【技术实现步骤摘要】
基于电阻抗信号的单细胞机械本征参数测量系统和方法
[0001]本专利技术属于细胞分析、测量
，特别涉及一种基于电阻抗信号的单细胞机械本征参数测量系统和方法。
技术介绍
[0002]单细胞表征提供了细胞基本结构、功能信息和病理状态，在揭示细胞异质性中起着重要作用，对生命科学研究、疾病诊断和个性化医学意义重大。一直以来，荧光标记是单细胞分析和成像的主要工具，它通过对细胞标记具有分子特异性的检测标签(如荧光染料、量子点、磁珠和稳定同位素等)来识别细胞中的组分及其状态。对细胞进行荧光标记不但需要细胞特异性的先验知识，而且标记过程的侵入式操作会改变细胞状态，使分析过程复杂化，限制后续分析。相比之下，细胞的生物物理特性(如电学特性和机械特性)同样与细胞内的分子组成有关，已被证明是诊断疾病(癌症、疟疾、糖尿病和镰状细胞性贫血等)的有效生物标记，且生物物理特性表征无需标记细胞，表征过程中细胞状态基本不变，表征后细胞仍然可以进行下一步操作和分析，如分选、培养、组学分析等，因此广受关注。
[0003]单细胞生物物理特性表征已有不少...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于电阻抗信号的单细胞机械本征参数测量系统，其特征在于，所述基于电阻抗信号的单细胞机械本征参数测量系统由微流控系统、多频阻抗测量系统和实时处理算法系统串联组成：所述微流控系统主要由微流控器件和进样驱动装置组成，负责完成驱动大量单细胞聚束列队高速通过测量区域；所述阻抗测量系统主要由直接数字频率合成(DDS)信号发生模块、锁定放大器模块和信号采集模块组成，负责测量并采集单细胞的阻抗值；所述实时处理算法系统主要由数字滤波、事件检测与有效信号提取算法组成，负责实现对阻抗信号进行滤波、单细胞事件检测与细胞有效形变区域信号提取以及实时获取待测单细胞杨氏模量等机械本征参数；所述微流控芯片结构采用收缩流道的尺寸设计，测量电极部署在收缩流道的入口与出口处，以使单细胞挤压通过；当细胞挤压通过收缩流道时，测量的阻抗幅度将与细胞的挤压伸长长度L
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成正比；因此，细胞进入收缩流道的形变过程能够通过阻抗信号来描述。2.根据权利要求1所述基于电阻抗信号的单细胞机械本征参数测量系统，其特征在于，所述微流控芯片结构，考虑到制造和光学观察的便利性，微流控器件芯片设计为两层。3.根据权利要求1所述基于电阻抗信号的单细胞机械本征参数测量系统，其特征在于，所述阻抗测量系统测量并采集单细胞的阻抗值是利用流道结构和电极位置的空间耦合，以及电阻抗测量电信号的高时间分辨率特性，得到单细胞的时空形态信息，通过拟合单细胞力学模型实现对单细胞的高通量实时本征机械参数测量。4.根据权利要求1所述基于电阻抗信号的单细胞机械本征参数测量系统，其特征在于，所述收缩流道的尺寸设计为10μm宽和20μm长以使单细胞挤压通过，测量电极设计为30μm长，20μm宽和20μm间距。5.一种基于电阻抗信号的单细胞机械本征参数测量系统的测量方法，其特征在于，该方法是一种结合微流控技术和阻抗检测技术的高通量实时机械参数测量方法；利用阻抗流式芯片设计中测量电极与收缩流道结构的空间耦合，使得测量的阻抗信号中包含空间信息，从而得到细胞通过收缩流道的挤压变形动态信息，并利用电阻抗测量信号的高时间分辨率特性来实现对单细胞的高通量单细胞机械本征参数测量，降低测量系统的复杂程度；具体包括如下步骤：1)流道修饰，为了减少细胞与流道表面、侧壁粘附，在进样之前，将微流道用1wt％的Pluronic F
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127表面活性剂预处理15分钟；2)细胞进给，使用注射泵驱动细胞液，将细胞液样品以1μL/min的流速通入微流道中；3)细胞收缩挤压，单细胞在流道中列队挤压通过收缩流道测量区域，4)其弹性形变由阻抗测量系统采集；5)实时求解本征参数，电阻抗信号实时解算，进而由机械模型得到单细胞机械本征参数。6.根据权利要求5所述基于电阻抗信号的单细胞机械本征参数测量系统的测量方法，其特征在于，所述利用电阻抗测量信号的高时间分辨率特性来实现对单细胞的高通量单细胞机械本征参数测量，该单细胞机械本征参数测量广泛使用的单细胞幂律流变模型，单细胞的挤压伸长长度L
p
定义为细胞前沿与收缩入口的距离，当细胞挤压通过收缩流道时存在
三个阶段：I阶段，细胞刚进入收缩区，L
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快速非线性增加；Ⅱ阶段，细胞开始收缩进入收缩流道并发生弹性变形，导致细胞进入收缩流...
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