[发明专利]细胞微区柔性表征方法

说明书

技术领域

本发明涉及细胞生物学领域，更具体地，涉及一种细胞微区柔性表征方法。

背景技术

原子力显微镜(atom force microscope，AFM)属于扫描探针显微镜(scanning probe microscope，SPM)家族中的一员，是一种可用来研究固体材料表面结构的分析仪器。原子力显微镜通过检测待测样品(如，细胞)表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。其将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，微悬臂另一端有一微小的针尖，该微小针尖接近细胞样品时将与细胞相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描细胞时，可以利用位置检测器通过光杠杆技术检测微悬臂的偏转，来实现对细胞形貌以及作用力的表征。

通常，可以利用“力-位移”曲线(简称力曲线)来表征细胞的刚度。“力-位移”曲线是压电陶瓷驱动微悬臂在Z轴方向逼近、接触和抬离细胞时，通过检测构成位置检测器的光电二极管的电流与压电陶瓷的位置所得到，可反映细胞与微悬臂的作用力信息，利用该曲线可以计算出细胞的杨氏模量，从而表征细胞的硬度。可以利用赫兹模型(Hertz model)来计算细胞的杨氏模量，但由于细胞表面及内部的非均质性、泊松比的不确定性以及细胞与微悬臂之间存在粘滞力等原因限制了赫兹模型的广泛应用。另外，当活体细胞接受外界应力刺激时不仅会在表面产生被动形变，而且会主动做出反应，比如细胞骨架重组，以调节表面应力的分布，这种能力与细胞的生理状态是紧密相关的，而并非能被像赫兹模型这样纯粹的物理模型所充分反映出来，恰恰是根据不同生理状态下细胞产生主动形变能力的不同来真正反映细胞的差异，我们将细胞发生微区形变的能力称为细胞微区柔性。然而，目前还没有涉及细胞微区柔性的表征方法。

发明内容

本发明目的在于提出一种细胞微区柔性表征方法，通过利用“力-位移”曲线数据提取出新的参数，来表征细胞微区柔性，进行可以衡量不同生理状态细胞受力的反应差异。

本发明提供了一种细胞微区柔性表征方法，该方法包括：步骤1)，提供细胞的原子力显微镜力-位移曲线；步骤2)，将所述力-位移曲线中处于所述微悬臂接触细胞前和所述微悬臂将细胞压迫至最底部后的两个过程中的两部分曲线进行直线拟合；步骤3)，从经直线拟合后的力-位移曲线中获得所述细胞表面的位移、所述微悬臂的位移和所述微悬臂的基座位移；以及步骤4)，得到基于所述细胞表面的位移和所述微悬臂的位移的第一参数P₁、基于所述细胞表面的位移和所述微悬臂的基座位移的第二参数P₂、和基于所述微悬臂的位移和所述微悬臂的基座位移的第三参数P₃中的至少一者，并通过所得到的参数来表征细胞微区柔性。

其中，在所述步骤1)中，可以通过检测所述微悬臂的基座位移和原子力显微镜的光电二极管的电压或细胞受到微悬臂的作用力，来提供所述细胞的力-位移曲线，其中该细胞的力-位移曲线以所述微悬臂的基座位移为横轴，以原子力显微镜的光电二极管的电压或细胞受到微悬臂的作用力为纵轴。

其中，在所述步骤1)中，可以以0.1s、1s或10s的时间间隔来检测所述微悬臂的基座位移和原子力显微镜的光电二极管的电压或细胞受到微悬臂的作用力，以提供所述细胞的力-位移曲线。

其中，在所述步骤2)中，对所述力-位移曲线进行直线拟合后，A点为力-位移曲线有效部分的起始点，B点处微悬臂开始与细胞接触，C点处细胞形变量达到最大，D点为力-位移曲线有效部分的结束点，直线AB和DC相交于点E，过C点绘制垂直于直线AB的垂线并与直线AB相交于点F；并且在所述步骤3)中，在经直线拟合后的力-位移曲线中，获取线段BE以表示所述细胞表面的位移，获取线段EF以表示所述微悬臂的位移，获取线段BF以表示所述微悬臂的基座位移。

其中，在所述步骤4)中，所述第一参数P₁可以通过以下公式获得：P₁＝BE/EF；所述第二参数P₂通过以下公式获得：P₂＝BE/BF；所述第三参数P₃通过以下公式获得：P₃＝EF/BF。