一种基于太赫兹时域衰减全反射光谱的活细胞实时监测实验方法技术

本发明专利技术公开了一种基于太赫兹时域衰减全反射光谱的活细胞实时监测实验方法和装置，利用太赫兹衰减全反射倏逝波的穿透深度与细胞层厚度匹配的特点，利用双ATR棱镜进行太赫兹时域衰减全反射测量，通过太赫兹时域光谱技术直接获得细胞在太赫兹波段的时域电场和复数介电常数（或复数折射率），可实现对整个细胞内部生理变化过程的实时监测，避免了传统透射式和反射式太赫兹光谱易受极性液体高吸收率影响的局限，也避免了传统细胞生物学方法需要对细胞染色和侵入的缺点；本发明专利技术光学系统集成度高，保证太赫兹光路的准确性，省去了实验中光学元件的调节，可方便地实现整个光谱系统的便携和移动，很适合在细胞生物学实验室内使用。

An experimental method for real time monitoring of living cells based on terahertz time-domain attenuated total reflectance spectroscopy

The invention discloses a terahertz time-domain attenuated total reflectance spectra of living cells in real-time monitoring method and device based on terahertz attenuation characteristics of penetration depth and cell thickness, total reflection evanescent wave, THz time-domain attenuated total reflection measurement using the double ATR prism by terahertz time-domain spectroscopy obtained directly in the cell terahertz time domain electric field and complex dielectric constant (or complex refractive index), can achieve real-time monitoring of physiological changes within the entire cell process, to avoid the traditional transmissive and reflective THz spectra is easily affected by the polar liquid high absorption effect limitations, also avoid the traditional method of cell biology and cell staining intrusive shortcomings; the invention of optical system with high integration, in order to ensure the accuracy of terahertz optical path, eliminating the optics experiment It is convenient to realize the portable and mobile spectrum system, and it is suitable for use in cell biology laboratory.

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹时域衰减全反射光谱的活细胞实时监测实验方法
本专利技术属于太赫兹光谱技术及应用领域，具体涉及一种基于太赫兹时域衰减全反射光谱（THzTD-ATR光谱）的测量和分析装置，本专利技术适用于体外活细胞生理及病理等生命过程的实时监测。
技术介绍
细胞是生命体结构和生命活动的基本单位。生命体的生长发育依靠细胞增殖、细胞分化与细胞凋亡来实现，一切疾病的发病机制也以细胞病变研究为基础。传统的细胞生物学方法包括蛋白免疫印记（WesternBlot）、酶联免疫组化（ELISA）和细胞免疫组化（IC）等，需要复杂的样品前处理，如细胞固定、成分提取、荧光标记等。这些技术存在侵入性、耗时以及假阳性/阴性结果等缺点，难以实时、原位地获取细胞内物质结构的具体信息以及监测细胞增殖、分化、凋亡、坏死等生理或病理过程。目前，基于光谱技术监测活细胞的生理或病理过程主要包括荧光光谱，红外光谱，激光拉曼光谱。荧光光谱依赖于荧光探针，而荧光探针的引入可能对细胞的生理状态造成一定影响；红外光谱受水背景干扰较大；水的拉曼散射光谱极弱，而其他生物物质的拉曼信息却很丰富，因此拉曼光谱适于研究测定活细胞尤其是连续监测单个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于太赫兹时域衰减全反射光谱的活细胞实时监测实验方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将活细胞消化重悬后接种在灭菌消毒过的ATR硅棱镜上，在细胞培养液中培养，使活细胞在贴着ATR硅棱镜的表面生长；步骤二：测量时，先将一个不带有活细胞的ATR硅棱镜作为参考ATR棱镜设置到太赫兹光路中，测得其太赫兹时域电场；步骤三：将带有活细胞的ATR硅棱镜作为样品ATR棱镜设置到太赫兹光路中，测得其太赫兹时域电场；步骤四：利用获得的参考光和样品光太赫兹电场进行快速傅立叶变换，获得其各自的复数频域电场，用样品光频域电场比参考光频域电场得到系统复数传递函数，再结合复数菲涅耳方程进行求解，得到细胞样品的复数介电常...

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹时域衰减全反射光谱的活细胞实时监测实验方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将活细胞消化重悬后接种在灭菌消毒过的ATR硅棱镜上，在细胞培养液中培养，使活细胞在贴着ATR硅棱镜的表面生长；步骤二：测量时，先将一个不带有活细胞的ATR硅棱镜作为参考ATR棱镜设置到太赫兹光路中，测得其太赫兹时域电场；步骤三：将带有活细胞的ATR硅棱镜作为样品ATR棱镜设置到太赫兹光路中，测得其太赫兹时域电场；步骤四：利用获得的参考光和样品光太赫兹电场进行快速傅立叶变换，获得其各自的复数频域电场，用样品光频域电场比参考光频域电场得到系统复数传递函数，再结合复数菲涅耳方程进行求解，得到细胞样品的复数介电常数；步骤五：在不同时刻重复步骤一到四，获得样品复数介电常数的变化，并结合显微镜观测结果，对细胞样品的生理变化过程进行监测。2.根据权利要求1所述的一种基于太赫兹时域衰减全反射光谱的活细胞实时监测实验方法的实验装置，其特征在于包括：用于光学元件定位和夹持的机械平台，所述机械平台上设置有导轨，所述导轨上设置有可以沿着导轨滑动的样品ATR硅棱镜和参考ATR棱镜，所述样品ATR硅棱镜的观察面上设置有培养室，所述导轨两侧分别设置有一组离轴抛物面镜，一侧的离轴抛物面镜用于将太赫兹发射头的光汇集到导轨上的ATR棱镜区域，另一侧的离...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹逸，刘乔，黄华川，朱礼国，李江，翟召辉，钟森城，周平伟，杜良辉，王德田，蒙建华，彭其先，李泽仁，赵剑衡，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51