[发明专利]一种基于可控磁场的生物力学参数测量方法

说明书

本发明提供了一种基于可控磁场的生物力学参数测量方法，包括下列步骤：磁性物体与生物样品接触；通过磁场对多个磁性物体同时产生作用力，磁性物体受到磁场作用，对作为生物样品产生作用力；检测记录磁性物体的运动轨迹；通过分析磁性物体所受磁场力与其运动轨迹的关系，获得作为测量对象的生物样品有关的力学参数的表征。在本发明提供的基于可控磁场的生物力学参数测量方法中，磁场源产生磁场对磁性物体产生作用力，磁性物质受力对生物样品产生形变，通过测试磁性物体的运动轨迹，从而获得生物样品的形变，最终获得生物样品的受力的力学参数。

技术领域

本发明涉及生物力学性质检测领域，且特别涉及平行大通量生物样品力学参数测量方法及其相应的测量装置。

背景技术

细胞与组织的力学特性与多种生理功能息息相关，其性质的改变往往是疾病等非正常现象的表象之一。例如，已有研究表明，细胞力学性质的改变与关节炎、哮喘、贫血、疟疾等在内的多种疾病直接相关。而近年的研究也表明肿瘤细胞较之正常细胞其力学性质也有着明显不同，而其转移侵染性更是与细胞本身的刚度直接相关；同时肿瘤活检组织中癌细胞的弹性特征也与相邻的正常细胞有明显不同。由此可见，生物样品的力学检测具有重要的生物学意义与临床价值。而力学参数的重要特征之一，就是不需要特定的标记与非生物环境，因此，是实现无标记、智能化的癌症临床定量检测与判断的重要途径之一。但是，生物样品，尤其是临床样本，通常由多种不同的细胞组成，结构复杂、不均匀性高，宏观尺度测量的局限性高，难以获得具有临床价值的有效信息。因此，为准确获得这些样品的核心力学性质，就需要在亚细胞尺度对大量不同细胞进行独立、精确和可重复的测量，并通过统计聚类等手段，构建样本的精确力学参数图谱。而这些高信息含量的数据是基础研究和临床诊断的必要基础。

目前单细胞力学性质测量方法主要包括：光镊、磁镊、原子力显微镜、微吸管等。其基本原理是在纳米至微米区域内对样品(细胞、组织等)施加一定力，观察样品形变，从而得到样品表面弹性模量等力学性质。这些方法进行力学测量时通常每次只能使用单个探针(如：磁珠、微球等)测量样品表面一个位置的力学参数。因此，获得具有统计意义的大量、准确、相同条件下的实验结果可行性低，过程冗长，可控性困难。同时，细胞、组织等样品的测量往往需要几十皮牛至几纳牛的作用力以使样品产生明显、稳定、信噪比较高的形变,而目前的大部分可实现单细胞力学平行测量的方法(如：光镊、流体控制等)均是在传统的单分子力谱技术基础上发展而来，相较于细胞与组织测量的要求，所产生的作用力需要有1至3个数量级提高。另一方面，已有的单细胞力学参数测量方法多使用透射光明场照明的显微光学方法探测样品形变，但是细胞以及组织等临床样品，厚度无法控制、透明度不高、背景复杂，使得形变测量难度提高、精度大大降低，很难达到纳米级定位精度；特别是光镊、磁镊等方法中使用透射光照射探针微球后形成的干涉条纹进行微球轴向定位进而获得样品形变的方法在临床样品的检测中更是难以实现。

发明内容

本发明提出一种基于可控磁场的生物力学参数测量方法，具备可以同时对多个磁性物体施加可控作用力，并可准确确定其空间位置变化的特点。从而实现对与磁性物体接触的生物样品(如：活检组织及切片、活细胞等)的有关力学参量(如应变、力谱、弹性模量、动态应答、粘弹性等)的精确、高效表征。

为了达到上述目的，本发明提出一种基于可控磁场的生物力学参数测量方法，用于测量生物样品的力学参数，包括：产生磁场的磁场源、磁性物体、包含柱透镜的磁性物体位移的检测光路以及生物样品的成像光路。

可选的，在所述的基于可控磁场的生物力学参数测量方法中，通过磁场对磁场内多个磁性物体同时产生相同、定量和可调节的作用力。

可选的，在所述的基于可控磁场的生物力学参数测量方法中，生物样品包含活检组织及切片和活细胞。

可选的，在所述的基于可控磁场的生物力学参数测量方法中，包括下列步骤：

磁性物体与生物样品接触；

通过磁场对多个磁性物体同时产生作用力，磁性物体受到磁场作用，对作为生物样品产生作用力；