一种生物细胞超声原子力显微检测系统和方法

摘要

本发明涉及一种生理环境下生物细胞超声原子力显微检测系统和方法，由探测器、压电换能器、探针控制模块、锁相放大器、超声波测距模块等组成。将探测器置于生理环境中扫描生物细胞，同时压电换能器以超声波频率振动，超声波信号穿过生物细胞产生不同的信号响应，系统采集该响应信号得到生物细胞形貌和内部图谱，超声波测距模块记录并处理的回波时延信号，定量表征垂直方向的声程以重构生物细胞深度图谱。本发明可对生物细胞实现纳米尺度的超微内部结构解析，精确定位引导探针为癌细胞注入纳米载药粒子，并观察其形貌、内部结构的应激变化，可用于生理环境下活细胞纳米尺度的无损测量，对纳米生物技术和纳米医学具有指导意义。

主权项

一种生物细胞超声原子力显微检测系统，其特征在于：包括探测器(1)、压电换能器(2)、探针位移检测模块(3)、三维位移平台(4)、液体池(5)、光学显微镜(6)、锁相放大电路(7)、探针控制模块(8)、信号发生器(9)、超声波测距模块(10)及显示模块(11)；被测生物细胞置于装有培养液的液体池(5)中，液体池(5)放置在压电换能器(2)上，压电换能器(2)与信号发生器(9)相连接用于发射超声波信号，压电换能器(2)下面装有三维位移平台(4)，将探测器(1)置于液体池(5)中液面以下生物细胞以上，探测器(1)由探针(12)和超声波传感器(13)组成，探针(12)的基座(14)和超声波传感器(13)安装在固定件上，探针(12)的基座(14)上面装有玻璃视窗(15)，超声波传感器(13)与超声波测距模块(10)相连接，光学显微镜(6)位于探测器(1)上方，探针位移检测模块(3)置于光学显微镜(6)一侧，实时检测探测器(1)在扫描时产生的位移和振动信号，探针位移检测模块(3)连接于探针控制模块(8)，用于实时检测和处理探针(12)位移信号，锁相放大器(7)与探针控制模块(8)相连，负责采集和处理探测器(1)的振动信号，超声波测距模块(10)接收并处理超声波传感器(13)的回波时延信号，输出测量结果至显示模块(11)，在纳米尺度同时获得细胞形貌、声学点阵图像和细胞结构的深度图谱；在生理环境下，生物细胞完全浸入到装有培养液的液体池(5)中，将探测器(1)置于液体池(5)中液面以下生物细胞上方，探测器(1)对生物细胞进行扫描，同时信号发生器(9)加载超声波激励信号，使生物细胞下方的压电换能器(2)以超声波频率振动，该超声波振动信号穿过生物细胞，使探针(12)产生超声响应振动，探针位移检测模块(3)实时检测探针(12)扫描时的位移和超声响应信号，然后将位移信号转换为电压信号传递至探针控制模块(8)以控制三维位移平台(4)运动，锁相放大电路(7)对超声响应信号进行锁相放大和幅值提取，进而与位移电压信号一同输出至显示模块(11)成像，在纳米尺度同时获得内部结构和形貌点阵图像，同时超声波传感器(13)接收的回波信号，由超声波测距模块(10)进行超声波信号与电压的转换，并对转换后的电压进行放大、滤波、整形、检波处理，根据检波后波形的第一峰值位置确定超声信号的传播时延，从而获得垂直方向上生物细胞内部图像深度数据，并送至显示模块(11)输出。