基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法

本申请涉及生物医学工程产业领域的微流控技术与细胞操控，特别是涉及一种基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法。

背景技术：

1、细胞电转染是利用电脉冲在细胞膜上形成可逆或不可逆微孔、从而实现外源分子进入细胞的物理转染技术，因其适用性广、高效且不依赖病毒载体等优势，被广泛应用于基因编辑、细胞治疗及疫苗开发等领域。

2、目前，国内外学者已对电转染脉冲参数进行了大量研究，系统考察了电场强度、脉冲波形、脉冲时长与次数等参数对不同类型细胞电转染效率的影响规律，并据此筛选出适用于特定细胞系的最优电转染条件。然而，该类方法普遍采用“预实验模式”，即为某一类细胞筛选出一组固定的最优参数后，以该组参数对所有同类型细胞进行批量处理。这一技术路线隐含了一个根本性假设：同类型细胞具有一致的生物学特性。但事实上，即使来源相同，单个细胞在大小、形态、细胞周期及力学特性等方面均存在显著差异，这种单细胞异质性是细胞群体的固有属性。因此，固定参数的批处理模式无法使每一个细胞均处于最优电转染条件下，导致转染率与存活率难以兼顾。

3、为应对上述问题，部分研究者尝试结合显微镜等光学设备，根据细胞的形态、尺寸等光学信息实时调整电转染参数。这类方法虽在一定程度上提升了调控的针对性，但仍存在设备复杂、系统集成难度大、光学标记可能影响细胞活性以及通量受限等不足。

4、近年来，相关研究已证实细胞力学特性与电学特性之间存在明确的关联规律，这为无需复杂光学设备即可实时获取细胞力学状态提供了理论基础。然而，现有技术尚未实现将该理论转化为能够实时测量单细胞力学特性并据此自适应调控电转参数的工程化方案。

5、综上所述，如何在无需复杂光学设备的条件下，针对单细胞力学异质性实现电转染参数的实时自适应调控，是本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、基于此，针对传统方法无法实现在无需复杂光学设备的条件下，针对单细胞力学异质性实现电转染参数的实时自适应调控的技术问题，本申请提供一种基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法。

2、本申请提供一种基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，包括：

3、获取目标单细胞通过微通道的第一检测区时因通道截面变化产生形变的电阻抗信号，并将该电阻抗信号定义为第一目标电阻抗信号；

4、根据所述第一目标电阻抗信号提取所述目标单细胞的电学特性参数；

5、将所述电学特性参数与预构建的映射数据库进行匹配；所述映射数据库包括多条参考数据，每一条参考数据包括参考单细胞的力学特性参数，参考单细胞的电学特性参数，参考单细胞的最优电转染参数组，参考单细胞的力学特性参数、参考单细胞的电学特性参数与参考单细胞的最优电转染参数组之间的映射关系；

6、根据匹配结果确定所述目标单细胞对应的最优电转染参数组；

7、在所述目标单细胞到达所述微通道内的电转染区时，应用所述最优电转染参数组对所述目标单细胞施加电脉冲，以执行电转染；

8、获取所述目标单细胞在电转染后通过微通道的第二检测区时因通道截面变化产生形变的电阻抗信号，并将该电阻抗信号定义为第二目标电阻抗信号；

9、根据第一目标电阻抗信号和第二目标电阻抗信号之间的变化量评估电转染效果和细胞存活状态。

10、本申请涉及一种基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，通过获取目标单细胞在微通道第一检测区因通道截面变化产生形变时的电阻抗信号并提取电学特性参数，实现了无需光学标记的单细胞电学特性实时感知；通过将电学特性参数与预构建的包含力学特性参数、电学特性参数及最优电转染参数组之间映射关系的映射数据库进行匹配并确定对应的最优电转染参数组，克服了固定参数模式无法适配单细胞异质性的缺陷；通过在目标单细胞到达电转染区时应用所述最优电转染参数组施加电脉冲，实现了针对单细胞个体的精准电转染；通过获取电转染后第二检测区的电阻抗信号并基于电转染前后信号变化量评估电转染效果和细胞存活状态，实现了电转染质量的实时量化评判。综合上述步骤，本申请在无需复杂光学设备的条件下，实现了对单细胞力学异质性的自适应电转染参数调控与效果验证，克服了固定参数模式导致单细胞电转染效率与存活率难以兼顾的缺陷。

1.一种基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，所述微通道沿细胞流动方向依次设置有入口直管段、漏斗型渐缩段、等宽直管收缩段、漏斗型渐扩段和出口直管段；

3.根据权利要求1所述的基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，所述将所述电学特性参数与预构建的映射数据库进行匹配，包括：

4.根据权利要求3所述的基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，所述计算所述目标单细胞的电学特性参数与所述映射数据库的每条参考数据中参考单细胞的电学特性参数之间的加权欧氏距离，包括：

5.根据权利要求1所述的基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，在所述获取目标单细胞通过微通道的第一检测区时因通道截面变化产生形变的电阻抗信号，并将该电阻抗信号定义为第一目标电阻抗信号之前，还包括：

6.根据权利要求5所述的基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，所述在所述微通道的电转染区内，应用由多个电转染参数构成的电转染参数组对所述参考单细胞施加电脉冲，获取所述参考单细胞在电转染后通过第二检测区时因通道截面变化产生形变的第二参考电阻抗信号，包括：

7.根据权利要求5所述的基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，在所述将所述参考数据存入所述映射数据库之后，还包括：

8.根据权利要求1所述的基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，所述在所述目标单细胞到达所述微通道内的电转染区时，应用所述最优电转染参数组对所述目标单细胞施加电脉冲，以执行电转染，包括：

9.根据权利要求1所述的基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，所述根据第一目标电阻抗信号和第二目标电阻抗信号之间的变化量评估电转染效果和细胞存活状态，包括：

10.根据权利要求9所述的基于单细胞力-电耦合特性的微尺度电转染方法，其特征在于，所述根据所述电阻变化量和所述电容变化量判定电转染效果和细胞存活状态，包括：