论文部分内容阅读
单细胞生物物理特性（如单细胞电学特性，细胞力学特性等）是细胞固有特性，在单细胞的状态评估以及相应疾病诊断方面有着潜在研究意义。传统单细胞生物物理特性表征方法（膜片钳、原子力显微镜等）通量低，采集样本少，无法满足单细胞研究的需求。微流控技术作为一种操控微小体积流体的技术，已经被应用于作为单细胞生物物理特的高通量表征。但是目前方法不能高通量检测独立于细胞尺寸的固有单细胞电学参数（如细胞膜比电容和细胞质电导率）和力学特性参数（如细胞瞬态杨氏模量），制约单细胞研究。 本文研究了基于微流控技术的单细胞电学特性表征方法。通过连续驱动单细胞挤过压缩通道（横截面小于细胞尺寸），同时记录阻抗变化和细胞图像信息，结合等效电学模型，高通量得到细胞固有电学特性参数（细胞膜比电容和细胞质电导率）。在压缩通道结构方面，提出可变截面积压缩通道的结构，有效减少沟道堵塞。同时提出流动送样的微流控技术和毛细管进样方法，有效降低检测过程中细胞的丢失率。基于单细胞电学特性检测方法，表征了多种细胞的电学特性，并且有效区分：不同的肺癌细胞系；单个细胞膜蛋白或胞浆蛋白调控的肿瘤细胞亚型；固定和/或染色的肿瘤细胞亚型；恶性程度不同的肿瘤细胞亚型；不同类型的裸鼠肿瘤样本；不同分化程度的神经干细胞;和7）不同病人的循环肿瘤细胞。面对高通量检测单细胞固有力学特性这一需求，提出了一套基于微流控技术的单细胞力学特性检测方法。该方法同样基于压缩通道结构为核心的微流控技术，结合高速图像采集和分析技术建立的测量系统，并提出了相应的细胞等效力学模型。该方法通过连续将单细胞拉过压缩通道，同时高速记录图像，结合等效力学模型，得到细胞瞬态杨氏模量。基于该方法对两种肺癌细胞的力学特性进行检测，结果证明两种肺癌细胞基于力学特性可区分。为了解决高通量同步检测单细胞固有电学力学特性的需求，结合单细胞电学和力学分别表征的方法和模型，通过对测量过程中图像和阻抗原始数据严格同步，建立了对肿瘤细胞系的单细胞电学力学进行了同步表征方法。并基于该方法同步得到了肺癌细胞系的单细胞电学和力学特性。