[发明专利]一种无接触贴壁细胞三维形态测量方法及细胞封接方法

权利要求书

1.一种无接触贴壁细胞三维形态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，通过细胞轮廓检测方法获得细胞边界，并对细胞边界进行椭圆拟合，确定细胞的中心和长短轴；

S2，利用有限元模型对电极接近贴壁细胞上表面的过程进行电学仿真，确定电极到细胞表面距离与检测电阻上升数值之间的关系曲线；

S3，在由长半轴与短半轴包裹的四分之一细胞表面上选取五个检测点，利用电极下降过程中的检测电阻值变化，进行细胞上表面五个检测点处细胞高度的无接触测量，由高度检测结果通过曲面拟合获得整个细胞的三维形态；

具体为：细胞表面选取的五个检测点中，一个为细胞椭圆中心点，两个为靠近电极一侧的椭圆长半轴起点和中心，两个为椭圆短半轴起点和中心，设定贴壁细胞关于长轴和短轴对称，通过长半轴和短半轴上五个检测点处测量得到的细胞高度，拟合出两条三次样条函数曲线，再利用两条曲线上20个点的高度信息进行三次曲面拟合，确定细胞的三维形态。

2.根据权利要求1所述的无接触贴壁细胞三维形态测量方法，其特征在于，步骤S3中，五个检测点处的细胞表面高度无接触测量中，电极电阻值上升0.2％时，电极距离细胞表面的距离为1μm，各个检测点处的细胞高度值由电极的初始位置减去电极下降的距离，再减去1μm计算得到。

3.根据权利要求1所述的无接触贴壁细胞三维形态测量方法，其特征在于，步骤S2中，有限元仿真模型中，电极建模为中空圆柱形，内含导电溶液，贴壁细胞建模为圆柱体，环境为圆柱形液体环境，接地线在圆柱形液体环境的边缘，电极圆柱内外径分别为1μm和1.5μm，材料为标准玻璃，贴壁细胞圆柱体高度为5μm，直径为10μm，电导率为0.5S/m，环境电导率为1.45S/m，电极的导电溶液电导率为1.45S/m。

4.一种贴壁细胞封接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用权利要求1至3任一所述的无接触贴壁细胞三维形态测量方法，确定所需封接的贴壁细胞三维形态；

步骤二：对电极进行三维定位，确定电极口的平面位置；

步骤三：根据细胞三维形态遍历细胞表面，寻找并确定所在细胞表面切面与电极口平面夹角最小的点为设定接触点；

步骤四：控制电极移动到设定接触点上方，下降到细胞表面，接触细胞，下降至下压深度，并完成细胞GΩ封接操作。

5.根据权利要求4所述的贴壁细胞封接方法，其特征在于，所述细胞封接方法中，还包括如下步骤：通过有限元仿真设定不同细胞下压深度下，不同接触点处电极口覆盖率与电极下压深度的曲线关系，并验证相同下压深度下，设定接触点的电极口覆盖率高于与其它点处的电极口覆盖率。

6.根据权利要求4所述的贴壁细胞封接方法，其特征在于，所述步骤四具体为：电极下降到细胞表面的过程中以0.5psi的气压向外吹出液体，无接触检测到细胞表面后，电极下降1μm到达细胞表面，再继续下降压入细胞膜1μm深度完成细胞接触，以-0.5psi的气压将细胞膜吸入电极内形成GΩ封接。

7.根据权利要求4所述的贴壁细胞封接方法，其特征在于，在所述步骤三中，当细胞表面存在某点处所在的细胞表面切面与电极口平面平行时，以该点为细胞封接操作的设定接触点。

8.根据权利要求5所述的贴壁细胞封接方法，其特征在于，所述有限元仿真中，电极建模为外径1.5μm，内径1μm的刚性体，细胞建模为各项同性的弹性体，根据细胞边缘点、顶点和设定接触点处获得的三条电极口覆盖率-电极下压深度关系曲线，验证设定接触点处的电极口覆盖率大于其余接触点。