CN110308107B - 一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及细胞检测技术领域，公开了一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件，包括检测片，检测片设有样品注入通道、横流管、分流室、支流管、检测槽、漏液室、分液管、分液室、注液通道、集液槽和排液通道，检测槽的底面为球状凹面，球状凹面设有漏液孔，样品注入通道、注液通道和排液通道与外界相通的开口处均设有与检测片可拆卸连接的密封盖；还公开了一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件的使用方法。本发明充分利用了太赫兹无标记检测、无毒性检测的特点，增加了细胞与检测槽的贴合面积，降低细胞培养液或药物溶液对检测结果的信号干扰，提高了检测结果的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及细胞检测技术领域，具体涉及一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件及使用方法。
背景技术
生物实验中，细胞活性检测具有举足轻重的作用，已被广泛应用于细胞增殖检测、细胞毒性检测、药物筛选、药敏试验中。目前常用的细胞活性检测多需要荧光染料，或者需要使用有机溶液，如MTT法、PI和7-AAD染色死细胞检测、钙黄绿素染料染活细胞检测等。而荧光染料本身就对细胞活性存在一定的影响，且有些有机溶液具有毒性，这不仅增加了研究人员的工作风险，还造成了不可避免的实验误差。
太赫兹光谱技术作为一种新兴的、无标记、非侵入性的检测方法，在实时检测活细胞中显示出了其独特的优势。太赫兹波对水分子特别敏感，因此太赫兹超材料可敏锐检测到其表面水分子的改变，当细胞处于正常状态时，其生长环境和水合状态正常，可引起太赫兹谐振峰较大程度的红移；当对细胞施加药物或进行特殊环境处理后，细胞会出现破裂和皱缩，细胞内胞质外漏，或细胞因皱缩而与超材料表面接触减少，从而引起太赫兹谐振峰的改变，从而判断细胞的活性。
由于悬浮培养的细胞大多数为类球形，而目前的太赫兹检测器件只能感应到球形的底部，如果对正常细胞施加药物处理或特殊环境处理之后，当细胞出现皱缩时，细胞与太赫兹超材料表面的接触面积的减少程度与细胞实际皱缩程度相差很大，导致检测精度降低；另外，太赫兹波对水及细胞所处的环境及其敏感，细胞所处的环境中的水以及各种生物大分子都会对检测结果产生大量、甚至严重的信号干扰，导致检测结果不准确。
发明内容
基于以上问题，本发明提供一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件及使用方法，本发明在实现无标记检测的情况下，通过监测细胞的水合状态来判断细胞的活性，增加细胞与太赫兹超材料检测面的贴合面积，降低细胞所处环境中的水以及各种生物大分子对检测信号的干扰，提高检测精度。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件，包括检测片，所述检测片的顶部设有通向检测片内的样品注入通道，所述样品注入通道的底部设有横流管，所述横流管背离样品注入通道的端部设有分流室，所述分流室背离横流管的一侧设有沿分流室的长度方向排列的支流管，所述支流管的底部设有沿支流管的长度方向等距排列的检测槽，所述检测槽的下方设有漏液室；所述检测槽为立体太赫兹超材料设计，所述检测槽的底面为球状凹面，所述球状凹面的中心设有漏液孔；每根所述支流管的下方均设有与相应的检测槽相连的分液管，所述分液管背离检测槽的端部设有分液室，所述分液室背离分液管的一侧设有注液通道；所述支流管背离分流室的端部设有集液槽，所述集液槽与漏液室和支流管均相通，所述集液槽的底面低于漏液室的底面，所述集液槽远离支流管的一侧的底端设有与外界相通的排液通道；所述样品注入通道、注液通道和排液通道与外界相通的开口处均设有与检测片可拆卸连接的密封盖。
进一步的，所述横流管、分流室、支流管、漏液室的底面和集液槽的底面均向地面倾斜设置；便于注入的液体快速流入集液槽内，也便于快速排出分流室、支流管、漏液室内的液体。
进一步的，所述密封盖朝向检测片的一面设有环形橡胶体，所述检测片的表面设有与环形橡胶体卡合的环形槽；环形橡胶体可防止检测片内的液体漏出。
进一步的，所述检测槽的内径比待检测细胞的直径大0.5-1.5μm；支流管可保证待检测细胞单个顺利通过支流管。
进一步的，所述支流管的内径等于检测槽的内径；使每个检测槽内仅容纳一个细胞，可提高检测精度。
为解决以上技术问题，本发明还提供了一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件的使用方法，包括以下步骤：
S1：盖紧样品注入通道和排液通道处的密封盖，打开注液通道处的密封盖，并保持检测片处于水平位置，随后向注液通道内注入多聚赖氨酸溶液，当多聚赖氨酸溶液填满与分液管相连的检测槽时，停止注入多聚赖氨酸溶液，并盖紧注液通道处的密封盖，将检测片静置一夜，随后打开排液通道处的密封盖，倒掉检测片内的多聚赖氨酸溶液；
S2：盖上经步骤S1处理过的检测片的排液通道处的密封盖，并打开样品注入通道处的密封盖，向样品注入通道内注入待检测的细胞悬浮液，待集液槽内的液面到达漏液室与集液槽相连的边缘时，停止注入细胞悬浮液，并将检测片放入细胞培养箱中，在细胞培养箱中静置1.5-3h；
S3：经步骤S2处理后，将检测片从细胞培养箱中取出，打开排液通道处的密封盖，排出检测片内的细胞悬浮液，随后将注射针头插入排液通道内，抽出集液槽内的气体，重复抽取三次后，将检测片放置在检测装置上检测，使光束照射区域全部位于检测槽的底部；
S4：当需要观察步骤S3中的细胞对目标药物的敏感性时，向经步骤S3处理后的检测片的注液通道内注入含有目标药物的溶液，经目标药物处理之后，通过排液通道排出检测片内含有目标药物的溶液，并用注射针头抽出集液槽内的气体，随后将经过药物处理的检测片放置在检测装置上检测；
S5：完成检测后，盖上注液通道(12)和排液通道(14)，向样品注入通道(2)内注入细胞裂解液，细胞裂解完成后，从排液通道(14)处排出细胞裂解液，再向样品注入通道(2)内注入PBS缓冲液进行冲洗，随后再向样品注入通道(2)内依次注入丙酮和无水乙醇，静置5min后排出丙酮和无水乙醇，并向样品注入通道(2)内注入超纯水冲洗，完成冲洗后用氮气将整个检测片(1)吹干，并向样品注入通道(2)内注入足够的氮气后关闭样品注入通道(2)，室温保存。
进一步的，步骤S4中含有目标药物的溶液为药物与细胞培养液的混合溶液；可模拟常规实验过程中的药物作用环境。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明充分利用了太赫兹无标记检测、无毒性检测的特点，增加了细胞与检测槽的贴合面积，降低细胞培养液或药物溶液对检测结果的信号干扰，提高了检测结果的精确度。
附图说明
图1为本发明的太赫兹超材料器件的内部结构示意图；
图2为本发明的太赫兹超材料器件的支流管的俯视图结构示意图；
图3为本发明的太赫兹超材料器件的分液管的俯视图结构示意图；
其中：1、检测片；2、样品注入通道；3、横流管；4、分流室；5、支流管；6、检测槽；7、漏液室；8、球状凹面；9、漏液孔；10、分液管；11、分液室；12、注液通道；13、集液槽；14、排液通道；15、密封盖；16、环形橡胶体；17、环形槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例：
参见图1、图2和图3，一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件，包括检测片1，检测片1的顶部设有通向检测片1内的样品注入通道2，样品注入通道2的底部设有横流管3，横流管3背离样品注入通道2的端部设有分流室4，分流室4背离横流管3的一侧设有沿分流室4的长度方向排列的支流管5，支流管5的内径比待检测细胞的直径大0.5-1.5μm，支流管5可保证待检测细胞单个顺利的通过支流管5；支流管5的底部设有沿支流管5的长度方向等距排列的检测槽6，检测槽6的内径等于支流管5的内径，每个检测槽6内可容纳一个细胞，降低被检测细胞的用量的同时，还可提高检测的精确度，检测槽6的下方设有漏液室7；检测槽6为立体太赫兹超材料设计，检测槽6的底面为球状凹面8，球状凹面8可增加正常的待检测细胞与检测槽6的底面的接触面积，当待检测细胞经目标药物处理之后发生皱缩，待检测细胞与检测槽6的接触面积减少的更明显，提高了检测结果的精度和准确性；球状凹面8的中心设有漏液孔9，检测槽6内的细胞培养液可通过漏液孔9漏至漏液室7，以减少细胞培养液对最后的检测结果的信号干扰，从而进一步提高检测的精确度。
每根支流管5的下方均设有分液管10，每根分液管10均与其上方的支流管5底部的检测槽6相连，可通过分液管10直接向检测槽6内注入环境处理液体或药物溶液，使检测槽6与支流管5和分流室4形成不同的环境，既可提高整个检测过程的检测效率和检测精度，又能节省环境处理溶液或药物溶液的用量；分液管10背离检测槽6的端部设有分液室11，分液室11背离分液管10的一侧设有注液通道12；支流管5背离分流室4的端部设有集液槽13，集液槽13与漏液室7和支流管5均相通，集液槽13的底面低于漏液室7的底面，集液槽13远离支流管5的一侧的底端设有与外界相通的排液通道14；样品注入通道2、注液通道12和排液通道14与外界相通的开口处均设有与检测片1相连的密封盖15，密封盖15朝向检测片1的的一面设有环形橡胶体16，检测片1的表面设有与环形橡胶体16卡合的环形槽17，环形橡胶体16可防止检测片1内的液体漏出。
上述横流管3、分流室4、支流管5、漏液室7的底面和集液槽13的底面均向地面倾斜设置，便于注入的液体快速流入集液槽13内，也便于排出横流管3、分流室4、支流管5和漏液室7内的液体。
本发明的整个器件采用对太赫兹波透明的pet塑料制作，以便于观察液体在本装置中的流动情况。
上述一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件的使用方法，包括以下步骤：
S1：盖紧样品注入通道2和排液通道14处的密封盖15，打开注液通道12处的密封盖15，并保持检测片1处于水平位置，随后向注液通道12内注入多聚赖氨酸溶液，当多聚赖氨酸溶液填满与分液管10相连的检测槽6时，停止注入多聚赖氨酸溶液，并盖紧注液通道12处的密封盖15，将检测片1静置一夜，随后打开排液通道14处的密封盖15，倒掉检测片1内的多聚赖氨酸溶液，多聚赖氨酸可增加检测槽内的细胞的贴壁性，可增加细胞与检测槽6的接触面积，提高检测精确度；
S2：盖上经步骤S1处理过的检测片1的排液通道14处的密封盖15，并打开样品注入通道2处的密封盖15，向样品注入通道2内注入待检测的细胞悬浮液，细胞悬浮液进入分流室4后依次流进支流管5，支流管5的孔径只能容纳单个细胞依次通过，支流管5内的细胞每通过一个检测槽6时，都会有一个细胞落入检测槽6内，其他细胞继续朝集液槽13的方向流动，流入检测槽6内的细胞培养液通过漏液孔9滴入漏液室7内，漏液室7内的细胞培养液和支流管5内多余的细胞及细胞培养液均流入集液槽13内，待集液槽13内的液面到达漏液室7与集液槽13相连的边缘时，停止注入细胞悬浮液，随后将检测片1放入细胞培养箱中，在细胞培养箱中静置1.5-3h，此操作为细胞提供了铺展时间，可进一步增加细胞与检测槽6的接触面积，从而提高检测的精度；
S3：经步骤S2处理后，将检测片1从细胞培养箱中取出，打开排液通道14处的密封盖15，排出检测片1内的细胞悬浮液，随后将注射针头插入排液通道14内，抽出集液槽13内的气体，重复抽取三次，抽气的目的是促进检测槽6和漏液室7内的残留液体流入集液槽13内，减少细胞培养液的干扰，以提高检测精度；随后将检测片1放置在检测装置上检测，使光束照射区域全部位于检测槽6的底部，此时的检测结果为正常细胞的太赫兹谐振峰；
S4：向经步骤S3处理后的检测片1的注液通道12内注入含有目标药物的溶液，待集液槽13内的液面到达漏液室7与集液槽13相连的边缘时，停止注入含有目标药物的溶液，并盖上注液通道12的密封盖15，根据目标药物的作用时间，将检测片1放置在培养箱中相应的时间后，通过排液通道14排出检测片1内含有目标药物的溶液，并用注射针头抽出集液槽13内的气体，随后将经过药物处理的检测片1放置在检测装置上检测，此时的检测结果为经过目标药物处理之后的细胞的太赫兹谐振峰，将此结果与步骤S3中的检测结果进行对比即可；该步骤中含有目标药物的溶液为药物与细胞培养液的混合溶液，可模拟常规实验过程中的药物作用环境；
S5：完成检测后，盖上注液通道(12)和排液通道(14)，向样品注入通道(2)内注入细胞裂解液，细胞裂解完成后，从排液通道(14)处排出细胞裂解液，再向样品注入通道(2)内注入PBS缓冲液进行冲洗，随后再向样品注入通道(2)内依次注入丙酮和无水乙醇，静置5min后排出丙酮和无水乙醇，并向样品注入通道(2)内注入超纯水冲洗，完成冲洗后用氮气将整个检测片(1)吹干，并向样品注入通道(2)内注入足够的氮气后关闭样品注入通道(2)，利用惰性气体进行室温保存，以便于下次重复利用。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件，其特征在于，包括检测片(1)，所述检测片(1)的顶部设有通向检测片(1)内的样品注入通道(2)，所述样品注入通道(2)的底部设有横流管(3)，所述横流管(3)背离样品注入通道(2)的端部设有分流室(4)，所述分流室(4)背离横流管(3)的一侧设有沿分流室(4)的长度方向排列的支流管(5)，所述支流管(5)的底部设有沿支流管(5)的长度方向等距排列的检测槽(6)，所述检测槽(6)的下方设有漏液室(7)；所述检测槽(6)为立体太赫兹超材料设计，所述检测槽(6)的底面为球状凹面(8)，所述球状凹面(8)的中心设有漏液孔(9)；每根所述支流管(5)的下方均设有与相应的检测槽(6)相连的分液管(10)，所述分液管(10)背离检测槽(6)的端部设有分液室(11)，所述分液室(11)背离分液管(10)的一侧设有注液通道(12)；所述支流管(5)背离分流室(4)的端部设有集液槽(13)，所述集液槽(13)与漏液室(7)和支流管(5)均相通，所述集液槽(13)的底面低于漏液室(7)的底面，所述集液槽(13)远离支流管(5)的一侧的底端设有与外界相通的排液通道(14)；所述样品注入通道(2)、注液通道(12)和排液通道(14)与外界相通的开口处均设有与检测片(1)可拆卸连接的密封盖(15)。
2.根据权利要求1所述的一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件，其特征在于，所述横流管(3)、分流室(4)、支流管(5)、漏液室(7)的底面和集液槽(13)的底面均向地面倾斜设置。
3.根据权利要求1所述的一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件，其特征在于，所述密封盖(15)朝向检测片(1)的一面设有环形橡胶体(16)，所述检测片(1)的表面设有与环形橡胶体(16)卡合的环形槽(17)。
4.根据权利要求1所述的一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件，其特征在于，所述检测槽(6)的内径比待检测细胞的直径大0.5-1.5μm。
5.根据权利要求1所述的一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件，其特征在于，所述支流管(5)的内径等于检测槽(6)的内径。
6.基于权利要求1-5任意一项所述的一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：盖紧样品注入通道(2)和排液通道(14)处的密封盖(15)，打开注液通道(12)处的密封盖(15)，并保持检测片(1)处于水平位置，随后向注液通道(12)内注入多聚赖氨酸溶液，当多聚赖氨酸溶液填满与分液管(10)相连的检测槽(6)时，停止注入多聚赖氨酸溶液，并盖紧注液通道(12)处的密封盖(15)，将检测片(1)静置一夜，随后打开排液通道(14)处的密封盖(15)，倒掉检测片(1)内的多聚赖氨酸溶液；
S2：盖上经步骤S1处理过的检测片(1)的排液通道(14)处的密封盖(15)，并打开样品注入通道(2)处的密封盖(15)，向样品注入通道(2)内注入待检测的细胞悬浮液，待集液槽(13)内的液面到达漏液室(7)与集液槽(13)相连的边缘时，停止注入细胞悬浮液，并将检测片(1)放入细胞培养箱中，在细胞培养箱中静置1.5-3h；
S3：经步骤S2处理后，将检测片(1)从细胞培养箱中取出，打开排液通道(14)处的密封盖(15)，排出检测片(1)内的细胞悬浮液，随后将注射针头插入排液通道(14)内，抽出集液槽(13)内的气体，重复抽取三次后，将检测片(1)放置在检测装置上检测，使光束照射区域全部位于检测槽(6)的底部；
S4：当需要观察步骤S3中的细胞对目标药物的敏感性时，向经步骤S3处理后的检测片(1)的注液通道(12)内注入含有目标药物的溶液，经目标药物处理之后，通过排液通道(14)排出检测片(1)内含有目标药物的溶液，并用注射针头抽出集液槽(13)内的气体，随后将经过药物处理的检测片(1)放置在检测装置上检测；
S5：完成检测后，盖上注液通道(12)和排液通道(14)，向样品注入通道(2)内注入细胞裂解液，细胞裂解完成后，从排液通道(14)处排出细胞裂解液，再向样品注入通道(2)内注入PBS缓冲液进行冲洗，随后再向样品注入通道(2)内依次注入丙酮和无水乙醇，静置5min后排出丙酮和无水乙醇，并向样品注入通道(2)内注入超纯水冲洗，完成冲洗后用氮气将整个检测片(1)吹干，并向样品注入通道(2)内注入足够的氮气后关闭样品注入通道(2)，室温保存。
7.根据权利要求6所述的一种检测细胞活性的太赫兹超材料器件的使用方法，其特征在于，步骤S4中含有目标药物的溶液为药物与细胞培养液的混合溶液。
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