[发明专利]用于表征生物细胞的行为特性的振动微板生物感测

说明书

技术领域

本发明涉及用于表征至少一个生物细胞的特性或行为的方法和系统。例如，所述方法和系统可用于表征细胞特性和行为，如细胞繁殖、细胞极性、细胞移动、细胞生长、细胞收缩、细胞迁移、细胞增殖、细胞分化和体外微生物生长。

背景技术

当前，对生物细胞物理特性和行为的测量主要在显微镜下利用显微成像系统进行。细胞培养、监测和操作的任务可能乏味而费时。细胞对外界刺激的应答常常难以实时观测。

工程师、物理学家、化学家和生物学家对机械换能器原理在设计微电子机械系统(MicroElectroMechanical Systems，MEMS)传感器中的应用越来越感兴趣。应用最广泛的机械装置是微悬臂梁。它已在MEMS中用于建立不同类型的传感器，如带有AFM集成尖头的力传感器(force sensors with integrated tips for AFM)、双金属温度和热传感器、质量载荷传感器、介质粘弹性传感器，以及热重法传感器和应力传感器。微制造技术、表面功能化生物化学和悬臂梁传感方法的结合为开发以临床和环境应用为目的的生物传感器提供了机遇。由Basel等撰写的文章“A high-sensitivity micromachined biosensor”(Biosensors and Bioelectronics，第12卷，第8期，1997，第4页)提出了用微悬臂梁检测粘着于功能化表面上的受体包被磁珠的存在情况。由Fritz等撰写的文章“Translating biomolecular recognition into nanomechnaics”(Science，第288卷，第5464期，2000年4月14日，第316-318页)用两个平行微悬臂梁监测了ssDNA的杂交，两个平行微悬臂梁之间的差异性偏转允许区分仅有单个碱基错配的两个相同的12聚寡核苷酸。

尽管如此，仍需要能够实现在体外对基本生物学过程(例如细胞的移动、收缩、迁移、增殖或分化，以及微生物生长)进行动态和接触性测量的微传感系统。已经提出了此类传感器的许多应用领域。由Bhadriraju和Chen撰写的文章“Engineering cellular microenvironments to improve cell-based drug testing”(DDT，第7卷，第11期，第612-620页，2000年6月)提出利用改造细胞微环境来改善基于细胞的药物测试。由Ono等撰写的文章“Morphological changes and cellular dynamics of oligodentrocyte lineage cells in the developing vertebrate central nervous system”(Developmental neuroscience，第23卷，第4-5期，第346-355页，2001年)认为，对少突胶质细胞谱系细胞的形态学变化及其包括细胞迁移和增殖在内的细胞动态的研究将提供对OPC在中枢神经系统中分布的潜在分子机制的认识。由Ludtke等撰写的文章“The Effect of Cell Division on the Cellular Dynamics of Microinjected DNA and Dextran”(卷5：579-588(2002)，Molecular Therapy，6(1)，2002年7月，第134页)通过显微注射DNA和葡聚糖显示了细胞分裂对细胞动态的影响。

为提供除显微镜以外的另一种细胞测量手段，本发明试图提供一种微传感方法和系统以对细胞生长和动态特性(如体外移动、收缩、形态学变化、迁移)进行更好的检测和监测。本发明所述方法和系统旨在对现有成像系统提供补充。

发明概述

根据本发明的第一个方面，提供了对至少一个生物细胞的特性或行为进行表征的方法。该方法包括以下步骤：提供微板；将所述微板的至少一个表面浸没于细胞培养基中，以使至少一个待表征的生物细胞与所述微板接触；振动所述微板；提供与所述微板偶联的彼此分隔开的多个传感器；在振动所述微板的过程中，从每个传感器获得各自的传感数据时间序列，所述微板和传感器排列成使得所得的传感数据时间序列不彼此独立；处理所述传感数据时间序列，以对所述至少一个生物细胞的特性或行为进行表征。