[发明专利]单细胞多参数表征微流控器件

说明书

本发明公开了一种单细胞多参数表征微流控器件，包括：微流道通过可逆的方式进行键合；多个立体电极嵌入在微流道中，用于细胞旋转；光纤拉伸器包括第一个光纤和第二光纤，以通过光照射在细胞上而引起光动量变化，使得在细胞轴向和法向上产生散射力和梯度力，并且由于相对布置的第一个光纤和第二光纤，使得在细胞轴向和法向上实现作用力平衡形成光阱，以捕获和拉伸单细胞。该器件可以通过光纤拉伸器捕获和拉伸单细胞，从而在维持细胞空间位置稳定的情况下，有效提高细胞电旋转测量的稳定性和准确性，实现单细胞精确的电参数测量。

技术领域

本发明涉及微流控器件技术领域，特别涉及一种单细胞多参数表征微流控器件。

背景技术

细胞标志物是指可供客观测定和评价的细胞的生化指标，通过对细胞标志物的测定可以获知机体当前所处的生物学过程中的进程。检查具有某种特异性的细胞标志物，对于疾病的鉴定、早期诊断及预防、治疗过程中的监控有重要作用，所以测量表征细胞标志物已经成为目前研究的一个重要热点。其中，细胞的机械特性和电学特性是细胞的固有属性，可以作为细胞标志物，对细胞的机械特性和电学特性进行同时测量具有非常重大的意义。

细胞的机械特性，尤其是弹性模量，作为细胞标记物可以反映细胞的细胞骨架特性。细胞骨架不仅提供了机械强度，而且还实现了许多重要的细胞功能。其中，由细胞骨架引起的形态学变化实际上对癌症是诊断性的。一个细胞的骨架含量和结构变化可以在细胞的整体机械性能中得到反映，故通过对单细胞进行多参数的表征可以让研究者更全面深入的探究单细胞。

但是目前只有少数实验技术能够评估细胞的机械性能。目前常用的测量细胞机械特性的技术主要有光镊和原子力显微镜，然而这些技术都有一定的应用局限性。光镊使用的汇聚光很容易灼伤细胞，且需要高成本的光学仪器和繁琐的操作。原子力显微镜技术则采用探针进行扫描测量，只能测量贴壁细胞，且同样需要昂贵的设备和复杂的操作。这两种技术都是只能测量细胞相对较小区域的弹性表面，并非真正的单细胞测量。

细胞电学特性在生物学中多用于描述细胞存活率、生长情况、识别不同的细胞类型等。电学参数与细胞的结构和化学组成密切相关，可以通过研究细胞的电学特性来探究其生理机能。定量的分析细胞电学参数能够反映了细胞的介电特性，可以作为标定细胞类型的标记物。其中，细胞电学参数主要包括细胞膜、细胞质的电导率和介电常数。目前细胞电学特性可以通过多种方法实现，包括微电阻抗谱、阻抗流式细胞仪和电旋转方法，其中电旋转方法是精确提取细胞膜和内部电学特性的唯一方法。在旋转电场作用下，细胞会发生极化并受到旋转电场产生的扭矩而发生旋转。通过测量细胞在溶液中的旋转谱对细胞电学参数进行评估，能够测量出细胞各种电学参数，如细胞单位膜电容，细胞质电导率等。但是目前的电旋转方法多采用平面电极，由于旋转的速度与电场大小有关，在平面电极中，不同的位置旋转的速度是有差异的，导致测量精度差，不能准确地表征细胞的电学参数。同时细胞会受到流体力和重力等作用导致在空间不稳定，由于介电泳力远离电极后衰减很快，故很难利用介电泳力对单细胞进行空间位置固定。

综上所述，相关技术的缺点具体为：(1)细胞旋转时空间位置的不稳定性：因细胞容易受到流体力和重力等外界作用力的影响，细胞旋转前和旋转过程中质心不稳容易发生平移。常用的细胞旋转方法都是基于平面电极，由于电旋转的速度与电场分布有关，在平面电极中，不同的位置旋转的速度是有差异的，从而影响测量的精度，不能准确的表征细胞的电学参数。(2)细胞机械性能测量方法的局限性：常用的单细胞机械性能测量手段只能对细胞进行局部的机械性能测量，无法真实反映出单细胞整体的机械特性。(3)单细胞表征单一性：多数技术只能对单细胞的某一个单项机械电学特性进行测量表征，无法进行多参数表征。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种单细胞多参数表征微流控器件，该器件可以有效提高细胞电旋转测量的稳定性和准确性，实现单细胞精确的电参数测量。