[发明专利]细胞融合的光电传感器的制作方法及其成像系统的工作方法

说明书

本发明公开了一种细胞融合的光电传感器及其成像系统的工作方法。本发明细胞融合的光电传感器的制作方法，包括：将莱茵衣藻细胞眼点(Eye spot)处提取的视紫红质通道蛋白(ChR2)转染到人胚肾293(Hek293，Human embryonic kidney)细胞内；最后，通过荧光显微镜观测ChR2质粒在细胞中的表达，并用膜片钳技术在光刺激进一步验证细胞表达结果；以表达了ChR2的Hek293细胞为光电传感器的敏感材料，其将器件吸收的光信号转换成离子电流，并以膜片钳技术为该光电传感器的信号采集和处理单元；将该细胞与膜片钳检测设备相结合构成细胞融合光电传感器。本发明的有益效果：这种生物融合的光电器件能够充分利用生物体在光感知上或视觉上的优势，从而产生比纯人造装置性能更优新型器件。

技术领域

本发明涉及光电传感器领域，具体涉及一种细胞融合的光电传感器及其成像系统的工作方法。

背景技术

生物系统进过自然界亿万年的进化和发展有着许多人造系统所无法比拟的优势结构和功能特性。将生物细胞或组织与机电系统相融合构建生机融合系统能够充分利用生物体的结构和功能优势，从而创建出一些更加完善的结构和更加强大的功能特性。目前，在国际许多顶尖刊物上报道了许多以生物活体细胞或组织为驱动或能源的生机融合系统。加利福尼亚大学洛杉矶分校的Montemagno等人通过将肌细胞培养在微机械结构，装配成以肌肉驱动和控制的微型装置，实现微型装置的自由运动[J.Xi,J.J.Schmidt,C.D.Montemagno,Nat.Mater.2005,4,180.]；哈佛大学的Parker等人将哺乳动物的心肌细胞装配在微机电系统(MEMS)上，以驱动微机械装置运动[A.W.Feinberg,A.Feigel,S.S.Shevkoplyas,S.Sheehy,G.M.Whitesides,K.K.Parker,Science 2007,317,1366.]；伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Bashir等人用光遗传学技术修饰骨骼肌细胞，并通过光调节该细胞的伸缩特性以驱动3D打印的微机械装置的运动，该装置的直线移动距离可达到310um/s或每分钟1.3个身体长度的距离[R.Raman,C.Cvetkovic,S.G.Uzel,R.J.Platt,P.Sengupta,R.D.Kamm,R.Bashir,Proc.Natl.Acad.Sci.USA.2016,113,3497.]。此外，也有学者用嗅觉细胞和上皮组织与机电装置相融合构建生物传感器以提高传感器的灵敏度[L.Du,C.Wu,H.Peng,L.Zhao,L.Huang,P.Wang,Biosens.Bioelectron.2013,40,401.]；用哺乳动物的味觉细胞和味觉蓓蕾构建的生物融合传感器能够检测到不同刺激物散发的多种味觉信号[Q.Liu,D.Zhang,F.Zhang,Y.Zhao,K.J.Hsia,P.Wang,Sens.Actuators,B2013,176,497.]。这些报道充分说明哺乳动物的活体细胞或组织能够作为非常有潜力的功能单元，用以构建生物驱动、生物嗅觉和味觉等。然而，目前还没有任何关于用活体细胞或组织构建生物融合的光电器件或光敏元件，尽管哺乳动物光敏细胞或组织具有许多人工光敏器件或视觉系统所无法比拟的优势，例如，视杆细胞具有感知单个光子的超高光响应度[D.A.Baylor,T.D.Lamb,K.W.Yau,J.Physiol.1979,288,613.]，响尾蛇用1mm大小的颊窝实现红外感知捕获猎物[E.A.Newman,P.H.Hartline,Science 1981,213,789.]。利用动物视觉细胞或光敏细胞构建光敏器件能够有效提高器件的光敏特性。

此外，即使用光敏细胞构建了生物融合的光电器件，然而，要用该器件实现高分辨率成像依然存在一个不可跨越的问题。在传统的成像系统中，借助于CCD或CMOS等光敏元件阵列实现高分辨率成像，其中，CCD或CMOS的每个光敏元件对应获得的图像的一个像素点。然而，针对的这种生物融合的光电器件，目前的技术还难以制造出入CCD或CMOS一样的光电器件阵列，无发现传统成像系统一样实现高分辨率成像。

发明内容