活细胞胞内代谢分析仪及其分析方法技术

本发明专利技术提供了活细胞胞内代谢分析仪及其分析方法,具体地，本发明专利技术提供了一种活细胞胞内代谢分析仪，所述分析仪包括：光源装置，所述光源装置发出第一激发光，并将所述第一激发光导入活的生物细胞材料；显微成像装置，所述显微成像装置用于接收第一测量光，并对所述活的生物细胞材料进行显微成像；和控制装置，所述控制装置用于控制光源装置发射第一激发光；以及，处理所述图像装置所获得的第一信号，所述第一信号由所述第一测量光发出；并且，所述控制装置包括2个分析处理模块，分别为活细胞膜电势和温度的分析处理模块和活细胞内氧化还原势的分析处理模块。本发明专利技术的活细胞胞内代谢分析仪可直接对细胞胞内线粒体等代谢参数进行检测。

An intracellular metabolism analyzer for living cells and its analytical methods

The invention provides a living cell intracellular metabolic analyzer and analysis method thereof, in particular, the invention provides a living cell intracellular metabolic analyzer, including the analyzer: light source device, the light emitted by the excitation light, and the first excitation light into living cells; microscopic imaging device and the microscopic imaging device for receiving a first optical, biological cell materials and the activity of microscopic imaging; and a control device, the control device for controlling the light source device of the first excitation light emission; and the first signal, the image processing device is obtained by the first signal from the first measurement the light; and the control device comprises 2 analysis module, respectively for the living cell membrane potential and temperature analysis module and the redox potential in living cells. The analysis and processing module. The present inventive cell intracellular metabolism analyzer can directly detect the metabolic parameters such as mitochondria in cell.

【技术实现步骤摘要】
活细胞胞内代谢分析仪及其分析方法
本专利技术涉及细胞分析装置领域，具体地，涉及活细胞胞内代谢分析仪及其分析方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，人们的膳食结构在几十年中完成了西方国家一、两百年才完成的膳食和疾病模式的转变。膳食中的营养素是构成和影响人体健康的重要物质，而大多数疾病也都是营养不平衡或者营养物质代谢紊乱所致，研究及分析营养素在生物体内的代谢途径，作用机制及调节成为预防和控制这些疾病的关键，活细胞代谢实时检测和分析设备能在微观层面更深入地探讨营养与代谢性疾病之间的关系，并将为生物学基础研究提供可靠的分析手段，为营养相关慢性疾病的预测、早期预防和营养干预提供新的策略和措施。在单细胞和单分子水平上探讨细胞代谢的动态变化及相关生物学机制为生物学研究和药物筛选等所必需，这需要实现在活细胞水平进行代谢的检测。传统的生化技术无法观测到单个活细胞中代谢水平的变化及状况，通过光学或物理学观测手段则有可能实现。比如，目前在各类光学方法中，荧光成像方法可以实现对活细胞的非损伤性测量，如Seahorse细胞胞外代谢分析仪；利用物理学测量方法的，如Bionas细胞代谢分析仪。目前，细胞代谢分析仪在科研、食品安全、医疗检测及制药领域有广泛的用途，如癌症细胞的代谢类型分析、免疫细胞形成的代谢前期、肥胖及糖尿病的代谢干预研究，以及神经退行性疾病的代谢标志等。除此之外，细胞代谢分析仪还能对心血管系统，内分泌系统、生殖泌尿系统及肌肉系统的各种细胞模型进行代谢研究，为精准医疗的诊断、干预及治疗提供参考。然而，分别由美国和德国生产和销售的细胞代谢分析仪Seahorse和Bionas等这些仪器存在明显的缺陷，如功能简单且不能测定细胞内代谢参数，数据可靠性差，实验条件优化耗时，而且设备及耗材昂贵等诸多问题，很难满足当前生物学科研及应用工作的需求。而目前国内尚无同类功能设备。从上所述可知，目前市面上的细胞代谢仪(如Seahorse和Bionas)仅能检测细胞外耗氧量、pH值或电阻的变化，而且仅能间接反映细胞内的代谢状况，在某些情况下缺乏相关性。考虑到线粒体是细胞内负责代谢的主要细胞器，线粒体膜电势和温度，胞内氧化还原势和细胞内pH值的变化等是直接反映细胞内代谢状况的参数。在定量分析方面，细胞胞外代谢仪(如Seahorse和Bionas)缺乏可信的参照，仅能用对照孔做为参考，这引入不可避免的实验误差(如细胞数目差异引入的误差等)，对操作人员有较高的要求，而且实验条件优化非常耗时。因此，本领域迫切需要开发一种可以直接检测线粒体代谢参数的活细胞胞内代谢分析仪
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以直接检测线粒体代谢参数的活细胞胞内代谢分析仪。本专利技术第一方面提供了一种活细胞胞内代谢分析仪，所述分析仪包括：光源装置，所述光源装置发出第一激发光，并将所述第一激发光导入活的生物细胞材料，其中，所述第一激发光包括第一光谱辐射成分；显微成像装置，所述显微成像装置用于接收第一测量光，并对所述活的生物细胞材料进行显微成像，其中，所述第一测量光由所述第一激发光与所述活的生物细胞材料相互作用后所产生；和控制装置，所述控制装置用于控制光源装置发射第一激发光；以及，处理所述图像装置所获得的第一信号，所述第一信号由所述第一测量光发出；并且，所述控制装置包括2个分析处理模块，分别为活细胞膜电势和温度的分析处理模块和活细胞内氧化还原势的分析处理模块，所述活细胞膜电势和温度的分析处理模块用于分析活细胞膜电势和温度的变化情况，所述活细胞内氧化还原势的分析处理模块用于分析活细胞内氧化还原势的变化情况。在另一优选例中，所述显微成像装置还用于接收第二测量光，并对所述活的生物细胞材料进行显微成像，其中，所述第二测量光由所述第一激发光与所述活的生物细胞材料相互作用后所产生。在另一优选例中，所述控制装置用于控制光源装置发射第一激发光；以及，处理所述图像装置所获得的第二信号，所述第二信号由所述第二测量光发出。在另一优选例中，所述光源装置包括激光发射元件和光学装置。在另一优选例中，所述光学装置包括双通道分光器件、透镜、反光镜、和物镜，用于将所述第一激发光聚焦到所述活的生物细胞材料上。在另一优选例中，所述分析仪还包括焦面防漂移系统。在另一优选例中，所述相互作用指激发产生荧光。在另一优选例中，所述控制装置还包括活细胞内的pH的分析处理模块，用于分析活细胞内的pH的变化情况。在另一优选例中，所述活细胞膜电势和温度的分析是亚细胞结构的温度分析；较佳地，所述亚细胞结构选自下组：线粒体、细胞膜、或其组合。在另一优选例中，所述亚细胞结构包括线粒体。在另一优选例中，所述细胞内氧化还原势包括线粒体的氧化还原势。在另一优选例中，所述分析仪还包括载物平台，用来支撑所述活的生物细胞材料。在另一优选例中，所述载物平台为电动载物平台。在另一优选例中，所述活的生物细胞材料包括含有细胞内源性代谢小分子的台氏(Tyrode)溶液。在另一优选例中，所述细胞内源性代谢小分子选自下组：黄素腺嘌呤二核甘酸(flavinadeninedinucleotide,FAD)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(reducedformofnicotinamide-adeninedinucleotid，NADH)、或其组合。在另一优选例中，所述活的生物细胞材料包括含有温敏染料的台氏溶液。在另一优选例中，所述温敏染料选自下组：RhodamineB-ME、TMRM、Rhodamine800、Rhodamine101-AM、Rhodamine101-ME、或其组合。在另一优选例中，所述活的生物细胞材料选自下组：褐色脂肪细胞、肝细胞、肾细胞、心肌细胞、骨骼肌细胞，或其组合。在另一优选例中，所述活的生物细胞材料包括含有pH敏感染料的台氏溶液。在另一优选例中，所述pH敏感染料选自下组：SNARF-1-AM(AcetoxymethylEster)、SNARF-5F-AM、SNARF-4F-AM、BCECF-AM、BCEF-AM、pHrodo-Green-AM、pHrodo-Red-AM、或其组合。在另一优选例中，所述活的生物细胞中还包括诱导剂，用于诱导胞内指标的变化。在另一优选例中，所述胞内指标包括：氧化还原势、膜电势和温度、和pH值。在另一优选例中，所述氧化还原势的变化指FAD与FAD+NADH的比值变化。在另一优选例中，所述FAD指所述活的生物细胞材料受到所述第一激发光激发后，FAD发出的一定波长的自发荧光值；NADH指所述活的生物细胞材料受到所述第一激发光激发后，FAD和NADH发出的一定波长的自发荧光值。在另一优选例中，所述第一激发光波长为400－700nm，较佳地，410－680nm，更佳地，420－520nm，最佳地，430nm时，FAD的自发荧光波长范围为525-575nm。在另一优选例中，所述第一激发光波长为300-400nm，较佳地，300-380nm，更佳地，300-360nm，最佳地，340nm时，FAD和NADH的自发荧光波长范围＞420nm。在另一优选例中，所述温度的变化指Rh800与RhB-ME的比值变化，Rh800单通道荧光信号可以反映线粒体膜电势的变化，其中，Rh800指含有Rh800的所述活的生物细胞材料受到所述第一激发光激本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活细胞胞内代谢分析仪，其特征在于，所述分析仪包括：光源装置，所述光源装置发出第一激发光，并将所述第一激发光导入活的生物细胞材料，其中，所述第一激发光包括第一光谱辐射成分；显微成像装置，所述显微成像装置用于接收第一测量光，并对所述活的生物细胞材料进行显微成像，其中，所述第一测量光由所述第一激发光与所述活的生物细胞材料相互作用后所产生；和控制装置，所述控制装置用于控制光源装置发射第一激发光；以及，处理所述图像装置所获得的第一信号，所述第一信号由所述第一测量光发出；并且，所述控制装置包括2个分析处理模块，分别为活细胞膜电势和温度的分析处理模块和活细胞内氧化还原势的分析处理模块，所述活细胞膜电势和温度的分析处理模块用于分析活细胞膜电势和温度的变化情况，所述活细胞内氧化还原势的分析处理模块用于分析活细胞内氧化还原势的变化情况。

【技术特征摘要】
1.一种活细胞胞内代谢分析仪，其特征在于，所述分析仪包括：光源装置，所述光源装置发出第一激发光，并将所述第一激发光导入活的生物细胞材料，其中，所述第一激发光包括第一光谱辐射成分；显微成像装置，所述显微成像装置用于接收第一测量光，并对所述活的生物细胞材料进行显微成像，其中，所述第一测量光由所述第一激发光与所述活的生物细胞材料相互作用后所产生；和控制装置，所述控制装置用于控制光源装置发射第一激发光；以及，处理所述图像装置所获得的第一信号，所述第一信号由所述第一测量光发出；并且，所述控制装置包括2个分析处理模块，分别为活细胞膜电势和温度的分析处理模块和活细胞内氧化还原势的分析处理模块，所述活细胞膜电势和温度的分析处理模块用于分析活细胞膜电势和温度的变化情况，所述活细胞内氧化还原势的分析处理模块用于分析活细胞内氧化还原势的变化情况。2.如权利要求1所述的活细胞胞内代谢分析仪，其特征在于，所述显微成像装置还用于接收第二测量光，并对所述活的生物细胞材料进行显微成像，其中，所述第二测量光由所述第一激发光与所述活的生物细胞材料相互作用后所产生。3.如权利要求1所述的活细胞胞内代谢分析仪，其特征在于，所述控制装置用于控制光源装置发射第一激发光；以及，处理所述图像装置所获得的第二信号，所述第二信号由所述第二测量光发出。4.如权利要求1所述的活细胞胞内代谢分析仪，其特征在于，所述控制装置还包括活细胞内的pH的分析处理模块，用于分析活细胞内的pH的变化情况。5.如权利要求1所述的活细胞胞内代谢分析仪，其特征在于，所述活的生物细胞材料包括含有细胞内源性代谢小分子的台氏(Tyrode)溶液。6.如权利要求1所述的活细胞胞内代谢分析仪，其特征在于，所述细胞内源性代谢小分子选自...

【专利技术属性】
技术研发人员：康建胜，
申请(专利权)人：康建胜，
类型：发明
国别省市：上海,31