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CN106338500B - 细胞牵引力的测量装置、测量方法及制备方法 - Google Patents

细胞牵引力的测量装置、测量方法及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及细胞测量技术领域，公开了一种细胞牵引力的测量装置、测量方法及制备方法，所述测量装置包括：基底层(3)；纳米线层(1)，位于所述基底层(3)上，包括纳米线阵列，该阵列内的纳米线用于在受到外力作用时，能够弯曲；以及发光层(2)，包括设置于每一所述纳米线(11)的端部的发光点(21)，用于当待测细胞(4)置于所述发光层(2)上后，支撑所述待测细胞(4)的纳米线(11)弯曲，带动该纳米线(11)端部的发光点(21)移动，产生表征细胞牵引力的偏移位移。本发明细胞牵引力的测量装置根据发光层中发光点的移动情况，实时获取表征细胞牵引力的偏移位移，准确度高。

Description

细胞牵引力的测量装置、测量方法及制备方法
技术领域
本发明涉及细胞测量的技术领域，具体地，涉及一种细胞牵引力的测量装置、测量方法及制备方法。
背景技术
牵引力是细胞最重要的性质之一，它与许多复杂生物信号介导通道相关，在细胞的增殖、分化、收缩、迁移和凋亡过程中起到重要作用。此外，细胞牵引力还与许多疾病的产生和发展高度相关，比如肿瘤。因此，对单个细胞进行一些定量研究在生理学和病理学都是很有意义的。
目前，一般基于软质纳米/微米线阵列测量细胞牵引力。例如基于PDMS(polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)微柱阵列，通过测定微柱的弯曲量来计算细胞牵引力。但这种方法有很大的局限性：(1)测量手段受限制，需要将细胞固定后进行SEM(scanning electron microscope，扫描电子显微镜)观察，无法实时反映活细胞的牵引力情况；(2)软质纳米线阵列(如PDMS微柱阵列)在受力时不仅会产生弯曲还会发生弹性变形(轴向拉伸)，从而影响细胞牵引力测量的准确性；(3)根据SEM拍摄照片中纳米线形变进行力学定量，受人为因素干扰较多，误差较大；(4)SEM价格较贵，不利于推广使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种细胞牵引力的测量装置及测量方法，可实时测量细胞的牵引力。
为了实现上述目的，本发明提供一种细胞牵引力的测量装置，所述测量装置包括：基底层；纳米线层，位于所述基底层上，包括纳米线阵列，该阵列内的纳米线用于在受到外力作用时，能够弯曲；以及发光层，包括设置于每一所述纳米线的端部的发光点，用于当待测细胞置于所述发光层上后，支撑所述待测细胞的纳米线弯曲，带动该纳米线端部的发光点移动，产生表征细胞牵引力的偏移位移。
本发明细胞牵引力的测量装置通过在纳米线层上设置发光层，可直接将待测细胞置于所述发光层上，根据发光层中发光点的移动情况，实时获取表征细胞牵引力的偏移位移，准确度高。
本发明的另一目的是提供一种细胞牵引力的测量装置的制备方法，所述制备方法包括：提供一基底层；在所述基底层上生成纳米线层，所述纳米线层包括纳米线阵列；在所述阵列内的纳米线的端部修饰发光材料，形成发光层。
本发明细胞牵引力的测量装置的制备方法通过在基底层上依次生成纳米线层以及发光层即可获得细胞牵引力的测量装置，制备方法简单，操作方便。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明细胞牵引力的测量装置的结构示意图；
图2是本发明细胞牵引力的测量装置的主视动态示意图；
图3是本发明细胞牵引力的测量装置的俯视动态示意图。
附图标记说明
1 纳米线层 11 纳米线
2 发光层 21 发光点
3 基底层 4 待测细胞
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
如图1-图3所示，本发明细胞牵引力的测量装置包括基底层3；纳米线层1，位于所述基底层3上，包括纳米线阵列，该阵列内的纳米线用于在受到外力作用时，能够弯曲；以及发光层2，包括设置于每一所述纳米线11的端部的发光点21，用于当待测细胞4置于所述发光层2上后，支撑所述待测细胞4的纳米线11弯曲，带动该纳米线11端部的发光点21移动，产生表征细胞牵引力的偏移位移。
本发明细胞牵引力的测量装置通过在纳米线层上设置发光层，可直接将待测细胞置于所述发光层上，根据发光层中发光点的移动情况，实时获取表征细胞牵引力的偏移位移，准确度高；且在测量过程中，无需将细胞固定，可实现对活细胞的检测。
为降低纳米线的弹性形变对测量造成的影响，以提高测量的准确度，本发明细胞牵引力的测量装置中所述纳米线11由设定杨氏模量的硬质材料制成。其中，所述硬质材料可为金属、非金属或其化合物，例如所述金属可为锗(Ge)、铅(Pb)、铜(Cu)、银(Ag)或铂(Pt)等，所述非金属可为硅(Si)、硒(Se)，所述化合物可为氮化镓(GaN)、二氧化硅(SiO2)、氧化锌(ZnO)或硫化锌(ZnS)等，但并不以此为限。
进一步的，为了利于观察，准确获取偏移位移，可使整个测量装置都为透明状态，所述纳米线11由透明材料制成。例如，可选取玻璃或者石英。
为提高检测的分辨率，所述纳米线层1中的纳米线11密度为1×105根/cm2-1×108根/cm2。所述纳米线11的长径比为5-50；一般情况下，所述纳米线11的长度为1-20μm，直径为50-500nm。
其中，所述发光层2中的发光点21由发光材料制成。所述发光材料可为量子点和/或荧光染料。其中，所述量子点可为硫化镉(CdS)、硒化镉(CdSe)、碲化镉(CdTe)、硫化锌(ZnS)等；所述荧光染料可为异硫氰酸荧光素(fluorescein isothiocyanate，FITC)、四乙基罗丹明(tetraethyl rhodamine B200，RB200)、四甲基异硫氰酸罗丹明(tetraethylrhodamine isothiocyanate，TRITC)、藻红蛋白(R-Phycoerythrin，R-RE)、4,6-联脒-2-苯基吲哚(4,6-diamidino-2-phenylindole，DAPI)等，成本较低。
本发明还提供一种细胞牵引力的测量方法。所述细胞牵引力的测量方法包括将待测细胞置于上述细胞牵引力的测量装置中的发光层上；根据发光层中发光点的移动，获得表征细胞牵引力的偏移位移；根据所述偏移位移确定所述待测细胞的牵引力。
在测量过程中，还可对细胞施加外界刺激，例如光、电、力或生物化学分子等，加快细胞的铺展速度，缩短测量时间。
本发明在对细胞牵引力进行测量观察时，不需要使用价格较贵的SEM，只需要使用普通的光学显微镜(例如金相显微镜或倒置荧光显微镜)即可，方便快捷，成本较低，使用范围较广。
此外，本发明还提供一种细胞牵引力的测量装置的制备方法。所述制备方法包括：提供一基底层；在所述基底层上生成纳米线层，所述纳米线层包括纳米线阵列；在所述阵列内的纳米线的端部修饰发光材料，形成发光层。
其中，在所述基底层上生成纳米线层的方法包括：当所述基底层与所述纳米线层为同种材料时，一般通过刻蚀的方法，在基底上刻蚀出纳米线层；当所述基底层与所述纳米线层为不同材料时，通过水热和/或外延生长等技术，在所述基底层上生长和/或沉积出纳米线层。
其中，所述刻蚀方法包括：通过金属辅助化学蚀刻(Metal-Assisted ChemicalEtching，MACE)、电子束曝光(Electron Beam Lithography，EBL)以及激光干涉光刻(LaserInterference Lithography，LIL)等中的至少一者。
在所述阵列内的纳米线的端部修饰发光材料的方法包括：通过纳米印章技术将发光材料粘贴在所述纳米线的端部；或者，在所述纳米线层上涂覆一层亲水物质；用等离子体等刻蚀所述亲水物质，使得所述纳米线的端部露出；加入发光材料(所述发光材料为疏水性物质)，使所述纳米线的端部修饰有所述发光材料；使用溶剂将所述亲水物质溶解。其中，所述等离子体可为电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)，或者反应离子刻蚀(Reactive Ion Etching，RIE)，但并不以此为限。
本发明细胞牵引力的测量装置的制备方法通过在基底层上依次生成纳米线层以及发光层即可获得细胞牵引力的测量装置，制备方法简单，操作方便；且所制得的细胞牵引力的测量装置结构简单，测量准确度高，使用范围广。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种细胞牵引力的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：
基底层(3)；
纳米线层(1)，位于所述基底层(3)上，包括纳米线阵列，该阵列内的纳米线用于在受到外力作用时，能够弯曲；以及
发光层(2)，包括设置于每一所述纳米线(11)的端部的发光点(21)，用于当待测细胞(4)置于所述发光层(2)上后，支撑所述待测细胞(4)的纳米线(11)弯曲，带动该纳米线(11)端部的发光点(21)移动，产生表征细胞牵引力的偏移位移；
所述纳米线(11)由玻璃或者石英制成，
其中，通过以下方式在所述纳米线的端部设置发光点：在所述纳米线层上涂覆一层亲水物质；用等离子体刻蚀所述亲水物质，使得所述纳米线的端部露出；加入发光材料，使所述纳米线的端部修饰有所述发光材料；使用溶剂将所述亲水物质溶解。
2.根据权利要求1所述的细胞牵引力的测量装置，其特征在于，所述纳米线(11)的长径比为5-50。
3.根据权利要求1所述的细胞牵引力的测量装置，其特征在于，所述纳米线(11)的长度为1-20μm，直径为50-500nm。
4.根据权利要求1所述的细胞牵引力的测量装置，其特征在于，所述纳米线层(1)中的纳米线(11)密度为1×105根/cm2-1×108根/cm2。
5.根据权利要求1所述的细胞牵引力的测量装置，其特征在于，所述发光点(21)由发光材料制成。
6.根据权利要求5所述的细胞牵引力的测量装置，其特征在于，所述发光材料为量子点和/或荧光染料。
7.一种细胞牵引力的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
将待测细胞置于根据权利要求1-6中任一项所述的细胞牵引力的测量装置中的发光层上；
根据发光层中发光点的移动，获得表征细胞牵引力的偏移位移。
8.根据权利要求7所述的细胞牵引力的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：
根据所述偏移位移确定所述待测细胞的牵引力。
9.根据权利要求7或8所述的细胞牵引力的测量方法，其特征在于，所述测量方法还包括：
对待测细胞施加外界刺激。
10.一种细胞牵引力的测量装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一基底层；
在所述基底层上生成纳米线层，所述纳米线层包括纳米线阵列；
在所述阵列内的纳米线的端部修饰发光材料，形成发光层；
所述纳米线(11)由玻璃或者石英制成，
其中，通过以下方式在所述阵列内的纳米线的端部修饰发光材料：在所述纳米线层上涂覆一层亲水物质；用等离子体刻蚀所述亲水物质，使得所述纳米线的端部露出；加入发光材料，使所述纳米线的端部修饰有所述发光材料；使用溶剂将所述亲水物质溶解。
11.根据权利要求10所述的细胞牵引力的测量装置的制备方法，其特征在于，在所述基底层上生成纳米线层的方法包括：
当所述基底层与所述纳米线层为同种材料时，通过刻蚀的方法，在基底上刻蚀出纳米线层；
当所述基底层与所述纳米线层为不同材料时，通过水热和/或外延生长技术，在所述基底层上生长和/或沉积出纳米线层。
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