细胞调控方法、装置及细胞力学性能的测量方法制造方法及图纸

一种细胞调控方法、装置及细胞力学性能的测量方法，该细胞调控方法包括：将细胞溶液输入至底部带有纤连蛋白的微流道中。对微流道施加沿第一方向的第一超声表面驻波信号和沿第二方向的第二超声表面驻波信号，以捕获细胞溶液中的细胞以及使被捕获的细胞贴壁；向微流道中注入微球溶液；对微流道施加第三超声表面驻波信号和第四超声表面驻波信号，以在捕获微球；在第二压力节点相对于第一压力节点在第一方向有偏移的情况下，改变第三超声表面驻波信号，使得被捕获的微球朝着对应的贴壁细胞运动；在第二压力节点相对于第一压力节点在第二方向有偏移的情况下，改变第四超声表面驻波信号，使得被捕获的微球沿着朝着对应的贴壁细胞运动。运动。运动。

【技术实现步骤摘要】
细胞调控方法、装置及细胞力学性能的测量方法


[0001]本专利技术涉及细胞调控领域，特别涉及细胞调控方法、装置及细胞力学性能的测量方法。

技术介绍

[0002]细胞能够产生和感知机械力，并与生化信号共同作用调节细胞粘附、细胞迁移、干细胞分化和器官发育等生命活动。在研究细胞机械传感和响应过程中离不开各种力学工具：通过拉伸细胞附着的基质可以诱导细胞扩散和生长，使用光学拉伸可以测量不同细胞的粘弹性。然而，在现实的生态环境中，细胞并不总是受到全局作用力，动态的各向异性微环境很可能以局部力的方式作用于细胞。因此，在2013年首次提出了一种基于超声和靶向微泡的、可对细胞局部施加力学刺激的新方法，称为超声镊细胞调控技术(Acoustic tweezing cytometry，ATC)。超声镊细胞调控技术(ATC)是一种能够对细胞施加具有亚细胞分辨率的可控机械力的高效工具。
[0003]ATC的核心是通过使用较低声压的超声脉冲来驱动靶向附着在细胞膜上的RGD涂层微泡，超声作用于微泡上产生的辐射力通过RGD
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整合素
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肌动蛋白细胞骨架传递到细胞内部，从而引起细胞骨架的快速收缩。目前ATC已经在细胞力学特性检测、干细胞命运调控等生物学领域展示了其独特的应用潜力。
[0004]ATC中主要的是超声换能器与微泡。其中使用的超声换能器可以轻松地与光学显微镜集成，并与生物实验的工作流程兼容。超声换能器通常与培养皿底部的细胞相距一定距离，以便使用远场声场来驱动微泡。与声压随空间急剧变化的近场相比，远场声场中的声压比较稳定。这样就可以假设与超声探头对齐的声场作用区域内，声压是恒定的。超声换能器通常与垂直方向倾斜45
°
，以最大限度地减少反射声场的干扰，同时能与显微镜的光路兼容。微泡(半径为1
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3μm)是用脂质、聚合物或蛋白质包裹的气泡，是一种常用的体内超声造影剂。使用配体修饰泡壳，微泡可以连接细胞膜上的特定受体。通过刺激附着在细胞膜上的靶向微泡，ATC将声能集中并放大到细胞膜上。微泡的内部气体与周围液体之间的声阻抗不匹配，使得微泡具有强大的声波散射能力。微泡在受到超声作用时，由于空化效应其体积会发生震荡；同时，声场的非线性效应会对微泡产生初级声辐射力，微泡会在声传播方向上平移。为了有效移动微泡，同时抑制微泡的振荡，ATC施加的超声信号为频率接近微泡自身的共振频率，且声压较低的脉冲串信号。在声压为0.05MPa的1MHz超声场中，半径为2.3μm的微泡受到的初级声辐射力约为17nN。声场作用力可以通过微泡
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受体
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细胞骨架的结构传递到细胞内部，这种机械力通过机械信号与生化信号之间的耦合转化为各种生物效应。
[0005]但是，微泡本身的可靠性和稳定性较差；微泡尺寸大小随机，从0.7μm到10μm不等，且微泡本身稳定性极易受周围环境的影响，如温度，压强等，使之破裂。因此，相关的超声镊细胞调控方法存在较多缺陷，通过倒置细胞培养皿，使微泡依靠自身浮力随机靶向实现与细胞的连接，连接位置不可控制。并且，在调控过程中，微泡受超声作用被激发，空化核会急剧膨胀和收缩，甚至爆裂，核内局部温度和压力急剧升高，会产生强大冲击波、内切力、高速
的微射束流及自由基等二次效应，不仅可使微血管破裂，血管内皮细胞收缩，细胞间隙增宽，微血管壁的通透性增大，还会使细胞膜完整性遭到破坏。因此原有超声镊细胞调控方法中，为了降低微泡空化时对细胞的破坏，声场声压受到极大的限制。此外，超声探头以45
°
倾斜浸没于细胞培养液中，其产生的声场，在细胞培养皿内的传播比较复杂，经过各种折射和反射，声场难以用数值表述，无法准确计算微泡受到的辐射力；超声探头以45
°
倾斜浸没于细胞培养液中，极易造成培养皿染菌，无法进行长期细胞培养，细胞于培养皿中生长极度随机，且观察采用40倍镜进行观察，单次实验只能作用且观察单个细胞或者单个细胞集落，实验通量较低。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种细胞调控方法、装置及细胞力学性能的测量方法，以期部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
[0007]为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种细胞调控方法，包括：
[0008]将细胞溶液输入至底部带有纤连蛋白的微流道中，使所述微流道中充满细胞溶液。
[0009]对所述微流道施加沿第一方向的第一超声表面驻波信号和沿第二方向的第二超声表面驻波信号，以在所述第一超声表面驻波信号和所述第二超声表面驻波信号的第一压力节点处捕获所述细胞溶液中的细胞以及使所述被捕获的细胞贴壁，得到贴壁细胞，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；
[0010]向所述微流道中注入微球溶液使所述微球溶液中的微球均匀分布在所述微流道中；
[0011]对所述微流道施加第三超声表面驻波信号和第四超声表面驻波信号，以在所述第三超声表面驻波信号和所述第四表面驻波信号的第二压力节点处捕获所述微球，其中所述第二压力节点相对于所述第一节点在所述第一方向或者所述第二方向有偏移；
[0012]在所述第二压力节点相对于所述第一压力节点在所述第一方向有偏移的情况下：改变所述第三超声表面驻波信号，使得被捕获的微球朝着对应的贴壁细胞运动，直至贴服所述贴壁细胞；
[0013]在所述第二压力节点相对于所述第一压力节点在所述第二方向有偏移的情况下：改变所述第四超声表面驻波信号，使得被捕获的微球沿着朝着对应的贴壁细胞运动，直至贴服所述贴壁细胞。
[0014]根据本专利技术的实施例，所述微球表面修饰有RGD多肽。
[0015]根据本专利技术的实施例，改变所述第三超声表面驻波信号，使得被捕获的微球朝着对应的贴壁细胞运动，直至贴服所述贴壁细胞，包括：
[0016]改变所述第三超声表面驻波信号，使得被捕获的微球朝着对应的贴壁细胞运动直至所述微球表面的RGD多肽与对应的贴壁的细胞的细胞膜表面的整合素相连；
[0017]改变所述第四超声表面驻波信号，使得被捕获的微球沿着朝着对应的贴壁细胞运动，直至贴服所述贴壁细胞，包括：
[0018]改变所述第四超声表面驻波信号，使得被捕获的微球朝着对应的贴壁细胞运动直至所述微球表面的RGD多肽与对应的贴壁的细胞的细胞膜表面的整合素相连。
[0019]根据本专利技术的实施例，所述第三超声表面驻波信号由传播方向相反的两个第一超声表面波信号产生。
[0020]所述改变所述第三超声表面驻波信号包括：
[0021]改变传播方向相反的两个第一超声表面波信号之间的相位差。
[0022]所述第四超声表面驻波信号由传播方向相反的两个第二超声表面波信号产生；
[0023]所述改变所述第四超声表面驻波信号包括：
[0024]改变传播方向相反的两个第二超声表面波信号之间的相位差。
[0025]根据本专利技术的实施例，所述细胞溶液中的细胞浓度为2.6
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细胞调控方法，包括：将细胞溶液输入至底部带有纤连蛋白的微流道中，使所述微流道中充满细胞溶液；对所述微流道施加沿第一方向的第一超声表面驻波信号和沿第二方向的第二超声表面驻波信号，以在所述第一超声表面驻波信号和所述第二超声表面驻波信号的第一压力节点处捕获所述细胞溶液中的细胞以及使所述被捕获的细胞贴壁，得到贴壁细胞，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；向所述微流道中注入微球溶液使所述微球溶液中的微球均匀分布在所述微流道中；对所述微流道施加第三超声表面驻波信号和第四超声表面驻波信号，以在所述第三超声表面驻波信号和所述第四表面驻波信号的第二压力节点处捕获所述微球，其中所述第二压力节点相对于所述第一节点在所述第一方向或者所述第二方向有偏移；在所述第二压力节点相对于所述第一压力节点在所述第一方向有偏移的情况下，改变所述第三超声表面驻波信号，使得被捕获的微球朝着对应的贴壁细胞运动，直至贴服所述贴壁细胞；在所述第二压力节点相对于所述第一压力节点在所述第二方向有偏移的情况下，改变所述第四超声表面驻波信号，使得被捕获的微球沿着朝着对应的贴壁细胞运动，直至贴服所述贴壁细胞。2.根据权利要求1所述的细胞调控方法，其中，所述微球表面修饰有RGD多肽。3.根据权利要求2所述的细胞调控方法，其中，改变所述第三超声表面驻波信号，使得被捕获的微球朝着对应的贴壁细胞运动，直至贴服所述贴壁细胞，包括：改变所述第三超声表面驻波信号，使得被捕获的微球朝着对应的贴壁细胞运动直至所述微球表面的RGD多肽与对应的贴壁的细胞的细胞膜表面的整合素相连；改变所述第四超声表面驻波信号，使得被捕获的微球沿着朝着对应的贴壁细胞运动，直至贴服所述贴壁细胞，包括：改变所述第四超声表面驻波信号，使得被捕获的微球朝着对应的贴壁细胞运动直至所述微球表面的RGD多肽与对应的贴壁的细胞的细胞膜表面的整合素相连。4.根据权利要求1所述的细胞调控方法，其中，所述第三超声表面驻波信号由传播方向相反的两个第一超声表面波信号产生；所述改变所述第三超声表面驻波信号包括：改变传播方向相反的两个第一超声表面波信号之间的相位差；所述第四超声表面驻波信号由传播方向相反的两个第二超声表面波信号产生；所述改变所述第四超声表面驻波信号包括：改变传播方向相反的两个第二超声表面波信号之间的相位差。5.根据权利要求1所述的细胞调控方法，其中，所述细胞溶液中的细胞浓度为2.6
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2.8
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106个/mL。6.根据权利要求1所述的细胞调控方法，其中，在将所述细胞溶液输入至所述微流道之前，所述声镊细胞调控方法还包括：将纤连蛋白溶液注入所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡意，范真真，王裕琳，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：