【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的一种基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法，可用于检测细胞粘弹性，实现非标记的细胞快速筛选方法，属于生物光子学领域。
技术介绍
1、现代医学研究的基础是细胞，细胞是生命结构与功能的基本单位，如何在保持细胞生理特性的情况下研究细胞是揭示生命奥妙，攻克疾病的关键。通过对活细胞的研究，可以观测到某些特有的现象，也有助于从细胞层面看待疾病，这就对细胞活性提出了要求。研究细胞特性时往往需要细胞尽可能维持原本面貌，无外源物存在，同时还能快速识别细胞特性，获取细胞表面信息对其进行分析。因此，研究和发展一种对细胞进行快速检测和筛选同时又不损害细胞的方法具有深远的意义。
2、如何在保持细胞活性的条件下来研究细胞的各种生理特性是当下的一个热门课题。当前来看，微流控技术未来会是即时检验的主流技术。体外诊断基本主要是基于体液(血液，尿液，唾液)的，对于这些体液的操控。传统的人工检测方法不仅速度慢，而且准确性差。因此，高速的自动化检测方法是批量细胞筛选和检测的大趋势。
3、常用的细胞分选方法主要有两大类：一类是基于细胞物理性质的密度梯度离心法；另一类是基于免疫识别特性的方法，包括荧光激活细胞分选方法和磁性激活细胞分选法。密度梯度离心法是基于不同的细胞群之间存在沉降系数差异的原理建立起来的，在一定的离心力的作用下，不同种类的细胞会以各自不同的速度沉降，在密度梯度不同的区域上会形成区带。这种方法简单易行，但此种方法分离所得到的细胞纯度较低，且细胞表面的标志不明确，特异性较差。目前对细胞筛选的主流是流式细胞仪通过荧光
4、本专利技术根据其力学特性进行分选细胞，此方法具有高灵敏度、高纯度、易操作、对目的细胞刺激较小等特性，具有潜在的应用前景.以传统的磁性细胞筛选方法为基础，通过利用细胞固有的粘弹性来充当生物标志物，可以做到在对细胞内环境无影响，不损伤细胞的前提下实现快速准确的检测与筛选细胞。
5、本专利技术涉及的一种基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法。此专利技术将光操控技术，细胞粘弹性探测技术和细胞筛选技术相结合，本专利技术展示了一种无标记、非接触、基于线激光操控的快速筛选细胞的系统与方法。线激光更容易从溶液周围捕获细胞，被捕获的细胞在线激光操控下受到的光辐射应力分布更均匀，更容易发生变形，因此，单束线激光操控细胞用于检测细胞的粘弹性，简化了实验设施，降低了成本。通过开展本项目的研究工作，我们将能够有效避免外源标记对细胞的影响，可以在无需引入其他物质的情况下，快速准确地识别正常细胞与病变细胞，并进行快速检测与筛选。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、一种基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法。包括线激光光镊操控模块、细胞筛选微流芯片模块和细胞力学特性检测三大模块组成。所述系统中由近红外连续激光器1，柱面透镜2，扩束镜3，双色镜4，反射镜5，显微物镜6，流式细胞微流控芯片7，532nm激光器8，扩束镜9，反射镜10，滤光片11，扩束镜12，四象限探测器13，正电极15、16，负电极14、17，电源18包含数据采集卡的计算机19组成。所述系统中，一台近红外连续激光器1输出的激光光束经过柱面透镜2整形为线激光，通过扩束镜4将线激光扩束，通过双色镜4和反射镜5将线激光光束耦合后通过显微物镜6，在流式细胞微流控芯片7探测区捕获细胞，通过旋转柱面透镜2使被捕获的细胞发生了整体周期性形变。可见光波段连续激光器8发出的另一束激光经扩束镜9扩束，经过反射镜10和双色镜4后，经过反射镜5耦合后进显微物镜6作为探测光投射在被捕获的细胞上。在线激光作用下引起细胞发生形变，导致探测光经细胞后的前向散射光的发生位移，前向散射光透过滤光片11消除背景噪音后，经过扩束镜12会聚于四象限探测器13，检测前向散射光的位移量，获得细胞的形变量，进而获得被捕获细胞的力学特性。具有不同力学特性的细胞依次通过流式细胞微流控芯片7的微流通道出口附近的正负电极14，15使细胞带上电荷，然后通过反向电压的电极16，17使具有不同力学特性的细胞进入不同微流通道，从而在无需引入外源标记物的前提下，根据细胞的力学特性实现细胞的无标记检测和筛选。
4、细胞微流芯片中稳定的小液滴是由流动室上的压电晶体在几十khz的电信号作用下发生振动而迫使液流均匀断裂而形成的。一般液滴间距约数百μm。实验经验公式：
5、f＝v/4.5d (1)
6、f是水滴的振荡信号频率。其中v是液流速度，d为喷孔直径。由此可知使用不同孔径的喷孔及改变液流速度，可能会改变分选效果。使分选的含细胞液滴在静电场中的偏转是由充电电路和电极共同完成的。充电电压一般选+150v，或-150v；偏转板间的电位差为数千伏。充电电路中的充电脉冲发生器是由逻辑电路控制的，因此从参数测定经逻辑选择再到脉冲充电需要一段延迟时间，一般为数十毫秒，精确测定延迟时间是决定分选质量的关键。
7、近红外操控激光光源1在某一调制频率f下，其光强被声光调制器调制为正弦函数的表达式为
8、
9、式中角频率ω＝2πf，i0为光强振幅，为光强被调制后的初始相位，t为时间。
10、由麦克斯韦应力张量可知，光辐射应力与光强成正比，因此，细胞局部受到的光辐射应力可以写成
11、
12、式中σ0为细胞局部受到应力的幅值。
13、细胞本身的粘弹性导致细胞应变具有一定的滞后响应，因此，我们可以将细胞局部的应变写为
14、
15、式中ε0为细胞局部应变的幅值，为细胞局部应变的初始相位。
16、因此，细胞的粘弹性导致细胞应变与受到的应力之间的相位迟滞可以
17、
18、流式细胞仪研究对象为生物颗粒，如各种细胞、染色体、微生物人工合成微球等。对于活细胞无伤害对于样品流速的选择，当低流速时一般用于分辨率较高的分析，如dna分析。高流速则一般用于定性分析，如免疫分型。采集速度快，影响分型。低流速:一般用于分辨率较高的分析，如dna分析。流式细胞仪集激光技术、电子物理术、光电测量技术、电子计算机技术、细胞荧光化学术、单克隆抗体技术为一体的新兴高科技仪器。
19、本专利技术利用成本低廉的四象限本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法。其特征在于，包括线激光光镊模块、细胞筛选微流控芯片模块和细胞力学特性检测三大模块组成。所述系统中由近红外连续激光器1，柱面透镜2，扩束镜3，双色镜4，反射镜5，显微物镜6，流式细胞微流控芯片7，可见光波段连续激光器8，扩束镜9，反射镜10，滤光片11，扩束镜12，四象限探测器13，正电极15、16，负电极14、17，电源18，计算机19，所述系统中，一台近红外连续激光器1输出的激光光束经过柱面透镜2整形为线激光，通过扩束镜4将线激光扩束，通过双色镜4和反射镜5将线激光光束耦合后通过显微物镜6，在流式细胞微流控芯片7探测区捕获细胞，通过旋转柱面透镜2使被捕获的细胞发生了整体周期性形变。可见光波段连续激光器8发出的另一束激光经扩束镜9扩束，经过反射镜10和双色镜4后，经过反射镜5耦合后进显微物镜6作为探测光投射在被捕获的细胞上。在线激光作用下引起细胞发生形变，导致探测光经细胞后的前向散射光的发生位移，前向散射光透过滤光片11消除背景噪音后，经过扩束镜12会聚于四象限探测器13，检测前向散射光的位移量，获得细胞的形变量，进而获得被捕获
2.根据权利要求1中所述的基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法。线激光光镊功能模块主要有近红外连续激光器1，柱面透镜2，扩束镜3，双色镜4，反射镜5，显微物镜6，流式细胞微流控芯片7组成。所述系统中，一台近红外连续激光器1输出的激光光束经过柱面透镜2调制整形成线激光后经过扩束镜3扩束，扩束整形后的线激光经过双色镜4和反射镜5耦合，通过显微物镜6聚焦在流式细胞微流控芯片7的探测区域处实现稳定捕获细胞，通过快速旋转柱面透镜2将扩束整形后的线激光旋转，使捕获后的细胞整体产生形变，经四象限探测器检测前向散射光的位移量，来测量细胞形变量，进而获得被捕获细胞的力学特性。
3.根据权利要求1中所述的基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法。细胞筛选微流芯片模块主要有流式细胞微流控芯片7，正电极15、16，负电极14、17组成。所述系统中，当流式细胞显微片7流入样品活细胞后，扩束整形的线激光将会在流式细胞微流控芯片7待测区域处捕获细胞，将线激光快速旋转使得捕获的细胞整体产生形变，检测前向散射光的位移量，获得细胞的形变量，进而获得被捕获细胞的力学特性。具有不同力学特性的细胞依次通过流式细胞微流控芯片7的微流通道出口附近的正负电极14，15使细胞带上电荷，然后通过反向电压的电极16，17使具有不同力学特性的细胞进入不同微流通道，从而在无需引入外源标记物的前提下，根据细胞的力学特性实现细胞的无标记检测和筛选。
4.根据权利要求1中所述的基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法。细胞力学特性检测模块主要有显微物镜6，532nm激光器8，扩束镜9，反射镜10，滤光片11，扩束镜12，四象限探测器13，电源18包含数据采集卡的计算机19组成。所述系统中，可见光波段连续激光器8发出的另一束激光经扩束镜9扩束，经过反射镜10和双色镜4后，经过反射镜5耦合后进显微物镜6作为探测光投射在被捕获的细胞上，使光强为正弦变化的线激光光阱捕获细胞的边缘。在线激光作用下引起细胞发生形变，导致探测光经细胞后的前向散射光的发生位移，前向散射光透过滤光片11消除背景噪音后，经过扩束镜12会聚于四象限探测器13，检测前向散射光的位移量，获得细胞的形变量，进而获得被捕获细胞的力学特性。流式细胞微流控芯片7使具有不同力学特性的细胞进入不同微流通道，从而在无需引入外源标记物的前提下，根据细胞的力学特性实现细胞的无标记检测和筛选。
...【技术特征摘要】
1.一种基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法。其特征在于，包括线激光光镊模块、细胞筛选微流控芯片模块和细胞力学特性检测三大模块组成。所述系统中由近红外连续激光器1，柱面透镜2，扩束镜3，双色镜4，反射镜5，显微物镜6，流式细胞微流控芯片7，可见光波段连续激光器8，扩束镜9，反射镜10，滤光片11，扩束镜12，四象限探测器13，正电极15、16，负电极14、17，电源18，计算机19，所述系统中，一台近红外连续激光器1输出的激光光束经过柱面透镜2整形为线激光，通过扩束镜4将线激光扩束，通过双色镜4和反射镜5将线激光光束耦合后通过显微物镜6，在流式细胞微流控芯片7探测区捕获细胞，通过旋转柱面透镜2使被捕获的细胞发生了整体周期性形变。可见光波段连续激光器8发出的另一束激光经扩束镜9扩束，经过反射镜10和双色镜4后，经过反射镜5耦合后进显微物镜6作为探测光投射在被捕获的细胞上。在线激光作用下引起细胞发生形变，导致探测光经细胞后的前向散射光的发生位移，前向散射光透过滤光片11消除背景噪音后，经过扩束镜12会聚于四象限探测器13，检测前向散射光的位移量，获得细胞的形变量，进而获得被捕获细胞的力学特性。具有不同力学特性的细胞依次通过流式细胞微流控芯片7的微流通道出口附近的正负电极14，15使细胞带上电荷，然后通过反向电压的电极16，17使具有不同力学特性的细胞进入不同微流通道，从而在无需引入外源标记物的前提下，根据细胞的力学特性实现细胞的无标记检测和筛选。
2.根据权利要求1中所述的基于线激光光镊的细胞力学特性检测及筛选方法。线激光光镊功能模块主要有近红外连续激光器1，柱面透镜2，扩束镜3，双色镜4，反射镜5，显微物镜6，流式细胞微流控芯片7组成。所述系统中，一台近红外连续激光器1输出的激光光束经过柱面透镜2调制整形成线激光后经过扩束镜3扩束，扩束整形后的线激光经过双色镜4和反射镜5耦合，通过显微物镜6聚焦在流式细胞微流控芯片7...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹君，郑佳雯，于凌尧，苗琰，梁锐婧，韦耀鹏，苑立波，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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