同时表征单细胞杨氏模量和细胞膜比电容的系统

摘要

本发明提供了一种基于微流控技术的同时表征单细胞杨氏模量和细胞膜比电容的系统。该系统中将细胞等效为各向同性的超粘弹性体，基于ABAQUS力学仿真得到细胞前端瞬时进入压缩通道的位移与细胞的尺寸、杨氏模量、压强和压缩通道的几何参数的关系，计算得到细胞的杨氏模量；此外，还提出细胞通过压缩通道的等效电学模型，得到细胞膜电容、细胞质电阻、细胞与压缩通道壁漏电阻以及压缩通道自身的电学参数与阻抗频谱的关系，将细胞通过压缩通道引起阻抗的变化转化为细胞膜比电容，从而计算得到单细胞的细胞膜比电容，从而实现了单细胞杨氏模量和细胞膜比电容的同步测量。

主权项

一种同时表征单细胞杨氏模量和细胞膜比电容的系统，其特征在于，包括： 微流控芯片，包括： 透明衬底， 承载体，形成于所述透明衬底正面；以及 压缩通道，形成于所述承载体内部，其下表面为所述透明衬底的上表面，用于供待测细胞压缩通过，该压缩通道的横截面积小于所述待测细胞的横截面积； 图像检测模块，用于从所述透明衬底的下表面拍摄待测细胞在负压作用下通过所述压缩通道的过程； 阻抗信息采集模块，其两测量电极伸入所述压缩通道的两侧，用于记录压缩通道两侧，对应低频和高频两个频率点的阻抗随时间变化的波形； 数据处理模块，与所述图像检测模块和阻抗信息采集模块阻抗信息采集模块相连接，包括： 杨氏模量获取子模块，用于由摄像头拍摄的图像获得待测细胞进入压缩通道的瞬态位移X_{instantaneous}和失稳位移X_transitional，进而结合待测细胞的直径d_{cell diameter}、压缩通尺寸W_{constriction channel}、负压数值P_aspiration计算待测细胞的杨氏模量； 细胞膜比电容获取子模块，用于由摄像头拍摄的图像获得压缩通道中处于拉伸状态下的细胞的长度L_{cell elongation}，由阻抗分析仪得到的波形中提取未有细胞通过时压缩通道两端的低频阻抗Z_L0(ω)和高频阻抗Z_H0(ω)，有细胞通过时压缩通道两端的低频阻抗Z_L1(ω)，高频阻抗Z_H1(ω)，进而计算待测细胞的膜比电容。