[发明专利]单细胞分析方法和系统

说明书

本发明提出单细胞分析方法和系统，该方法包括：将注有电解质溶液的纳米管置于含有待测细胞样本的电解质溶液中；将工作电极的一端插入纳米管内的电解质溶液中，将对电极的一端插入纳米管外的电解质溶液中，工作电极的另一端与对电极的另一端通过电源相连；接头电源以使工作电极和对电极之间形成离子电流通路，记录施加的电压值和电流值；细胞在电场力的作用下向纳米管的管口运动，在距离管口预定距离时会受到阻力以使单个细胞远离管口，会形成电流降信号，基于电流降信号参数，实现单细胞分析。由此，可以准确地实现单细胞分析，例如尺寸、浓度、类型等，对细胞不会造成损伤，有助于细胞组学研究，为肿瘤细胞临床诊断和治疗奠定基础，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及生物化学分析领域。具体地，本发明涉及单细胞分析方法和系统。

背景技术

细胞是生物体的基本结构和功能单位。人们为了揭示生命活动的规律，往往以细胞的研究为基础，深入探索生命过程的化学性质和规律。即使是同一类型的细胞在相同的生理条件或外部刺激下表现出细胞间的差异，包括大小、生长速度和形态，以及不同生物分子的表达水平。然而传统的检测结果大多基于细胞的整体响应，而无反映出单个细胞的异质性。因此建立单细胞的分析手段具有重要意义。

长久以来，人们建立起各种单细胞分析方法在医药、生命科学、临床诊断等领域的研究做出巨大的突破。传统的单细胞检测手段例如：流式细胞术，通常需要对细胞进行标记处理，并且对于原位活细胞检测仍面临有较大挑战。近几年其他的单细胞分析技术将流式细胞术与光谱、质谱、光学成像等技术结合，使得单细胞分析手段具有更高的通量、时空分辨率。然而，这些方法往往需要对细胞进行前处理，并且耗时较长，同时需要复杂昂贵的仪器，这也是传统的单细胞分析技术急需解决的问题。因此非常有必要发展一种简易，高效，无损伤的单细胞分析手段。

电化学方法作为一种具有高时空分辨率的方法在单细胞分析领域具有很大潜力。经典的电化学分析方法是利用超微电极检测单个细胞内的电活性物质或者神经递质。然而微电极的插入，会对细胞带来一定的损伤。近年来，微纳米孔技术得到了大力发展，基于电阻脉冲的传感技术实现了单颗粒、单细胞水平的分析检测。然而，基于这种穿孔事件的分析方法会受到检测物质尺寸与孔尺寸的限制。

因此，目前针对单细胞的分析方法仍有待研究。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题至少之一。为此，本发明提出了一种单细胞分析方法和系统，利用该方法和系统可以准确地实现单细胞分析，例如确定单细胞尺寸、浓度、鉴定单细胞类型等，并且对细胞不会造成损伤，有助于细胞组学研究，为肿瘤细胞临床诊断和治疗奠定基础，应用前景广泛。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种单细胞分析方法。根据本发明的实施例，所述方法包括：将注有电解质溶液的纳米管置于含有待测细胞样本的电解质溶液中，所述纳米管内外的电解质溶液相同；将工作电极的一端插入所述纳米管内的电解质溶液中，将对电极的一端插入所述纳米管外的电解质溶液中，所述工作电极的另一端与所述对电极的另一端通过电源相连；接头电源以使工作电极和对电极之间形成离子电流通路，记录施加的电压值和电流值；细胞在电场力的作用下向所述纳米管的管口运动，在距离所述管口预定距离时会受到阻力以使单个细胞远离管口，此时会形成电流降信号，基于所述电流降信号参数，以便实现单细胞分析。

根据本发明实施例的方法中，带负电性的细胞在电场力的作用向管口处靠近。当细胞接近到管口一定程度时，会受到明显的由管内向管外的电渗流(粘性应力)和介电泳力作用，这两种作用力会驱使靠近管口的细胞远离管口。即，细胞在管口处的动力学过程实际上是由在纳米管施加的电压与细胞在管口处所受的多种力来控制的，这种细胞靠近和离开管口是在单细胞水平上发生的。在细胞接近管口时造成离子阻塞会形成电流降信号，而细胞离开后电流信号又恢复，如此，基于电流降信号可以实现单细胞分析。由此，利用根据本发明实施例的方法可以准确地实现单细胞分析，例如确定单细胞尺寸、浓度、鉴定单细胞类型(如何种肿瘤细胞)等，并且对单细胞不会造成损伤，有助于细胞组学研究，为肿瘤细胞临床诊断和治疗奠定基础，应用前景广泛。