[发明专利]一种细胞力学特性自动化测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种细胞力学特性自动化测量系统，包括微流控芯片、工控机、图像采集模块、第一微流泵、第二微流泵和信号发生器，微流控芯片分别与第一微流泵、第二微流泵、信号发生器相连接，图像采集模块、第一微流泵、第二微流泵以及信号发生器均与工控机相连接。本发明还公开了一种细胞力学特性自动化测量方法。本发明通过视觉反馈进行硬件控制，并结合图像形态算法识别细胞长度，自动测量出大批量的细胞形变量数据，建立细胞力学数据库，可以使得细胞力学特性分析具有统计学意义，其操作简单，自动化程度高，效率较高，可面向多种集成单细胞捕获、拉伸与释放功能于一体的微流控芯片或其他类似装置进行外部系统集成，用途较广，适用性较强。

技术领域

本发明涉及一种测量设备，尤其涉及一种细胞力学特性自动化测量系统及方法。

背景技术

细胞力学(cell mechanics)是生物力学的一个前沿领域，也是组织工程学的一个重要组成部分。它涉及细胞在力学载荷作用下细胞膜、细胞骨架的变形、弹性常数、粘弹性、粘附力等力学性能的研究，以及力学因素对细胞生长、发育、成熟、增殖、衰老和死亡等的影响及其机制研究。细胞力学关注人体各类细胞，尤其是与血液循环系统、人体支撑运动系统、消化系统等有关的细胞。

细胞是生物体结构和功能的基本单位，生命活动都离不开细胞，因此，对细胞的深入研究是揭开生命奥秘、改造生命和征服疾病的关键，而细胞力学特性的研究更是细胞研究中的关键。微流控芯片中多是基于介电泳进行细胞拉伸，然后通过细胞形变量不同来检测细胞的力学特性，而针对细胞的形变量测量，目前基本都是通过人工测量来完成的，利用显微摄像头拍摄后手动测量细胞形变前后的拉伸长度。这样的细胞测量方式，总是存在人为的机械式操作，操作繁琐，自动化程度低，耗时较长，效率低下，无法获得大量的数据，测量数据也不准确。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种细胞力学特性自动化测量系统及方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种细胞力学特性自动化测量系统，包括微流控芯片、工控机、图像采集模块、第一微流泵、第二微流泵和信号发生器，所述微流控芯片分别与所述第一微流泵、第二微流泵、信号发生器相连接，所述图像采集模块、第一微流泵、第二微流泵以及信号发生器均与所述工控机相连接。

在其中一实施例中，所述微流控芯片包括导电基底、与所述导电基底相配合的芯片本体，所述芯片本体包括盖板、开设在所述盖板内的微通道，所述微通道包括第一入口、第二入口、细胞捕获区、第一出口和第二出口，所述第一微流泵与所述第一入口相连接，所述第二微流泵与所述第二出口相连接。

在其中一实施例中，所述细胞捕获区包括捕获通道、开设在所述捕获通道的至少一个侧壁上的至少一个捕获口，所述第一入口、第二入口、第一出口、第二出口均与所述捕获通道相连通。

在其中一实施例中，所述捕获口包括喇叭口、与所述喇叭口相连通的通孔，所述喇叭口、通孔均与所述捕获通道相连通。

在其中一实施例中，所述导电基底包括为ITO玻璃，所述ITO玻璃的ITO电极的两端连接到所述信号发生器上，所述ITO电极的边缘对准所述喇叭口。

在其中一实施例中，所述图像采集模块包括显微镜、与所述显微镜相连接的工业相机，所述工业相机与所述工控机相连接。

一种细胞力学特性自动化测量方法，使用上述任意实施例的测量系统，包括以下步骤：

(1)开启第一微流泵；

(2)实时检测细胞捕获情况，判断是否达到捕获数量阈值，若是，则关闭第一微流泵；若否，则重复步骤(2)；

(3)开启信号发生器，发出低压信号，对细胞进行电捕获，接着发出高压信号，对细胞进行拉伸；

(4)实时检测记录细胞拉伸情况；