一种基于空芯光纤的多光谱干细胞活性检测分析系统的制作方法

1.本发明涉及一种可在医疗、制药和生命科学研究领域应用的干细胞活性检测分析系统。


背景技术：

2.干细胞是在多细胞生物中发现的未分化的生物细胞，既可以分化为专门的细胞，又可以通过有丝分裂产生更多的干细胞。在哺乳动物中，存在两种类型的干细胞：一种是胚胎干细胞，它们与胚细胞的内细胞群分离；另一种是在不同组织中发现的成体干细胞。在成人体内，干细胞和祖细胞作为机体的修复系统，补充成人的组织。在发育中的胚胎中，干细胞可以分化为所有特殊的细胞
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外胚层、内胚层和中胚层，但也能维持再生器官的正常代谢，如血液、皮肤或肠道组织。干细胞的活性不仅影响其自身生长增殖的能力，而且决定了干细胞分化为其他细胞的能力。因此干细胞活性的检测与评估在医学应用中相当重要。
3.常见的用于细胞活性检测的方法包括mtt法、xtt法、mts法和wsts法等。mtt是一种黄色的四唑化合物，在活细胞中被还原为紫色的甲状氮。其检测原理是活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源性mtt还原为水不溶性的蓝紫色结晶甲臜（formazan）并沉积在细胞中，而死细胞无此功能。二甲基亚砜（dmso）能溶解细胞中的甲臜，用酶联免疫检测仪在490nm波长处测定其光吸收值，可间接反映活细胞数量。在一定细胞数范围内，mtt结晶形成的量与细胞数成正比。其它与之密切相关的四唑类染料，包括xtt、mts和wsts，与中间的电子受体1
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甲氧基苯甲氨甲硫酸盐(pms)结合。其中wst
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1是细胞不通透性的，它在细胞外通过细胞膜电子传输而发挥作用。四唑类染料也可以用来测量细胞毒性(活细胞的减损)或细胞静态活性(从增殖到休眠)潜在的药物和有毒物质。然而，这些生化方法所采用的都是消耗性试剂，不仅成本较高，而且操作繁琐复杂，效率低下。
4.近些年拉曼散射光谱技术开始应用于细胞的活性检测。拉曼光谱能够解析分子振动、旋转、晶体结构和不同物质的相变，从而在分子水平上检测和分析这些物质的总体成分和相对含量。拉曼光谱技术可以测量细胞内部或表面的某些活性物质的含量，而这些活性物质的含量可以区分不同活性的干细胞，为后续的不同活性或功能的干细胞分拣提供依据。
5.空芯光纤是将光纤的制成空心的光纤，形成圆筒状空间，用于光传输的光纤。空芯光纤既可以传导光束，光纤中间的空心又可以让细胞通过。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种能够提高干细胞活性的检测效率的基于空芯光纤的多光谱干细胞活性检测分析系统。
7.为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：一种基于空芯光纤的多光谱干细胞活性检测分析系统，其特征是：包括放置待检干细胞的细胞容器，空芯光纤伸入细胞容器中，与拉曼光谱装置的物镜连接的光纤，经光纤
耦合部分与空芯光纤连接，拉曼光谱装置与进行干细胞活性分析的电脑连接；另设有对空芯光纤中的待检干细胞进行照射、激发拉曼散射的光照射装置；空芯光纤内表面吸附增强基底纳米颗粒，用于增强拉曼检测信号。
8.所述纳米颗粒为金颗粒、或银颗粒、或铜颗粒、或稀土金属、或碳纳米管、或石墨烯的增强基底。
9.本发明利用细胞在空芯光纤中通过，结合空芯光纤的传导光的作用，对细胞进行多光谱测量和分析，根据某些细胞活性物质的光谱强度，评估干细胞的活性强弱，能够大大提高干细胞活性的检测效率，不用荧光染色，对细胞没有毒性，同时具有成本低、快速、简单的优势，在治疗疾病、人工生殖、器官移植和美容领域中具有很好的应用前景。
10.本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：相比于mtt、xtt、mts和wsts等化学检测法，此技术仅获取其多光谱，属于物理方法，不需要检测试剂盒，可多次检测，成本较低。相比于mtt、xtt、mts和wsts方法，此技术仅需要极少量的细胞，通常只需要0.1ml的细胞沉淀即可。相比于流式细胞计数仪，整合检测与细胞通路于一体，结构简单小型化。
附图说明
11.图1是本发明一个实施例的结构示意图。
12.图2是修饰有纳米颗粒的空芯光纤示意图。
具体实施方式
13.本发明的优选实施例详述如下一种基于空芯光纤的多光谱干细胞活性检测分析系统，包括放置待检干细胞1的细胞容器8，空芯光纤2伸入细胞容器中，待检测干细胞悬浮液经空芯光纤流过，与拉曼光谱装置5的物镜4连接的光纤7，经光纤耦合部分3与空芯光纤连接，拉曼光谱装置与进行干细胞活性分析的电脑6连接；另设有对空芯光纤中的待检干细胞进行照射、激发拉曼散射的光照射装置9；空芯光纤内表面吸附增强基底10纳米颗粒，用于增强拉曼检测信号。
14.所述纳米颗粒为金颗粒、或银颗粒、或铜颗粒、或稀土金属、或碳纳米管、或石墨烯的增强基底。
15.实施例1：在本实施例中，采用两组（甲组和乙组）不同活性干细胞混悬液，进行表面增强检测前先取出一部分细胞进行mtt测试以确定其相对活性大小。甲组和乙组经mtt测试得到吸光度分别为a甲=0.82和a乙 =0.51，显示甲组的细胞活性相对较高。将甲乙两组细胞混悬液吸入到空芯光纤中。使用633nm激光器输出1mw功率的激发光，并用拉曼散射/红外/可见光/太赫兹多光谱测定其光谱。获取的光谱经过基线校正。多光谱显示，活性高的甲组，其多光谱信号较强，峰位较明显，而活性低的乙组，其光谱信号较弱，峰位不如甲组明显。因此，通过此方法可以测定干细胞的活性强弱。
16.上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只
要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
17.实施例2：在本实施例中，采用两组（甲组和乙组）不同活性干细胞混悬液，进行表面增强检测前先取出一部分细胞进行mtt测试以确定其相对活性大小。甲组和乙组经mtt测试得到吸光度分别为a甲=0.82和a乙 =0.51，显示甲组的细胞活性相对较高。将甲乙两组细胞混悬液吸入到空芯光纤中。使用633nm激光器输出1mw功率的激发光，采用修饰有金纳米颗粒空芯光纤，如图2，并用拉曼光谱仪测定其拉曼光谱。获取的拉曼光谱经过基线校正后平均，得到平均拉曼光谱。拉曼光谱信号强度明显高于没有修饰纳米颗粒空芯光纤的光谱信号强度。并且经过同比比较，活性高的甲组，其拉曼光谱较强，峰位较明显，而活性低的乙组，其拉曼光谱较弱，峰位不如甲组强。因此，通过此方法可以测定干细胞的活性强弱。另外同时运用人工智能算法，将主成分分析和支持向量积，与深度学习算法自解码算法相结合，自动分析干细胞的活性，判定速度快捷。同样采用拉曼散射/红外/可见光/太赫兹多光谱，干细胞活性，其判定准确率接近甚至超过人工判定。
18.上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。