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原文传递一种单细胞参数测量方法及装置

专利名称：	一种单细胞参数测量方法及装置
摘要：	本发明提供一种单细胞参数测量方法及装置，该方法包括：分别获取待测细胞在不同频率的介电泳信号作用下的运动速度；根据不同频率的介电泳信号、不同频率的介电泳信号下的运动速度和细胞介电泳简化模型，获取所述待测细胞的细胞半径、细胞质电导率和细胞膜比电容三个参数中的一种或多种。该测量方法可以有效提高细胞参数的测量精准度和测量效率，且无需标记，非侵入式。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	朱荣;张祉仲
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910011211.8
公开号：	CN109682745A
代理机构：	北京路浩知识产权代理有限公司
代理人：	王莹;吴欢燕
分类号：	G01N15/10(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园北京100084-82信箱
主权项：	1.一种单细胞参数测量方法，其特征在于，包括：分别获取待测细胞在不同频率的介电泳信号作用下的运动速度；根据不同频率的介电泳信号的频率和电场强度信息、不同频率的介电泳信号下的细胞运动速度和细胞介电泳简化模型，获取所述待测细胞的细胞半径、细胞质电导率和细胞膜比电容三个参数中的一种或多种，其中，所述细胞介电泳简化模型如下：当介电泳信号的频率f≤50MHz时，所述待测细胞受介电力作用的移动速度和细胞CM因子的实部根据公式(1)至公式(6)计算获得： v＝R2·Re(fCM)·M， (1) ω＝2πf， (6) 其中，v表示表示所述待测细胞在介电力作用下的移动速度，R表示所述待测细胞的半径，εm表示所述细胞溶液的介电常数，η表示所述溶液的粘度系数，Re(fCM)表示所述待测细胞的CM因子的实部，σcyto表示所述待测细胞的细胞质电导率，Cmem表示所述待测细胞的细胞膜比电容，σm表示所述细胞溶液的电导率，f表示所述电信号的频率。 2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，当需要测量所述待测细胞的细胞半径时，具体包括：获取所述待测细胞在细胞溶液中受第一频率f1的介电泳信号作用下的第一运动速度v1，其中，f1≤20kHz；根据所述细胞运动速度v1、所述电信号的电场强度、所述细胞溶液的介电常数和所述细胞溶液的粘度系数，根据公式(7)和公式(8)获取所述待测细胞的半径：其中，R表示所述待测细胞的细胞半径，εm表示所述溶液的介电常数，▽表示梯度算子，E表示所述电信号的电场强度，η表示所述溶液的粘度系数。 3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，当需要测量所述待测细胞的细胞质电导率时，具体包括：获取所述待测细胞在细胞溶液中受第二频率f2的介电泳信号作用下的第二运动速度v2，其中，10MHz≤f2≤50MHz；根据所述待测细胞的半径和所述细胞运动速度v2，根据公式(9)至公式(11)获取所述待测细胞的细胞质电导率： K2＝v2/(R2·M)， (10) 其中，σcyto表示所述待测细胞的细胞质电导率，R表示所述待测细胞的细胞半径，σm表示所述溶液的电导率，εm表示所述溶液的介电常数，表示梯度算子，E表示所述电信号的电场强度，η表示所述溶液的粘度系数。 4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，当需要测量所述待测细胞的细胞膜比电容时，具体包括：分别获取所述待测细胞在细胞溶液中受第二频率f2和第三频率f3的介电泳信号作用下的第二运动速度v2和第三运动速度v3，其中，10MHz≤f2≤50MHz，20kHz＜f3≤10MHz；根据所述待测细胞的半径和所述细胞运动速度v2、v3，根据公式(12)至公式(14)获取所述待测细胞的细胞膜比电容： K2＝v2/(R2·M)，K3＝v3/(R2·M)， (13) 其中，Cmem表示所述细胞的单位面积细胞膜电容，σm表示所述溶液的电导率，R表示所述待测细胞的细胞半径，εm表示所述溶液的介电常数，表示梯度算子，E表示所述电信号的电场强度，η表示所述溶液的粘度系数。 5.一种利用权利要求1-4任一方法的单细胞参数测量装置，其特征在于，包括：样品池微腔体、微电极芯片、信号发生模块、显微成像模块和处理模块，其中：所述样品池微腔体置于所述微电极芯片上，用于存放所述细胞溶液；所述信号发生模块用于为所述微电极芯片提供不同频率的介电泳电信号；所述微电极芯片用于通过所述电信号产生介电泳力，以使得所述待测细胞运动；所述显微成像模块用于获取所述待测细胞的运动轨迹；所述处理模块用于根据所述待测细胞的运动轨迹，利用权利要求1-4任一所述的单细胞参数测量方法计算所述待测细胞的半径、细胞质电导率和细胞膜比电容三个参数中的一种或多种。 6.一种利用权利要求5所述装置进行单细胞参数测量的方法，其特征在于，包括：将所述细胞溶液放入所述微电极芯片上的所述样品池微腔体中；利用所述信号发生模块为所述微电极芯片提供频率为f1的电信号，通过所述显微成像模块获取电场频率为f1时的所述待测细胞的第一运动速度v1；利用所述信号发生模块将所述电信号的频率调整为f2，通过所述显微成像模块获取电场频率为f2时的所述待测细胞的第二运动速度v2；利用所述信号发生模块将所述电信号的频率调整为f3，通过所述显微成像模块获取电场频率为f3时的所述待测细胞的第三运动速度v3；利用所述处理模块根据所述待测细胞在不同频率介电泳信号作用下的移动速度计算出所述待测细胞的半径、细胞质电导率和细胞膜比电容三个参数中的一种或多种。
所属类别：	发明专利