表面等離子體共振傳感芯片及細胞響應檢測系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物檢測領域，尤其涉及一種能夠長時間、穩定、均勻地維持細胞生長所需溫度的表面等離子體共振傳感芯片。
【背景技術】
[0002]細胞是生命體的基本單元。細胞檢測有助于深入理解生命活動過程的本質，有利于疾病診斷和藥物開發。表面等離子體共振(SPR)傳感技術具有實時、靈敏、無需標記等優點，利用SPR檢測細胞響應，特別是癌細胞對不同化療方案的響應，已經成為近十年來的研究熱點。
[0003]圖1是現有技術的SPR傳感芯片系統10的示意圖。為了方便說明，圖中省去了光學部分中的光學耦合器件和角度調節器件以及數據采集處理部分中的A/D轉換電路和計算機等，而僅以光源120和光學檢測單元130來分別作為光學系統和數據采集處理系統的代表。傳感芯片110包括蓋體玻璃、起于流入口并終于流出口的流體通道和位于下部的用于激發SPR的棱鏡，其中棱鏡的上表面鍍有貴金屬膜，通常是金膜。可以將生物分子或細胞接種在金屬膜的表面，當這些生物分子或細胞由于與培養液相互作用而發生變化時，會導致金屬膜表面結構的改變，從而導致SPR角的改變。根據SPR角的改變值，就能夠得出相應生物檢測的結果。為了更好的進行生物培養，需要對培養環境進行控制。如圖所示，在流體通道附近布置有用于感測流量的流量傳感器、用于感測溫度的溫度傳感器、以及用于將流體溫度維持至預設溫度(通常為37攝氏度)的加熱器。
[0004]長時間維持細胞正常生長所需的溫度，是實現SPR細胞檢測的重要條件之一。在現有技術中，通常會使用多片加熱器(通常是批量生產的TEC制冷片)包裹細胞培養室四周(不僅是圖1中示出的4片)，通過比較傳感芯片內部實際溫度與預設溫度的差異，控制TEC制冷片的電流方向和大小，實現對傳感芯片的溫度控制。
[0005]由于SPR傳感芯片需要在底部放置棱鏡，并且需要將頂部留作觀察窗口，因此導致傳感芯片上下部溫控措施不足，傳感芯片的外部溫度變化會導致其內部溫度的波動，影響長期檢測的穩定性。另外，對于基于流動培養的傳感芯片，由于培養液進樣時的溫度(通常為室溫)較預設溫度(通常為37攝氏度)低，培養液的流動會導致傳感芯片內部產生溫度梯度。這樣會對傳感芯片內不同位置的細胞生長造成不同程度的影響，進而影響檢測結果的一致性。最后，現在使用的TEC器件屬于批量生產器件，外形通常單一，不利于溫控結構設
i+o
[0006]由此，需要一種能夠克服上述現有技術中的至少一個缺點的表面等離子體共振傳感芯片。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的一個技術問題在于克服現有技術的上述不足，提供一種新的用于SPR細胞檢測的溫度控制方法和傳感芯片，能夠長時間、穩定、均勻地維持細胞生長所需的溫度，實現長時間SPR檢測細胞對外界刺激的響應。
[0008]根據本發明的一個方面，提供了一種表面等離子體共振傳感芯片，包括:培養腔，培養腔具有培養液流入口和培養液流出口；加熱裝置，加熱裝置包括具有兩層導熱金屬和夾在中間的高電阻率膜的夾層結構并且具有貫通結構，其中培養腔嵌入在貫通結構內；培養液流入通道，培養液流入通道使得其內的培養液在進入培養腔的培養液流入口之前流經加熱裝置的一個表面；以及位于培養腔下部并與培養腔緊密封接的棱鏡，棱鏡與培養腔接合的表面上鍍有貴金屬膜。
[0009]優選地，傳感芯片還可以包括透明或半透明的隔熱外殼。
[0010]優選地，培養液流入通道位于隔熱外殼內，加熱裝置嵌在隔熱外殼中，并且加熱裝置的表面與培養液流入通道緊密相鄰。
[0011]優選地，傳感芯片還可以包括:位于隔熱外殼內的培養液流出通道，該培養液流出通道與培養腔的培養液流出口連通。
[0012]優選地，培養腔包括上部的灌流室和下部的培養室，以及夾在兩室中間的多孔膜，其中培養液流入口和培養液流出口位于灌流室處。
[0013]優選地，灌流室的內腔可以是等高腔體，等高腔體的水平截面由一個三角形、一個正方形和一個半圓形拼接而成，培養液流入口位于三角形的頂角處，培養液流出口位于半圓形的頂點處。相應地，培養室可以是圓柱體并且位于正方形的下部。
[0014]優選地，培養室具有細胞注入口和細胞排出口，細胞注入口和細胞排出口在培養液流經灌流室時封閉。
[0015]優選地，灌流室、培養室以及多孔膜可以通過注塑一次成型。
[0016]根據本發明的另一個方面，提供了一種細胞響應檢測系統，包括:如上所述的表面等離子體共振傳感芯片;光學組件，用于發射并調制用于射入表面等離子體共振傳感芯片中的棱鏡的入射光；以及數據采集和處理組件，用于接收來自光學組件的入射光的數據以及來自棱鏡的反射光的數據并對采集的數據進行處理以獲取細胞響應的檢測結果。
[0017]根據本發明的另一個方面，提供了一種細胞響應檢測方法，包括:將細胞注入如上所述的表面等離子體共振傳感芯片的培養腔，其中細胞在棱鏡上表面的貴金屬膜上生長；使培養液持續流過傳感芯片的灌流室，其中培養室通過隔層進行培養液交換;使入射光通過棱鏡入射至棱鏡的上表面；以及采集入射和反射光數據并加以處理以獲取細胞響應的檢測結果。
[0018]這樣，通過引入具有夾層結構的加熱裝置，使得加熱裝置能夠更為容易地適應培養腔的各種形狀。另外，由于培養液在流入培養腔之前流經加熱裝置的一個表面，因此能夠消除培養液與培養腔的溫度差，保證培養腔內的溫度穩定。
[0019]另外，本發明還通過引入隔熱外殼和“兩室”結構的培養腔，進一步隔離細胞生長內部環境與外部大環境的熱量傳導。
【附圖說明】
[0020]通過結合附圖對本公開示例性實施方式進行更詳細的描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優勢將變得更加明顯，其中，在本公開示例性實施方式中，相同的參考標號通常代表相同部件。[0021 ]圖1是現有技術的SPR傳感芯片系統的示意圖。
[0022]圖2是根據本發明一個實施例的SPR傳感芯片的截面圖。
[0023]圖3是根據本發明一個實施例的具有夾層結構的加熱裝置的截面圖。
[0024]圖4是圖3所示夾層結構的俯視圖。
[0025]圖5是根據本發明一個實施例具有“兩室”結構的培養腔的截面圖。
[0026]圖6是根據本發明一個實施例具有“兩室”結構的培養腔的俯視圖。
【具體實施方式】
[0027]下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠將本公開的范圍完整地傳達給本領域的技術人員。
[0028]由于現有的SPR傳感芯片無法為SPR細胞響應檢測良好的溫度控制來精確模擬細胞生長的環境，本發明提出了一種具有能夠良好控溫的新穎結構的SPR傳感芯片。不同于現有技術中利用半導體制冷原理的TEC制冷片，本發明通過具有夾層結構的加熱裝置來進行溫度控制。另外，通過使得培養液在進入培養腔之前，先流過加熱裝置的表面以預熱至預設溫度，消除由于培養液流動引起的培養液灌流室內部的溫度梯度。此外，使用透明或半透明的隔熱外殼包裹除棱鏡外的傳感芯片，在保證細胞生長可觀察性的同時進一步增強傳感芯片抵抗外部溫度變化的能力。最后，通過引入具有“兩室”結構的培養腔，進一步減少流體溫度變化對位于下部細胞培養室內的細胞生長的影響。
[0029]圖2是根據本發明一個實施例的SPR傳感芯片210的截面圖。該傳感芯片210可以包括隔熱外殼201、加熱裝置202、培養腔204、培養液流入通道205以及培養液流出通道206。
[0030]培養腔201具有培養液流入口和培養液流出口用于培養液的流出和排出。如圖所示，培養液流入口和培養液流出口可以分別看作是培養液流入通道205的尾端和培養液流出通道206的首端。