[发明专利]基于多功能探针的单细胞/单分子成像光/电综合测试仪

说明书

技术领域

本发明涉及细胞的成像和分析领域，特别涉及一种基于原子力显微镜的单细胞/单分子实时成像与光/电分析同步综合测试仪及其制作方法。

背景技术

扫描隧道显微镜（STM）最早被发明并用于导体或半导体表面形貌和电学性质的研究。其原理是将尖锐的纳米金属探针针尖紧靠导体或半导体样品的表面，并在二者之间施加一电位差，通过检测隧道电流实现成像。

随后发明的原子力显微镜（AFM）使得非导体材料原子尺度成像成为可能，它通过检测待测样品表面与一个微型力敏感元件（探针）之间极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。目前，通过进一步改进，AFM除可用于不同材料表面形貌表征之外，也被广泛应用于材料电学、磁学、分子间作用力等多方面性质的研究，例如：采用导电探针可同时获得表面形貌和表面电学性质图谱；采用磁性探针可同时获得表面形貌和表面磁学性质图谱；采用修饰过的探针，可用于分子间相互作用力的研究；通过使用液态样品池，可实现液体中材料表面成像；采用电化学样品池，可在进行电化学反应的同时，实时监测材料表面形貌的变化；通过与拉曼光谱联用，可同时获得表面形貌和材料表面的拉曼光谱图。

AFM也被广泛的应用于生命科学的研究中。它可以直接用于细胞表面形貌观察，从而研究细胞的黏附、运动等过程；可以直接用于观测细胞膜上蛋白质通道在不同条件下的开关状态；通过探针表面修饰，可以研究受体-配体或抗原-抗体之间的相互作用；通过与倒置荧光显微镜联用，可同时获取细胞表面形貌、细胞光学显微图片和细胞荧光染色图片。虽然AFM为生命科学的研究提供了诸多便利，但是它还存在以下不足：（1）无法测定细胞释放或溶液环境中存在的小分子；（2）无法测定单个细胞内部代谢过程中生化指标的变化；（3）无法实现细胞内亚细胞及分子水平的定位研究；（4）无法在获取细胞表面形貌后，在纳米尺度定位定量检测细胞内亚细胞及分子水平的光/电信号。

现有的基于纳米光纤探针的单细胞检测仪，虽然具有高灵敏度，可以实现单细胞级别的检测，相比于传统的需要粉碎数以百万计的细胞的检测手段，需要的细胞样品量大大减少，提高了亚细胞水平的生物分子学的研究水平与早期疾病检测的成功率。但是其不足之处在于：（1）微操作系统定位不够精确，尚在微米级；（2）无法实现细胞表面成像；（3）无法建立细胞释放生化分子与细胞膜表面性质/通道位置之间的相关性；（4）检测与定位仅在亚细胞水平。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能同时实现原子力显微成像与光/电分析的多功能纳米探针；以及制造一种基于原子力显微镜的单细胞/单生物分子实时成像与光/电分析同步综合测试仪。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的多功能纳米探针，包括光纤层和依次包裹于光纤层外壁的纳米电极层、绝缘层；所述光纤层为由多模光纤拉制、弯曲成的纳米探针。

进一步，所述纳米探针尖端为通过激光加热的方法弯曲形成AFM探针；在所述AFM探针的背面溅射上10-30纳米厚的金涂层作为激光反射层。

进一步，所述纳米探针通过将直径为400微米的多模光纤拉制成尖端为2-10纳米的探针。

进一步，所述纳米电极层为在纳米探针的侧壁溅射上1-3纳米厚的金涂层。

进一步，所述激光反射层为在AFM探针的背面溅射上10-30纳米厚的金涂层。

进一步，所述绝缘层为在尖端裸露的纳米电极层的外壁通过2-烯丙基苯酚和苯酚的共聚反应形成的绝缘层。

进一步，还包括与所述多功能纳米探针相配合的样品池，所述样品池包括由聚二甲基硅氧烷制备的柱状透明容器壁和与透明容器壁配合的玻璃底；所述玻璃底上溅射上对电极和参比电极；所述对电极材料为金属铂，呈不封闭环状沿容器壁内侧排布，且一端延伸至透明容器壁外侧；所述参比电极材料为金属银，呈长方形一端位于容器壁内侧，一端延伸至透明容器壁外侧，且与对电极不能重合。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的单细胞/单分子实时成像与光/电分析同步综合测试仪，包括数据采集与分析单元、光源单元、电学检测单元、细胞样品定位系统、光子探测单元、样品池、多功能纳米探针和原子力显微镜系统；

所述数据采集与分析单元，用于接收并分析电学检测单元和光子探测单元的数据信号；

所述光源单元，用于生成波长和强度均可调的激励光信号，并通过光纤层发射至待测样品；