[发明专利]检测细胞膜电势的装置及其检测方法

说明书

本发明公开了一种检测细胞膜电势的装置及其检测方法，其中，检测细胞膜电势的装置，包括：微流控芯片模块、电压测量模块、压力控制模块，其中，微流控芯片模块包括：绝缘承载体、绝缘衬底；绝缘承载体依次包括：细胞流入通道、主压缩通道、侧压缩通道、细胞流出通道；绝缘衬底上包含有金属电极，用于实现与电压测量模块的连接；电压测量模块与微流控芯片模块连接；压力控制模块与微流控芯片模块连接；其中，检测细胞膜电势的方法包括操作流程，以及基于等效模型进行数据处理的方法。本发明提供的装置和方法避免了繁琐的捕获细胞、形成高阻封接的过程，提高了细胞膜电势测量的通量；同时不需要染色等过程，实现了细胞膜电势的直接测量。

技术领域

本发明涉及细胞膜电势检测领域，尤其涉及一种检测细胞膜电势的装置及其检测方法。

背景技术

细胞膜电势指生物细胞在膜内侧和外侧之间的电压差，范围在-3～-90mV之间，是细胞膜内外存在的离子浓度梯度(尤其是钾离子、钠离子和氯离子)、细胞膜对这些离子的选择透过性差异以及钠钾泵共同作用的结果。细胞膜电势改变与细胞生理、病理过程密切相关，例如，细胞的老化会伴随着细胞膜电势的去极化，细胞的增殖、迁移、分化过程中细胞膜电势会发生改变、细胞癌变的过程也伴随着细胞膜电势的去极化。所以，细胞膜电势的检测意义重大。

检测细胞膜电势的方法主要有基于微电极的方法和基于荧光染剂的方法。基于微电极的方法工作原理是使用显微操纵仪控制微电极刺穿细胞，形成良好封接，与位于浴液中的参比电极之间使用毫伏计测量细胞膜电势，并进行记录。该方法的优势是可以实现单细胞细胞膜电势的直接测量；缺陷是操作复杂，形成良好封接困难，耗时长。

基于荧光染剂的方法工作原理是细胞膜电势会引起蛋白质光学特性的改变，而某些荧光染剂具有光驱动的向外扩散作用，故由于细胞膜内外存在电势差，荧光染剂分子会在细胞膜内外形成不均等的分布。使用荧光显微镜采集信号，利用荧光染剂分子分布的浓度差异，再结合标准曲线，可以表征细胞膜电势。该方法的优势是响应速度快、可同时表征多个细胞的细胞膜电势、测量时细胞不受到损伤；缺陷是标准曲线的拟合可能存在偏差、荧光染剂可能对细胞膜的通透性产生影响。

发明内容

有鉴于此，针对上述方法中的不足之处，本发明提供了一种检测细胞膜电势的装置及其检测方法，规避了捕获细胞、形成高阻封接的过程，有效降低了操作难度；基于等效电学模型可计算得到细胞膜电势的数值，实现了细胞膜电势的直接测量；细胞能够连续通过检测区域，保证了检测通量。为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种检测细胞膜电势的装置，包括：微流控芯片模块、电压测量模块、压力控制模块，其中，微流控芯片模块包括：绝缘承载体、绝缘衬底；绝缘承载体依次包括：细胞流入通道、主压缩通道、侧压缩通道、细胞流出通道；绝缘衬底上包含有金属电极，用于实现与电压测量模块的连接；电压测量模块与微流控芯片模块连接；压力控制模块与微流控芯片模块连接。

根据本发明的实施例，其中，微流控芯片模块通过绝缘承载体与绝缘衬底对准键合形成。

根据本发明的实施例，其中，细胞流入通道和细胞流出通道的横截面积均大于或等于30μm×30μm；细胞流入通道用于使细胞能够快速流动，以保证检测通量；细胞流出通道用于回收检测过的细胞，以防止检测过的细胞堵塞主压缩通道出口。

根据本发明的实施例，其中，主压缩通道的横截面长度和高度均为9～11μm，用于初步压缩细胞且保证细胞膜不发生破损。

根据本发明的实施例，其中，侧压缩通道设置于主压缩通道的预设位置的两侧；电压测量模块包括：数据采集卡和屏蔽线，数据采集卡通过屏蔽线与微流控芯片模块连接；压力控制模块，包括：压力校准仪和导气软管，压力校准仪通过导气软管与微流控芯片模块连接。