[发明专利]一种单细胞细胞膜张力的高通量测量装置及方法

权利要求书

1.一种单细胞细胞膜张力的高通量测量装置，其特征在于，包括：微流控芯片模块、压力控制模块、多通道图像采集模块、数据分析与处理模块；所述微流控芯片模块分别与所述压力控制模块、多通道图像采集模块连接，所述多通道图像采集模块与所述数据分析与处理模块连接；

所述微流控芯片模块用于进行细胞分离，提供多通道的单细胞测量环境；

所述压力控制模块用于提供负压，通过所述负压驱动细胞运动；

所述多通道图像采集模块用于采集细胞图像；

所述数据分析与处理模块用于对所述多通道图像采集模块采集的图像进行处理，得到细胞的形变；并基于细胞的形变与所述压力控制模块提供的负压的压强，采用单细胞细胞膜张力等效力学模型获取细胞膜的张力。

2.根据权利要求1所述的单细胞细胞膜张力的高通量测量装置，其特征在于，所述微流控芯片模块包括衬底，所述衬底的上表面设有承载体，所述承载体内设有若干个压缩通道，所述承载体两端分别设有微流控芯片入口、微流控芯片出口，若干个所述压缩通道在所述微流控芯片入口、微流控芯片出口之间并行连接；所述压缩通道用于供细胞沿所述压缩通道方向流动。

3.根据权利要求2所述的单细胞细胞膜张力的高通量测量装置，其特征在于，所述承载体内还设有细胞流入通道、细胞流出通道；所述细胞流入通道连接于所述微流控芯片入口、所述压缩通道之间；所述细胞流出通道连接于所述微流控芯片出口、所述压力控制模块之间。

4.根据权利要求2所述的单细胞细胞膜张力的高通量测量装置，其特征在于，所述压缩通道的横截面小于细胞的横截面，所述压缩通道的横截面的尺寸为5～20μm。

5.根据权利要求3所述的单细胞细胞膜张力的高通量测量装置，其特征在于，所述细胞流入通道、细胞流出通道的横截面大于细胞的横截面；所述细胞流入通道、细胞流出通道的横截面的尺寸为30～1000μm。

6.根据权利要求2所述的单细胞细胞膜张力的高通量测量装置，其特征在于，所述多通道图像采集模块包括显微镜、摄像机、图像采集控制器；所述显微镜设于所述压缩通道所在区域，用于对所述压缩通道内的细胞进行图像采集；所述摄像机用于采集经所述显微镜放大后的图像；所述图像采集控制器分别与所述显微镜、摄像机连接，用于控制所述显微镜、摄像机的运行。

7.根据权利要求2所述的单细胞细胞膜张力的高通量测量装置，其特征在于，所述数据分析与处理模块的具体工作方法包括：通过对所述多通道图像采集模块所采集的图像进行处理，提取每一个压缩通道内细胞的前端细胞膜等效半径、后端细胞膜等效半径；基于细胞的前端细胞膜等效半径、后端细胞膜等效半径、所述压力控制模块提供的负压的压强，采用单细胞细胞膜张力等效力学模型，得到单细胞所对应的细胞膜张力。

8.根据权利要求7所述的单细胞细胞膜张力的高通量测量装置，其特征在于，所述单细胞细胞膜张力等效力学模型如式3所示：

式中，P表示所述压力控制模块提供的负压的压强，P_f、P_r分别为细胞前端、后端的压强，T_c为细胞膜张力，R_f、R_r分别为细胞的前端细胞膜等效半径、后端细胞膜等效半径。

9.根据权利要求2～8任一项所述的单细胞细胞膜张力的高通量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在微流控芯片模块中充满溶液；

S2、向微流控芯片模块中加入细胞，并通过向压缩通道施加负压控制细胞沿压缩通道进行运动；

S3、采集细胞运动经过压缩通道时的图像；

S4、对采集的图像进行处理，得到每一个压缩通道内细胞的前端细胞膜等效半径、后端细胞膜等效半径；基于细胞的前端细胞膜等效半径、后端细胞膜等效半径、向压缩通道施加的负压的压强，采用单细胞细胞膜张力等效力学模型，得到单细胞所对应的细胞膜张力。

10.根据权利要求9所述的单细胞细胞膜张力的高通量测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述溶液与细胞等渗透压，所述溶液采用细胞培养液、磷酸盐缓冲液、生理盐水中的一种。