[发明专利]一种单细胞与工程界面摩擦的直观表征装置及方法

说明书

本发明提供了表面分析装置和表面分析方法。该表面分析装置包括原子力显微镜，具有探头和基座，探头设置在基座的一侧，基座上具有载物台和压电陶瓷，探头包括：探针，在竖直方向上的正投影位于载物台的范围内，用于固定待测物体并提供力学信号；激光发射器，用于发射激光照射到探针的第一表面上；激光接收器，用于接收照射到第一表面上的反射光；压电陶瓷用于使待测物体发生形变，改变激光接收器上接收到的反射光的强度变化。倒置荧光显微镜，具有荧光光源和荧光接收模块，荧光光源将荧光射入探针的第二表面，激发待测物体的荧光信号，使荧光信号反射到荧光接收模块上，进而可实现单细胞与工程界面间的高分辨率的直观摩擦表征和细胞摩擦响应。

技术领域

本发明涉及表面分析技术领域，具体地，涉及表面分析装置和表面分析方法，更具体地，涉及单细胞与工程界面摩擦的直观表征装置及方法。

背景技术

在相关技术中，生物体与工程界面的摩擦对于优化体内和体外生物微流体装置的界面具有重要意义。生物细胞与工程界面的摩擦会导致细胞形变，刺激细胞内部的机械传感，进而发生粘附、破裂等现象，最后引起微通道堵塞和体内置入装置的涂层的破坏等状况。

目前常用的细胞摩擦研究装置(也即细胞的表面分析装置)包括原子力显微镜、表面力仪和石英晶体微天平等。原子力显微镜利用原子间的范德华力作用来呈现样品的表面特性，扫描过程中微悬臂的方向可与快速扫描的方向垂直，其针尖检测到垂直方向的作用力，样品之间的摩擦力使微悬臂横向扭转，进而反馈到原子力显微镜系统。因此，原子力显微镜可表征单细胞的摩擦特性，具有较高的力灵敏度，但仅通过原子力显微镜无法实现高时间分辨率的观测。而荧光显微成像(例如倒置荧光显微镜)通过合适的荧光标记策略，可表征单细胞在运动过程中的动态行为，探究其生物功能的分子机制，但其无法操控细胞并实现摩擦力的感测。

因而，现有的表面分析装置的相关技术仍有待改进。

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可以实现单细胞与工程界面间的高分辨率的直观摩擦表征和细胞摩擦响应、使用原子力显微镜实现微观下单细胞的摩擦力的操控、检测、通过荧光倒置显微镜观测在不同摩擦力、时间的作用下单细胞的形貌及荧光标记的蛋白的变化、从而研究单细胞在工程界面下的摩擦感知、生理反馈、进而满足微观条件下生物摩擦学的研究需求的表面分析装置。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种表面分析装置。根据本发明的实施例，该表面分析装置包括：原子力显微镜，所述原子力显微镜具有探头和基座，所述探头设置在所述基座的一侧，所述基座上具有载物台和压电陶瓷，所述探头包括：探针，所述探针在竖直方向上的正投影位于所述载物台的范围内，所述探针用于固定待测物体并提供力学信号；激光发射器，所述激光发射器设置在所述探针的一侧，所述激光发射器用于发射激光照射到所述探针的第一表面上；激光接收器，所述激光接收器设置在所述探针的另一侧，所述激光接收器用于接收照射到所述第一表面上的所述激光的反射光；所述压电陶瓷可通过自身的移动来控制所述载物台的移动，用于使所述待测物体在所述探针上的接触面发生形变，以改变所述激光接收器上接收到的所述反射光的强度变化；倒置荧光显微镜，所述倒置荧光显微镜具有荧光光源和荧光接收模块，所述倒置荧光显微镜位于所述原子力显微镜的正下方，所述荧光光源设置在所述探针的一侧，所述荧光光源从所述载物台处自下向上将荧光射入所述探针的第二表面，以激发所述待测物体的荧光信号，并使所述荧光信号垂直反射到所述荧光接收模块上。该表面分析装置可以实现单细胞与工程界面间的高分辨率的直观摩擦表征和细胞摩擦响应，即使用原子力显微镜实现微观下单细胞的摩擦力的操控和检测，通过荧光倒置显微镜观测在不同摩擦力和时间的作用下单细胞的形貌及荧光标记的蛋白的变化，从而研究单细胞在工程界面下的摩擦感知和生理反馈，进而满足微观条件下生物摩擦学的研究需求。

根据本发明的实施例，所述表面分析装置还包括：控制系统，所述控制系统包括控制机箱和计算机控制系统，所述控制机箱和所述计算机控制系统用于与所述探头和所述压电陶瓷之间信号的交互、所述探头内的所述激光接收器的信号的接收及信号的转换。