单细胞双极测温系统的设计及其应用.pdf

摘要 摘要 细胞是生命体结构和功能的基本单元，对细胞进行测量分析不仅能够了解细胞的生 理行为，而且有利于探究相关疾病的发生机理。然而目前细胞分析技术多以细胞群体为 目标，测量结果往往忽略了细胞间的差异性。因此，有效的单细胞分析手段具有重要的 意义。 随着微纳加工技术的发展，在单细胞水平上的测量限制得以打破。基于微纳热电偶 的单细胞测温技术，为我们探究细胞生理机制提供了一个新的视角。W-Pt 微纳热电偶， 尖端尺寸小、Seebeck 系数高、生物相容性好，适用于对单个细胞进行测温探究。然而 单根微纳热电偶在进行测温时存在诸多问题，例如操作性差，存在多个干扰点（参考温 度、热电偶外接电路、实验环境），缺少信号处理部分等，这些直接影响到测温结果的 准确性。因此在结合微纳热电偶优点的同时，开发一款准确、稳定、高效的单细胞测温 系统可以有力的推动细胞测温研究的发展。 本文介绍了一种单细胞双极测温系统，温度分辨率达到 0.1℃，可以有效的进行细 胞测温实验。该系统基于W-Pt 微纳热电偶实现了对单个细胞温度的快速、准确、实时 的采集和处理功能。文中对系统研制作了详细介绍，其中包括单细胞双极测温系统的基 本原理与搭建方式，详细介绍基于LabVIEW 软件设计的信号处理系统，描述了系统中 各模块的功能与实现，其中包括信号时频分析、信号滤波、实时显示以及数据保存等， 允许实验人员对信号进行分析计算，获取有效数据，提高实验效率。然后对测温系统进 行了各项测试，并与传统单个热电偶测温进行实验比较，体现出单细胞双极测温系统的 实际工作效果。最后利用开发的系统进行了细胞测温的探究，测量了单个脑胶质瘤细胞 (U251)在不同细胞周期下温度的变化，发现不同周期癌细胞存在温度差异。其他测温应 用也验证了细胞在受到外界刺激时产生的温度变化。结果表明单细胞双极测温系统能够 精确的测量胞内温度，这为后续研究单个细胞产热机制提供了有效的手段。 关键词：单细胞检测；W-Pt 热电偶；温度测量；LabVIEW ；细胞周期 I Abstract Abstract Cells are the basic unit of structure and function of living organisms. Measurement and analysis of cells can not only grasp the physiological activities of cells, but also facilitate the exploration of the mechanism of related diseases. However, current cell analysis techniques mostly target cell populations, and measurement results often ignore cell-to-cell differences. Therefore, effective single cell assay is of great significance. With the development of micro-nano processing technology, some measurement limits at the single-cell level have been broken. The single-cell temperature measurement technology based on micro-nano thermocouple provides a new perspective for us to explore the physiological mechanism of cells. W-Pt micro-nano thermocouple used in this paper has small tip size, high Se