一种原子力探针测量单个搏动心肌细胞三维动态形貌的方法及装置与流程

技术特征：
1.一种原子力探针测量单个搏动心肌细胞三维动态形貌的方法，其特征在于：移动原子力探针、样品台以及原子力显微成像系统及其力反馈系统、闭环反馈系统，使得原子力探针精确定位到待测单个搏动心肌细胞上，并采用原子力探针在恒定力单点按时间顺序多次采集模式下，测量确定细胞表面一点在任一时刻的空间位置，通过这种模式对单个搏动心肌细胞进行扫描，实现三维动态形貌的测量，具体包括以下步骤：(1)控制纳米位移平台在x、y、z轴方向进行移动，寻找单个搏动心肌细胞，移动原子力探针、样品台以及原子力显微成像系统及其力反馈系统、闭环反馈系统，使得原子力探针精确定位到待测单个搏动心肌细胞上；(2)在光学显微镜下，观察单个搏动心肌细胞状态，移动原子力探针将其尖端放到待测的单个搏动心肌细胞的正上方；(3)设定测量参数，使得原子力探针和细胞表面接触采用恒定力单点按时间顺序多次采集模式，确定细胞表面一点在任一时刻的空间位置，通过这种采集模式对单个搏动心肌细胞进行扫描，精确定位单个搏动心肌细胞在搏动周期内任一时刻的位置和形貌，实现三维动态形貌的测量，从而在纳米尺度上获取单个搏动心肌细胞三维动态形貌。2.根据权利要求1所述的原子力探针测量单个搏动心肌细胞三维动态形貌的方法，其特征在于：所述原子力探针为氮化硅探针，微悬臂形状为三角形，针尖为圆锥形，针尖尖端半径为5-10nm，微悬臂弹性常数为0.2-0.4n/m，微悬臂长度为90-100μm。3.根据权利要求1所述的原子力探针测量单个搏动心肌细胞三维动态形貌的方法，其特征在于：所述恒定力单点按时间顺序多次采集模式通过设定测量参数使原子力探针以恒定力在细胞表面一点按时间顺序对单个搏动心肌细胞在z轴上进行表面高度信息测量，获得单个搏动心肌细胞在搏动周期内细胞表面一点在任一时刻的空间位置，再移动原子力探针至下一位置继续进行测量，通过这种模式对单个搏动心肌细胞进行扫描，精确定位单个搏动心肌细胞在搏动周期内任一时刻的位置和形貌，实现三维动态形貌的测量，具体包括以下步骤：(1)根据测量要求，设定以恒定力在细胞表面一点按时间顺序对单个搏动心肌细胞在z轴上进行表面高度信息测量，并给出在细胞表面一点测量次数的设定值；(2)通过闭环反馈系统判断在细胞表面一点测量次数是否达到设定值，若达到设定值，通过分析获得单个搏动心肌细胞在搏动周期内细胞表面一点在任一时刻的空间位置，并移动原子力探针至下一位置继续进行测量；(3)通过这种方式对单个搏动心肌细胞进行扫描，精确定位单个搏动心肌细胞在搏动周期内任一时刻的空间位置，并分析获得单个搏动心肌细胞的三维动态形貌，实现三维动态形貌的测量。4.根据权利要求1所述的原子力探针测量单个搏动心肌细胞三维动态形貌的方法，其特征在于：所述步骤(3)中的测量参数设定为：设定原子力探针粗进针以30-40nm的步长逐渐接近待测单个搏动心肌细胞，待针尖与单个搏动心肌细胞膜间距为5-10nm时，停止粗进针，同时启动原子力显微成像系统的恒定力单点按时间顺序多次采集模式，原子力探针以0.01-0.05nm的步长进行细进针，以恒定力按时间顺序多次采集模式实时跟踪测量单个搏动心肌细胞在搏动周期内任一时刻的空间位置和形貌。5.根据权利要求1所述的原子力探针测量单个搏动心肌细胞三维动态形貌的方法，其
特征在于：所述步骤(3)中，通过设定测量参数，根据原子力显微成像系统和力反馈系统、闭环反馈系统，原子力探针与单个搏动心肌细胞之间以恒定力接触，当单个搏动心肌细胞收缩或舒张时，原子力探针跟随单个搏动心肌细胞在z轴方向进行移动，在单个搏动心肌细胞的博动周期内，原子力探针与单个搏动心肌细胞始终以恒定力按时间顺序多次采集模式接触，使得原子力探针与单个搏动心肌细胞膜表面的接触稳定，通过这种测量方法测量获得单个搏动心肌细胞在搏动周期内任一时刻的空间位置和形貌，构建接触稳定的测量模式，实现三维动态形貌的精确测量，从而在纳米尺度上获取单个搏动心肌细胞三维动态形貌。6.一种原子力探针测量单个搏动心肌细胞三维动态形貌的装置，其特征在于包括：原子力探针测量细胞模块、压电陶瓷纳米位移平台、四象限光电检测器电压采集模块、光学显微镜模块、d/a数据转换器、压电陶瓷纳米位移平台控制器、计算机终端控制系统和样品形貌图像显示器；所述原子力探针测量细胞模块包括原子力探针、单个搏动心肌细胞和样品台；所述光学显微镜模块包括物镜、适配器和变焦镜头；四象限光电检测器电压采集模块包括四象限光电检测器、电压采集模块、信号放大器和a/d转换器；计算机控制系统控制压电陶瓷纳米位移平台上方的样品台在x、y、z轴方向进行移动，寻找单个搏动心肌细胞，移动原子力探针、压电陶瓷纳米位移平台、样品台以及根据力反馈系统，将原子力探针精确定位到目标压电陶瓷纳米位移平台上方的样品台上的单个搏动心肌细胞上，通过光学显微镜模块，调节适配器和变焦镜头从而清晰的观察单个搏动心肌细胞状态，移动原子力探针将其尖端放到待测单个搏动心肌细胞的正上方，在原子力探针测量细胞模块中原子力探针作为一个能够检测微弱力探测传感器，当原子力探针针尖逼近单个搏动心肌细胞表面到数纳米，甚至更小时，原子力探针因针尖与单个搏动心肌细胞之间力的相互作用而产生形变，利用激光器把激光光束聚焦在原子力探针背面末端上，由此激光光束反射到四象限光电探测器上，原子力探针产生形变导致光斑在四象限光电探测器上产生偏移量，四象限光电探测器把光变化信号转换成电学信号，再经过采集模块进行采集，放大器放大和a/d转换器转换后传送到计算机终端控制系统，根据测量要求，通过计算机控制系统设定以恒定力在细胞表面一点按时间顺序对单个搏动心肌细胞在z轴上进行表面高度信息测量，并给出在细胞表面一点测量次数的设定值，并判断是否达到设定值，再通过闭环反馈系统将反馈信号发送到d/a数据转换器经转换后发传至压电陶瓷纳米位移平台控制器，调节压电陶瓷纳米位移平台上方的样品台在z轴方向进行移动，若达到设定值，通过分析获得单个搏动心肌细胞在搏动周期内细胞表面一点在任一时刻的空间位置，并移动原子力探针至下一位置继续进行测量，通过这种方式对单个搏动心肌细胞进行扫描，精确定位单个搏动心肌细胞在搏动周期内任一时刻的空间位置，并分析获得单个搏动心肌细胞的三维动态形貌，通过计算机终端控制系统将全部测量数据传送至样品形貌图像显示器上进行显示，从而实现三维动态形貌测量的系统称为原子力显微成像系统。

技术总结
本发明涉及一种原子力探针测量单个搏动心肌细胞三维动态形貌的方法及装置，由原子力探针测量单个搏动的心肌细胞三维动态形貌，根据原子力显微成像系统及其力反馈系统、闭环反馈系统使得原子力探针精确定位到待测单个搏动心肌细胞上，原子力探针和单个搏动心肌细胞表面接触采用恒定力单点按时间顺序多次采集模式，确定细胞表面一点在任一时刻的空间位置，通过这种模式对单个搏动心肌细胞进行扫描，实现三维动态形貌的测量。本发明对单个搏动心肌细胞三维动态形貌的测量可以精确定位单个搏动心肌细胞在搏动周期内任一时刻的位置和形貌，实现动态测量，从而在纳米尺度上获取单个搏动心肌细胞三维动态形貌。取单个搏动心肌细胞三维动态形貌。取单个搏动心肌细胞三维动态形貌。


技术研发人员：王作斌 董建军 王国梁 陈玉娟 常泽文 董莉彤 姜晓琳 宋正勋 许红梅 翁占坤
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：2020.09.14
技术公布日：2022/3/14