[发明专利]一种单细胞生物物理特性的实时监测系统和方法有效
申请号: | 201711000294.8 | 申请日: | 2017-10-24 |
公开(公告)号: | CN107843541B | 公开(公告)日: | 2019-08-30 |
发明(设计)人: | 刘娜;张敏;蒲华燕;杨扬;孙翊;罗均;刘媛媛;谢少荣 | 申请(专利权)人: | 上海大学 |
主分类号: | G01N15/10 | 分类号: | G01N15/10 |
代理公司: | 北京高沃律师事务所 11569 | 代理人: | 王戈 |
地址: | 200444*** | 国省代码: | 上海;31 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 单细胞 生物 物理 特性 实时 监测 系统 方法 | ||
1.一种单细胞生物物理特性的实时监测系统,其特征在于,所述系统包括:光学投影仪、PC机、光诱导电沉积芯片、三维移动平台、信号发生器、阻抗分析仪、温度控制仪、微泵和CCD摄像机;
所述光学投影仪与所述PC机相连,用于将PC机上的光图案投射到光诱导电沉积芯片上;
所述光诱导电沉积芯片位于所述三维移动平台上,所述三维移动平台,用于改变光诱导电沉积芯片的空间位置;
所述信号发生器与所述光诱导电沉积芯片的两端连接,用于提供交流电压;
所述阻抗分析仪与所述光诱导电沉积芯片的两端连接,用于测量阻抗;
所述温度控制仪装载所述光诱导电沉积芯片,用于控制细胞连续培养的温度环境;
所述微泵与所述光诱导电沉积芯片的溶液入口连接,用于提供细胞培养基;
所述显微管位于所述光诱导电沉积芯片的上方;
所述CCD摄像机与所述显微管连接,用于实时采集图像。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述光诱导电沉积芯片包括上基板和下基板,所述上基板和下基板的材质均为ITO玻璃,所述上基板和下基板的形状完全相同,所述上下基板平行设置并且所述上下基板的两侧对齐,所述下基板表面均匀涂抹光敏材料氢化非晶硅,所述上下基板之间是由双面胶构造的微通道,所述光诱导电沉积芯片的尺寸为3cm*3cm。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述系统还包括聚光透镜和载物台,所述PC机上的图案进行投影时,得到的投影图案是发散的,所述聚焦透镜用于将发散的光图案聚焦到所述光诱导电沉积芯片上;所述光诱导电沉积芯片位于载物台上。
4.一种单细胞生物物理特性的实时监测方法,所述方法应用到权利要求1所述的系统,其特征在于,所述方法包括:
通过光学投影仪连接PC机,将PC机上的光图案投影于光诱导电沉积芯片上;
通过信号发生器连接光诱导电沉积芯片,对所述芯片两侧施加交流电压,形成图案化的水凝胶;
通过将光诱导电沉积芯片置于温度控制仪内,维持细胞连续培养的温度环境;
通过微泵连接芯片中溶液入口,实时供给细胞培养基;
将细胞悬浮液通所述水凝胶中,自主移动三维平台使得单细胞与投影的光斑完全重合;
进行单细胞生物物理特性的测量。
所述三维移动平台利用图像反馈,移动到下一个单细胞,使得所述下一个单细胞与投影的光斑完全重合并进行所述单细胞生物物理特性的测量,再次移动所述三维移动平台直至完成所有单细胞生物物理特性的测量。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述通过光学投影仪连接PC机,将PC机上的光图案进行投影,将所述投影后的光图案通过聚光透镜聚焦于载物台上的光诱导电沉积芯片。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述通过信号发生器连接光诱导电沉积芯片,对所述芯片两侧施加交流电压,形成图案化的水凝胶,具体步骤包括:在所述光诱导电沉积芯片的微流通道里通入浓度为20%的聚乙二醇二丙烯酸酯溶液;光图案投影到所述光诱导电沉积芯片,所述光诱导电沉积芯片两端连接信号发生器,施加交流电压,使得聚乙二醇二丙烯酸酯溶液发生交联反应,形成图案化的水凝胶;将纯度99%的乙醇溶液以50ul/min的进液速度通入微流通道30s来冲洗未交联的聚乙二醇二丙烯酸酯溶液;以50ul/min的进液速度通入细胞培养液30s洗去乙醇溶液;通入细胞悬浮液,静止1h,让单个细胞粘附在制定区域,再持续通入混有4-羟乙基哌嗪乙磺酸的细胞培养基,进行细胞的连续培养。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述三维移动平台利用图像反馈,移动到下一个单细胞,使得所述下一个单细胞与投影的光斑完全重合并进行所述单细胞生物物理特性的测量,再次移动所述三维移动平台直至完成所有单细胞生物物理特性的测量,具体步骤包括:对细胞进行连续培养,调整光斑投影大小与单细胞同等尺寸,利用光学投影仪将光斑投影到单细胞;将所述光诱导电沉积芯片两端引出电极丝连接阻抗分析仪,对批量的单细胞进行实时监测;记录阻抗谱数据,根据等效电路图分析测得单细胞的电学特性;利用CCD摄像机进行实时的图像采集,分析批量的单细胞行为过程中的尺寸和形状变化。
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