專利名稱：用于檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的自動(dòng)化分析系統(tǒng)及用該分析系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
細(xì)胞表面標(biāo)志物是表達(dá)在細(xì)胞表面、通?？捎脕?lái)表征特定細(xì)胞類型的一類具有重要生理意義的蛋白質(zhì)分子。目前，這類表面標(biāo)志物已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和臨床實(shí)踐，如細(xì)胞免疫原型的確定與疾病的診斷。流式細(xì)胞分析儀通常被認(rèn)為是檢測(cè)表面標(biāo)志物的最有效的工具之一，它是一種高度集成的自動(dòng)化分析系統(tǒng)，可以對(duì)標(biāo)志物進(jìn)行嚴(yán)格的量化分析。但是，由于其昂貴的分析成本(儀器價(jià)格、試劑和時(shí)間消耗等)及對(duì)操作人員專業(yè)訓(xùn)練的嚴(yán)格要求，這種分析技術(shù)只能在條件比較完善的大型實(shí)驗(yàn)室或檢測(cè)部門(mén)才能實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于這類儀器一般還具有較為龐大的體積，因此也在一定程度上限制了其應(yīng)用的普及。
近十幾年發(fā)展起來(lái)的蛋白微陣列芯片被證明可以對(duì)表面標(biāo)志物進(jìn)行快速、高通量的檢測(cè)分析。蛋白微陣列芯片是繼基因芯片之后發(fā)展起來(lái)的第二代生物芯片，與其他生物芯片類似，蛋白微陣列芯片不僅制作方便而且成本低廉，這對(duì)于其應(yīng)用的普及較流式細(xì)胞儀而言具有十分突出的優(yōu)勢(shì)。但是，從檢測(cè)分析過(guò)程的角度來(lái)看，芯片本身并不能獨(dú)立實(shí)現(xiàn)完整的檢測(cè)流程，檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)依賴于除蛋白芯片這一核心元件之外其他眾多設(shè)備，甚至通常是昂貴、大體積的外部設(shè)備，如超凈設(shè)備、各種復(fù)雜的反應(yīng)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備等等。另外，從細(xì)胞表面標(biāo)志物角度來(lái)看，蛋白質(zhì)微陣列芯片一般需要將蛋白質(zhì)從細(xì)胞上純化出來(lái)，這不僅增加了時(shí)間和成本，也在一定程度上喪失了標(biāo)志物的生理意義。因此，發(fā)展一種可進(jìn)行快速、高通量檢測(cè)但同時(shí)又具有類似流式細(xì)胞儀集成化性能的低成本生物分析系統(tǒng)、從而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞表面標(biāo)志物的直接檢測(cè)是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于提供一種小巧輕便、易攜帶，無(wú)需特別的或昂貴的外部設(shè)備并且可對(duì)標(biāo)志物進(jìn)行直接快速、高通量檢測(cè)的用于檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種用來(lái)檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)，該系統(tǒng)由微流控檢測(cè)芯片、光源、凸透鏡、鏡頭、攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)及待檢測(cè)細(xì)胞驅(qū)動(dòng)裝置組成，所述光源、凸透鏡、微流控檢測(cè)芯片、鏡頭、從上到下依次設(shè)置于該系統(tǒng)的系統(tǒng)座上，并且光源的中心與凸透鏡、鏡頭、反射鏡的幾何中心在一條直線上，所述攝像機(jī)連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)連接有待檢測(cè)細(xì)胞驅(qū)動(dòng)裝置。
進(jìn)一步，所述鏡頭下方設(shè)有反射鏡，該反射鏡的反射面與水平面成45°夾角，所述攝像機(jī)設(shè)于與反射鏡相對(duì)應(yīng)的一側(cè)，并且攝像機(jī)靶面的幾何中心與反射鏡的幾何中心在同一水平面內(nèi)。
進(jìn)一步，所述光源及凸透鏡分別設(shè)置于圓柱形固定架內(nèi)腔。
進(jìn)一步，所述微流控檢測(cè)芯片設(shè)置于芯片支撐臺(tái)上，芯片支撐臺(tái)通過(guò)兩滑塊可相對(duì)支撐面水平移動(dòng)，支撐面固定于系統(tǒng)座的垂直面上，支撐面上設(shè)有可橫向調(diào)整芯片支撐臺(tái)位置的芯片支撐臺(tái)螺桿。
進(jìn)一步，所述鏡頭固定于鏡頭支架上，鏡頭支架設(shè)于可調(diào)整鏡頭垂直水平面方向位置的鏡頭螺桿上。
進(jìn)一步，所述微流控檢測(cè)芯片包括片狀基體，基體上刻有微流槽，基體刻有微流槽的一側(cè)密封貼合有玻璃片，玻璃片與微流槽之間形成用于放置待檢測(cè)細(xì)胞樣品的密閉微流道。
用上述系統(tǒng)檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的方法，將未反應(yīng)生物探針泵入微流控檢測(cè)芯片的微流道基底上，靜止反應(yīng)后將待檢測(cè)細(xì)胞泵入微流道，然后用緩沖液沖洗細(xì)胞，同時(shí)在上述過(guò)程中，光源發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡后聚焦在微流控檢測(cè)芯片的微流道內(nèi)，通過(guò)鏡頭得到微流道內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程圖像，圖像傳輸?shù)綌z像機(jī)的靶面上經(jīng)攝像機(jī)傳輸至計(jì)算機(jī)。
進(jìn)一步，所述通過(guò)鏡頭得到的微流道內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程圖像經(jīng)反射鏡反射后傳輸?shù)綌z像機(jī)的靶面上，經(jīng)攝像機(jī)傳輸至計(jì)算機(jī)。
采用上述系統(tǒng)及方法后，由于該系統(tǒng)包括微流控檢測(cè)芯片，芯片上設(shè)有微流槽，因此通過(guò)驅(qū)動(dòng)泵將樣品細(xì)胞泵入微流槽可以對(duì)標(biāo)志物進(jìn)行直接、快速、高通量的檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)小巧輕便、易攜帶，無(wú)需特別的或昂貴的外部設(shè)備，攝像機(jī)連接有計(jì)算機(jī)，因此可對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行在線或離線分析。


圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為微流控檢測(cè)芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為用該發(fā)明系統(tǒng)拍攝的微流控檢測(cè)芯片內(nèi)細(xì)胞的反應(yīng)圖像。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，本發(fā)明用來(lái)檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)由微流控檢測(cè)芯片1和集成的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備2組成；所述微流控檢測(cè)芯片1包括基體11，基體11為片狀聚二甲基硅氧烷，其上采用光刻技術(shù)與快速原樣制備法刻有微流槽，本實(shí)施例中的微流槽寬100μm，高50μm，基體11刻有微流槽的一側(cè)面密封貼合有玻璃片13，該微流槽經(jīng)氧等離子體處理后使得微流槽與玻璃基底密封，玻璃片13與微流槽之間形成密閉微流道12，如圖3所示，并且所述微流道12的基底經(jīng)硅烷化，將3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的丙酮(Acetone)溶液按照ATPES∶Acetone＝1∶49的體積比導(dǎo)入微流道12，靜止5分鐘，再用純丙酮緩沖液沖洗，烘干；所述集成的光學(xué)檢測(cè)設(shè)備2由光源3、凸透鏡4、鏡頭5、反射鏡6、攝像機(jī)7組成，光源3、凸透鏡4、微流控檢測(cè)芯片1、鏡頭5、反射鏡6從上到下依次設(shè)置于系統(tǒng)座8上，并且光源3的中心與凸透鏡4、鏡頭5、反射鏡6的幾何中心在一條直線上；光源3采用LED光源，該LED光源及凸透鏡4分別設(shè)置于圓柱形固定架31、41內(nèi)腔；所述攝像機(jī)7為CCD攝像機(jī)即電荷耦合器件攝像機(jī)；所述微流控檢測(cè)芯片1設(shè)置于芯片支撐臺(tái)14上，芯片支撐臺(tái)14通過(guò)兩滑塊15可相對(duì)支撐面16水平移動(dòng)，支撐面16固定于系統(tǒng)座8的垂直面上，支撐面16上設(shè)有芯片支撐臺(tái)螺桿17，通過(guò)該螺桿17可使芯片支撐臺(tái)14在水平方向移動(dòng)；芯片支撐臺(tái)14下方設(shè)有鏡頭支架51，鏡頭支架51上設(shè)有鏡頭5；所述反射鏡6及攝像機(jī)均設(shè)置于矩形槽9內(nèi)，該矩形槽固定于系統(tǒng)座8的底面上，所述反射鏡6的反射面與水平面成45°夾角，所述攝像機(jī)水平設(shè)置于矩形槽9內(nèi)并與反射鏡6的反射面相對(duì)應(yīng)，并且攝像機(jī)靶面的幾何中心與反射鏡的幾何中心在同一水平面內(nèi)。
所述攝像機(jī)7連接有計(jì)算機(jī)10，該計(jì)算機(jī)10連接有待檢測(cè)細(xì)胞驅(qū)動(dòng)裝置20，本實(shí)施例中選用注射泵；所述鏡頭支架51還可設(shè)于鏡頭螺桿上，鏡頭螺桿設(shè)于系統(tǒng)座8上，通過(guò)鏡頭螺桿調(diào)整鏡頭5在垂直水平面方向的位置。
檢測(cè)過(guò)程中，將未反應(yīng)生物探針如抗BSA抗體通過(guò)計(jì)算機(jī)10控制的注射泵泵入微流控檢測(cè)芯片1的微流道12基底上，靜止反應(yīng)后將待檢測(cè)細(xì)胞泵入微流道12，靜止反應(yīng)5分鐘，計(jì)算流道內(nèi)初始細(xì)胞數(shù)(N0)；再用緩沖液沖洗細(xì)胞，若細(xì)胞帶有生物探針?biāo)茏R(shí)別的標(biāo)志物分子，由于分子之間的特異性反應(yīng)，細(xì)胞會(huì)被探針捕獲，從而保留在流道內(nèi)，在檢測(cè)過(guò)程中，光源3發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡4后聚焦在微流控檢測(cè)芯片1的微流道12內(nèi)，通過(guò)鏡頭5得到微流道12內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程圖像，經(jīng)反射鏡6反射到攝像機(jī)的靶面上傳輸至計(jì)算機(jī)10，從而可對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的在線分析或后續(xù)的離線分析，得到檢測(cè)結(jié)果；計(jì)算最終細(xì)胞數(shù)(N1)，則芯片的捕獲效率為N1/N0，捕獲效率可以反映芯片檢測(cè)表面標(biāo)志物的能力。
圖4所示為用本發(fā)明系統(tǒng)拍攝的微流控檢測(cè)芯片內(nèi)細(xì)胞的反應(yīng)圖像，其中流道寬100μm，高50μm，圖中細(xì)胞清晰可見(jiàn)，表明該系統(tǒng)可以很好地進(jìn)行表面標(biāo)志物檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由微流控檢測(cè)芯片、光源、凸透鏡、鏡頭、攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)及待檢測(cè)細(xì)胞驅(qū)動(dòng)裝置組成，所述光源、凸透鏡、微流控檢測(cè)芯片、鏡頭、從上到下依次設(shè)置于該系統(tǒng)的系統(tǒng)座上，并且光源的中心與凸透鏡、鏡頭、反射鏡的幾何中心在一條直線上，所述攝像機(jī)連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)連接有待檢測(cè)細(xì)胞驅(qū)動(dòng)裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)，其特征在于，所述鏡頭下方設(shè)有反射鏡，該反射鏡的反射面與水平面成45°夾角，所述攝像機(jī)設(shè)于與反射鏡相對(duì)應(yīng)的一側(cè)，并且攝像機(jī)靶面的幾何中心與反射鏡的幾何中心在同一水平面內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)，其特征在于，所述光源及凸透鏡分別設(shè)置于圓柱形固定架內(nèi)腔。
4.如權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)，其特征在于，所述微流控檢測(cè)芯片設(shè)置于芯片支撐臺(tái)上，芯片支撐臺(tái)通過(guò)兩滑塊可相對(duì)支撐面水平移動(dòng)，支撐面固定于系統(tǒng)座的垂直面上，支撐面上設(shè)有可橫向調(diào)整芯片支撐臺(tái)位置的芯片支撐臺(tái)螺桿。
5.如權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)，其特征在于，所述鏡頭固定于鏡頭支架上，鏡頭支架設(shè)于可調(diào)整鏡頭垂直水平面方向位置的鏡頭螺桿上。
6.如權(quán)利要求1所述的用于檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)，其特征在于，所述微流控檢測(cè)芯片包括片狀基體，基體上刻有微流槽，基體刻有微流槽的一側(cè)密封貼合有玻璃片，玻璃片與微流槽之間形成用于放置待檢測(cè)細(xì)胞樣品的密閉微流道。
7.用權(quán)利要求1-6任一所述系統(tǒng)檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的方法，其特征在于，將未反應(yīng)生物探針泵入微流控檢測(cè)芯片的微流道基底上，靜止反應(yīng)后將待檢測(cè)細(xì)胞泵入微流道，然后用緩沖液沖洗細(xì)胞，同時(shí)在上述過(guò)程中，光源發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡后聚焦在微流控檢測(cè)芯片的微流道內(nèi)，通過(guò)鏡頭得到微流道內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程圖像，圖像傳輸?shù)綌z像機(jī)的靶面上經(jīng)攝像機(jī)傳輸至計(jì)算機(jī)。
8.如權(quán)利要求7所述檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的方法，其特征在于，所述通過(guò)鏡頭得到的微流道內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程圖像經(jīng)反射鏡反射后傳輸?shù)綌z像機(jī)的靶面上，經(jīng)攝像機(jī)傳輸至計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用來(lái)檢測(cè)細(xì)胞表面標(biāo)志物的細(xì)胞生物微系統(tǒng)及檢測(cè)方法，該系統(tǒng)由微流控檢測(cè)芯片、光源、凸透鏡、鏡頭、攝像機(jī)、計(jì)算機(jī)及待檢測(cè)細(xì)胞驅(qū)動(dòng)裝置組成，所述光源、凸透鏡、微流控檢測(cè)芯片、鏡頭、從上到下依次設(shè)置于該系統(tǒng)的系統(tǒng)座上，并且光源的中心與凸透鏡、鏡頭、反射鏡的幾何中心在一條直線上，所述攝像機(jī)連接有計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)連接有待檢測(cè)細(xì)胞驅(qū)動(dòng)裝置。由于該系統(tǒng)包括微流控檢測(cè)芯片，芯片上設(shè)有微流槽，因此通過(guò)驅(qū)動(dòng)泵將樣品細(xì)胞泵入微流槽可以對(duì)標(biāo)志物進(jìn)行直接、快速、高通量的檢測(cè)，整個(gè)系統(tǒng)小巧輕便、易攜帶，無(wú)需特別的或昂貴的外部設(shè)備，攝像機(jī)連接有計(jì)算機(jī)，因此可對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行在線或離線分析。
文檔編號(hào)G01N35/00GK1885035SQ20061008665
公開(kāi)日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者龍勉, 楊帆, 高宇欣, 章燕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所