CN104215502B - 细胞的弹性模量的检测系统及细胞的弹性模量的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种细胞的弹性模量的检测系统，包括激光光源、扩束器、反光镜、第一偏振分光镜、第一万向镜、第二偏振分光镜、第二万向镜、第一分色镜、载物台、二氧化碳培养箱、倒置显微镜、照明光源、第二分色镜、光敏探测装置及计算机，激光光源发出激光光束，载物台可移动，二氧化碳培养箱内装有细胞和微球，且二氧化碳培养箱固定于载物台上，二氧化碳培养箱和载物台均能够透光，倒置显微镜具有目镜和物镜，光敏探测装置与计算机通讯连接，计算机用于图像分析和数据处理。上述细胞的弹性模量的检测系统的整个检测过程都是在细胞培养的条件下进行，不会对细胞造成污染和损伤，且检测后能够继续培养。此外，还提供一种细胞的弹性模量的检测方法。

Description

细胞的弹性模量的检测系统及细胞的弹性模量的检测方法

技术领域

本发明属于生物技术领域，尤其涉及一种细胞的弹性模量的检测系统及细胞的弹性模量的检测方法。

背景技术

细胞的弹性模量与细胞的死亡、迁移、分化密切相关，因此在进行细胞的研究工作中常需对细胞的弹性模量进行研究，采用传统的检测方法检测细胞的弹性模量时，检测设备需和细胞进行直接接触。例如，采用原子力显微镜检测细胞的弹性模量，需要将细胞从培养皿中取出，利用探针对细胞进行直接接触才能进行检测，检测过程中会对细胞造成损伤，或是使细胞染菌，因此，检测后的细胞不能再继续进行培养，从而难以实现对同一细胞在不同状态下的持续性研究。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种不会对细胞造成损伤且经检测后的细胞能够继续培养的细胞的弹性模量的检测系统。

此外，还提供一种细胞的弹性模量的检测方法，使用该检测方法不会对细胞造成损伤，且检测后的细胞还能够继续培养。

一种细胞的弹性模量的检测系统，包括激光光源、扩束器、反光镜、第一偏振分光镜、第一万向镜、第二偏振分光镜、第二万向镜、第一分色镜、载物台、二氧化碳培养箱、倒置显微镜、照明光源、第二分色镜、光敏探测装置及计算机，所述激光光源发出激光光束，所述载物台可移动，所述二氧化碳培养箱内装有细胞和微球，且所述二氧化碳培养箱固定于所述载物台上，所述二氧化碳培养箱和所述载物台均能够透光，所述倒置显微镜具有目镜和物镜，所述照明光源发出照明光束，所述光敏探测装置与所述计算机通讯连接，所述计算机用于图像分析和数据处理；

其中，所述激光光束依次经所述扩束器和反光镜后，由所述第一偏振分光镜分成两束光，其中一束光经所述第一万向镜反射，另一束光经所述第二万向镜反射，且经所述第一万向镜反射的光束与经所述第二万向镜反射的光束由所述第二偏振分光镜合并后，再经所述第一分色镜到达所述物镜，并由所述物镜聚焦形成激光势阱后，穿过所述载物台以捕捉所述二氧化碳培养箱中的所述微球，所述照明光束依次经所述第二分色镜、二氧化碳培养箱及载物台，并在所述物镜上成像，接着依次经所述目镜和所述第二分色镜后，可被所述光敏探测装置探测。

在其中一个实施例中，还包括过滤器和荧光激发器，所述荧光激发器发出荧光光束，所述荧光光束依次经所述过滤器、第一分色镜、物镜及载物台到达所述二氧化碳培养箱，并在所述物镜上成像。

在其中一个实施例中，所述微球的粒径为0.5微米～2.5微米。

在其中一个实施例中，所述微球的材质为密度为0.095g/cm³～1.050g/cm³的非极性材料。

在其中一个实施例中，还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜设置于所述第一万向镜与所述第二偏振分光镜之间，所述第二透镜设置于所述第二万向镜与所述第二偏振分光镜之间；其中，经所述第一万向镜反射的光束经所述第一透镜到所述第二偏振分光镜，经所述第二万向镜反射的光束经所述第二透镜到所述第二偏振分光镜。

一种细胞的弹性模量的检测方法，包括如下步骤：

提供细胞的弹性模量的检测系统，所述细胞的弹性模量的检测系统包括激光光源、扩束器、反光镜、第一偏振分光镜、第一万向镜、第二偏振分光镜、第二万向镜、第一分色镜、载物台、二氧化碳培养箱、倒置显微镜、照明光源、第二分色镜、光敏探测装置及计算机，所述激光光源发出激光光束，所述载物台可移动，所述二氧化碳培养箱内装有细胞和微球，且所述二氧化碳培养箱固定于所述载物台上，所述二氧化碳培养箱和所述载物台均能够透光，所述倒置显微镜具有目镜和物镜，所述照明光源发出照明光束，所述光敏探测装置与所述计算机通讯连接，所述计算机用于图像分析和数据处理，其中，所述激光光束依次经所述扩束器和反光镜后，由所述第一偏振分光镜分成两束光，其中一束光经所述第一万向镜反射，另一束光经所述第二万向镜反射，经所述第一万向镜反射的光束与经所述第二万向镜反射的光束由所述第二偏振分光镜合并后，再经所述第一分色镜到达所述物镜，并由所述物镜聚焦形成激光势阱后，穿过所述载物台以捕捉所述二氧化碳培养箱中的所述微球，所述照明光束依次经所述第二分色镜、二氧化碳培养箱及载物台，并在所述物镜上成像，接着依次经所述目镜和所述第二分色镜后，可被所述光敏探测装置探测；

旋转所述第一万向镜和所述第二万向镜中的至少一个，以使所述激光势阱捕捉住所述微球；及

匀速移动所述载物台，使所述细胞朝靠近所述微球的方向移动，以使所述细胞发生形变，然后停止移动所述载物台，再次匀速移动所述载物台，以使所述细胞与所述微球分离，同时，所述光敏探测装置探测所述微球的实时位置，并传输给所述计算机，由所述计算机进行图像分析和数据处理，得到所述细胞的弹性模量。

在其中一个实施例中，所述微球的粒径为0.5微米～2.5微米。

在其中一个实施例中，所述微球的材质为密度为0.095g/cm³～1.050g/cm³的非极性材料。

在其中一个实施例中，所述细胞的弹性模量的检测系统还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜设置于所述第一万向镜与所述第二偏振分光镜之间，所述第二透镜设置于所述第二万向镜与所述第二偏振分光镜之间；其中，经所述第一万向镜反射的光束经所述第一透镜到所述第二偏振分光镜，经所述第二万向镜反射的光束经所述第二透镜到所述第二偏振分光镜。

上述细胞的弹性模量的检测系统通过设置二氧化碳培养箱，由于二氧化碳培养箱本身为细胞的培养器皿，且该二氧化碳培养箱和载物台均能够透光，使得激光经过物镜聚焦后形成的激光势阱能够穿过载物台，并进入二氧化碳培养箱中捕捉住微球，当需要检测细胞的弹性模量时，只需要移动载物台带动二氧化碳培养箱中的细胞移动，而无需将细胞取出，使得整个检测细胞的弹性模量的过程都还是在细胞培养的条件下进行，不会对细胞造成污染和损伤，检查后的细胞能够继续培养，避免了传统的检测方法需要将细胞从培养皿中取出后才能够进行检测而造成细胞的污染和损伤，而导致细胞不能再继续培养的问题。

附图说明

图1为一实施方式的细胞的弹性模量的检测系统的结构示意图；

图2为一实施方式的细胞的弹性模量的检测方法的流程图；

图3表示的是发生形变后的细胞与微球的结构示意图。

具体实施方式

下面主要结合附图及具体实施例对细胞的弹性模量的检测系统及细胞的弹性模量的检测方法作进一步详细的说明。

如图1所示，一实施方式的细胞的弹性模量的检测系统100，包括激光光源110、扩束器120、反光镜130、第一偏振分光镜140、第一万向镜150、第二偏振分光镜170、第二万向镜180、第一分色镜210、载物台220、二氧化碳培养箱230、倒置显微镜240、照明光源250、第二分色镜260、光敏探测装置270及计算机280。

激光光源110发出激光光束。

扩束器120将窄细的激光光束扩束变成宽阔的准直光束，同时降低激光束的发散角。

反光镜130反射扩束器120的准直光束。

第一偏振分光镜140用于将反光镜130反射的准直光束分成两束光。

第一万向镜150和第二万向镜180均为安装在万向镜架调整座上的反射镜，从而能够实现360°旋转。从而通过旋转第一万向镜150和第二万向镜180中的至少一个，从而调整光束的位置。

第二偏振分光镜170将经第一万向镜150和第二万向镜180反射过来的两束光进行整合，整合成一束光束。

第一分色镜210能够对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。第一分色镜210将经第二偏振分光镜170的光束反射至物镜244。

载物台220大致为平板状。载物台220能够透光，例如，载物台220的材质可以为透明的玻璃。载物台220可移动。即该载物台220能够前后、左右或上下移动。

二氧化碳培养箱230固定于载物台220上。二氧化碳培养箱230能够透光，例如，二氧化碳培养箱230为透明的玻璃材质。二氧化碳培养箱230为细胞的培养装置。二氧化碳培养箱230内装有细胞232和微球234。且二氧化碳培养箱230还承装有细胞培养液，细胞232和微球234均在细胞培养液中。其中，微球234的粒径为0.5微米～2.5微米。微球234的尺寸远小于细胞232的尺寸，从而使微球234与细胞232接触时，类似于微球234作用于一个平面。微球234的材质为为密度为0.095g/cm³～1.050g/cm³的非极性材料。由于密度为0.095g/cm³～1.050g/cm³的非极性材料的微球234的密度与水的密度接近，既不会沉淀在二氧化碳培养箱230的底部，也不会漂浮在培养液上，有利于微球234与细胞232的接触；另外，由于非极性的材料可以保持微球234不变形不变质。微球234的材质优选为聚苯乙烯或聚己内酯。

倒置显微镜240具有目镜242和物镜244。其中，物镜244为高数值孔径物镜。具体的，目镜242设置于二氧化碳培养箱230远离载物台220的一侧。物镜244设置于载物台220远离二氧化碳培养箱230的一侧。

照明光源250发出照明光束。

第二分色镜260能够对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。其中，照明光束经第二分色镜260透射后依次到达二氧化碳培养箱230及载物台220，以使二氧化碳培养箱230中的物质能在物镜244上成像，图像经目镜242，并由第二分色镜260反射后，可被光敏探测装置270探测。

光敏探测装置270用于探测微球234的实时位置。光敏探测装置270能够进行光电信号转换，从而将探测到的微球234的实时位置传输给计算机280。其中，光敏探测装置270可以为3D光敏探测器。

计算机280与光敏探测装置270通讯连接。计算机280用于图像分析和数据处理，从而得到细胞232的弹性模量。

优选的，细胞的弹性模量的检测系统100还包括第一透镜290和第二透镜310。其中，第一透镜290设置于第一万向镜150与第二偏振分光镜170之间，第二透镜310设置于第二万向镜180与第二偏振分光镜170之间。其中，经第一万向镜150反射的光束经第一透镜290到第二偏振分光镜170，经第二万向镜180反射的光束经第二透镜310到第二偏振分光镜170。第一透镜290用于调整第一万向镜150反射过来的光束的宽度。第二透镜310用于调整第二万向镜180反射过来的光束的宽度。通过设置第一透镜290和第二透镜310以增加细胞的弹性模量的检测系统100的精确性。

此时，激光光束经扩束器120扩束变成准直光束，准直光束经反光镜130反射到第一偏振分光镜140，并由第一偏振分光镜140分成两束光，其中一束光经第一万向镜150反射，并由第一透镜290进行调整，另一束光经第二万向镜180反射，并由第二透镜310进行调整，经第一透镜290调整的光束与经第二透镜310调整的光束到达第二偏振分光镜170，并由第二偏振分光镜170合并后，再经第一分色镜210反射到达物镜244，并由物镜244聚焦形成激光势阱后，穿过载物台220以捕捉二氧化碳培养箱230中的微球234。照明光束经第二分色镜260透射后，依次经二氧化碳培养箱230及载物台220，二氧化碳培养箱230中的物质能在物镜244上成像，图像经目镜242，并由第二分色镜260反射后，可被光敏探测装置270探测。其中，光敏探测装置270探测微球234的实时位置，并进行光电信号转换，传输给计算机280。

优选的，细胞的弹性模量的检测系统100还包括过滤器320和荧光激发器330，荧光激发器330发出荧光光束，荧光光束依次经过滤器320、第一分色镜210、物镜244及载物台220到达二氧化碳培养箱230，并在物镜244上成像。其中，荧光光束经过滤器320过滤后，透过第一分色镜210，然后依次经物镜244及载物台220到达二氧化碳培养箱230，二氧化碳培养箱230中的物质可在物镜244上成像。此时，通过目镜242可以观察二氧化碳培养箱230中的物质，例如细胞232等。

上述细胞的弹性模量的检测系统100通过设置二氧化碳培养箱230，由于二氧化碳培养箱230本身为细胞的培养器皿，且该二氧化碳培养箱230和载物台220均能够透光，使得激光经过物镜244聚焦后形成的激光势阱能够穿过载物台220，并进入二氧化碳培养箱230中捕捉住微球234，当需要检测细胞的弹性模量时，只需要移动载物台220带动二氧化碳培养箱230中的细胞移动，而无需将细胞取出，使得整个检测过程都还是在细胞培养的条件下进行，不会对细胞造成污染和损伤，检查后的细胞能够继续培养，避免了传统的检测方法需要将细胞从培养皿中取出后才能够进行检测而造成细胞的污染和损伤，而导致细胞不能再继续培养的问题。

如图2所示，一实施方式的细胞的弹性模量的检测方法，该检测方法通过使用上述细胞的弹性模量的检测系统检测细胞的弹性模量，该检测方法包括如下步骤：

步骤S510：提供细胞的弹性模量的检测系统。该细胞的弹性模量的检测系统与上述细胞的弹性模量的检测系统相同。

该细胞的弹性模量的检测系统包括激光光源、扩束器、反光镜、第一偏振分光镜、第一万向镜、第二偏振分光镜、第二万向镜、第一分色镜、载物台、二氧化碳培养箱、倒置显微镜、照明光源、第二分色镜、光敏探测装置及计算机。

激光光源发出激光光束。

扩束器将窄细的激光光束扩束变成宽阔的准直光束，同时降低激光束的发散角。

反光镜反射扩束器的准直光束。

第一偏振分光镜用于将反光镜反射的准直光束分成两束光。

第一万向镜和第二万向镜均为安装在万向镜架调整座上的反射镜，从而能够实现360°旋转。从而通过旋转第一万向镜和第二万向镜中的至少一个，以调整光束的位置。

第二偏振分光镜将经第一万向镜和第二万向镜反射过来的两束光进行整合，整合成一束光束。

第一分色镜够对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。第一分色镜将经第二偏振分光镜的光束反射至物镜。

载物台大致为平板状。载物台能够透光，例如，载物台的材质可以为透明的玻璃。载物台可移动。即该载物台能够前后、左右或上下移动。

二氧化碳培养箱固定于载物台上。二氧化碳培养箱能够透光，例如，二氧化碳培养箱为透明的玻璃材质。二氧化碳培养箱为细胞的培养装置。二氧化碳培养箱内装有细胞和微球。且二氧化碳培养箱还承装有细胞培养液，细胞和微球均在细胞培养液中。其中，微球的粒径为0.5微米～2.5微米。微球的尺寸远小于细胞的尺寸，从而使微球与细胞接触时，类似于微球作用于一个平面。微球的材质为为密度为0.095g/cm³～1.050g/cm³的非极性材料。由于密度为0.095g/cm³～1.050g/cm³的非极性材料的微球的密度与水的密度接近，既不会沉淀在二氧化碳培养箱的底部，也不会漂浮在培养液上，有利于微球与细胞的接触；另外，由于非极性的材料可以保持微球不变形不变质。微球的材质优选为聚苯乙烯或聚己内酯。

倒置显微镜具有目镜和物镜。其中，物镜为高数值孔径物镜。具体的，目镜设置于二氧化碳培养箱远离载物台的一侧。物镜设置于载物台远离二氧化碳培养箱的一侧。

照明光源发出照明光束。

第二分色镜够对一定波长的光几乎完全透过，而对另一些波长的光几乎完全反射。其中，照明光束经第二分色镜透射后依次到达二氧化碳培养箱及载物台，以使二氧化碳培养箱中的物质能在物镜上成像，图像经目镜，并由第二分色镜反射后，可被光敏探测装置探测。

光敏探测装置用于探测微球的实时位置。光敏探测装置能够进行光电信号转换，从而将探测到的微球实时位置传输给计算机。其中，光敏探测装置可以为3D光敏探测装置。

计算机与光敏探测装置通讯连接。计算机用于图像分析和数据处理，从而得到细胞的弹性模量。

优选的，细胞的弹性模量的检测系统还包括第一透镜和第二透镜。其中，第一透镜设置于第一万向镜与第二偏振分光镜之间，第二透镜设置于第二万向镜与第二偏振分光镜之间。其中，经第一万向镜反射的光束从第一透镜到第二偏振分光镜，经第二万向镜反射的光束从第二透镜到第二偏振分光镜。第一透镜用于调整第一万向镜反射过来的光束的宽度。第二透镜用于调整第二万向镜反射过来的光束的宽度。通过设置第一透镜和第二透镜以增加细胞的弹性模量的检测系统的精确性。

此时，激光光束经扩束器扩束变成准直光束，准直光束经反光镜反射到第一偏振分光镜，并由第一偏振分光镜分成两束光，其中一束光经第一万向镜反射，并由第一透镜进行调整，另一束光经第二万向镜反射，并由第二透镜进行调整，经第一透镜扩束的光束与经第二透镜扩束的光束到达第二偏振分光镜，并由第二偏振分光镜合并后，再经第一分色镜反射到达物镜，并由物镜聚焦形成激光势阱后，穿过载物台以捕捉二氧化碳培养箱中的微球。照明光束经第二分色镜透射后，依次经二氧化碳培养箱及载物台，二氧化碳培养箱中的物质能在物镜上成像，图像经目镜，并由第二分色镜反射后，可被光敏探测装置探测。其中，光敏探测装置探测微球的实时位置，并进行光电信号转换，传输给计算机。

其中，在进行检测之前，首先在二氧化碳培养箱中培养待测细胞，再将微球加入到二氧化碳培养箱中。

其中，在旋转第一万向镜和第二万向镜中的至少一个之前，还包括移动载物台，使二氧化碳培养箱中的微球能够在物镜上成像。

步骤S520：旋转第一万向镜和第二万向镜中的至少一个，以使激光势阱捕捉住微球。通过旋转第一万向镜与第二万向镜中的至少一个，以调整光束的位置，从而调整激光势阱，使激光势阱捕捉住微球，使微球定位。

其中，细胞的弹性模量的检测系统还包括过滤器和荧光激发器，荧光激发器发出荧光光束，荧光光束依次经过滤器、第一分色镜、物镜及载物台，到达二氧化碳培养箱，并在物镜上成像。其中，荧光光束经过滤器过滤后，透过第一分色镜，然后依次经物镜及载物台到达二氧化碳培养箱，二氧化碳培养箱中的细胞在物镜上成像，通过目镜可以观察二氧化碳培养箱中的细胞。

步骤S530：匀速移动载物台，使细胞朝靠近微球的方向移动，以使细胞发生形变，然后停止移动载物台，再次匀速移动载物台，以使细胞与微球分离，同时，光敏探测装置探测微球的实时位置，并传输给计算机，由计算机进行图像分析和数据处理，得到细胞的弹性模量。

其中，当细胞与微球接触后，载物台继续移动，细胞挤压微球，会推动微球发生移动，并使微球稍稍偏离激光势阱中心，而由于细胞具有弹性，且力的作用是相互的，微球也会压迫细胞发生形变。由于细胞是有弹性的，当再次匀速移动载物台，以使细胞与微球分离，细胞能够能够恢复原状而不会对细胞造成损伤。从而通过将激光势阱技术和压痕技术相结合，既可以准确的检测到细胞的弹性模量，又能够避免传统的检测方法需要将细胞取出再检测，而对细胞造成的损伤和污染。

其中，在移动载物台时，细胞会随载物台移动，且并挤压微球，而微球由于被激光势阱捕捉住，不会随载物台的移动而移动。

其中，细胞发生形变后，停止移动载物台5秒以上，以使细胞形变稳定，然后移动载物台，使细胞与微球分离。

具体的，根据以下公式，计算机进行处理，并得到细胞的弹性模量：

d＝S(D-D₀) (1)

其中，d为微球偏离激光势阱的距离；S为光敏探测装置的敏感度，即S为常数；D₀为微球的初始位置，即D₀为细胞与微球刚接触时的微球的位置，D₀由光敏探测装置探测，并从计算机上可得；D为微球移动过程中的实时位置，其中，D由光敏探测装置探测，从而传输给计算机上可得。

h＝Z-d (2)

其中，h为细胞发生变形后，微球压入细胞的实时深度；Z为微球与细胞接触之后，载物台移动的实时距离。

F＝kd (3)

其中，k为常数，是激光的弹簧系数（the spring constant of the laser trap）；F为细胞挤压微球的过程中，细胞表面受到的实时压力。

根据上述公式（1）和（3），计算得到不同时间t的F值，并通过计算机进行线性曲线模型模拟，从而得到细胞挤压微球过程中的细胞表面受到的压力与时间的函数关系F_h=β₁t+c₁和细胞离开微球过程的细胞表面受到的压力与时间的函数关系F_u=β₂t+c₂。

分别将F_h和F_u对时间t求导，从而得到F'_h＝β₁，F'_u＝β₂。

根据上述公式（1）和（2），计算得到不同时间t的h值，并通过计算机线性曲线模型模拟，从而得到细胞挤压微球过程中的微球压入细胞的深度与时间的函数关系h_h=α₁t+b₁和细胞离开微球过程的微球压入细胞的深度与时间的函数关系h_u=α₂t+b₂。

分别将h_h和h_u对时间t求导，从而得到h'_h＝α₁，h'_u＝α₂。

根据以下公式（4）计算小球与细胞接触时细胞接触面的弹性刚度S_e:

$S_e=\frac{{F^{\′}}_u-{F^{\′}}_h}{{h^{\′}}_u-{h^{\′}}_h}---\left(4\right)$

其中，因Se与减弹性模量E_r存在如下关系：

S_e＝2E_ra (5)

其中，a为停止移动载物台后，微球压入细胞，细胞与微球的两个交点的距离的一半，如图3所示，图中的线610即为细胞600与微球700的两个交点的距离。

由于 $a=\sqrt{{\mathrm{Rh}}_{\max }}---\left(6\right)$

其中，R为微球的半径，h_max为停止移动载物台后，微球压入细胞的深度，即微球压入细胞的最大深度，请再次参阅图3，图中的线620即为微球压入细胞的深度。

由公式（4）、（5）和（6）可以得到公式（7）：

$E_r=\frac{{F^{\′}}_u-{F^{\′}}_h}{2({h^{\′}}_u-{h^{\′}}_h)\sqrt{{\mathrm{Rh}}_{\max }}}---\left(7\right)$

从而计算出减弹性模量E_r的值。

而 $\frac{1}{E_r}=\left(\frac{1-v^2}{E_{\mathrm{sample}}}\right)+\left(\frac{1-v^2}{E_{\mathrm{indenter}}}\right)---\left(8\right)$

其中，v是细胞的泊松比，其值为常数0.5；E_indenter是微球的弹性模量，为常数。在本实施例中，微球的弹性模量为3GPa～3.6GPa；E_sample是细胞的弹性模量，仅为Pa级。

由于微球的弹性模量E_indenter与细胞的弹性模量E_sample相差很大，与(1-v²/E_sample)相比，(1-v²/E_indenter)可以忽略不计，并结合公式（7），因此可以得到下述公式（9）：

$E_{\mathrm{sample}}\≈E_r(1-v^2)=\frac{{F^{\′}}_u-{F^{\′}}_h}{2({h^{\′}}_u-{h^{\′}}_h)\sqrt{{\mathrm{Rh}}_{\max }}}(1-v^2)=\frac{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1}{2({\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_1)\sqrt{{\mathrm{Rh}}_{\max }}}(1-v^2)---\left(9\right)$

从而计算出E_sample值，即得到细胞的弹性模量。

上述细胞的弹性模量的检测方法，由于在整个检测过程中细胞始终在二氧化碳培养箱的培养条件下，且通过使用激光势阱捕捉住二氧化碳培养箱中的微球，并通过移动载物台带动细胞靠近挤压微球和离开微球，并使用光敏探测装置探测微球的实时位置以传输给计算机进行图像分析和数据处理，即通过将激光势阱技术和压痕技术相结合，得到细胞的弹性模量，无需将细胞取出，且微球离开细胞后，细胞能够恢复原状，从而不会给细胞造成损伤和污染，使得检测后的细胞还能够继续培养，避免了传统的检测方法需要将细胞从培养皿中取出后才能够进行检测而造成细胞损伤和污染，导致检测后的细胞不能再继续培养。

以下为具体实施例部分：

实施例1

（1）将粒径为0.5微米、材质为聚苯乙烯的微球加入到二氧化碳培养箱中，然后启动照明光源，并移动载物台，使二氧化碳培养箱中的微球在倒置显微镜的物镜上成像。

（2）启动激光光源，旋转第一万向镜和第二万向镜中的至少一个，以使激光势阱捕捉住微球。

（3）匀速移动载物台，使慢性粒白血病细胞朝靠近微球的方向移动，以使慢性粒白血病细胞发生形变，然后停止移动载物台，并保持载物台的位置不动10秒；接着再次匀速移动载物台，以使慢性粒白血病细胞与微球分离。同时，使用3D光敏探测装置探测微球的实时位置，并传输给计算机，由计算机进行图像分析和数据处理得到：α₁=0.052μm/s；α₂=-0.049μm/s；k=49.21pN/μm；β₁=3.776pN/s；β₂=-2.934pN/s；h_max=0.45μm，由于v值为0.5，根据公式：

计算得到慢性粒白血病细胞的弹性模量为74.28Pa。

实施例2

（1）将粒径为0.5微米、材质为聚苯乙烯的微球加入到二氧化碳培养箱中，然后启动照明光源，并移动载物台，使二氧化碳培养箱中的微球在倒置显微镜的物镜上成像。

（2）启动激光光源，旋转第一万向镜和第二万向镜中的至少一个，以使激光势阱捕捉住微球。

（3）匀速移动载物台，使急性粒白血病细胞朝靠近微球的方向移动，以使急性粒白血病细胞发生形变，然后停止移动载物台，并保持载物台的位置不动10秒；接着再次匀速移动载物台，以使急性粒白血病细胞与微球分离。同时，使用3D光敏探测装置探测微球的实时位置，并传输给计算机，由计算机进行图像分析和数据处理得到：α₁=0.049μm/s；α₂=-0.046μm/s；k=49.21pN/μm；β₁=3.012pN/s；β₂=-3.426pN/s；h_max=0.32μm，由于v值为0.5，根据公式：

计算得到急性粒白血病细胞的弹性模量为89.86Pa。

实施例3

（1）将粒径为0.5微米、材质为聚苯乙烯的微球加入到二氧化碳培养箱中，然后移动载物台启动照明光源，并使二氧化碳培养箱中的微球在倒置显微镜的物镜上成像。

（2）启动激光光源，旋转第一万向镜和第二万向镜中的至少一个，以使激光势阱捕捉住微球。

（3）匀速移动载物台，使粒性白细胞朝靠近微球的方向移动，以使粒性白细胞发生形变，然后停止移动载物台，并保持载物台的位置不动10秒。接着再次匀速移动载物台，以使粒性白细胞与微球分离。同时，使用3D光敏探测装置探测微球的实时位置，并传输给计算机，由计算机进行图像分析和数据处理得到：α₁=0.056μm/s；α₂=-0.043μm/s；k=49.21pN/μm；β₁=1.250pN/s；β₂=-0.844pN/s；h_max=0.50μm，由于v值为0.5，根据公式：

计算得到慢性粒白血病细胞的弹性模量为22.43Pa。

实施例4

（1）将粒径为2.5微米、材质为聚己内酯的微球加入到二氧化碳培养箱中，然后启动照明光源，并移动载物台，使二氧化碳培养箱中的微球在倒置显微镜的物镜上成像。

（2）启动激光光源，旋转第一万向镜和第二万向镜中的至少一个，以使激光势阱捕捉住微球。

（3）匀速移动载物台，使粒性白细胞朝靠近微球的方向移动，以使粒性白细胞发生形变，然后停止移动载物台，并保持载物台的位置不动5秒；接着再次匀速移动载物台，以使粒性白细胞与微球分离。同时，使用3D光敏探测装置探测微球的实时位置，并传输给计算机，由计算机进行图像分析和数据处理得到：α₁=0.034μm/s；α₂=-0.026μm/s；k=49.21pN/μm；β₁=1.616pN/s；β₂=-1.413pN/s；h_max=0.50μm，由于v值为0.5，根据公式：

计算得到粒性白细胞的弹性模量为23.94Pa。

实施例5

（1）将粒径为1微米、材质为聚苯乙烯的微球加入到二氧化碳培养箱中，然后启动照明光源，并移动载物台，使二氧化碳培养箱中的微球在倒置显微镜的物镜上成像。

（2）启动激光光源，旋转第一万向镜和第二万向镜中的至少一个，以使激光势阱捕捉住微球。

（3）匀速移动载物台，使单核细胞朝靠近微球的方向移动，以使单核细胞发生形变，然后停止移动载物台，并保持载物台的位置不动20秒；接着再次匀速移动载物台，以使单核细胞与微球分离。同时，使用3D光敏探测装置探测微球的实时位置，并传输给计算机，由计算机进行图像分析和数据处理得到：α₁=0.078μm/s；α₂=-0.085μm/s；k=49.21pN/μm；β₁=3.688pN/s；β₂=-1.964pN/s；h_max=0.46μm，由于v值为0.5，根据公式：

计算得到单核细胞的弹性模量为30.65Pa。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种细胞的弹性模量的检测系统，其特征在于，包括激光光源、扩束器、反光镜、第一偏振分光镜、第一万向镜、第二偏振分光镜、第二万向镜、第一分色镜、载物台、二氧化碳培养箱、倒置显微镜、照明光源、第二分色镜、光敏探测装置及计算机，所述激光光源发出激光光束，所述载物台可移动，所述二氧化碳培养箱内装有细胞和微球，且所述二氧化碳培养箱固定于所述载物台上，所述二氧化碳培养箱和所述载物台均能够透光，所述倒置显微镜具有目镜和物镜，所述照明光源发出照明光束，所述光敏探测装置与所述计算机通讯连接，所述计算机用于图像分析和数据处理；

其中，所述激光光束依次经所述扩束器和反光镜后，由所述第一偏振分光镜分成两束光，其中一束光经所述第一万向镜反射，另一束光经所述第二万向镜反射，且经所述第一万向镜反射的光束与经所述第二万向镜反射的光束由所述第二偏振分光镜合并后，再经所述第一分色镜到达所述物镜，并由所述物镜聚焦形成激光势阱后，穿过所述载物台以捕捉所述二氧化碳培养箱中的所述微球，所述照明光束依次经所述第二分色镜、二氧化碳培养箱及载物台，并在所述物镜上成像，接着依次经所述目镜和所述第二分色镜后，可被所述光敏探测装置探测。

2.根据权利要求1所述的细胞的弹性模量的检测系统，其特征在于，还包括过滤器和荧光激发器，所述荧光激发器发出荧光光束，所述荧光光束依次经所述过滤器、第一分色镜、物镜及载物台到达所述二氧化碳培养箱，并在所述物镜上成像。

3.根据权利要求1所述的细胞的弹性模量的检测系统，其特征在于，所述微球的粒径为0.5微米～2.5微米。

4.根据权利要求1所述的细胞的弹性模量的检测系统，其特征在于，所述微球的材质为密度为0.095g/cm³～1.050g/cm³的非极性材料。

5.根据权利要求1所述的细胞的弹性模量的检测系统，其特征在于，还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜设置于所述第一万向镜与所述第二偏振分光镜之间，所述第二透镜设置于所述第二万向镜与所述第二偏振分光镜之间；其中，经所述第一万向镜反射的光束经所述第一透镜到所述第二偏振分光镜，经所述第二万向镜反射的光束经所述第二透镜到所述第二偏振分光镜。

6.一种细胞的弹性模量的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供细胞的弹性模量的检测系统，所述细胞的弹性模量的检测系统包括激光光源、扩束器、反光镜、第一偏振分光镜、第一万向镜、第二偏振分光镜、第二万向镜、第一分色镜、载物台、二氧化碳培养箱、倒置显微镜、照明光源、第二分色镜、光敏探测装置及计算机，所述激光光源发出激光光束，所述载物台可移动，所述二氧化碳培养箱内装有细胞和微球，且所述二氧化碳培养箱固定于所述载物台上，所述二氧化碳培养箱和所述载物台均能够透光，所述倒置显微镜具有目镜和物镜，所述照明光源发出照明光束，所述光敏探测装置与所述计算机通讯连接，所述计算机用于图像分析和数据处理，其中，所述激光光束依次经所述扩束器和反光镜后，由所述第一偏振分光镜分成两束光，其中一束光经所述第一万向镜反射，另一束光经所述第二万向镜反射，经所述第一万向镜反射的光束与经所述第二万向镜反射的光束由所述第二偏振分光镜合并后，再经所述第一分色镜到达所述物镜，并由所述物镜聚焦形成激光势阱后，穿过所述载物台以捕捉所述二氧化碳培养箱中的所述微球，所述照明光束依次经所述第二分色镜、二氧化碳培养箱及载物台，并在所述物镜上成像，接着依次经所述目镜和所述第二分色镜后，可被所述光敏探测装置探测；

旋转所述第一万向镜和所述第二万向镜中的至少一个，以使所述激光势阱捕捉住所述微球；及

匀速移动所述载物台，使所述细胞朝靠近所述微球的方向移动，以使所述细胞发生形变，然后停止移动所述载物台，再次匀速移动所述载物台，以使所述细胞与所述微球分离，同时，所述光敏探测装置探测所述微球的实时位置，并传输给所述计算机，由所述计算机进行图像分析和数据处理，得到所述细胞的弹性模量，其中，所述细胞的弹性模量的计算公式如下：

$E_{sample}\≈\frac{{\mathrm{\β}}_2-{\mathrm{\β}}_1}{2({\mathrm{\α}}_2-{\mathrm{\α}}_1)\sqrt{{\mathrm{Rh}}_{max}}}(1-{\mathrm{\ν}}^2);$

其中，定义E_sample是所述细胞的弹性模量，定义v是所述细胞的泊松比，定义β₁为所述细胞挤压所述微球过程中所述细胞表面受到的压力与时间的函数的导数，定义β₂为所述细胞离开所述微球过程中所述细胞表面受到的压力与时间的函数的导数，定义α₁为所述细胞挤压所述微球过程中所述微球压入所述细胞的深度与时间的函数的导数，定义α₂为所述细胞离开所述微球过程中所述微球压入所述细胞的深度与时间的函数的导数，定义R为所述微球的半径，定义h_max为停止移动所述载物台后，所述微球压入所述细胞的深度，即所述微球压入所述细胞的最大深度。

7.根据权利要求6所述的细胞的弹性模量的检测方法，其特征在于，所述微球的粒径为0.5微米～2.5微米。

8.根据权利要求6所述的细胞的弹性模量的检测方法，其特征在于，所述微球的材质为密度为0.095g/cm³～1.050g/cm³的非极性材料。

9.根据权利要求6所述的细胞的弹性模量的检测方法，其特征在于，所述细胞的弹性模量的检测系统还包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜设置于所述第一万向镜与所述第二偏振分光镜之间，所述第二透镜设置于所述第二万向镜与所述第二偏振分光镜之间；其中，经所述第一万向镜反射的光束经所述第一透镜到所述第二偏振分光镜，经所述第二万向镜反射的光束经所述第二透镜到所述第二偏振分光镜。