一种测量生物细胞电特性的光诱导电极扫描显微镜及方法与流程

技术特征：
1.一种测量生物细胞电特性的光诱导电极扫描显微镜，其特征在于，系统包括：位移平台(1)，投影装置(2)，第一正透镜(3)，第二正透镜(4)，物镜(5)，光敏芯片(6)，光学显微镜(7)，ccd(8)，计算机(9)；光敏芯片(6)安装于所述位移平台(1)上；位移平台(1)，包括：微米位移台(粗调，25mm行程，分辨率0.1μm)和纳米位移台(细调，100μm行程，分辨率0.2nm)，用于对光敏芯片(6)进行三维调节，x和y方向用于水平调节光敏芯片位置，实现光诱导电极扫描模式，z方向用于竖直调节光敏芯片位置以调节成像焦距，使细胞成像于计算机(9)的显示器上；投影装置(2)、第一正透镜(3)、第二正透镜(4)和物镜(5)，用于将设计好的光图案投影到光敏芯片(6)上，通过调节投影装置(2)、第一正透镜(3)和第二正透镜(4)之间的距离改变光图案尺寸；光敏芯片(6)，光敏层的被照射区域产生光生载流子使电导率增加，从而在芯片上产生由光图案定义的光诱导电极；光学显微镜(7)和ccd(8)，用于获取光图案和细胞图像；计算机(9)带有信号放大器和数据采集卡(24bits，200ks/s)，用于实时观测光图案和细胞图像，同时作为外部采集设备进行细胞电信号的采集与处理。2.根据权利要求1所述的一种测量生物细胞电特性的光诱导电极扫描显微镜，其特征在于：所述光敏芯片(6)从上到下依次由本征氢化非晶硅光敏层(11)、n型掺杂氢化非晶硅层(12)，氧化铟锡导电层(13)和玻璃基底(14)组成；其中，本征氢化非晶硅光敏层(11)的厚度为100nm
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1000nm，n型掺杂氢化非晶硅层(12)的厚度为20nm
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100nm，氧化铟锡导电层(13)的厚度为20nm
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200nm；本征氢化非晶硅光敏层(11)是光生载流子的产生区，具有光电转化作用，n型掺杂氢化非晶硅层(12)能够降低本征氢化非晶硅光敏层(11)和氧化铟锡导电层(13)之间的接触电阻。3.根据权利要求1所述的一种测量生物细胞电特性的光诱导电极扫描显微镜，其特征在于：投影装置(2)将设计好的光图案投影，依次经过第一正透镜(3)、第二正透镜(4)的汇聚、物镜(5)的缩放照射到光敏芯片(6)上。4.根据权利要求1所述的一种测量生物细胞电特性的光诱导电极扫描显微镜，其特征在于，所述的投影装置(2)，也可以用以下方法实现：1)两光束激光干涉产生的微米或纳米条纹扫描，2)激光振镜控制光点扫描，或3)空间光调制器结合光敏芯片成像扫描。5.根据权利要求1所述的一种测量生物细胞电特性的光诱导电极扫描显微镜，其特征在于，将导线一端连接光敏芯片(6)的氧化铟锡导电层(13)作为测量电极，另一端接外部采集设备计算机(9)，参考电极置于细胞上方。6.一种测量生物细胞电特性的光诱导电极扫描显微方法，其特征在于，使用如权利要求1
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5任一项所述的显微镜，具体操作步骤包括如下：提取1
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3天新生大鼠的心肌细胞，培养在光敏芯片(6)培养皿中；投影装置(2)将设计好的光图案进行投影，光图案经过第一正透镜(3)、第二正透镜(4)的汇聚和物镜(5)的缩放后照射到光敏芯片(6)上；通过光学显微镜(7)、ccd(8)和计算机(9)观察贴壁心肌细胞和光图案并将光图案移动至待测心肌细胞下方；计算机(9)同时也作为外部采集设备，实时采集心肌细胞的电特性。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：利用投影装置(2)进行图案移动从而直接调整光图案的投影位置，对芯片进行x和y方向扫描，或者利用位移平台(1)精细调节光敏芯
片(6)在x和y方向的位置以间接实现光图案的移动，从而实现光诱导电极扫描模式；实时观察计算机(9)采集软件的示数，当出现最强的周期性电压信号时，分别记录x和y方向的坐标，此坐标即为心肌细胞位置，进而实现在二维平面上的贴壁心肌细胞定位。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：被测细胞也可以是其他兴奋细胞，或细胞膜电位，以及细胞膜电位/离子通道的变化。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，对贴壁细胞上表面和悬浮细胞产生的电信号，可以通过扫描过程中的信号序列分析计算获得其空间位置，进而实现在三维空间上的心肌细胞定位。

技术总结
本发明公开一种测量生物细胞电特性的光诱导电极扫描显微镜及方法，该显微镜利用投影到光敏芯片上的光图案形成相应的光诱导电极，通过移动光图案或者光敏芯片的位置实现光诱导电极扫描模式，主要用于生物细胞电特性测量和定位。将设计好的光图案照射到镀有光敏材料的芯片上，使光敏层被照射区域的电导率增大，在芯片上产生由光图案定义的电极，即光诱导电极。本发明用光诱导电极取代传统的固定电极，可以根据需要实时改变电极的位置和形状，实现无创、灵活地测量生物细胞电特性，可以通过移动光图案或者光敏芯片的位置实现光诱导电极扫描模式，用于在二维平面或三维空间上进行生物细胞电特性测量与定位。物细胞电特性测量与定位。物细胞电特性测量与定位。


技术研发人员：王作斌 侯峰燕 杨焕洲 姜晓琳 王睿 曲凯歌 田立国 杨帆 王建飞 董建军 朱文禹 陈玉娟 宋正勋 翁占坤 许红梅
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：2021.07.21
技术公布日：2021/11/17