整体的力学特性参数，但由于此方法无法实现细胞的连续性测量，其检测通量低，难以满足单细胞力学特性表征的实用需求。