一種基于石墨烯的單細(xì)胞傳感方法
【專利摘要】一種基于石墨烯的單細(xì)胞傳感方法，屬于生物【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及通過(guò)石墨烯偏振依賴光學(xué)性質(zhì)來(lái)探測(cè)和區(qū)分單細(xì)胞的形貌。首先將石墨烯轉(zhuǎn)移到透明基底上；然后根據(jù)待測(cè)細(xì)胞大小選擇合適的微流通道粘貼到石墨烯上；將光束聚焦照射到覆蓋有微流通道的石墨烯位置，出射光分成s和p偏振分別照射到平衡探測(cè)器的兩個(gè)探頭；將待測(cè)的細(xì)胞懸浮液樣品通入到通道內(nèi)，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集；最后對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行細(xì)胞信號(hào)分析處理，獲得細(xì)胞的表征信息。采用本發(fā)明的方法，能夠靈活、方便得對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行探測(cè)傳感，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞大小、折射率等參數(shù)的測(cè)量區(qū)分，在單細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)細(xì)胞檢測(cè)、區(qū)分等。
【專利說(shuō)明】一種基于石墨烯的單細(xì)胞傳感方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于石墨烯的單細(xì)胞傳感方法，特別涉及一種基于石墨烯在全內(nèi)反射結(jié)構(gòu)下偏振吸收效應(yīng)來(lái)對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)分系的方法，屬于生物技術(shù)和材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯在電、光和磁等方面都具有很多非常優(yōu)異的性能:如室溫量子霍爾效應(yīng)、雙極性電場(chǎng)效應(yīng)、鐵磁性、超導(dǎo)性及高的電子遷移率等；同時(shí)其機(jī)械性能優(yōu)異，楊氏模量達(dá)
1.0TPa ;熱導(dǎo)率為5300W -m-Ι.Κ_1，是銅熱導(dǎo)率的10多倍；幾乎完全透明，對(duì)光只有2.3%的吸收。將石墨烯置于棱鏡上，在全內(nèi)反射結(jié)構(gòu)下，石墨烯表現(xiàn)出明顯的偏振依賴吸收效應(yīng)，利用該效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)靈敏的折射率傳感。目前對(duì)細(xì)胞的檢測(cè)，尤其是細(xì)胞病變、癌變等異常改變之初，及時(shí)的發(fā)現(xiàn)檢測(cè)出這些變異的細(xì)胞在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著重要的意義。正常細(xì)胞變異之后，其折射率、大小定參數(shù)均會(huì)發(fā)生明顯變化，如能從單細(xì)胞水平將其分辨檢測(cè)出來(lái)，將能夠在抗癌等方面起到重要的作用。石墨烯偏振依賴吸收效應(yīng)的折射率傳感器，在單細(xì)胞傳感方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯的單細(xì)胞傳感方法。通過(guò)改進(jìn)石墨烯厚度和反射角度的控制來(lái)增強(qiáng)石墨烯折射率傳感靈敏度，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞水平的測(cè)量。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0005]一種基于石墨烯的單細(xì)胞傳感方法，如圖1所示，包括以下步驟:
[0006]步驟1:將石墨烯轉(zhuǎn)移或直接制備到透明基底上，通過(guò)折射率匹配夜與棱鏡結(jié)合；
[0007]步驟2:根據(jù)待測(cè)細(xì)胞的大小制備合適的微流通道，將微流通道粘貼到石墨烯上；
[0008]步驟3:搭建光路，光束聚焦通過(guò)棱鏡、折射率匹配液、透明基底，打在帶有石墨烯的通道上形成探測(cè)窗口，然后將反射的光束利用偏振分束器分成s偏振和P偏振光，分出的兩種偏振光分別照射在平衡探測(cè)器的兩個(gè)探頭上；
[0009]步驟4:利用平衡探測(cè)器對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，通入細(xì)胞樣品前采集電壓信息作為基線；
[0010]步驟5:將待測(cè)的細(xì)胞懸浮液樣品通入到通道內(nèi)，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，得到單細(xì)胞米集結(jié)果；
[0011]步驟6:對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行細(xì)胞信號(hào)分析處理，獲得細(xì)胞的表征信息。
[0012]上述方案中，所述的所述的單層石墨烯單晶可以為化學(xué)氣相沉積方法或由機(jī)械剝離法獲得，也可以是氧化石墨烯還原獲得。
[0013]上述方案中，微流通道尺寸依賴于待測(cè)細(xì)胞的大小,高度和寬度稍大于細(xì)胞,最終的測(cè)量結(jié)果將很大的依賴于微流通道的尺寸。
[0014]上述方案中，光路中的反射角度可以在全內(nèi)反射范圍，也可以是全內(nèi)反射之前的角度。[0015]上述方案中，待測(cè)細(xì)胞樣品為細(xì)胞懸浮液，在微流通道中具有流動(dòng)性。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017](I)能夠靈活、方便得對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行探測(cè)傳感，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞大小、折射率等參數(shù)的測(cè)量區(qū)分；
[0018](2)在單細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)細(xì)胞檢測(cè)、區(qū)分等。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的示意圖，石墨烯樣品上覆蓋有微流通道，細(xì)胞在微流通道中通過(guò)時(shí)，影響石墨烯在全內(nèi)反射結(jié)構(gòu)下不同偏振光吸收的變化，通過(guò)監(jiān)測(cè)反射光獲得細(xì)胞信息。
[0020]圖2正常淋巴細(xì)胞和白血病細(xì)胞通過(guò)微流通道時(shí)獲得的電壓信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1
[0023]利用高溫還原方法獲得還原氧化石墨烯結(jié)構(gòu)用于檢測(cè)正常的淋巴細(xì)胞和癌變的淋巴細(xì)胞(白血病細(xì)胞)，包括以下步驟:
[0024]I)通過(guò)高溫還原方法得到高溫還原石墨烯薄膜/石英結(jié)構(gòu)，然后將加工好的微流體芯片粘貼在高溫還原的石墨烯薄膜上以制做傳感器，如右圖所示；
[0025]2)通過(guò)折射率匹配液將石英片帖附于棱鏡表面，石英片沒(méi)有石墨烯的一面與棱鏡接觸，折射率匹配液應(yīng)與棱鏡的折射率相近；
[0026]3)搭建光路，激光器(532nm)光束通過(guò)玻片后產(chǎn)生圓偏振光，光束聚焦打在棱鏡、折射率匹配液、石英片和帶有石墨烯的通道上形成探測(cè)窗口，然后將反射的光束利用偏振分束器分束，分出的兩種偏振光(TE和TM)分別照射在平衡探測(cè)器的兩個(gè)探頭上；
[0027]4)利用計(jì)算機(jī)控制平衡探測(cè)器對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，通入細(xì)胞樣品前采集電壓信息作為基線；
[0028]5)將待測(cè)的淋巴細(xì)胞和白血病細(xì)胞混合懸浮液樣品通入到通道內(nèi)，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，得到單細(xì)胞采集結(jié)果。
[0029]6)最后將采集結(jié)果進(jìn)行細(xì)胞信號(hào)的電壓最大值和響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖2)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于石墨烯的單細(xì)胞傳感方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:將石墨烯轉(zhuǎn)移或直接制備到透明基底上，通過(guò)折射率匹配夜與棱鏡結(jié)合； 步驟2:根據(jù)待測(cè)細(xì)胞的大小制備合適的微流通道，將微流通道粘貼到石墨烯上； 步驟3:搭建光路，光束聚焦通過(guò)棱鏡、折射率匹配液、透明基底，打在帶有石墨烯的通道上形成探測(cè)窗口，然后將反射的光束利用偏振分束器分成s偏振和P偏振光，分出的兩種偏振光分別照射在平衡探測(cè)器的兩個(gè)探頭上； 步驟4:利用平衡探測(cè)器對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，通入細(xì)胞樣品前采集電壓信息作為基線.步驟5:將待測(cè)的細(xì)胞懸浮液樣品通入到通道內(nèi)，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，得到單細(xì)胞采集結(jié)果； 步驟6:對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行細(xì)胞信號(hào)分析處理，獲得細(xì)胞的表征信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯可以為化學(xué)氣相沉積方法獲得或由機(jī)械剝離法獲得，也可以是氧化石墨烯還原獲得。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯可以通過(guò)透明基底和折射率匹配液與棱鏡結(jié)合，也可以直接將石墨烯轉(zhuǎn)移或制備到棱鏡上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微流通道尺寸依賴于待測(cè)細(xì)胞的大小，高度和寬度稍大于細(xì)胞，最終的測(cè)量結(jié)果將很大的依賴于微流通道的尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的光路中的反射角度可以在全內(nèi)反射范圍，也可以是全內(nèi)反射之前的角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的待測(cè)細(xì)胞樣品為細(xì)胞懸浮液，在微流通道中具有流動(dòng)性。
【文檔編號(hào)】G01N15/00GK103528928SQ201310511626
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】劉智波, 邢飛, 田建國(guó) 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)