活细胞原位检测与多模信息分析仪器研究

Current experiment method with temperature controlled CO2 incubator, microscopy and fluorescent label detection can not meet the requirement for the living cell structural and functional analysis in-situ. Super-resolution microscopic methods, such as electron microscopy, near field microscopy and microscopy stochastic optical reconstruction, etc, are not suitable to live cell online detection. Therefore, the advanced technology and novel scientific instruments for integrating the cell incubation, nondestructive detection and multiple mode analysis to live cell structure and functions are urgent need in the front field of life science and medicine. All these are keyword to the single cell analysis, the research of complicated cell functions and finding new cell event.. This project is going to develop an in-situ measuring technology and multiple modality parallel analysis to living cells, which integrates the microfluidic cell incubation on chip, single cell capture, chip-based cell impedance measurement, sub-cell imaging based a developed optical objective with large numerical aperture and long working distance, fiber-based biosensor and white light interference-spectrum-moving super-resolution measuring single cell. Some of the key devices will been developed and the system integration is also done, a novel scientific instrument is developed for living cells in-situ detection with multiple modality structure and functional information analysis. . The main specification of the system is compose of the microfluidic cell incubation on chip, single cell capture and measurement, the working distance of sub-cell imaging is >15mm, vertical resolution reaches 2nm, and more than 3 functional and structural parameters of live cells could be visualized and online parallel analyzed.

流行的CO2 恒温培养箱、荧光标记和显微镜成像方法已经不能满足活细胞原位检测分析的使用要求，电镜、近场光学、随机光重建技术等高分辨率测量方法不适合用于活细胞在线检测，因此，生命科学和医学前沿领域急需发展集细胞培养、细胞结构与功能信息无损检测于一体的先进技术与新型科学仪器，这些在单细胞分析、复杂细胞功能研究与重要细胞事件的发现中至关重要。. 本项目发展一种活细胞原位检测与多模信息并行分析技术，将微流控芯片细胞培养、单细胞捕获、细胞电阻抗测量、大数值孔径长工作距离的亚细胞显微成像、光纤传感细胞代谢测量以及白光干涉光谱移动超分辨率检测等核心技术集成在一起，开发多种关键元器件，通过系统集成，研制新型活细胞原位检测与多模信息分析仪器。主要性能指标：微流控芯片细胞培养，单细胞捕获原位测量，亚细胞成像工作距离>15mm，纵向检测分辨率2nm，能够实现3种以上活细胞结构功能信息的可视化与在线检测分析。

细胞是生命活动的基本单位，也是连接分子与器官、活体的桥梁。流行的CO2 恒温培养箱、荧光标记和显微镜成像方法已经不能满足活细胞原位检测分析的使用要求，电镜、近场光学、随机光重建技术等高分辨率测量方法不适合用于活细胞在线检测，因此，生命科学和医学前沿领域急需发展集细胞培养、细胞结构与功能信息无损检测于一体的先进技术与新型科学仪器，这些在单细胞分析、复杂细胞功能研究与重要细胞事件的发现中至关重要。.本项目发展了一种活细胞原位检测与多模信息并行分析技术，将微流控芯片细胞培养、单细胞捕获、细胞电阻抗测量、大数值孔径长工作距离的亚细胞显微成像、光纤传感高光谱测量以及白光干涉光谱移动超分辨率检测等核心技术集成在一起，开发了多种关键元器件，通过系统集成，研制新型活细胞原位检测与多模信息分析仪器原形系统。仪器主要性能指标：微流控芯片细胞培养，单细胞捕获原位测量，亚细胞成像工作距离18mm，纵向分辨率±1nm，能够实现4种活细胞结构功能信息的可视化与在线检测分析。并取得如下其他研究成果：新申请发明专利12项，获得发明专利授权5项；发表SCI、EI论文14篇，其中SCI论文11篇、EI论文3篇,有5篇论文的SCI IF>5；主编出版专著1部；培养毕业研究生5人，3人获得国家奖学金，1人获得校长杯金奖，2人为北京市优秀硕士毕业生、2人为清华大学优秀硕士论文和清华大学优秀硕士毕业生；培养专业技术人员8人，其中北京市科技新星3人，晋升高级职称2人；并获得2015年中国仪器仪表学会科学技术奖一等奖、2016年北京发明创新大赛金奖。（任务书计划为：申请发明专利4项，发表SCI、EI论文8-10篇，培养3-4名研究生和5-6名专业技术人员。）