本发明专利技术涉及一种快速实现细胞膜可逆性损伤的装置与方法，用于实现：采集硅烷化培养池的光声信号，将光声信号进行滤波及提取峰值处理，将滤波信号发送至计算机装置进行分析处理；计算机装置根据特征提取值，与预设的细胞耐受应力数据库进行对比分析，判定激光能量是否超过培养池细胞的承受阈值；若超过则降低激光能量或者关闭处理，若不超过则增加所述激光发射装置的激光能量。本发明专利技术的有益效果为：大大缩减了系统装置的运行周期，延展了系统装置的通用性；采用非接触、无污染的激光作为泵浦源，可以实现对宿主细胞实现可控、快速、高通量、自动化的可恢复性细胞膜手术。
A device and method for rapid reversible damage of cell membrane
【技术实现步骤摘要】
一种快速实现细胞膜可逆性损伤的装置及方法
本专利技术涉及一种快速实现细胞膜可逆性损伤的装置及方法，属于计算机及生物医学领域。
技术介绍
随着科学技术的进步，人类对生命的探索不断深入，对生命的理解已经步入了细胞及亚细胞层次，越来越多的科学研究希望在不损伤细胞活性(可逆性损伤)的情况下，实现对微小细胞及细胞器的操控，从而促进细胞通讯、干细胞分化、基因疗法及胚胎发育等多个学科领域的发展。现存的利用物理机制实现细胞膜可逆性损伤的方法有声学方法、热学方法、磁学方法、电学方法等，但这些方法因为操作复杂、可控性差等问题而在细胞膜可逆性损伤的应用中受限。目前基于激光技术实现细胞膜可逆性损伤的装置主要有两种：一种是通过紧聚焦技术实现泵浦光束在特定细胞膜的靶向定位，利用紧聚焦光束的非线性能量沉积，实现细胞膜的可逆性损伤；第二种是将纳米颗粒与宿主细胞进行鳌合，通过靶向能量沉积实现细胞膜的可逆性损伤。上述两种装置或系统都存在难以克服的缺点：第一种装置中泵浦光源模块需进行紧聚焦光束整形，故此种装置只能单次处理一个细胞，此外，其聚焦位点不易调控，泵浦激光光辐射密度较高而易造成不可逆损伤，可选光源脉宽十分有限。第二种方法，虽然可以实现高通量的细胞处理速度，但制备宿主细胞膜表面抗体修饰的纳米颗粒耗时较长，且宿主细胞与金纳米颗粒配比参数、孵化时间及最佳纳米颗粒形貌等参数的优化探究及其耗时且工作量巨大。目前现存的两种实现细胞膜可逆性损伤的方法由于存在较大的局限性，从而难以有效地、快速地实现细胞膜可逆性损伤。专利技术内容本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种快速实现细胞膜可逆性损伤的装置及方法，该装置耦合了经硅烷化处理后的特殊细胞培养池模块，克服了因宿主细胞膜表面受体对纳米颗粒的选择性及受体位点的有限性等问题，以及，对纳米颗粒形貌结构、浓度、宿主细胞株、纳米颗粒与宿主细胞孵化时间及两者偶联方式等多样参数的选择限制，大大缩减了系统装置的运行周期，延展了系统装置的通用性；本专利技术装置耦合了光声预警反馈模块，对于超(激光)剂量运行而对细胞膜可能造成非可逆损伤的行为设置红色警戒提醒；同时本专利技术装置采用非接触、无污染的激光作为泵浦源，可以实现对宿主细胞实现可控、快速、高通量、自动化的可恢复性细胞膜手术，解决了
技术介绍
描述的问题。本专利技术的技术方案包括一种快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，该装置包括激光发射装置、光声预警反馈装置及培养池装置，其特征在于：所述激光发射装置用于向所述培养池装置，以及，根据所述光声预警反馈装置下发指令对激光束能量进行后续调控；所述培养池装置包括可移动平台和设置于平台上的培养池，所述可移动平台用于控制自身进行三维空间位置移动，使所述培养池目标区域位于激光发射装置发射的泵浦光束焦斑区域；所述光声预警反馈装置用于采集并分析所述培养池的特征光声信号，根据分析结果动态调控所述激光发射装置发射激光的能量。根据所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，其中激光发射装置包括依次连接的泵浦激光光源、扩束透镜组、衰减片组、偏振片、分光镜及高倍物镜，其特征在于：所述泵浦激光光源用于发射泵浦激光，并根据光声预警反馈装置下发的指令调控泵浦激光能量的大小；所述扩束透镜组、所述衰减片组、所述偏振片、所述分光镜及所述高倍物镜分别用于对所述泵浦激光依次进行扩束、衰减、偏振、分束及聚焦操作。根据所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，其中偏振片用于将经过所述衰减片组衰减后的激光束分束为两束激光，其中一束发送至所述光声预警反馈装置，另外一束发送至所述分光镜。根据所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，其中培养池装置被配置为XYZ精密电动位移台及设置于所述XYZ精密电动位移台上的硅烷化细胞培养池，所述XYZ精密电动位移台用于通过三维位置调整，使所述激光发射装置发射的激光束的焦平面位于所述硅烷化细胞培养池的孔径平面。根据所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，其中硅烷化细胞培养池被配置为：培养皿，所述培养皿内壁设置有含硫有机硅烷单层薄膜，所述含硫有机硅烷单层薄膜表面的含氢硫基团为化学吸附金纳米颗粒的位点，所述含硫有机硅烷单层薄膜固化有介导体纳米颗粒。在一个优选的实施方案中，所述介导体纳米颗粒具体为金纳米颗粒。根据所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，其中光声预警反馈装置包括宽频光声探头、超声脉冲接发器、功率能量计及计算机装置，其特征在于：所述宽频光声探头设置于所述培养池正上方，用于采集所述培养池产生的光声信号，经所述超声脉冲接发器滤波得到滤波信号，并发送至所述计算机装置进行信号特征峰值提取；所述功率能量计用于采集所述激光发射装置所发射激光的能量大小，并发送至计算机装置；所述计算机装置根据滤波信号与存储的预设值进行对比，根据对比结果向所述激光发射装置发送调控激光能量的指令，同时在交互界面进行显示。在一个优选的实施方案中，其中还包括报警装置，所述报警装置根据计算器装置的指令进行报警提示，所述报警装置包括但不限于声音报警装置和/或灯光报警装置。根据所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，其中计算机装置具体包括：将所述滤波信号转换为机械信号，将机械信号与存储的机械力阈值数据库进行对比，若超过阈值则进行相应的提示和报警，若低于阈值则增加激光发射装置激光能量。本专利技术的技术方案还包括一种快速实现细胞膜可逆性损伤的方法，所述方法用于执行上述任一所述装置，其特征在于：S10，采集硅烷化培养池的光声信号，将光声信号进行滤波及提取峰值处理，将滤波信号发送至计算机装置进行分析处理；S20，计算机装置根据特征提取值，与预设的细胞耐受应力数据库进行对比分析，判定激光能量是否超过培养池细胞的承受阈值；S30，若超过则降低激光能量或者进行关闭处理，若不超过则增加所述激光发射装置的激光能量。本专利技术的有益效果为：克服了因宿主细胞膜表面受体对纳米颗粒的选择性及受体位点的有限性等问题，对纳米颗粒形貌结构、浓度、宿主细胞株、纳米颗粒与宿主细胞孵化时间及两者偶联方式等多样参数选择的限制，大大缩减了系统装置的运行周期，延展了系统装置的通用性；本专利技术装置耦合了光声预警反馈模块，对于超(激光)剂量运行而对细胞膜可能造成非可逆损伤的行为设置红色警戒提醒，采用非接触、无污染的激光作为泵浦源，可以实现对宿主细胞实现可控、快速、高通量、自动化的可恢复性细胞膜微型手术。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步地说明；图1所示为根据本专利技术实施方式的装置连接框图；图2所示为根据本专利技术实施方式的总体流程图；图3所示为根据本专利技术实施方式的装置连接示意图；图4所示为根据本专利技术实施方式的硅烷化细胞培养池示意图；图5a，5b，5c，5d所示为根据本专利技术实施方式金纳米颗粒介导快速实现细胞膜可逆性损伤原理示意图；图6所示为根据本专利技术实施方式的光声预警反馈装置工作流程图。具体实施方式本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，该装置包括激光发射装置、光声预警反馈装置及培养池装置，其特征在于：/n所述激光发射装置用于向所述培养池装置发射激光束，以及根据所述光声预警反馈装置下发指令对激光束能量进行调控；/n所述培养池装置包括可移动平台和放置于平台上的培养池，所述可移动平台用于控制自身进行三维位移，使所述培养池目标区域位于所述激光发射装置发射的泵浦激光焦斑区域；所述光声预警反馈装置用于采集并分析所述激光发射装置的激光特征信号以及所述培养池的声光信号，根据分析结果动态调控所述激光发射装置发射激光的能量。/n
【技术特征摘要】
1.一种快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，该装置包括激光发射装置、光声预警反馈装置及培养池装置，其特征在于：
所述激光发射装置用于向所述培养池装置发射激光束，以及根据所述光声预警反馈装置下发指令对激光束能量进行调控；
所述培养池装置包括可移动平台和放置于平台上的培养池，所述可移动平台用于控制自身进行三维位移，使所述培养池目标区域位于所述激光发射装置发射的泵浦激光焦斑区域；所述光声预警反馈装置用于采集并分析所述激光发射装置的激光特征信号以及所述培养池的声光信号，根据分析结果动态调控所述激光发射装置发射激光的能量。
2.根据权利要求1所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，所述激光发射装置包括依次连接的泵浦激光光源、扩束透镜组、衰减片组、偏振片、分光镜及高倍物镜，其特征在于：
所述泵浦激光光源用于发射泵浦激光，并根据光声预警反馈装置下发的指令调控泵浦激光能量的大小；
所述扩束透镜组、所述衰减片组、所述偏振片、所述分光镜及所述高倍物镜分别用于对所述泵浦激光依次进行扩束、衰减、偏振、分束及聚焦操作。
3.根据权利要求2所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，所述偏振片用于将经过所述衰减片组衰减过的激光束分束为两束激光，其中一束发送至所述光声预警反馈装置，另外一束发送至所述分光镜。
4.根据权利要求1所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，所述培养池装置被配置为XYZ精密电动位移台及设置于所述XYZ精密电动位移台上的硅烷化细胞培养池，所述XYZ精密电动位移台用于通过三维平移，使所述激光发射装置发射的激光束的焦平面位于所述硅烷化细胞培养池的孔径平面。
5.根据权利要求4所述的快速实现细胞膜可逆性损伤的装置，所述硅烷化细胞培养池被配置为：培养皿，所述培养皿内壁设置有含硫有机硅烷单层薄膜，所述含硫有机硅烷单层薄膜表面的含氢硫基团为化学吸附金纳米颗粒的位点，所述含硫有机硅烷单层薄膜固化有介导体纳米颗粒。
【专利技术属性】
技术研发人员：王思琪，陈昆涛，
申请(专利权)人：遵义医科大学珠海校区，
类型：发明
国别省市：广东;44
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