CN106768406B - 一种细胞温度测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用锁相载流子成像技术和量子点薄膜同时测量多个细胞的无创的细胞温度测量系统，属于微纳米尺寸目标的温度测量领域。包括：量子点薄膜温度传感器，用于利用量子点薄膜感应多个细胞的温度；激励系统，用于产生调制的激光信号，诱发量子点薄膜温度传感器中的量子点薄膜发光；摄像系统，用于获取量子点薄膜发光的图像序列；处理系统，用于控制激励系统和摄像系统工作，还用于对获取的图像序列进行处理，获取图像序列的幅值和相位，根据幅值和相位与温度的对应关系，确定各细胞的温度。

Description

一种细胞温度测量系统
技术领域
本发明涉及一种温度测量系统，特别涉及一种细胞温度测量系统，属于微纳米尺寸目标的温度测量领域。
背景技术
细胞的生化反应中，温度是很重要的物理参数之一，影响着从蛋白质合成、细胞分裂、基因表达及能量代谢的一系列细胞活动。细胞水平的温度测量有着重要的意义，但也是生物医学领域中的一个难题。如今，随着电子技术、光学技术和纳米技术的发展，细胞等微纳米尺寸目标的温度测量己经成为可能。纳米温度传感器可分为三类：基于热电偶的电子类纳米温度传感器、机械类纳米温度传感器和光学纳米温度传感器。
基于热电偶原理制备的单细胞测温器件，响应速度与测温结大小相关，可以得到较快的响应速度。通过精确的测量仪器测量、定标，可得到较高的分辨率和精度。但使用时需要插入到细胞内部，属于破坏性有损测量，而且每次只能测量一个细胞。
机械类纳米温度传感器，是利用扫描热显微镜对细胞进行温度测量，扫描热显微镜是20世纪80年代中期在扫描隧道显微镜和原子力显微镜的基础上发展起来的一种表面分析仪器，它可以以亚微米级的空间分辨率显示样品表面的热性能，包括样品表面的温度分布和热传导分布等。但利用扫描热显微镜研究细胞等生物组织的热性能。国内外还未见相关的报道。
光学纳米温度传感器是根据材料的红外辐射特性、拉曼光谱温变特性和材料发光信息的温变特性实现微纳米尺度的温度测量传感器。其中，基于量子点的荧光纳米温度传感器可以做到无创、精确的测定，并不易受到干扰，在生物医学研究和临床治疗上，近年来得到了迅猛的发展，也己用于检测细胞温度变化。但是，基于量子点的荧光纳米温度传感器在使用时需要细胞将量子点吞入到内部才能进行测温，做不到真正的无创测量。
发明内容
为了解决上述不足，本发明提供一种利用锁相载流子成像技术和量子点薄膜同时测量多个细胞的无创的细胞温度测量系统。
本发明的一种细胞温度测量系统，所述测量系统包括量子点薄膜温度传感器、激励系统、摄像系统和处理系统；
量子点薄膜温度传感器，用于利用量子点薄膜感应多个细胞的温度；
激励系统，用于产生调制的激光信号，诱发量子点薄膜温度传感器中的量子点薄膜发光；
摄像系统，用于获取量子点薄膜发光的图像序列；
处理系统，用于控制激励系统和摄像系统工作，还用于对获取的图像序列进行处理，获取图像序列的幅值和相位，根据幅值和相位与温度的对应关系，确定各细胞的温度。
优选的是，所述量子点薄膜温度传感器包括盖片和基片；
所述盖片上带有微通道结构，所述基片上设置有量子点薄膜，盖片与基片封接，使微通道结构与量子点薄膜形成封闭的腔体，盖片上还设有所述腔体的出入孔。
优选的是，所述微通道结构包括样品流沟道和鞘流沟道，所述腔体的出入孔包括样品流出入孔和鞘流出入孔。
优选的是，所述带有微通道结构的盖片采用聚二甲基硅氧烷制成。
优选的是，所述基片采用石英玻璃或聚二甲基硅氧烷制成。
优选的是，所述激励系统包括激光器和信号发生器；
信号发生器，用于产生设定频率的正弦波/方波调制信号；
激光器，用于在信号发生器产生的正弦波/方波调制信号的控制下，输出功率按所述正弦波/方波规律变化的激光信号，诱发量子点薄膜温度传感器中的量子点薄膜发光。
优选的是，所述摄像系统包括荧光显微镜和图像采集卡；
荧光显微镜，用于观测量子点薄膜发光时产生的光信号；
图像采集卡，用于采集荧光显微镜观测到的光信号，并转换为图像序列。
本发明的有益效果在于，本发明采用调制的激光信号诱发量子点薄膜发光，获取的是多个细胞的图像序列，进而能同时获取多个细胞的温度，提高工作效率。同时，本发明提供的量子点薄膜温度传感器利用微通道结构与量子点薄膜形成的腔体进行测量，可同时测量多个细胞，且不需要被细胞吞入内部仅需与其接触即可完成温度测量。
附图说明
图1为具体实施方式的一种细胞温度测量系统的原理示意图。
图2为具体实施方式中量子点薄膜温度传感器的制备过程示意图。
具体实施方式
结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种细胞温度测量系统，包括量子点薄膜温度传感器、激励系统、摄像系统和处理系统；
量子点薄膜温度传感器，用于利用量子点薄膜感应多个细胞的温度；
激励系统，用于产生调制的激光信号，诱发量子点薄膜温度传感器中的量子点薄膜发光；
摄像系统，用于获取量子点薄膜发光的图像序列；
处理系统，用于控制激励系统和摄像系统工作，还用于对获取的图像序列进行处理，获取图像序列的幅值和相位，根据幅值和相位与温度的对应关系，确定各细胞的温度。
本实施方式中，采用微流泵将液态细胞样品送入量子点薄膜温度传感器中，采用锁相载流子成像技术，用激励系统产生设定频率的调制激光信号，诱发量子点薄膜发光；摄像系统采集发光信号，获得调制激光诱发量子点薄膜发光载流子图像序列，载流子图像序列包括幅值图像和相位图像，经过图像处理和数据分析，获得幅值和相位，根据幅值和相位与温度的对应关系模型，以最终实现细胞温度的定量检测。
优选实施例中，量子点薄膜温度传感器包括盖片和基片；
所述盖片上带有微通道结构，所述基片上设置有量子点薄膜，盖片与基片封接，使微通道结构与量子点薄膜形成封闭的腔体，盖片上还设有所述腔体的出入孔。
微通道结构包括样品流沟道和鞘流沟道，所述腔体的出入孔包括样品流出入孔和鞘流出入孔。
带有微通道结构的盖片采用聚二甲基硅氧烷制成。
基片采用石英玻璃或聚二甲基硅氧烷制成。
本实施方式中，待测细胞通过出入孔进入微通道结构与量子点薄膜形成封闭的腔体中，因为细胞结构柔软，在腔体内通过时产生轻微变形，能与基片上制备的量子点薄膜密切接触，为实现的细胞温度准确测量奠定良好的物理基础。接触到量子点薄膜后，后续再进行采集处理，获得温度，本实施方式的腔体内可同时进入多个细胞进行测量。
上述量子点薄膜温度传感器的制备过程如图2所示：
根据待测细胞设计微通道结构，根据设计的微通道结构制作母板；
根据母板，利用聚二甲基硅氧烷制作带有设计的微通道结构的盖片，用打孔器在盖片上打出入孔，再对盖片进行氧等离子体处理；
制作基片，将量子点溶液和紫外光固化光刻胶按比例混合后旋涂在基片上，制备量子点薄膜；
完成盖片和基片的封接：将制作的盖片放在制作的基片上，放入紫外压印系统中，开启紫外光源，进行固化，使微通道结构与量子点薄膜形成封闭的腔体。
优选实施例中，激励系统包括激光器和信号发生器；
信号发生器，用于产生设定频率的正弦波/方波调制信号；
激光器，用于在信号发生器产生的正弦波/方波调制信号的控制下，输出功率按所述正弦波/方波规律变化的激光信号，诱发量子点薄膜温度传感器中的量子点薄膜发光。
本实施方式给出了如何具体实现锁相载流子成像技术，产生正弦波/方波调制的激光信号。
优选实施例中，所述摄像系统包括荧光显微镜和图像采集卡；
荧光显微镜，用于观测量子点薄膜发光时产生的光信号；
图像采集卡，用于采集荧光显微镜观测到的光信号，并转换为图像序列。
本实施方式中，采用荧光显微镜观测，采集图像的效果更好。

Claims (7)

1.一种细胞温度测量系统，其特征在于，所述测量系统包括量子点薄膜温度传感器、激励系统、摄像系统和处理系统；
量子点薄膜温度传感器，用于利用量子点薄膜感应多个细胞的温度；
激励系统，用于产生调制的激光信号，诱发量子点薄膜温度传感器中的量子点薄膜发光；
摄像系统，用于获取量子点薄膜发光的图像序列；
处理系统，用于控制激励系统和摄像系统工作，还用于对获取的图像序列进行处理，获取图像序列的幅值和相位，根据幅值和相位与温度的对应关系，确定各细胞的温度。
2.根据权利要求1所述的一种细胞温度测量系统，其特征在于，所述量子点薄膜温度传感器包括盖片和基片；
所述盖片上带有微通道结构，所述基片上设置有量子点薄膜，盖片与基片封接，使微通道结构与量子点薄膜形成封闭的腔体，盖片1上还设有所述腔体的出入孔。
3.根据权利要求2所述的一种细胞温度测量系统，其特征在于，所述微通道结构包括样品流沟道和鞘流沟道，所述腔体的出入孔包括样品流出入孔和鞘流出入孔。
4.根据权利要求3所述的一种细胞温度测量系统，其特征在于，所述带有微通道结构的盖片采用聚二甲基硅氧烷制成。
5.根据权利要求4所述的一种细胞温度测量系统，其特征在于，所述基片采用石英玻璃或聚二甲基硅氧烷制成。
6.根据权利要求2所述的一种细胞温度测量系统，其特征在于，所述激励系统包括激光器和信号发生器；
信号发生器，用于产生设定频率的正弦波/方波调制信号；
激光器，用于在信号发生器产生的正弦波/方波调制信号的控制下，输出功率按所述正弦波/方波规律变化的激光信号，诱发量子点薄膜温度传感器中的量子点薄膜发光。
7.根据权利要求2所述的一种细胞温度测量系统，其特征在于，所述摄像系统包括荧光显微镜和图像采集卡；
荧光显微镜，用于观测量子点薄膜发光时产生的光信号；
图像采集卡，用于采集荧光显微镜观测到的光信号，并转换为图像序列。
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