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一種采用光纖干涉傳感技術檢測癌細胞的方法

時間:2023-11-01    作者: 管理員

專利名稱:一種采用光纖干涉傳感技術檢測癌細胞的方法
技術領域
本發明涉及一種采用光纖干涉傳感技術^r測癌細胞的方法。
背景技術
癌癥對人類健康和生命的威脅很大。全世界每年約有上千萬人新患癌癥或 死于癌癥。許多癌癥初發時沒有病狀, 一旦發展到中晚期,將錯過最佳治療時 期,因此早期^^斷、早期治療尤為重要。
癌癥的早期^^斷有時是非常困難的事,因此使許多病人錯過了最佳的治療時 間。目前腫瘤的檢測主M靠手術和切片,將活體組織從體內取出,放到顯微 鏡下觀察,如果發現癌細胞,則確診為癌癥。這種方式的缺點一是病人痛苦比 較大,二是費用較高。過去通常利用影像學方法4企測癌癥,如X光、B超和CT 等,還有直接手術或做病變組織穿刺活檢等方法,但很難對腫瘤做出早期診斷, 且對人體有較大傷害。而且目前的方法對于殘余癌細胞的檢測也是很無力的。
因此,發展無傷害、靈敏精確、低成本的癌細胞檢測方法迫在眉睫。
流式細胞術(FCM)采用流式細胞儀對細胞懸液進行快速分析,通過對流動液 體中排列成單列的細胞進行逐個檢測,得到該細胞的光散射和熒光指標,以此 達到分選癌細胞的目的。其檢測速度快、測量準確,是目前臨床4企測某些癌細 胞的常用方法。但是流式細胞儀在檢測和分選細胞之前需要制備熒光素標記抗 體,并且對細胞進行染色,這個過程很復雜。抗體和流式細胞儀的價錢也非常 叩貢。
南洋理工大學的Ai-Qun Liu教授提出了分別測量癌細胞的折射率和直徑的 方法,詳見Appl. Phys. Lett. 91, 243901 (2007); Appl. Phys. Lett. 91, 223902 (2007); Appl. Phys. Lett. 89, 203901 (2006)。其主要思想是通過改變細胞緩沖液 的折射率,構造多個方程,通過多次測量波長漂移量計算出細胞的折射率和直 徑。這種方法實驗裝置復雜,測量步驟多,難以實用化。由于來自同一組織的 細胞直徑(d)和折射率(n)基本一致,對應的癌細胞直徑和折射率一般都比正常細胞大,因此,癌細胞的光程(nd)也比正常細胞大。

發明內容
本發明所要解決的問題是如何提供一種采用光纖干涉傳感技術檢測癌細胞 的方法,該方法無需分別測量細胞的直徑和折射率,通過測量額外光程差來直接 區分癌細胞和正常細胞,過程簡單合理。
本發明所提出的技術問題是這樣解決的提供一種采用光纖干涉傳感技術 檢測癌細胞的方法,其特征在于,包括以下步驟
① 設置采樣區在一塊玻璃基板上加工兩條相互交叉垂直的微槽, 一條為 待測細胞的懸浮液的采樣通道,另一條用來固定光纖,光纖端面之間的采樣通 道區域為采樣區;
② 捕獲待測細胞通過進樣針或注射泵將細胞懸浮液注射進采樣通道,使 細胞懸浮液中的細胞單個通過采樣區,通過光纖光鑷將細胞捕獲;
③ 測量光程差將步驟②所捕獲的細胞的直徑和折射率共同造成的光程差 作為一個參量,通過光纖傳感技術測量此參量來區分該細胞是否為癌細胞。
按照本發明所提供的采用光纖干涉傳感技術檢測癌細胞的方法,其特征在 于,所述光纖傳感技術包括光纖琺珀干涉技術和光纖Mach-Zehnder干涉技術, 當采用光纖琺珀干涉:汰術時,通過透射式測量裝置測量或者反射式測量裝置測 量,當采用光纖Mach-Zehnder干涉技術時,采用透射式測量裝置測量,其中所 述透射式測量裝置包括包括激光器、光隔離器、寬鐠光源、WDM、分路器和光 語分析儀,激光器的輸出光經光隔離器后經分路器分為兩路,分別經過WDM 耦合進采樣區,實現光纖光鑷,所述寬語光源通過另一光隔離器后連接WDM "采樣區,再通過另一 WDM耦合進入光語分析儀;所述反射式測量裝置包 括激光器、光隔離器、寬鐠光源、WDM、分路器、光環行器、光譜分析儀和折 射率匹配端,激光器的輸出光經光隔離器后經分路器分為兩路,分別經過WDM 耦合進采樣區,實現光纖光鑷,所述寬譜光源通過光環形器連接一 WDM進入 采樣區,光鐠分析儀連接光環形器。
按照本發明所提供的采用光纖干涉傳感技術檢測癌細胞的方法,其特征在 于,光纖琺珀干涉技術的琺珀腔通過兩個光纖端面或鍍高反射膜的兩個光纖端面或兩個光纖布拉才各光4冊或兩個光纖啁啾布拉格光柵構成。
所述的光纖干涉傳感技術通過寬譜光源和光譜分析儀來檢測光纖琺珀干涉
儀和光纖Mach-Zehnder干涉儀的干涉條紋譜。
所述的光纖干涉傳感技術通過波長掃描型窄譜激光器、光電探測器和數據 采集卡來檢測光纖琺珀干涉儀和光纖Mach-Zehnder干涉儀的干涉條紋譜。
所述的光纖干涉傳感技術包括光纖琺珀干涉:技術和光纖Mach-Zehnder干涉技術。
本發明提出采用光纖干涉傳感技術測量細胞的光程(nd),來區分癌細胞和正 常細胞,避免了分別測量細胞直徑和折射率,大大簡化了測量步驟和裝置,降低 了成本。采用光纖琺珀干涉儀或光纖Mach-Zehnder干涉儀檢測細胞的光程信息, 由于來自同 一組織的細胞直徑(d)和折射率(n)基本一致,對應的癌細胞直徑和折 射率一般都比正常細胞大,因此,癌細胞的光程(nd)也比正常細胞大,檢測時, 首先測量正常細胞進入干涉腔前后的光譜漂移量,然后測量待測細胞對應的光譜 漂移量,通過比較兩者的統計分布圖來判斷所測細胞是否為癌細胞。該方法由于 只需測量細胞的一個參量便可以知道細胞的癌變程度,因此無需改變緩沖液的折 射率,從而簡化了測量步驟,縮短了單個細胞的檢測時間,從而有利于提高檢測 速度,檢測時緩沖液至始至終保持折射率n不變,可實現細胞的連續、批量檢測。 實施該檢測方法的檢測系統采用的是光纖干涉傳感技術,不僅測量精度和靈敏度 高,而且響應速度快。


圖1是實施例一的微流通道和光纖布拉格光柵琺珀干涉儀; 圖2是實施例一的光纖琺珀干涉傳感技術捕獲和檢測癌細胞的原理圖。 圖3是實施例一的干涉腔中有/無細胞時干涉條紋的光譜對比圖; 圖4是反射式測量裝置的原理圖。
圖中1為玻璃基底、2和3為玻璃基底上刻蝕的微槽、4和5光纖布拉格 光柵、6為單個活細胞、7為980nm激光器、8為980nm光隔離器、9為分路器、 10和11為WDM、 12為圖1所示的部分、13為C波^殳寬譜光源、14為1550nm 光隔離器、15為光譜分析儀、16為光環行器、17為折射率匹配端。
具體實施例方式
下面結合附圖以及實施例對本發明作進一步描述 實施例一
在一塊玻璃基底1上加工兩根相互垂直的微槽2、 3,微槽2作為細胞懸浮 液的采樣通道,微槽3用來固定光纖布拉格光柵4、 5。光纖端面之間的區域為 采樣區。通過進樣針或注射泵將細胞懸浮液注射進采樣微槽,使細胞6單個通 過采樣區。光鑷光源7采用980nm激光器,也可以采用其他波長的激光器,要 求該波長的氷吸收較弱。光隔離器8避免980nm激光透射過采樣區后重新回到 激光器,避免對激光器造成損壞。980nm波長的激光通過50: 50分路器9均分 為兩路,再分別通過WDM(IO和ll)耦合進采樣部分12。釆樣部分12為圖1所 示的部分。當單個細胞6通過釆樣區時,980nm激光將細胞捕獲。
捕獲之后,由光纖干涉傳感技術測量采樣區有無細胞時的光程差。光纖干 涉傳感技術可以采用光纖琺珀干涉傳感技術、光纖Mach-Zehnder干涉傳感技術 等。當采用光纖琺珀干涉傳感技術時,可以通過圖2所示的透射式測量裝置實 現,也可以通過圖4所示的反射式測量裝置實現。在高精細度琺珀腔或 Mach-Zehnder干涉儀情況下,采用透射式測量裝置,在低精細度琺珀腔情況下, 采用反射式測量裝置。干涉條紋解調通過以下兩種方式之一實現第一,采用 寬譜光源和光譜分析儀;第二,采用可調諧激光器、探測器和采集卡。
采用第一種方案時,寬譜光源13經隔離器14后通過WDM耦合進采樣區, 再通過另一 WDM耦合進光譜分析儀15。由光譜分析儀15測量采樣區僅有細胞 緩沖液時m級干涉條紋的波長^o。使單個正常細胞流過采樣區并被捕獲,有正 常細胞的干涉條紋漂移A人。使正常細胞連續流過采樣區并被捕獲,測得AI的 統計分布。然后由光譜分析儀15測量出采樣區僅有細胞緩沖液和有待測細胞的 干涉條紋漂移AX 。使待測細胞連續流過采樣區并被捕獲,測得AX的統計分 布。若待測細胞為癌細胞,由于癌細胞的折射率和直徑都大于正常細胞,A入 的統計值比AX大。與單獨采用折射率或者細胞尺寸作為指標來鑒別癌細胞和正 常細胞的方法相比,這種方法更容易判別。
也可以采用第二種方案測量干涉條紋的漂移量,即可調諧激光器、探測器和采集卡的方式測量緩沖液中有無細胞的干涉條紋漂移。
如圖4所示,也可以采用反射式測量裝置測量干涉條紋漂移量。其中16為 光環行器,使得光纖琺珀干涉儀反射回的光進入光譜分析儀15,從而測量干涉 條紋的漂移量。
權利要求
1、一種采用光纖干涉傳感技術檢測癌細胞的方法,其特征在于,包括以下步驟①設置采樣區在一塊玻璃基板上加工兩條相互交叉垂直的微槽,一條為待測細胞的懸浮液的采樣通道,另一條用來固定光纖,光纖端面之間的采樣通道區域為采樣區;②捕獲待測細胞通過進樣針或注射泵將細胞懸浮液注射進采樣通道,使細胞懸浮液中的細胞單個通過采樣區,通過光纖光鑷將細胞捕獲;③測量光程差將步驟②所捕獲的細胞的直徑和折射率共同造成的光程差作為一個參量,通過光纖傳感技術測量此參量來區分該細胞是否為癌細胞。
2、 根據權利要求l所述的采用光纖干涉傳感技術檢測癌細胞的方法,其特術,當采用基于光纖琺珀干涉技術時,通過透射式測量裝置測量或者反射式測 量裝置測量,當采用光纖Mach-Zehnder干涉技術時,采用透射式測量裝置測量, 其中所述透射式測量裝置包括包括激光器、光隔離器、寬鐠光源、WDM、分路 器和光譜分析儀,激光器的輸出光經光隔離器后經分路器分為兩路,分別經過 WDM耦合進采樣區,實現光纖光鑷,所述寬譜光源通過另一光隔離器后連接 WDM進入采樣區,再通過另一WDM耦合進入光譜分析儀;所述反射式測量裝 置包括激光器、光隔離器、寬譜光源、WDM、分路器、光環行器、光譜分析儀 和折射率匹配端,激光器的輸出光經光隔離器后經分路器分為兩路,分別經過 WDM耦合進采樣區,實現光纖光鑷,所述寬譜光源通過光環形器連接一 WDM 進入采樣區,光譜分析儀連接光環形器。
3、 根據權利要求1所述的采用光纖干涉傳感技術檢測癌細胞的方法,其特 征在于,光纖琺珀干涉技術的琺珀腔通過兩個光纖端面或鍍高反射膜的兩個光 纖端面或兩個光纖布拉格光柵或兩個光纖啁嗽布拉格光柵構成。
全文摘要
本發明公開了一種采用光纖干涉傳感技術檢測癌細胞的方法,包括以下步驟①設置采樣區在一塊玻璃基板上加工兩條相互交叉垂直的微槽,一條為待測細胞的懸浮液的采樣通道,另一條用來固定光纖,光纖端面之間的采樣通道區域為采樣區;②捕獲待測細胞通過進樣針或注射泵將細胞懸浮液注射進采樣通道,使細胞懸浮液中的細胞單個通過采樣區,通過光纖光鑷將細胞捕獲;③測量光程差將步驟②所捕獲的細胞的直徑和折射率共同造成的光程差作為一個參量,通過光纖傳感技術測量此參量來區分該細胞是否為癌細胞。該方法無需分別測量細胞的直徑和折射率,簡化了測量步驟,降低了成本,并且測量精度高。
文檔編號G01N21/45GK101603922SQ20091005998
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者宇 郭, 饒云江, 元 龔 申請人:電子科技大學

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