[发明专利]一种基于介电泳和法珀腔的细胞浓度检测方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于介电泳和法珀腔的细胞浓度检测方法及装置，属于光学传感技术领域；检测装置包括FP腔，FP腔包括平行设置的上反射镜和下反射镜，上反射镜为透光材质；上反射镜内表面设有金属层，下反射镜内表面设有介电泳电极，介电泳电极为位于下反射镜中心的圆形金属层和其外周的负极电极；将待测细胞溶液注入腔内的空隙；在圆形电极上施加正弦电压，使细胞在强物质‑光作用区域形成团簇；将光束照射到圆形电极上产生共振，通过监测反射共振光谱的波长偏移来测量细胞浓度；本发明解决了低浓度范围的细胞溶液检测问题，实现了对低细胞浓度的精确测量。

技术领域

本发明属于光学传感技术领域，具体涉及一种基于介电泳和法珀腔的细胞浓度检测方法及装置。

背景技术

细胞是生物代谢和功能的基本单位之一，细胞浓度被认为是各种生理状态的重要指标。例如已有研究展示确定血小板浓度，对肌腱基质合成有重要意义，有助于早期干预和治疗；中枢神经系统少突胶质细胞的数量与运动神经元的正常功能密切相关；在微生物工程中，酵母细胞的浓度会影响发酵过程的产物产量。因此，高分辨率细胞浓度检测方法的发展引起了广泛的研究兴趣。早期的细胞浓度检测手段主要采取人工计数的方式，将细胞液滴加在细胞计数板的矩形框内，使用光学显微镜数出待测样品局部的细胞数量，再通过特定的计算方法估算整体样品细胞的数量以及浓度。从统计学的角度来看，样品量太小，因此其可靠性也会降低。其次，该方法不仅工作量大，检验效率低，而且过分依赖操作人员的工作经验和工作状态，容易导致测量错误。基于荧光标记的流式细胞仪是另一种较为常见的细胞浓度检测手段，但由于检测仪器（流式细胞仪）的成本极其昂贵，同时，荧光标记也会对细胞造成污染，导致细胞丧失活性，直接限制了其广泛应用。

近年利用介质折射率敏感的现象实现细胞浓度检测引起了研究者的注意。该方法是一种实现无标签、低成本和实时细胞浓度检测的可行方法。例如，通过使用局部表面等离子体共振(LSPR)吸收峰的移动来测量人体免疫球蛋白的浓度；使用光纤布拉格光栅(FBG)检测光合细菌(PSB)密度。然而，由于LSPR和FBG传感器基于倏逝波工作，它们的空间相互作用本质上受到倏逝波衰减特性的限制，因此只能检测到与传感器表面接触的样品。在体折射率传感中，光波可以完全穿透悬浮在体溶液中的目标样品，这对于超低浓度生物分析物检测特别有价值。法布里-珀罗(FP)腔作为一种可用于体折射率检测的经典光学结构，结构简单，易于集成，是细胞浓度检测的首选。虽然增加FP腔腔长可以实现更强的光-分析物相互作用，但也增加了准直的难度和所需的样品量。基于经典FP腔的细胞浓度检测器已不适用于当前应用。

介电泳是由于粒子的偶极子和电场的空间梯度的相互作用，粒子在非均匀电场中的运动。在非均匀电场中，由于介电性质不同产生粒子诱导偶极矩的大小及方向不同，从而粒子受力向电场强度高或者低的地方运动。基于介电泳效应，可以区分不同类型的粒子，实现多个粒子向特定区域的聚集。根据细胞和悬浮介质的介电特性，细胞可以被导向最大场强的区域或者最弱场强区域（这被称为正介电泳或负介电泳），为实现高分辨率的细胞浓度检测提供了解决方案。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种基于介电泳和法珀腔的细胞浓度检测方法及装置，以实现高分辨率的细胞浓度检测，解决低浓度范围的细胞溶液检测问题，使细胞浓度检测具有更低的检测极限和更大的检测范围。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于介电泳和法珀腔的细胞浓度检测装置，包括FP腔，FP腔包括平行设置的上反射镜和下反射镜，上反射镜内表面设置有金属层，下反射镜内表面设置有介电泳电极，所述介电泳电极由位于中心作为正极的圆形金属层，和位于圆形金属层外周作为负极的金属层组成；圆形金属层与作为负极的金属层相间隔；所述上反射镜为透光材质。

优选地，下反射镜的圆形金属层厚度为90-110nm，上反射镜的金属层厚度为25-30nm。

优选地，所述介电泳电极为先在下反射镜镀一金属层，再采用金属剥离法去除一条环状的金属层，以在下反射镜中心形成圆形电极，同时在圆形电极外周形成负极电极。