一种红细胞剪切模量的测量方法及血液输氧能力测量方法技术

本发明专利技术提供一种红细胞剪切模量的测量方法和血液输氧能力测量方法，涉及生物技术领域。红细胞剪切模量测量方法包括：将孵化溶液加入样品池，孵化溶液中含有红细胞和电介质微球，电介质微球包括粘附于红细胞相对两侧的第一电介质微球以及未与红细胞粘附的第二电介质微球。使用扫描光镊捕捉第二电介质微球，对扫描光镊的光阱刚度进行标定。使用扫描光镊捕获红细胞任意一侧的第一电介质微球，得到红细胞的相对伸长量与光阱力的关系曲线，将曲线斜率代入红细胞剪切模量的计算式得到红细胞的剪切模量。该测量方法简单、操作步骤少，极大缩短测量时间，测量效率高，测量结果准确度高。通过测量待测血液的红细胞剪切模量，得到血液的输氧能力大小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物
，且特别涉及一种红细胞剪切模量的测量方法和血液输氧能力测量方法。
技术介绍
红细胞主要功能是为生物组织和器官输送氧气，同时研究表明红细胞具有免疫功能，红细胞在人体生理机能的正常运转中发挥着重要作用。在循环系统中，红细胞需通过直径小于自身尺寸的毛细血管，因此变形能力对于红细胞具有重要意义，成为生物学、医学考察血液输氧能力的重要指标。现有的测量红细胞膜弹性的技术包括激光衍射法、粘度法以及微孔滤筛法，这些方法仅可用于表征群体细胞的弹性，可实现单个细胞操纵的微吸管法则因为操作难度大而不具有实用性。对于单细胞的弹性模量的测量一直无法实现。目前对于单个细胞膜弹性的测量一般采用光镊技术，但使用光镊测量红细胞膜弹性模量的操作过程较为繁琐。在样品的预处理上，对于手柄微球的修饰一直受到研究者们的青睐。专利技术人研究发现，功能化试剂修饰手柄微球对测量的影响未知，而且微球修饰耗时较多、费用较高；在测量操作上，已有的光镊测量方法为测量单个红细胞的拉伸曲线，需要多次以不同的力拉伸红细胞，频繁地移动样品台；以上的缺点都严重影响了红细胞膜弹性模量的测量效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种红细胞剪切模量的测量方法，此测量方法测量过程操作简单、测量效率高且测量精度高。本专利技术的另一目的在于提供一种血液输氧能力的测量方法，通过测量血液中红细胞的剪切模量，得到血液的输氧能力，应用价值大。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种红细胞剪切模量的测量方法，其包括：添加步骤：将孵化溶液加入样品池，孵化溶液中含有红细胞和电介质微球，电介质微球包括粘附于红细胞相对两侧的第一电介质微球以及未与红细胞粘附的第二电介质微球；光阱刚度标定步骤：使用扫描光镊捕捉第二电介质微球，对扫描光镊的光阱刚度进行标定；拉伸步骤：使用扫描光镊捕获红细胞任意一侧的第一电介质微球，拟合得到红细胞的相对伸长量与光阱力的关系曲线，关系曲线的斜率为k，其中，相对伸长量为红细胞被拉伸后的伸长长度与红细胞的直径的比值，关系曲线的斜率k为相对伸长量与光阱力的比值；计算步骤：计算红细胞的剪切模量，计算公式如下：其中，H为红细胞的剪切模量，k为关系曲线的斜率，d为红细胞的直径，B为扭曲剪切模量，B＝2×10-19Nm。本专利技术提出一种血液输氧能力测量方法，其包括利用上述红细胞剪切模量的测量方法测量待测血液的红细胞剪切模量。本专利技术的有益效果是：使用扫描光镊技术，对红细胞进行连续拉伸操作，不需要多次对红细胞进行拉伸操作，频繁移动操作台，可以简化操作步骤，极大地缩短实验操作的时间。标定扫描光镊的光阱刚度，再通过对红细胞的连续拉伸得到红细胞的相对伸长量与光阱力的关系曲线，根据关系曲线的斜率k值即可计算得到红细胞的剪切模量。该红细胞剪切模量的测量方法测量过程简单、易于操作，测量的效率高，且测量结果的精度高。同时，利用上述测量方法可简单、快速测量出待测血液红细胞的剪切模量，与健康血液的红细胞剪切模量进行比对分析，剪切模量越大，待测血液红细胞的变形能力越小，红细胞通过毛细血管进行输氧的能力越低。通过待测血液红细胞的剪切模量即可得到待测血液输氧能力的大小。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例的AOD扫描光镊系统的示意图；图2为本专利技术实施例的测量方法的示意图，其中图2(a)为红细胞拉伸前的示意图；图2(b)为红细胞拉伸后的示意图；图3为本专利技术实施例的光阱刚度标定过程图；图4为本专利技术实施例的红细胞相对伸长量和光阱力的关系曲线。图标：11-激光源；12-声光偏转器；13-透镜；14-分色镜；15-倒置显微镜；16-CMOS摄像器；17-光阱移动；18-样品；19-照明光；1-二氧化硅微球；2-红细胞；3-光镊；4-样品池底部。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的红细胞剪切模量的测量方法进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种红细胞剪切模量的测量方法。实验前，使用真空采血管采集健康捐赠者的血液和电介质微球作为实验样品，电介质微球优选为直径2～4μm的二氧化硅微球。进一步地，选用直径为4μm的二氧化硅微球，实验结果表明，该直径下的二氧化硅微球，其粒径的均一性较高，与红细胞的粘附几率更大。且当采用热运动分析方法标定光阱刚度时，用光镊捕获该粒径的二氧化硅微球，二氧化硅微球偏离光阱中心的位移较小，光阱力和位移值的线性关系良好，标定得到的光阱刚度精度高。使用二氧化硅微球作为手柄微球，二氧化硅微球能够以非特异性结合力粘附到红细胞上，不需要使用修饰剂进行修饰，避免因为修饰剂对试验结果产生影响。同时简化操作步骤，节约操作费用。样品清洗：分别对二氧化硅微球、红细胞进行清洗。具体为：二氧化硅微球溶液和血液样品分别使用磷酸盐缓冲液(PBS)稀释，二氧化硅微球采用超声清洗10～20min，6000～8000rpm离心10～15min收集，重复2～3次；红细胞采用搅动分散、2000～3000rpm离心10～15min收集，重复2～3次。孵化步骤：将清洗过的二氧化硅微球、红细胞重新分散在PBS中，调整红细胞的浓度为1×105～2×105个/μl，且调整二氧化硅微球和红细胞的质量浓度比为2～4:1，将二者等比例混合均匀。在1～5℃环境静置孵化30～60min得到孵化溶液。此时，孵化溶液中含有相对两侧均粘附有二氧化硅微球的红细胞和未与红细胞粘附的二氧化硅微球。红细胞相对两侧粘附的二氧化硅微球即为第一电介质微球，未与红细胞粘附的二氧化硅微球即为第二电介质微球。进一步地，二氧化硅微球和红细胞的质量浓度比为2:1，该质量浓度比下，红细胞两侧对称粘附两个二氧化硅微球的概率增大，保证较优的实验条件，满足测量需求。在本专利技术较佳的实施例中，孵化温度优选为4℃，孵化时间优选为40min。4℃环境下，保证红细胞的形态不发生改变，同时该孵化时间下，保证二氧化硅微球和红细胞的充分粘附。样品池处理步骤：在样品池底部形成干血清蛋白层，优选为：盖玻片和载玻片使用1～2％的牛血清蛋白溶液浸泡15～30min晾干，形成底部涂覆有少量牛血清蛋白的样品池。在样品池底部形成干血清蛋白层，能够减少二氧化硅微球与样品池底部的非特异性粘附力，利于控制红细胞上的二氧化硅微球的两种粘附到样品池底部的状态，减少测量的影响因素，保证测量的准确性。在本专利技术较佳的实施例中，在无尘的环境中晾干样品池，避免杂质污染样品池。样品池晾干后，使用50～100μm厚塑料片垫在盖玻片和载玻片之间形成样品室。添加步骤：稀释孵化溶液至红细胞的浓度为1×103～2×103个/μl，然后滴加入样品室后密封样品池。优选地，采用加拿大树胶对样品池进行封闭，减少气流对测量的影响，保证测量的准确性和精密度。光阱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红细胞剪切模量的测量方法，其特征在于，其包括：添加步骤：将孵化溶液加入样品池，所述孵化溶液中含有红细胞和电介质微球，所述电介质微球包括粘附于所述红细胞相对两侧的第一电介质微球以及未与所述红细胞粘附的第二电介质微球；光阱刚度标定步骤：使用扫描光镊捕捉所述第二电介质微球，对所述扫描光镊的光阱刚度进行标定；拉伸步骤：使用所述扫描光镊捕获所述红细胞任意一侧的所述第一电介质微球，连续拉伸所述红细胞，拟合得到所述红细胞的相对伸长量与光阱力的关系曲线，所述关系曲线的斜率为k，其中，所述相对伸长量为所述红细胞被拉伸后的伸长长度与所述红细胞的直径的比值，所述关系曲线的斜率k为所述相对伸长量与所述光阱力的比值；计算步骤：计算所述红细胞的剪切模量，计算公式如下：H=1125k3·d·B]]>其中，H为所述红细胞的剪切模量，k为所述关系曲线的斜率，d为所述红细胞的直径，B为扭曲剪切模量，B＝2×10‑19Nm。

【技术特征摘要】
1.一种红细胞剪切模量的测量方法，其特征在于，其包括：添加步骤：将孵化溶液加入样品池，所述孵化溶液中含有红细胞和电介质微球，所述电介质微球包括粘附于所述红细胞相对两侧的第一电介质微球以及未与所述红细胞粘附的第二电介质微球；光阱刚度标定步骤：使用扫描光镊捕捉所述第二电介质微球，对所述扫描光镊的光阱刚度进行标定；拉伸步骤：使用所述扫描光镊捕获所述红细胞任意一侧的所述第一电介质微球，连续拉伸所述红细胞，拟合得到所述红细胞的相对伸长量与光阱力的关系曲线，所述关系曲线的斜率为k，其中，所述相对伸长量为所述红细胞被拉伸后的伸长长度与所述红细胞的直径的比值，所述关系曲线的斜率k为所述相对伸长量与所述光阱力的比值；计算步骤：计算所述红细胞的剪切模量，计算公式如下：H=1125k3·d·B]]>其中，H为所述红细胞的剪切模量，k为所述关系曲线的斜率，d为所述红细胞的直径，B为扭曲剪切模量，B＝2×10-19Nm。2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述扫描光镊为声光偏转器扫描光镊。3.根据权利要求1所述的测量方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋华东，刘莹，张斌，朱盼盼，鲁浩，唐琦，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32