基于敞开式离子源的细胞检测装置及方法与流程

本发明涉及细胞检测，特别涉及基于敞开式离子源的细胞检测装置及方法。

背景技术：

细胞检测分析技术是研究细胞形态、代谢等的重要手段，直接或间接反映生物体形成、细胞生长信号等，特别是单细胞分析领域。针对单细胞的信息传递原位提取，能为药物研发、细胞通路、靶向治疗等提供至关重要的基础数据。

细胞分析方法主要包括：

1.质谱分析法，质谱分析主要基于单细胞检测技术，例如标记技术、探针刺取技术、喷墨打印技术等，主要是有选择性的检测单一细胞，或是连续检测一组单一排练的细胞。

2.荧光分析法，荧光分析适合在细胞生物学及较大分子的细胞代谢组学研究，也是基于单细胞的检测。

在上述方法中，虽然单一细胞的精确检测能直观反映细胞生物机理，但是相对于取样细胞组织中，单一细胞是无法有效反映取样细胞组织的实际情况，连续检测分析存在效率不高、时效性不强等问题。而细胞生物状态的平均水平能直接反映取样细胞组织的生物状态。因此，如何建立一种单细胞检测及多细胞平均水平检测的方法显得尤为重要。

技术实现要素：

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种基于敞开式离子源的细胞检测装置，实现了单细胞检测及多细胞平均水平的检测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于敞开式离子源的细胞检测装置，所述细胞检测装置包括敞开式离子源、质谱仪，所述质谱仪具有进口；所述基于敞开式离子源的细胞检测装置进一步包括：

细胞筛选单元，所述细胞筛选单元用于筛选出不同直径的细胞；

细胞承载单元，所述细胞承载单元包括多个区域，所述区域具有呈阵列式分布的凹槽，每一区域的凹槽承载的细胞的直径不同；

第一驱动单元，所述第一驱动单元驱动所述细胞筛选单元和细胞承载单元相对移动，使得筛选出的细胞进入对应的凹槽内；

第二驱动单元，所述第二驱动单元驱动所述敞开式离子源和细胞承载单元相对移动，使得离子源离子化单个凹槽和/或单个区域内的细胞；

检测单元，所述检测单元用于检测任一凹槽内是否具有细胞；

调节单元，所述调节单元用于调节所述敞开式离子源出射的等离子体束的直径和/或能量，离子化单个凹槽和/或单个区域内的细胞。

本发明的目的还在于提供了基于上述检测装置的细胞质谱检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

根据上述的基于敞开式离子源的细胞检测装置的细胞质谱检测方法，所述细胞质谱检测方法包括以下步骤：

(a1)筛选出不同直径的细胞，细胞进入凹槽内，不同区域的凹槽承载不同直径的细胞；

(a2)得出细胞在凹槽内的分布状况；

(a3)调整所述敞开式离子源出射的等离子体的直径，敞开式离子源离子化选择的区域的单个凹槽内的细胞，质谱仪分析离子，并根据所述质谱仪的输出结果调整所述敞开式离子源的等离子体的出射能量；质谱仪输出单个凹槽内的细胞的信息；

调整所述敞开式离子源出射的等离子体的直径，敞开式离子源离子化选择的区域内的细胞，质谱仪分析离子，并根据所述质谱仪的输出结果调整所述敞开式离子源的等离子体的出射能量；质谱仪输出单个区域内细胞的平均信息。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

申请人不仅设计了细胞承载单元(细胞分区域放置，且呈阵列式隔离分布)，还采用调节单元实现了离子源出射等离子体直径的变化和能量的变化，从而达到了；

1.实现了单细胞和区域内多细胞平均水平的检测；

细胞承载单元、具有调节单元的离子源的组合设计，使得经过调整后的等离子体束不仅实现了对单个凹槽内细胞的离子化和检测，还实现了区域内多个凹槽内多个细胞的同时离子化和检测，也即获得了单个细胞的信息以及多个细胞的平均信息；

2.检测准确、高效；

获得了单个细胞的信息以及多个细胞的平均信息，显著地提高了细胞综合评估的准确性；

调节单元的设计，使得离子源出射的等离子体束的直径和能量可调，质谱仪输出的谱峰满足检测要求，提高了检测准确性；

离子源和质谱进口的距离，离子源相对细胞承载单元的夹角以及质谱仪进口和细胞承载单元间距离的特殊设计，提高了细胞的离子化效果以及离子的接收效率，相应地提高了检测准确性；

利用检测单元准确地获得凹槽内是否具有细胞，提高了检测的准确性；

利用细胞筛选单元分离出直径不同的细胞，进一步提高了检测准确性；

区域内多个细胞的同时离子化和检测，提高了检测效率。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是本发明实施例的基于敞开式离子源的细胞检测装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的敞开式离子源的结构示意图；

图3是本发明实施例的细胞承载单元的区域分布示意图；

图4是本发明实施例的细胞筛选单元的结构示意图。

具体实施方式

图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本发明实施例1的基于敞开式离子源的细胞检测装置的结构示意图，如图1所示，所述基于敞开式离子源的细胞检测装置包括：

敞开式离子源1，如dbdi、dart等，离子源具有出口12；

质谱仪2，所述质谱仪具有进口21；

细胞筛选单元32，所述细胞筛选单元32用于筛选出不同直径的细胞；

细胞承载单元31，所述细胞承载单元31包括多个区域，所述区域具有呈阵列式分布的凹槽，使得在离子化单个凹槽内细胞时不会影响到相邻凹槽内的细胞，每一区域的凹槽承载的细胞的直径不同；

第一驱动单元，所述第一驱动单元驱动所述细胞筛选单元和细胞承载单元相对移动，使得筛选出的细胞进入对应的凹槽内；如细胞筛选单元固定，细胞承载单元在细胞筛选单元下侧平移，或反之；

第二驱动单元，所述第二驱动单元驱动所述敞开式离子源和细胞承载单元相对移动，使得离子源离子化单个凹槽和/或单个区域内的细胞；如敞开式离子源固定，细胞承载单元平移；

检测单元，所述检测单元通过光电分析、压力传感等方式检测任一凹槽内是否具有细胞；

调节单元，所述调节单元用于调节所述敞开式离子源出射的等离子体束的直径和/或能量，离子化单个凹槽和/或单个区域内的细胞。

为了提高检测准确性，进一步地，所述离子源出口和质谱仪进口在细胞承载单元上投影间的距离为3mm-20mm；所述质谱仪进口的中心轴线与所述细胞承载单元的上端平面间距离为0.5mm-5mm。

为了降低结构复杂度及提高运行的稳定性，进一步地，如图2所示，所述敞开式离子源和调节单元共用，所述敞开式离子源包括：

介质管113，所述介质管113具有多个部分，沿着介质管113的进口到出口方向，所述介质管113的多个部分的外径逐渐变小；

电极111，多个电极111分别设置在所述多个部分的外侧；

控制模块112，所述控制模块112用于控制所述电极111通电与否。

为了降低结果复杂度和提高运行可靠性，进一步地，所述第一驱动单元和第二驱动单元共用，驱动所述细胞承载单元平移。

为了筛选出不同直径的细胞，进一步地，所述细胞筛选单元包括本体，所述本体内具有多组不同内径的通道，每组通道的内径与细胞的不同直径对应；或者，

所述细胞筛选单元包括至少二个截留模块，至少二个截留模块上下层叠设置，所述截留模块包括底部具有开口的凹槽；自上而下地，层叠的截留模块的凹槽的底部开口的宽度变小，凹槽间连通。

为了检测单细胞，进一步地，所述细胞筛选单元的出口处设置阀，使得筛选出的细胞逐个排出，并进入凹槽内。

为了提高自动化程度及运行可靠性，进一步地，所述阀采用压电模块，所述压电模块设置在所述出口的外侧，所述出口形成在柔性材料内。

为了准确地判断单个凹槽内是否具有细胞，进一步地，所述检测单元包括：

光源，单个光源通过多个光传输介质分别将检测光传输到任一凹槽的下侧，或者，任一凹槽的下侧设置光源；

探测器，所述探测器接收穿过任一凹槽的检测光的光强；

判断模块，所述判断模块比较所述光强的阈值，输出判断结果；光强低于阈值，凹槽内具有细胞，光强高于阈值，凹槽无细胞。

本发明实施例的细胞检测方法，也即本实施例的基于敞开式离子源的细胞检测装置的工作方法，所述细胞检测方法包括以下步骤：

(a1)利用细胞筛选单元筛选出不同直径的细胞，细胞进入凹槽内，不同区域的凹槽承载不同直径的细胞；

(a2)利用检测单元得出细胞在凹槽内的分布状况：凹槽内是否具有细胞；

(a3)调整所述敞开式离子源出射的等离子体的直径，敞开式离子源离子化选择的区域的单个(经过检测单元判断具有细胞的)凹槽内的细胞，质谱仪分析离子，并根据所述质谱仪的输出结果调整所述敞开式离子源的等离子体的出射能量；质谱仪输出单个凹槽内的细胞的信息；

调整所述敞开式离子源出射的等离子体的直径，敞开式离子源离子化选择的区域内的细胞，质谱仪分析离子，并根据所述质谱仪的输出结果调整所述敞开式离子源的等离子体的出射能量；质谱仪输出单个区域内细胞的平均信息。

实施例2

根据本发明实施例1的基于敞开式离子源的细胞检测装置及方法的应用例。

在该应用例中，如图2所示，敞开式离子源选用dbdi离子源，介质管113具有三段，从介质管113的进口到出口方向上，三段的外径和内径呈阶梯式变小：出口所在段的内径和外径最小，进口所在段的内径和外径最大；电极111分别设置在每一段的外侧，利用控制模块112控制电极111放电与否；

离子源设置在旋转平台上，用于调整离子源出口的中心轴线和细胞承载单元上端平面间的夹角；离子源的出口的中心轴线和细胞承载单元的上端平面间的夹角为锐角或直角，如5度、25度、35度、40度、53度或60度；

所述细胞筛选单元32包括三个截留模块，三个截留模块上下层叠设置，所述截留模块包括底部具有开口的条状凹槽；自上而下地，自上而下地，层叠的截留模块的凹槽的底部开口的宽度变小，凹槽间连通，使得自上而下地，各个凹槽筛选出细胞的直径由大变小；每个条状凹槽的出口处设置压电模块，用于控制出口直径，使得根据需要地阻挡细胞的通过，实现了细胞逐个地通过阀门；

如图3所示，细胞承载单元31的顶端具有多个区域311，每个区域具有呈阵列式分布的凹槽，凹槽适于容纳直径不同的细胞；

细胞承载单元的每个凹槽下侧具有光源，仅有的一个探测器设置在细胞承载单元的上侧；

第一驱动单元(第二驱动单元)采用二维移动平台，用于驱动细胞承载单元在水平面内平移，使得从细胞筛选单元的各个出口逐个流出的细胞进入细胞承载单元的不同区域内凹槽内；所述离子源出口和质谱仪进口在细胞承载单元所在平面上的投影间的距离为3mm-20mm，如3mm、8mm、12mm、17mm、20mm；所述质谱仪进口的中心轴线与所述细胞承载单元的上端平面间距离为0.5mm-5mm，如0.3mm、1.1mm、3mm、5mm。

本发明实施例的细胞检测方法，也即本实施例的基于敞开式离子源的细胞检测装置的工作方法，所述细胞检测方法包括以下步骤：

(a1)利用细胞筛选单元筛选出不同直径的细胞，通过出口处压电模块的工作，使得各个条状凹槽内直径不同的细胞逐次地进入各个区域的凹槽内，不同区域的凹槽承载不同直径的细胞；

(a2)各个凹槽下侧的光源逐次地发出检测光，探测器接收穿过凹槽的检测光，分析模块根据接收光光强判断凹槽内是否具有细胞：光强低于阈值，凹槽内具有细胞，光强高于阈值，凹槽无细胞，从而得出细胞承载单元上细胞的分布状况；

(a3)调整所述敞开式离子源出射的等离子体的直径，该直径不大于凹槽内细胞的直径，敞开式离子源离子化选择的区域边缘的单个(经过检测单元判断具有细胞的)凹槽内的细胞，质谱仪分析离子，并根据所述质谱仪的输出结果调整所述敞开式离子源的等离子体的出射能量：如谱图中无谱峰或谱峰较低，则需提高出射能量，提高介质管的三部分外侧的电极的开启数量，如从一个提高到二个或三个，直到质谱仪输出满足要求的谱峰，进而输出单个凹槽内的细胞的信息；

若单细胞检测达到目标，调整所述敞开式离子源出射的等离子体的直径(敞开式离子源的介质管的部分的外径越大，该部分外侧的电极放电形成的从介质管出口出射的等离子体的直径越大)，该直径的范围覆盖选择的区域内所有细胞，敞开式离子源离子化选择的区域内的细胞，质谱仪分析离子，并根据所述质谱仪的输出结果调整所述敞开式离子源的等离子体的出射能量，如谱图中无谱峰或谱峰较低，则需提高出射能量，提高介质管的三部分外侧的电极的开启数量，如从一个提高到二个或三个，直到质谱仪输出满足要求的谱峰，质谱仪输出单个区域内细胞的平均信息。

根据本实施例可见，具有调节单元的离子源、细胞承载单元组合为一个整体，使得不仅可以通过调整离子源的参数(出射的等离子体直径和能量)去选择性离子化和检测细胞承载单元上单个凹槽内的单个或多个细胞，还可以通过调整离子源的参数(出射的等离子体直径和能量)去同时离子化和检测选择区域内所有细胞。

实施例3

根据本发明实施例1的基于敞开式离子源的细胞检测装置及方法的应用例，与实施例2不同的是：

1.如图4所示，细胞筛选单元包括本体，本体内设置多个筛选模块，每个筛选模块包括多个并列的竖直的内径相同的筛选通道321，各个筛选模块的筛选通道的内径不同，从而筛选出不同直径的细胞；上端连通筛选通道的传输通道322倾斜设置，并具有弯折，出口处设置阀323。

细胞悬浮液中细胞首先经过内径较小的筛选通道的筛选，获得直径较小的细胞，之后剩余细胞经过内径较大的筛选通道的筛选，获得直径较大的细胞；依此方式，逐步筛选出直径越来越大的细胞；

2.检测单元仅有一个光源，光源通过光纤将检测光传导至每个凹槽的下侧，利用光开关控制是否有光达到凹槽的下侧。