CN103528928A - 一种基于石墨烯的单细胞传感方法 - Google Patents

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刘智波
邢飞
田建国
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Abstract

一种基于石墨烯的单细胞传感方法，属于生物技术领域，涉及通过石墨烯偏振依赖光学性质来探测和区分单细胞的形貌。首先将石墨烯转移到透明基底上；然后根据待测细胞大小选择合适的微流通道粘贴到石墨烯上；将光束聚焦照射到覆盖有微流通道的石墨烯位置，出射光分成s和p偏振分别照射到平衡探测器的两个探头；将待测的细胞悬浮液样品通入到通道内，对电压信号进行采集；最后对采集结果进行细胞信号分析处理，获得细胞的表征信息。采用本发明的方法，能够灵活、方便得对单细胞进行探测传感，实现细胞大小、折射率等参数的测量区分，在单细胞水平上实现细胞检测、区分等。

Description

一种基于石墨烯的单细胞传感方法
技术领域
本发明涉及一种基于石墨烯的单细胞传感方法，特别涉及一种基于石墨烯在全内反射结构下偏振吸收效应来对单细胞进行检测分系的方法，属于生物技术和材料领域。
背景技术
石墨烯在电、光和磁等方面都具有很多非常优异的性能：如室温量子霍尔效应、双极性电场效应、铁磁性、超导性及高的电子迁移率等；同时其机械性能优异，杨氏模量达1.0TPa；热导率为5300W·m-1·K-1，是铜热导率的10多倍；几乎完全透明，对光只有2.3％的吸收。将石墨烯置于棱镜上，在全内反射结构下，石墨烯表现出明显的偏振依赖吸收效应，利用该效应可以实现灵敏的折射率传感。目前对细胞的检测，尤其是细胞病变、癌变等异常改变之初，及时的发现检测出这些变异的细胞在生物医学领域有着重要的意义。正常细胞变异之后，其折射率、大小定参数均会发生明显变化，如能从单细胞水平将其分辨检测出来，将能够在抗癌等方面起到重要的作用。石墨烯偏振依赖吸收效应的折射率传感器，在单细胞传感方面有着潜在的应用价值。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于石墨烯的单细胞传感方法。通过改进石墨烯厚度和反射角度的控制来增强石墨烯折射率传感灵敏度，实现单细胞水平的测量。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种基于石墨烯的单细胞传感方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：将石墨烯转移或直接制备到透明基底上，通过折射率匹配夜与棱镜结合；
步骤2：根据待测细胞的大小制备合适的微流通道，将微流通道粘贴到石墨烯上；
步骤3：搭建光路，光束聚焦通过棱镜、折射率匹配液、透明基底，打在带有石墨烯的通道上形成探测窗口，然后将反射的光束利用偏振分束器分成s偏振和p偏振光，分出的两种偏振光分别照射在平衡探测器的两个探头上；
步骤4：利用平衡探测器对电压信号进行采集，通入细胞样品前采集电压信息作为基线；
步骤5：将待测的细胞悬浮液样品通入到通道内，对电压信号进行采集，得到单细胞采集结果；
步骤6：对采集结果进行细胞信号分析处理，获得细胞的表征信息。
上述方案中，所述的所述的单层石墨烯单晶可以为化学气相沉积方法或由机械剥离法获得，也可以是氧化石墨烯还原获得。
上述方案中，微流通道尺寸依赖于待测细胞的大小，高度和宽度稍大于细胞，最终的测量结果将很大的依赖于微流通道的尺寸。
上述方案中，光路中的反射角度可以在全内反射范围，也可以是全内反射之前的角度。
上述方案中，待测细胞样品为细胞悬浮液，在微流通道中具有流动性。
本发明的有益效果是：
(1)能够灵活、方便得对单细胞进行探测传感，实现细胞大小、折射率等参数的测量区分；
(2)在单细胞水平上实现细胞检测、区分等。
附图说明
图1为本发明的示意图，石墨烯样品上覆盖有微流通道，细胞在微流通道中通过时，影响石墨烯在全内反射结构下不同偏振光吸收的变化，通过监测反射光获得细胞信息。
图2正常淋巴细胞和白血病细胞通过微流通道时获得的电压信号。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
利用高温还原方法获得还原氧化石墨烯结构用于检测正常的淋巴细胞和癌变的淋巴细胞(白血病细胞)，包括以下步骤：
1)通过高温还原方法得到高温还原石墨烯薄膜/石英结构，然后将加工好的微流体芯片粘贴在高温还原的石墨烯薄膜上以制做传感器，如右图所示；
2)通过折射率匹配液将石英片帖附于棱镜表面，石英片没有石墨烯的一面与棱镜接触，折射率匹配液应与棱镜的折射率相近；
3)搭建光路，激光器(532nm)光束通过玻片后产生圆偏振光，光束聚焦打在棱镜、折射率匹配液、石英片和带有石墨烯的通道上形成探测窗口，然后将反射的光束利用偏振分束器分束，分出的两种偏振光(TE和TM)分别照射在平衡探测器的两个探头上；
4)利用计算机控制平衡探测器对电压信号进行采集，通入细胞样品前采集电压信息作为基线；
5)将待测的淋巴细胞和白血病细胞混合悬浮液样品通入到通道内，对电压信号进行采集，得到单细胞采集结果。
6)最后将采集结果进行细胞信号的电压最大值和响应时间进行统计，得出统计结果(图2)。

Claims (6)

1.一种基于石墨烯的单细胞传感方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将石墨烯转移或直接制备到透明基底上，通过折射率匹配夜与棱镜结合；
步骤2：根据待测细胞的大小制备合适的微流通道，将微流通道粘贴到石墨烯上；
步骤3：搭建光路，光束聚焦通过棱镜、折射率匹配液、透明基底，打在带有石墨烯的通道上形成探测窗口，然后将反射的光束利用偏振分束器分成s偏振和p偏振光，分出的两种偏振光分别照射在平衡探测器的两个探头上；
步骤4：利用平衡探测器对电压信号进行采集，通入细胞样品前采集电压信息作为基线；
步骤5：将待测的细胞悬浮液样品通入到通道内，对电压信号进行采集，得到单细胞采集结果；
步骤6：对采集结果进行细胞信号分析处理，获得细胞的表征信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯可以为化学气相沉积方法获得或由机械剥离法获得，也可以是氧化石墨烯还原获得。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的石墨烯可以通过透明基底和折射率匹配液与棱镜结合，也可以直接将石墨烯转移或制备到棱镜上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微流通道尺寸依赖于待测细胞的大小，高度和宽度稍大于细胞，最终的测量结果将很大的依赖于微流通道的尺寸。
5.根据权利要求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内反射范围，也可以是全内反射之前的角度。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的待测细胞样品为细胞悬浮液，在微流通道中具有流动性。
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