一种基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法，包括以下步骤：步骤1，将待测细胞样品制成细胞微液滴样品，所述细胞微液滴样品为具有反向结构的乳液，由太赫兹波段透过性好的连续相、含细胞的分散相和生物相容性好的表面活性剂组成；步骤2，提供太赫兹时域光谱装置，装置上设有容纳步骤1所述微液滴样品进行太赫兹检测的容器；步骤3，将步骤1所述微液滴样品加入步骤2所述容器中，使用太赫兹时域光谱装置获得待测细胞样品在太赫兹波段的光谱信息。本发明专利技术利用太赫兹光谱装置高灵敏度地获取了活细胞的光学参数，从而实现了对细胞生理病理信息的无损表征。理病理信息的无损表征。理病理信息的无损表征。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法


[0001]本专利技术涉及生物医学
，具体而言，涉及一种基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法。

技术介绍

[0002]细胞的折射率是直接反映细胞特性的重要参数，它与细胞内部的物质组成和分布密切相关。细胞折射率已被用于监测细胞的增殖、分化、病变等生理过程，在生物医学领域得到了广泛应用。随着先进光学技术的快速发展，折射率的测量已经可以拓展至更广的频率范围。高灵敏度的太赫兹时域光谱系统(THz
‑
TDS)已经被用于获取物质在太赫兹频段(频率范围0.3～10THz)的折射率。这一频段的电磁波具有适于一系列有利于活细胞表征的独特性质：可以灵敏的获取细胞内生物分子的水合信息，从而根据细胞的水合状态判断细胞的活性和功能；同时具有较低的光子能量，不易引起破坏生物样品的电离作用，保证了检测的生物安全性。基于THz
‑
TDS对活细胞折射率、介电常数等性质的测量，有望成为一种快速、实时、无标记和非侵入的细胞检测手段，在基础科学和临床检测中有巨大的潜在应用价值。
[0003]然而，太赫兹波对水的吸收敏感性使活细胞样品的太赫兹光谱测量面临技术上的挑战。活细胞必须生活在水环境中，而溶剂水在检测中产生了极大的背景信号，溶剂的折射率降低了检测的信噪比。如何有效降低背景吸收，提高折射率测量的信噪比是细胞太赫兹检测的主要问题。根据现有的文献研究，为提高细胞太赫兹光谱测量的信噪比，主要采取以下两种技术手段：
[0004](1)直接去除培养液：用滤纸吸取、静置干燥等手段去除贴壁培养细胞上部的多余培养液；
[0005](2)采用反射式探测模式：使用反射式THz
‑
TDS技术，只获取反射棱镜表面单层细胞的光学参数。
[0006]上述技术手段中，直接去除培养液会损伤甚至杀死细胞，而进行反射式探测需要预先在反射棱镜表面进行长时间(通常为48小时)的细胞培养以获取单层细胞，极大降低了检测效率。此外，单层细胞的不均匀性也使上述策略容易受到人为因素的干扰。因此，上述技术手段不足以完全解决细胞太赫兹光谱测量的低信噪比问题。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法，以解决现有技术中太赫兹细胞检测中由于水介质的强吸收造成的灵敏性差、信噪比低等问题。本专利技术用油包水微液滴负载活细胞，用太赫兹波段透过性好的连续相试剂取代细胞周围的水介质，以提高细胞与周围介质的光谱对比度，实现高灵敏度的细胞太赫兹光谱测量。
[0008]本专利技术的目的及其技术问题的解决，可以采用以下技术方案来实现。
[0009]本专利技术提供了一种基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1，将待测细胞样品制成细胞微液滴样品，所述细胞微液滴样品为具有反向结
构的乳液，由太赫兹波段透过性好的连续相、含细胞的分散相和生物相容性好的表面活性剂组成；
[0011]步骤2，提供太赫兹时域光谱装置，装置上设有可容纳步骤1中的微液滴样品进行太赫兹检测的容器；
[0012]步骤3，将步骤1中的微液滴样品加入步骤2中的容器中，使用太赫兹时域光谱装置获得待测细胞样品在太赫兹波段的光谱信息。
[0013]其中，步骤3中获得的太赫兹波段的光谱信息反映了包括细胞水合状态等细胞内物质的信息，可以实现对细胞数目的定量以及对细胞活性和细胞分化等生理状态的表征；步骤3中获得的太赫兹波段的光谱信息包括细胞样品的吸收系数、折射率、介电常数。
[0014]细胞微液滴是负载有细胞的微米级尺寸的水滴，它被生物相容良好的表面活性剂以反向胶束形式包裹，分散在连续相(油相)试剂中，其样品结构为反向结构的乳液。液滴外的油相试剂为非极性分子，通常在太赫兹波段具有良好的透过性；同时，液滴中只含少量的细胞外水，样品的主要信号衰减来源于细胞自身的水合水。这样，噪声信号被大大降低，细胞自身的光学性质得到最大程度的凸显；提高信噪比的同时，磷脂等表面活性剂构造的细胞微液滴可以确保细胞保持良好的生存状态，而微液滴形式的均匀乳液样品可以直接用于透射式THz
‑
TDS的快速检测，有效避免了当下技术手段中存在的常见问题，为解决细胞太赫兹光谱测量的低信噪比问题提供了新的思路。
[0015]作为本申请的优选技术方案，在步骤3中，还可以设有太赫兹超材料传感器，所述太赫兹超材料传感器由太赫兹超材料制成，所述微液滴样品与太赫兹超材料传感器构成待测总体。
[0016]太赫兹超材料为刻有亚太赫兹波长周期性结构、在太赫兹波段有滤波和谐振功能的材料，根据实际应用需求，太赫兹超材料可以放置在容纳所述微液滴样品并进行太赫兹检测的容器的内壁、中间、甚至是容器外部。
[0017]本专利技术利用太赫兹光谱装置，基于细胞微液滴，再结合太赫兹超材料，在接近生理状况下对活细胞的复折射率、介电常数等进行检测，以及超材料谐振峰的强度和峰位置变化等，并由此获得细胞的生物学信息。
[0018]将细胞微液滴技术与太赫兹超材料传感器结合，可以探测细胞折射率的微小变化，进一步提高了检测的灵敏度。
[0019]根据待测细胞样品的性质，可以选用不同类型的表面活性剂，如磷脂分子、脂肪酸甘油酯或多元醇等。
[0020]具体的，选用磷脂分子时，可选用一种或多种磷脂分子作为构成微液滴的表面活性剂。
[0021]具体的，表面活性剂可为1,2
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二油酰基
‑
sn
‑
甘油
‑3‑
磷脂酰胆碱、聚山梨酯或十二烷基苯磺酸钠等。
[0022]更具体的，如测试大肠杆菌(E.coli)、间充质干细胞、Hela细胞时，选用1,2
‑
二油酰基
‑
sn
‑
甘油
‑3‑
磷脂酰胆碱作为表面活性剂。
[0023]根据待测细胞样品的性质，用不同类型的缓冲液或培养基，配制不同类型、不同浓度、不同处理的细胞缓冲液构成微液滴的分散相；如测试大肠杆菌时，选用TBS缓冲液作为分散相；检测间充质干细胞、Hela细胞时，选用DMEM培养基作为分散相；检测病原体类型时，
以从病人身体或环境中采得的含致病菌的液体作为分散相。
[0024]根据所用表面活性剂的类型，可以选用不同类型的有机试剂作为连续相；如选用磷脂作为表面活性剂时，优选用十六烷作为连续相。
[0025]作为本申请的优选技术方案，步骤1中的细胞为原核细胞或真核细胞。
[0026]其中，原核细胞为杆菌，优选大肠杆菌(E.coli)；真核细胞为干细胞或肿瘤细胞；干细胞优选为间充质干细胞，肿瘤细胞优选为Hela细胞。
[0027]作为本申请的优选技术方案，在步骤1中，细胞微液滴样品由为连续相、分散相和表面活性剂组成，其制备包括以下步骤：
[0028]1)将待测细胞样品制成细胞悬浮液，作为含细胞的分散相；
[0029]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将待测细胞样品制成细胞微液滴样品，所述细胞微液滴样品为具有反向结构的乳液，由太赫兹波段透过性好的连续相、含细胞的分散相和生物相容性好的表面活性剂组成；步骤2，提供太赫兹时域光谱装置，装置上设有容纳步骤1所述微液滴样品进行太赫兹检测的容器；步骤3，将步骤1中的所述微液滴样品加入步骤2中的所述容器中，使用太赫兹时域光谱装置获得待测细胞样品在太赫兹波段的光谱信息。2.根据权利要求1所述的基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法，其特征在于，在步骤3中，还设有太赫兹超材料传感器，所述太赫兹超材料传感器由太赫兹超材料制成，所述微液滴样品与所述太赫兹超材料传感器构成待测总体。3.根据权利要求1或2所述的基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法，其特征在于，步骤1中的所述表面活性剂为磷脂分子、脂肪酸甘油酯或多元醇；优选，所述表面活性剂选自1,2
‑
二油酰基
‑
sn
‑
甘油
‑3‑
磷脂酰胆碱、聚山梨酯或十二烷基苯磺酸钠中的任一种或多种；更优选，所述表面活性为1,2
‑
二油酰基
‑
sn
‑
甘油
‑3‑
磷脂酰胆碱。4.根据权利要求1
‑
3中任一所述的基于太赫兹技术检测活细胞样品的方法，其特征在于，所述连续相是对表面活性剂溶解性好的非极性有机试剂，优选为十六烷。5.根据权利要求2所述的基于太赫兹技术检测活细胞样品的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕军鸿，张广旭，王亚迪，傅煜冰，
申请(专利权)人：济南微生态生物医学省实验室，
类型：发明
国别省市：