機器人化無損細胞篩選方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機器人技術(shù)在生命科學(xué)中的應(yīng)用，具體地說是一種免標記無損細胞篩 選方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 實現(xiàn)兩種細胞分離或篩選，傳統(tǒng)方法為利用流式細胞儀來實現(xiàn)。流式細胞儀分離 細胞需要對細胞做熒光處理，并通過差異性的熒光效應(yīng)實現(xiàn)兩種細胞的分離或篩選。然而， 由于熒光后的細胞受到損害，因此顯著影響后續(xù)的生物學(xué)應(yīng)用及研究。
[0003] 通常淋巴瘤細胞病理樣本是通過抽取淋巴瘤病人的骨髓細胞得到，然而在我們前 期的研究過程中，發(fā)現(xiàn)制作的樣本中包含大量血紅細胞，即淋巴瘤細胞被掩蓋于大量的正 常細胞中。目前，臨床上解決該問題主要靠有經(jīng)驗的從醫(yī)人員利用顯微鏡觀測，這是一種定 性的方法，同時，往往因為尋找淋巴瘤細胞而耗費大量的時間和精力，并且依靠上述的經(jīng)驗 方法進行淋巴瘤細胞和血紅細胞的區(qū)分非常容易產(chǎn)生混淆或誤判。因此對應(yīng)實現(xiàn)淋巴瘤細 胞的篩選需要增加可靠性、準確性及科學(xué)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于光誘導(dǎo)介電泳機械力的機器人化 無損細胞篩選新方法。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：機器人化無損細胞篩選方法，包括以下步驟：
[0006] 將包含兩種細胞的樣本懸浮于光電子鑷芯片中，并平行投射兩束寬度不同的第一 入射光線和第二入射光線；
[0007] 設(shè)置第一入射光線靜止并設(shè)置第二入射光線水平向第一入射光線移動，由于兩種 細胞所受的第二入射光線激發(fā)的光誘導(dǎo)介電泳機械力大于第一入射光線激發(fā)的光誘導(dǎo)介 電泳機械力，兩種細胞被推向第一入射光線；
[0008] 第二入射光線繼續(xù)向第一入射光線移動并靜止，此時在光誘導(dǎo)介電泳機械力作用 下一種細胞越過第一入射光線，另一種細胞仍位于第一入射光線和第二入射光線之間，實 現(xiàn)了兩種細胞的篩選。
[0009] 所述兩種細胞的電特性和/或直徑不同。
[0010] 所述第一入射光線和第二入射光線垂直于光電子鑷芯片的底面。
[0011] 第一入射光線與第二入射光線的寬度比為1 :2,且第二入射光線寬度范圍為20~ 40um,兩個光線相鄰的邊間距為12~100um。
[0012] 所述光電子鑷芯片的輸入電壓為交流電，幅值為5V~10V，頻率為40~70kHz。
[0013] 所述第二入射光線繼續(xù)向第一入射光線移動并靜止具體為：第二入射光線繼續(xù)向 第一入射光線勻速移動，直至兩個光線相鄰的邊間距為一種細胞的直徑時靜止。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果為：
[0015] 1.本發(fā)明無需制備特異性結(jié)構(gòu)的金屬微電極，并且光電子鑷芯片成本低廉且可重 復(fù)利用。
[0016] 2.本發(fā)明可實現(xiàn)數(shù)字化、機器人化的細胞實時在線篩選，可實現(xiàn)原位及可視化篩 選，無需通過傳統(tǒng)的抗體標記篩選。
[0017] 3.本發(fā)明是一種免標記無損細胞的方法，且具有自動化、批量化及吞吐量高的優(yōu) 點。
[0018] 4.本發(fā)明依據(jù)血紅細胞與淋巴瘤細胞的物理、化學(xué)及電生理特性差異，可實現(xiàn)利 用光誘導(dǎo)介電泳機械力實現(xiàn)淋巴瘤細胞的篩選，該方法準確率高，無需抗體標記且對細胞 無損害性。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明篩選淋巴瘤細胞與血紅細胞原理圖一；
[0020] 圖2為本發(fā)明篩選淋巴瘤細胞與血紅細胞原理圖二；
[0021] 圖3為本發(fā)明篩選淋巴瘤細胞與血紅細胞原理圖三；
[0022] 圖4為本發(fā)明篩選淋巴瘤細胞與血紅細胞原理圖四；
[0023] 圖5為淋巴瘤細胞與血紅細胞極化特性頻譜圖；
[0024] 圖6為兩束不同寬度光線產(chǎn)生的光誘導(dǎo)介電泳機械力三維分布圖；
[0025] 圖7為淋巴瘤細胞與血紅細胞受到的光誘導(dǎo)介電泳機械力圖。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
[0027] 本發(fā)明公開一種機器人化無損細胞篩選方法，是將機器人技術(shù)融入生命科學(xué)，利 用計算機控制的數(shù)字化可編程入射光，經(jīng)投影儀投射于光電子鑷芯片從而激發(fā)誘導(dǎo)產(chǎn)生空 間虛擬非均勻電場；該電場與懸浮于芯片中的細胞相互作用而產(chǎn)生光誘導(dǎo)介電泳機械力， 利用光誘導(dǎo)介電泳機械力實現(xiàn)細胞的實時在線感知、驅(qū)動、控制；由于細胞受到的光誘導(dǎo)介 電泳機械力強度、大小與方向取決于細胞自身的物理、化學(xué)及電生理特性，因此在不同頻率 的交流電壓作用下，其力學(xué)特性不同，由于不同種類的細胞在電場作用下其極化機制不同， 因此，可利用光誘導(dǎo)介電泳機械力實現(xiàn)癌細胞的免標記篩選。
[0028] 本發(fā)明采用兩束不同寬度的直線型圖案作為入射光類型；寬度較小的光線設(shè)置為 靜止，而寬度較大的光線設(shè)置為運動；由于寬度較大的光線產(chǎn)生的光誘導(dǎo)介電泳機械力較 大，因此，可實現(xiàn)受力較大的淋巴瘤細胞首先越過靜止的光線，從而實現(xiàn)淋巴瘤細胞的免標 記篩選。
[0029] 其中，兩束直線型入射光從芯片底部入射，兩束光寬度比為2 :1，且較寬的光線寬 度范圍為20~40iim，入射角度與芯片表面成90°;兩束入射光相鄰的兩個邊的間隔為 12iim~lOOiim，最外側(cè)的兩個邊的間隔為72iim~160iim;在驅(qū)動細胞所需電壓為幅值 為5~10V的交流電，頻率為40~70kHz。
[0030] 當可編程的數(shù)字化入射光通過投影儀照射于光電子鑷芯片時，入射光激發(fā)半導(dǎo)體 光敏材料產(chǎn)生電子空穴對，使得入射光明亮處的電阻顯著減小，從而在溶液層中產(chǎn)生空間 非均勻電場；空間非均勻電場與懸浮于溶液層中的細胞相互作用，產(chǎn)生的光誘導(dǎo)介電泳機 械力作用于細胞；由于入射光可實時在線控制，因此可通過控制入射光而實現(xiàn)細胞篩選； 淋巴瘤細胞尺寸大于血紅細胞，且極化特性也存在頻率化差異，因此，淋巴瘤細胞受到的光 誘導(dǎo)介電泳機械力較大。
[0031] 癌細胞與正常細胞之間差異性的物理、化學(xué)及電生理特性，引起細胞受到的機械 力具有不同的頻譜特性。本發(fā)明以篩選淋巴瘤病人血液中的淋巴瘤B細胞（Raji細胞）為 例，具體如下：
[0032] 處于光誘導(dǎo)非均勻電場中的細胞，由于被非均勻電場極化而產(chǎn)生可控性運動的行 為稱為介電泳機械力，光電子鑷芯片中的細胞受到的介電泳力稱為光誘導(dǎo)介電泳機械力， 對于細胞，其表達式為：
[0033]Fdep = 231 abcemRe[K(co) ]VE2 (1)
[0034] 其中a，b，c分別為細胞的半軸長，E為電場強度，K(?)表達式為：
[0035]
【主權(quán)項】
1. 機器人化無損細胞篩選方法，其特征在于包括以下步驟： 將包含兩種細胞的樣本懸浮于光電子鑷芯片中，并平行投射兩束寬度不同的第一入射 光線和第二入射光線； 設(shè)置第一入射光線靜止并設(shè)置第二入射光線水平向第一入射光線移動，由于兩種細胞 所受的第二入射光線激發(fā)的光誘導(dǎo)介電泳機械力大于第一入射光線激發(fā)的光誘導(dǎo)介電泳 機械力，兩種細胞被推向第一入射光線； 第二入射光線繼續(xù)向第一入射光線移動并靜止，此時在光誘導(dǎo)介電泳機械力作用下一 種細胞越過第一入射光線，另一種細胞仍位于第一入射光線和第二入射光線之間，實現(xiàn)了 兩種細胞的篩選。
2. 按權(quán)利要求1所述的機器人化無損細胞篩選方法，其特征在于：所述兩種細胞的電 特性和/或直徑不同。
3. 按權(quán)利要求1所述的機器人化無損細胞篩選方法，其特征在于：所述第一入射光線 和第二入射光線垂直于光電子鑷芯片的底面。
4. 按權(quán)利要求1所述的機器人化無損細胞篩選方法，其特征在于：第一入射光線與第 二入射光線的寬度比為1 :2,且第二入射光線寬度范圍為20~40 μ m，兩個光線相鄰的邊間 距為12~100 μ m。
5. 按權(quán)利要求1所述的機器人化無損細胞篩選方法，其特征在于：所述光電子鑷芯片 的輸入電壓為交流電，幅值為5V~10V，頻率為40~70kHz。
6. 按權(quán)利要求1所述的機器人化無損細胞篩選方法，其特征在于：所述第二入射光線 繼續(xù)向第一入射光線移動并靜止具體為：第二入射光線繼續(xù)向第一入射光線勻速移動，直 至兩個光線相鄰的邊間距為一種細胞的直徑時靜止。
【專利摘要】本發(fā)明涉及機器人化無損細胞篩選方法，包括以下步驟：將包含兩種細胞的樣本懸浮于光電子鑷芯片中，并平行投射兩束寬度不同的第一入射光線和第二入射光線；設(shè)置第一入射光線靜止并設(shè)置第二入射光線水平向第一入射光線移動，由于兩種細胞所受的第二入射光線激發(fā)的光誘導(dǎo)介電泳機械力大于第一入射光線激發(fā)的光誘導(dǎo)介電泳機械力，兩種細胞被推向第一入射光線；第二入射光線繼續(xù)向第一入射光線移動并靜止，此時在光誘導(dǎo)介電泳機械力作用下一種細胞越過第一入射光線，另一種細胞仍位于第一入射光線和第二入射光線之間，實現(xiàn)了兩種細胞的篩選。本發(fā)明是一種免標記無損細胞的方法，且具有自動化、批量化及吞吐量高的優(yōu)點。
【IPC分類】C12Q1-02
【公開號】CN104651441
【申請?zhí)枴緾N201310598694
【發(fā)明人】劉連慶, 梁文峰, 李文榮, 劉斌, 李密, 肖秀斌
【申請人】中國科學(xué)院沈陽自動化研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2013年11月21日