【技术实现步骤摘要】
(一)本专利技术涉及的是一种基于基于跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法。可用于活体细胞特性的精确测量，属于生物光子学领域。
技术介绍
0、(二)
技术介绍
1、细胞是生命结构和功能的基本单位，深入研究细胞对于揭示生命现象的奥秘、改造生命和战胜疾病至关重要。通过对单个细胞的分析，可以发现大规模细胞群体中无法观察到的现象和机制。生物科学需要研究这些不同层次的生命系统及其相互关系，而首先要研究的就是细胞。
2、细胞不仅在不同生物中存在多样性，在同一生物体中，不同类型的细胞也有着不同的功能和特性。现代科技的发展，如单细胞测序技术、显微镜技术和细胞培养技术，使得科学家能够以更高的分辨率和精度研究细胞。单细胞分析技术可以揭示细胞内的基因表达、代谢活动和信号传导，这些信息对于理解细胞行为和功能至关重要。对细胞的研究在医学领域有着重要的应用。例如，癌症研究中，通过分析肿瘤细胞的特性，可以开发出针对性的治疗方法；再生医学中，通过研究干细胞，可以推动组织和器官的再生和修复。
3、光镊是一种利用光辐射压力来操控微粒的技术。它可以将微米乃至纳米级的细胞、病毒、蛋白质、dna等固定在势阱场中，并能够控制这些微粒的运动。光镊应用广泛，目前在生物学、化学、物理学等多个领域都有不同的应用。与实际生活中的镊子需要与物体接触不同，光镊通过对物体施加压力来进行操控。光镊是一种无接触且无损伤的方法，通过光阱捕获微粒，从而实现对其的精确操控。
4、近年来，由点光镊扩展到线光镊最便宜的方法是在系统光路中放置一个柱面透镜对激光
5、线形光镊在细胞生物学研究中具有巨大潜力。它可以精确操控单个细胞或亚细胞结构，如细胞器和蛋白质，帮助科学家深入研究细胞的结构和功能。通过操纵细胞内分子的位置和运动，科学家们能够更好地理解细胞信号传导、细胞分裂、细胞迁移等基本生物学过程。此外，线形光镊还可以用于研究细胞与外界环境的相互作用，细胞之间的相互作用和细胞与基质之间的相互作用，这有利于揭示生物体内繁杂的细胞信号网络和调控机制。
6、随着激光技术，光镊技术、微弱信号探测技术和计算机科学技术的飞速发展，线激光光镊能够形成稳定地光阱，捕捉不同尺寸的微小颗粒。四象限探测器可以精确测量光信号的变化，通过分析这些变化，能够获取被捕获粒子的动态信息，如位置、速度和形变，这种高灵敏的检测方法使得对微小样品的研究更加深入和精确。通过单片机控制。可以实现对捕获设备的精确操作和自动化检测。这种控制方式不仅提高了设备的操作效率，还能够实现复杂的检测任务，如周期性的力学特性测试，进一步拓展了线形光镊的应用范围。
7、本专利技术提供的是一种基于跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法。其特征是：该系统主要由激光器经过柱透镜形成的线激光稳定捕获细胞，线形光镊拉伸与跨频域调制激光的方波激励信号共同作用于细胞，四象限探测器接收到探测激光对细胞蠕变与回复的细胞应变信息。通过调节调制脉冲激光的方波激励，得到细胞局部的蠕变与回复响应。再通过曲线拟合，得到细胞局部的多流变性与粘弹性信息。具有造价低，操作快捷，测量方便等优点，在生命医学，生物学，光学，细胞学等学科具有广泛的前景市场。
技术实现思路
0、(三)
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于本专利技术提供的是一种基于跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法。该系统主要由激光器经过柱透镜形成的线激光稳定捕获细胞，四象限探测器接收细胞散射光信号。线形光镊拉伸与跨频域调制激光的方波激励信号共同作用于细胞，四象限探测器接收到探测激光对细胞蠕变与回复的细胞应变信息。通过调节调制脉冲激光的方波激励，得到细胞局部的蠕变与回复响应。再通过曲线拟合，得到细胞局部的多流变性与粘弹性信息。
2、本专利技术的目的是这样实现的：
3、它由激光光源1、17、20；柱透镜2；平凸透镜3、5、19、13；渐变衰减片21；滤光片11、14、22；合束镜18；5/5分束镜4、6、10；物镜7、9；三维电动纳米位移平台8；照明光源12；四象限探测器15、23；ccd相机16组成。所述系统中，激光光源1输出的激光光束经过柱透镜，形成线形激光经过透镜3、5扩束后形成线形光镊透过物镜7后稳定捕获在三维电动纳米位移平台8上的细胞。激光光源17、20经过合束镜18后进行两束激光合束经过透镜19、5进行扩束，同时在5/5分束镜4中与激光光源1输出的激光进行合束并在4中将一部分激光经过衰减片21和滤光片22后输入到四象限探测器23中。剩余一部分激光经过物镜9收集通过5/5分束镜10后由透镜13聚焦穿过滤光片14，被四象限探测器接收。照明光源12经过滤光片11、5/5分束镜10被物镜9聚焦到位于三维电动纳米位移平台8上的细胞样品上。细胞样品的像通过物镜7收集再由5/5分束镜6成像到ccd相机16，实现对细胞样品状态的监测。
4、在基于跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法中，细胞局部应变应力该过程可以描述为：
5、
6、式中，δl是调制脉冲激光方波激励作用在细胞上时细胞的局部位移量，具体为经由qpd四象限探测器测出四路电压的位移量进行相加减得出细胞局部位移量。其中k：
7、
8、式中，ε0是时间t0和δl处的累积应变，τσ为恢复时间：
9、τσ＝η(e1+e2)/e1e2 (3)
10、由式1,2,3可以得出细胞局部近似的蠕变函数；
11、
12、以及细胞局部近似的回复函数：
13、
14、实现本专利技术需要精确测量细胞的多流变性与粘弹性。根据四象限探测器收集到的位移图像建立细胞蠕变与回复模型，并进行曲线拟合，得到细胞多流变性与粘弹性信息。
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1.一种基于跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法，其特征是：所述方法具体为在跨频域(为1HZ至10KHZ的频率调节)下经过线形光镊捕获操控系统与1/2周期方波调制激光脉冲系统进入显微镜后同时作用在细胞上时，经由四象限探测器探测到探测过作用在细胞局部的应变位移，得到细胞局部的蠕变与回复响应，经后期数据处理后得到细胞的多流变性和粘弹性信息。
2.根据权利要求1所述的跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法。其特征是；所述系统由光学操控系统、四象限探测系统和光学成像系统三部分组成。所述系统主要由激光光源1、17、20；柱透镜2；平凸透镜3、5、19、13；渐变衰减片21；滤光片11、14、22；合束镜18；5/5分束镜4、6、10；物镜7、9；三维电动纳米位移平台8；照明光源12；四象限探测器15、23；CCD相机16组成。所述系统中，激光光源1输出的激光光束经过柱透镜，形成线形激光经过透镜3、5扩束后形成线形光镊透过物镜7后稳定捕获在三维电动纳米位移平台8上的细胞。激光光源17、20经过合束镜18后进行两束激光合束经过透镜19、5进行扩束，同时在5/5分束镜4中与激光光源1输
3.根据权利要求1所述的跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法。光学操控系统主要由激光光源1、17；柱透镜2；平凸透镜3、5、19，合束镜18；5/5分束镜4、6；物镜7；三维电动纳米位移平台组成。激光光源1输出的激光光束通过柱透镜2，平凸透镜3、5，经过5/5分束镜4、6穿过物镜7形成线形光镊捕获位于三维电动纳米位移平台8上的细胞样品，并将其拉伸。激光光源17经过合束镜18，平凸透镜19、5,并经过5/5分束镜4与激光光源输出的激光光束进行合束后穿过5/5分束镜6、物镜7，对位于三维电动纳米位移平台上的细胞样品进行脉冲激励的方波调制。
4.根据权利要求1所述的跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法。四象限探测系统主要由激光光源1、17、20；柱透镜2；平凸透镜3、5、19、13；衰减片21；滤光片11、14、22；合束镜18；5/5分束镜4、6、10；物镜7、9；三维电动纳米位移平台8；四象限探测器15、23组成所述系统中，激光光源1输出的激光光束经过柱透镜，形成线形激光经过透镜3、5扩束后形成线形光镊透过物镜物镜7后稳定捕获在三维电动纳米位移平台8上的细胞。激光光源17、20经过合束镜18后进行两束激光合束经过透镜19、5进行扩束，同时在5/5分束镜4中与激光光源1输出的激光进行合束并在4中将一部分激光经过衰减片21和滤光片22后输入到四象限探测器23中。剩余一部分激光经过物镜9收集通过5/5分束镜10后由透镜13聚焦穿过滤光片14输入到四象限探测器15中。由两个四象限探测器分别探测调制激光和探测激光的电压响应曲线，从而得到细胞样品的激励相应曲线。
5.根据权利要求1所述的基于线跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法。光学成像系统主要由照明光源12；滤光片11；5/5分束镜6、10；物镜7、9；三维电动纳米位移平台8；CCD成像系统16组成。照明光源12经过滤光片11通过5/5分束镜10被物镜9收集到位于三维电动纳米位移平台8上的细胞样品中并通过物镜7再由5/5分束镜6进入到CCD成像系统中，得到整个待测细胞的图像。
...【技术特征摘要】
1.一种基于跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法，其特征是：所述方法具体为在跨频域(为1hz至10khz的频率调节)下经过线形光镊捕获操控系统与1/2周期方波调制激光脉冲系统进入显微镜后同时作用在细胞上时，经由四象限探测器探测到探测过作用在细胞局部的应变位移，得到细胞局部的蠕变与回复响应，经后期数据处理后得到细胞的多流变性和粘弹性信息。
2.根据权利要求1所述的跨频域方波激励的细胞多流变性测量方法。其特征是；所述系统由光学操控系统、四象限探测系统和光学成像系统三部分组成。所述系统主要由激光光源1、17、20；柱透镜2；平凸透镜3、5、19、13；渐变衰减片21；滤光片11、14、22；合束镜18；5/5分束镜4、6、10；物镜7、9；三维电动纳米位移平台8；照明光源12；四象限探测器15、23；ccd相机16组成。所述系统中，激光光源1输出的激光光束经过柱透镜，形成线形激光经过透镜3、5扩束后形成线形光镊透过物镜7后稳定捕获在三维电动纳米位移平台8上的细胞。激光光源17、20经过合束镜18后进行两束激光合束经过透镜19、5进行扩束，同时在5/5分束镜4中与激光光源1输出的激光进行合束并在4中将一部分激光经过衰减片21和滤光片22后输入到四象限探测器23中。剩余一部分激光经过物镜9收集通过5/5分束镜10后由透镜13聚焦穿过滤光片14，被四象限探测器接收。照明光源12经过滤光片11、5/5分束镜10被物镜9聚焦到位于三维电动纳米位移平台8上的细胞样品上。细胞样品的像通过物镜7收集再由5/5分束镜6成像到ccd相机16，实现对细胞样品状态的监测。根据权利要求1所述的一种基于光辐射力的液体粘滞度精密测量系统。光捕获系统主要由中心波长为λ_1连续激光器1、透镜2、透镜3、反射镜4、双色镜5、显微物镜7、载物台8、样品池9和微纳颗粒10组成。中心波长为λ_1连续激光器1输出的连续激光光束经透镜2和透镜3扩束准直，再经反射镜4和双色镜5的反射后，激光光束耦合进显微物镜7，捕获样品池9中的悬浮微纳颗粒10。在光捕获微纳颗粒的过程中会形成一个三维光学势阱，微纳颗粒在光辐射力的作用...
【专利技术属性】
技术研发人员：于凌尧，田家维，尹君，王世鑫，陈科，何润峰，侯浩一，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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