[发明专利]基于气液界面单细胞捕获及叶绿素荧光表征的单微藻细胞活性动态监测新方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及基于气液界面单细胞捕获及叶绿素荧光表征单藻细胞活性动态监测技术，特别是关于基于气液界面单细胞捕获及叶绿素荧光表征单藻细胞活性动态监测新方法与装置。

背景技术

微藻是一类古老的低等植物，广泛地分布在海洋、淡水湖泊等水域。近年来，随船舶压载水传播的外来生物的入侵已在世界范围内造成严重的环境污染和巨大的经济损失，微藻作为外来生物中的主要生物之一，也受到越来越多的关注。而且，微藻细胞中含有多种高价值的营养成分和化工原料，藻类已经越来越多的被利用到实验当中。目前，用于检测微藻活性的方法主要有：光学显微镜法、染料荧光显微镜法、流式细胞仪法、分子及生化方法等。

光学显微镜法是用细胞固定液固定从水中分离出来浮游植物细胞，在显微镜下直接观察浮游植物细胞的形态，根据细胞不同的形态来判断微藻细胞的活性。这种方法要求实验人员必须具备丰富的水生生物学知识，能鉴定识别常见藻类并判断活性，人为因素影响和误差较大，而且工作强度大、效率低。

染料荧光显微镜法通过对微藻样品进行荧光染料的染色，荧光染料与微藻体内某些活性物质(如DNA等)结合，根据所染荧光强度来判断微藻的活性。这种方法克服了人为观察微藻活性的缺点，一定程度上提高了准确性；然而每种染料根据各自染色机理的不同，只能对某些藻成立，普适性差，并且染色过程繁琐，需要具有专业知识的人员进行染色，染色过程易受外界各种因素干扰，某些染料本身存在毒性。

流式细胞仪法了用荧光染料标记微藻细胞并将其制成的悬液，利用流式细胞仪测量通过激光照射区域的悬浮溶液中微藻细胞的荧光信号和散射光信号，通过这些信号判断微藻的活性。这种方法工作效率高，具有快速准确的优点，但是商用流式细胞仪价格昂贵、体积庞大，样前处理繁琐，操作复杂，另外，藻类活性的判断依然依靠荧光染料进行，荧光染料存在的缺点仍未得到解决。

分子及生化方法，主要包括：核酸杂交技术，聚合酶链反应(PCR)技术、基因芯片技术、DNA指纹技术、酶活性分析等。该方法具有检测灵敏度高的优点。其缺点是：对于微藻体积测量无能为力，所需设备昂贵、笨重，基本采用收集样品后拿回实验室进行培养鉴定，耗时费力，效率不高，并且进行检测的种类也相对有限。

上述检测方法检测对象往往是一细胞群体，这往往会模糊个体细胞间存在的差异，统计平均结果不能十分准确地反映单个藻细胞活性变化的真实情况。为了更好地解析细胞生物学特性，开发用于研究单个细胞的技术势在必行。

实现单个细胞检测的前提是细胞的捕获及固定。现有的细胞捕获技术主要借助于电场力、介电力、静压力、磁场力等操纵手段实现对细胞的灵活操纵，并将细胞捕获在微流控芯片通道特定的位置。

电场力捕获细胞是通过反复切换一组低电压，使带电的细胞在电场力作用下不断改变流速和方向，最终沉降至微通道底部并贴壁，这样可以控制细胞捕获在十字交叉口附近一定范围内。

介电力捕获细胞是利用介电泳力将单个细胞捕获在微电极点阵上，当单个细胞被捕获在电极中间而占据了介电泳力最大的位置时，其余细胞由于介电泳力较小而被流动的溶液冲走。

静压力捕获细胞是细胞在流体压力作用下向前运动并被侧通道的液流带到捕获单细胞的位置，单个细胞被捕获在侧通道口，阻止主通道液流向该方向流动，则其余细胞会被主通道液流带至下一个细胞捕获口，从而形成阵列单细胞捕获。

磁场力捕获细胞是利用磁场力在芯片内吸附带有特定抗体的磁珠，通过磁珠和细胞的相互作用完成对细胞的捕获。

这些细胞捕获方法往往需要外接复杂的设备，样前处理繁琐，操作步骤复杂，不能做到快速便捷的捕获单个藻细胞，不利于后续的单个微藻细胞活性检测工作的进行。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要提供一种利用界面张力来捕获单个微藻细胞的技术及叶绿素荧光表征的单微藻细胞活性动态监测新方法与装置。

为了实现上述目的，本发明的技术发案如下：基于气液界面单细胞捕获及叶绿素荧光表征的单微藻细胞活性动态监测新方法与装置，它包括单个微藻细胞捕获单元和单个微藻细胞活性动态监测单元。单个微藻细胞捕获单元用于为微藻细胞检测提供平台，并从流过捕获区域的多个微藻细胞中捕获单个微藻细胞。单个微藻细胞活性动态监测单元用于检测单个微藻细胞捕获单元捕获到的单个微藻细胞的叶绿素荧光信号，并将检测到的荧光信号转换为电信号，对电信号进行放大、滤波、降噪，并通过数据处理组件对检测到的信号进行采集、处理，从而将单个微藻细胞的叶绿素荧光信号在显示器上清楚地显示出来。