本发明专利技术采用空间调制的光学力显微术（ＳＭＯＦＭ）产生探针光束作为作用力探针来干扰黏附于或置于某表面上的物体，因而随后可定量检测所述物体的变形情况，所述显微术具有单光束光学力检测能力或装有能进行多光束光学力检测并与显微镜物镜耦合的全息光肼系统。利用计算机控制的空间光调制器使图像的一系列四（４）张相移复制品成像并采用现有算法通过像素光程长计算像素来定量测定。如果所述物体是细胞，光程长的变化以及随后引发的粘弹性或弹性反应表明损伤或疾病。在另一实施方式中，可检测细胞的光学变形性，并使之与细胞骨架／结构蛋白质表达的测量值相关联。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术要求2005年10月17日提交的美国临时专利申请第60/726,620号 的优先权，该份申请的内容全文引用在此作为参考。
技术介绍
疾病的特征常在于其独特的分子和/或遗传指纹。然而，对于包括癌症在 内的许多疾病，这取得的成功有限；部分是因为细胞中的分子途径变成致病性 可能有许多方式，很多还未知。在美国，虽然致力于癌症的研究活动己有数十年，但其依然是头号杀手。 然而，细胞除了是生物化学和遗传学实体外，它也是具有诸如弹性等物理特性 的机械实体。包括癌症在内的影响细胞的细胞骨架蛋白质网络(即，细胞的结 构完整性)的疾病应该自然地产生其机械特性(例如，弹性)发生变化的细胞。该 研究领域仍处于初级阶段，但近年来的研究已能根据利用光学器件实验测得有 效细胞弹性从而成功区分癌细胞和正常细胞(参见参考文献Guck等)。如Guck, J等人在"光学变形性作为检测恶性转化和转移能力的固有细 胞特征"(Optical Defo腿bility as an Inherent Cell Marker for Testing Malignant Transformation and Metastatic Competence, Biophysical Journal 88:3689-98， 2005)—文中所述，将作用力施加于细胞的现有方法显示癌细胞 的变形性增加。已知携带动量的光子能对其折射率不同于介质的折射率的微观 物体的质心施加净力(例如，光学镊子)。以前进行的实验显示所产生的表面作 用力可能远高于净力，其强度足以使生物学上重要的物体(例如细胞)变形(参 见Guck, J等，"光学延伸器 一种显微操作细胞的新激光工具"(The Optical Stretcher: A Novel Laser Tool to Micromanipulate Cells), Biophysical Journal 81:767-84, (2001))。 Guck等的光学延伸器(Optical Stretcher)显示如果施加光 学力，在看起来相同的细胞中癌细胞显示的变形性明显较高。9具体地说，在光学延伸器中，两条反向传播的光束每一次捕获悬浮液中的 一个细胞并将其拉长。用显微镜固定的CCD照相机记录拉长的幅度，经拉长 的细胞的长宽比(最长轴与最短轴之比)的测量值产生出一个光学变形性参数。与扫描力显微镜(scanning force microscope)的直接机械探针不同，测得的变形 性实际上是细胞的机械特性和光学特性的结合(S卩，折射率)，因此基于对光学 特性的了解，从这些测量值推导出了弹性模型(参见Lekka, M.等，"通过扫 描力显微术研究的正常和癌性人膀胱细胞的弹性"(Elasticity of normal and cancerous human bladder cells studied by scanning force microscopy)， European Biophysics Journal 28:312-6 (1999))。因为对于临床目的和大多数科 学目的而言，变形性测量参数的统计学显著性和可靠性足够，并且不需要严格 计算弹性模型，所以这不是明显的障碍。Guck等人证明测得的变形性与侵袭力充分相关，而光学变形性测量与细 胞的长宽比(最长轴与最短轴之比)有关。然而，光学延伸器技术的实际局限性是只可检测悬浮细胞。不幸的是，细 胞处于某种非生理学状态，因为它们通常使得细胞-细胞发生接触并且具有固 体胞外支持物(即，固体组织)。因为那些不具有任何可供黏附的表面的细胞会 快速丧失其病灶黏着点(focal adhesion point)和相关的应力纤维，因此，与它们 的体内特性相比，人工悬浮条件下的细胞的弹性可能有显著变化。在测量细胞弹性的其它技术中，己成功地应用了扫描力显微术来比较处于 一个表面上的正常和癌变细胞的弹性，但该方法有两个难点1)该技术非常 慢(每天只能测量几个细胞)，因而难以想像可将其转换为临床领域，和2)难以 避免和样品发生机械接触，因此在测量一系列细胞时探针污染是实际的危险。因此，需要一种能测量处于一个表面上的多个细胞、避免破坏细胞且能使 该技术加速发展从而在商业上可行的技术。专利技术概述本专利技术的一个目的是能将光学力施加于黏附细胞，并且针对所导致的表面 扭曲还能灵敏且定量地测量多个光程链路(link)。本专利技术的空间调制光学力显微镜(SMOFM)能以干涉灵敏度(亚纳米灵敏度) 定量测定因光学施加表面作用力而导致的细胞表面扭曲。或者，可利用SMOFM 定量测定非光学施加表面作用力(即，流体动力学作用力、流体静力学作用力、 静电力、磁力、渗透力、机械力或内部作用力)导致的细胞表面扭曲。这种定 量测定是这样进行的利用计算机控制的空间光调制器对图像的一系列四(4) 张相移复制品(phase shifted replica)进行成像；并且采用现有算法通过像素光 程长来计算像素。可以确定光程长的变化以及由此引起的形状变化(假定各组 分的折射率未改变)。在本专利技术中，光的空间光调制涉及多达两种不同的方法。第一，通过在透 射(成像)中对用低相干光照射的样品图像的傅立叶变换进行空间调制，而在 检测样品中的光程长变化的过程中使用空间光调制。第二，可用独立的空间光 调制器来产生激光，所述激光用于以用户定义的强度对视场中用户定义的位置 处的物体施加光学作用力(光学施力)。该实施方式中各空间光调制器调节不同 来源的光信号(空间光调制器(SLM) SLM1:成像源，S卩，低相干二级管， 空间光调制器(SLM)SLM2:用于光学施力的激光源)。因此，对于本专利技术，利用空间调制光学力显微镜(SMOFM)可以测量任何 类型细胞的光学变形性，因而可以鉴定包括癌细胞在内的具有独特光学变形性 特征的患病细胞。除了用作诊断工具，空间光调制作用力显微镜还可用作研究 工具来了解因特定患病细胞状态而导致的光学变形性发生任何改变的原因。这 种细胞的光学变形性可以与结构蛋白质表达水平和模式相关联，例如空间调制 作用力显微镜能揭示由疾病导致的细胞粘弹性反应发生改变的分子起源。本专利技术的设备是基于光学的，因此其优点是可作为快速而无菌的测量平 台。与现有技术相反，在本专利技术中，待检测的物体或细胞可以黏附于一个表面 (即，显微镜盖玻片表面)，因而能维持它们天然存在的黏着斑和应力纤维。与现有方法相比，本检测技术(利用空间调制光学显微术)是更灵敏的形变 检测技术，其灵敏度为亚纳米水平。本专利技术的灵敏度更高有两个重要的优点 1)可以检测动态范围更大的弹性反应，和2)可以以较低的激光功率来实现可 检测的变形。对并行处理而言，第二个优点至关重要。在另一实施方式中，可以检测正常和患病细胞的光学变形性，所述变形性 与细胞骨架/结构蛋白质表达的测量值有关。例如，可通过荧光标记靶蛋白质并 收集荧光图像来测定蛋白质表达。因此，本专利技术的光学力显微术设备是使细胞中的分子和遗传模式与变形性 的机械测量值相关联的有价值工具，从而给癌性表型的表征添加一个新的考量 方面。根据变形性测量参数，本专利技术还提供了癌症筛选试验的基础。因此，上文概述了本专利技术的一些特征，从而能更好地理解下文的详述并更 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种检测多个物体的变形情况的设备，包括：提供物体的宽视场照射的低相干光源；和对各物体的相移形式进行成像的空间调制光学力显微术装置；其中所述空间调制光学力显微术装置检测各物体的光程长差异；和其中所述光程长差异表明这些物体的变形情况。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：O阿卡基，
申请(专利权)人：阿而利克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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