1.一种激光拉曼测量单细胞温度分布的方法,其特征在于,包括:
(1)制备用于加热细胞的微米电极阵列芯片,所述芯片中电极层上方形成有适于细胞生长的绝缘导热层;
(2)在光学玻璃上形成二维材料导热层,以便得到温度传感器;
(3)测量所述二维材料导热层在不同温度下的拉曼光谱图,以便获得所述二维材料拉曼光谱特征峰对应的波数与温度的线性关系;
(4)使细胞直接生成在所述绝缘导热层上;
(5)使所述二维材料导热层与所述细胞接触,通过所述微米电极阵列对所述细胞进行加热,并逐点测量目标细胞上方二维材料导热层的拉曼光谱信号,获得全场的拉曼光谱分布图;
(6)基于所述二维材料拉曼光谱特征峰对应的波数与温度的线性关系和所述二维材料导热层中每一点的拉曼光谱特征峰的波数偏移量,获得目标细胞全场的温度分布。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)至少满足以下条件之一:
所述微米电极阵列为蛇形结构、螺旋圈结构、同心圆圈、回形圈结构或网状结构;
所述微米电极阵列为串联和/或并联结构;
所述微米电极阵列包括多个加热区,相邻两个所述加热区通过电极线相连,多个所述加热区和电极线构成蛇形结构、螺旋圈结构、同心圆圈、回形圈结构或网状结构;
所述微米电极阵列包括多个加热区,相邻两个所述加热区通过电极线相连,每个所述加热区分别独立地由电极线构成蛇形结构、螺旋圈结构、同心圆圈、回形圈结构或网状结构;任选地,连接相邻两个所述加热区的电极线宽不大于100μm,每个所述加热区中的电极线宽不大于5μm;任选地,连接相邻两个所述加热区的电极线宽为20~100μm,每个所述加热区中的电极线宽为1~5μm。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,步骤(1)中,所述微米电极阵列芯片采用如下步骤制备得到:
(1-1)在硅基底上形成紫外光刻胶层,利用紫外光刻法将所述紫外光刻胶层形成为与目标电极阵列结构匹配的图案;或者,预先利用反应离子刻蚀法在硅基底上形成凹槽,再在所述凹槽内形成紫外光刻胶层,利用紫外光刻法将所述紫外光刻胶层形成为与目标电极阵列结构匹配的图案;
(1-2)在步骤(1-1)得到的硅基底上依次沉积粘附层和电极层;
(1-3)去除所述光刻胶层及其上沉积的粘附层和电极层,以便得到目标结构的电极阵列;
(1-4)在步骤(1-3)得到的硅基底上沉积绝缘导热层,以便覆盖所述电极阵列,得到微米电极阵列芯片。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,至少满足以下条件之一:
所述粘附层的厚度为8~12nm,所述电极层的厚度为100~300nm;
所述绝缘导热层为二氧化硅层;
所述粘附层为钛层,所述电极层为铂层;
所述粘附层为铬层,所述电极层为金层。
5.根据权利要求1或4所述的方法,其特征在于,步骤(2)至少满足以下条件之一:
所述二维材料为二维纳米材料;
所述二维材料导热层的总厚度不大于1nm;
所述二维材料导热层为选自石墨烯层、二硫化钼层、二硫化钨层和二硒化钼层中的至少之一;
所述二维材料导热层为单层石墨烯层;
所述温度传感器采用如下步骤制备得到:(2-1)在铜箔上形成二维材料导热层,并在所述二维材料导热层上形成支撑层;(2-2)去除所述铜箔,并利用所述支撑层将所述二维材料导热层转移至光学玻璃上;(2-3)去除所述支撑层,以便得到所述温度传感器。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(3)进一步包括:
(3-1)将承载有所述二维材料导热层的光学玻璃置于控温平台上,利用所述控温平台将所述二维材料导热层加热至t1,并测量所述二维材料在t1温度下的拉曼光谱图,记录拉曼光谱目标特征峰对应的波数w1;
(3-2)将所述控温平台的温度调整到tn,测量所述二维材料在tn温度下的拉曼光谱图,记录其在tn温度下拉曼光谱目标特征峰对应的波数wn,其中,tn为不同于t1的任意温度;
(3-3)重复步骤(3-2)的操作,以便得到所述二维材料在多个不同温度下其拉曼光谱目标特征峰分别对应的波数;
(3-4)基于所述二维材料在多个不同温度下其拉曼光谱目标特征峰对应的波数与温度的一一对应关系,获得其拉曼光谱目标特征峰对应的波数与温度的线性关系,其中所述线性关系为:
ωg=ω0+χtg,
tg为任意温度;
ωg为在温度tg下所述二维材料拉曼光谱目标特征峰对应的波数;
ω0为温度tg为0k时所述二维材料拉曼光谱目标特征峰对应的波数;
χ为所述二维材料拉曼光谱目标特征峰对应的波数随温度变化的一阶线性系数。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,至少满足以下条件之一:
所述二维材料拉曼光谱目标特征峰在tn温度下对应的波数wn随温度变化的系数值χn为
所述二维材料导热层为单层石墨烯层,其拉曼光谱目标特征峰为g峰(~1580cm-1)。
8.根据权利要求1或7所述的方法,其特征在于,步骤(4)中至少满足以下条件之一:
所述细胞生长的面密度为10~20个/500μm2;
预先对所述芯片进行消毒,再将所述芯片置于细胞培养箱中;
使所述二维材料导热层与所述细胞接触后,在所述光学玻璃周围涂抹凡士林进行密封。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(5)进一步包括:将直流电源、高精度电流表和电压表接到微米电极阵列芯片的引脚上,测量微米电极加热区两端的电压u和流过的电流i,计算电阻r和加热功率p,通过改变电加热功率p以精确控制微米电极的温度。
10.权利要求1~9中任一项所述的方法在活体细胞生物特征测量、药物研发、疾病病理研究中的用途。