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专利号: 2020111106522
申请人: 江苏大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2025-12-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多粘附强度融合的癌细胞活性检测评估装置,包括一个离心机(1),一个MCU控制器(15),一个阻抗分析仪(16)和一个PC端上位机(18),其特征是:离心机(1)的外部由透明盖(2)和底座(3)连接组成,底座(3)的内部从下往上分别是旋转电机(5)、弹性扣(6)和离心式微流控芯片(7),旋转电机(5)竖直放置在底座(3)内部的正中间且输出轴垂直向上并通过弹性扣(6)连接水平布置的离心式微流控芯片(7);透明盖(2)的下半部分是圆环状(24),圆环状(24)的下环表面上紧密贴合呈半圆环状的对电极引出金属层(13)和工作电极引出金属层(14),透明盖(2)上的对电极引出金属层(13)和工作电极引出金属层(14)分别连接阻抗分析仪(16)的输入端;底座(3)的顶部外表面固定连接一个舵机(30),舵机(30)顺时针与逆时针旋转能带动透明盖(2)打开和关闭;离心式微流控芯片(7)是由圆盘形的PDMS盖片(8)和PDMS基片(9)同轴心上下紧密贴合组成,PDMS基片(9)相对于PDMS盖片(8)沿直径方向突出一块圆环的边缘区域(27),在边缘区域(27)的上表面紧密贴合对电极引出金属层(11)和工作电极引出金属层(12),透明盖(2)闭合时,边缘区域(27)上的对电极引出金属层(11)与透明盖(2)上的对电极引出金属层(13)相接触,边缘区域(27)上的工作电极引出金属层(12)与透明盖(2)上的工作电极引出金属层(14)相接触;PDMS基片(9)的中间外围环绕着一条环形通道(20),环形通道(20)外围均匀环绕多个均沿直径方向布置的分离通道(22),每个分离通道(22)的径向外端均连通一个圆形出口(21),每个分离通道(22)的径向内端均连通环形通道(20),环形通道(20)内蚀刻有环形叉指电极(23),边缘区域(27)上的对电极引出金属层(11)和工作电极引出金属层(12)的一端分别连接环形叉指电极(23);PC端上位机(18)通过WIFI模块(17)与MCU控制器(15)关联,MCU控制器(15)通过串口连接阻抗分析仪(16)输入端且还通过串口连接旋转电机(5)和舵机(30)。

2.根据权利要求1所述的基于多粘附强度融合的癌细胞活性检测评估装置,其特征是:弹性扣(6)的上面为分叉的两个小钩子(28),中间为凹槽区(29),底部为一个长方体,离心式微流控芯片(7)固定于凹槽区(29),长方体在离心式微流控芯片(7)下方,两个小钩子(28)在离心式微流控芯片(7)上方。

3.根据权利要求1所述的基于多粘附强度融合的癌细胞活性检测评估装置,其特征是:透明盖(2)上的对电极引出金属层(13)和工作电极引出金属层(14)都呈半圆环状,环宽均为d1,半圆环开口面对面布置,各自在其中一端开一个上下与透明盖(2)的外部相通的检测孔;边缘区域(27)上的对电极引出金属层(11)和工作电极引出金属层(12)都呈半圆环状,环宽均为d1且半圆环开口面对面布置。

4.一种如权利要求1所述的基于多粘附强度融合的癌细胞活性检测评估装置的检测评估方法,其特征是包括以下步骤:

步骤1:在同一个培养皿中第一次培养癌细胞,其中一部分癌细胞群A用于半抑制率IC50的测定,得到IC50的值X1,剩下部分的癌细胞群B备用;

步骤2:PC端上位机(18)控制透明盖(2)打开,在离心式微流控芯片(7)中滴入无细胞培养基,控制旋转电机(5)以最大速度带动离心式微流控芯片(7)旋转,控制透明盖(2)闭合,阻抗分析仪(16)得到细胞阻抗阈值Z0并上传到PC端上位机(18);

步骤3:打开透明盖(2),将癌细胞群B滴入离心式微流控芯片(7)中,闭合透明盖(2),阻抗分析仪(16)得到初始癌细胞阻抗值N0并上传到PC端上位机(18);

步骤4:打开透明盖(2),旋转电机(5)以初始转速ω0带动离心式微流控芯片(7)旋转至设定时间;

步骤5:控制旋转电机(5)停止运转,闭合透明盖(2),阻抗分析仪(16)得到细胞阻抗值N1并上传到PC端上位机(18);PC端上位机(18)计算出细胞指数CI=CI1;然后再打开透明盖(2),控制旋转电机(5)以ω1=ω0+Δω作加速运转,Δω为一次加速的转速差值;

步骤6:重复执行步骤5为n次,PC端上位机(18)得到n个细胞指数CI=[CI1,CI2,…,CIn]、n个转速ω=[ω0,ω2,…,ωn-1]以及n个细胞阻抗值[N1,N2……,Nn],将n个细胞阻抗值[N1,N2……,Nn]与所述的细胞阻抗阈值Z0相比较,当小于或等于阻抗阈值Z0时停止重复执行;

步骤7:PC端上位机(18)对n个转速ω分别经计算得到n个离心力τ,将n个细胞指数CI=[CI1,CI2,…,CIn]和n个离心力τ拟合得到S型函数CI=f(τ),根据S型函数CI=f(τ)的反函数计算出第一组细胞粘附强度[τ0,τ10,...,τ90],τN表示细胞脱离(100-N)%所受的离心力,N=0,10,…,90;

步骤8:重复执行步骤1至步骤7,得到第二组细胞粘附强度[τ0,τ10,...,τ90]和第二个半抑制率IC50值X2;

步骤9:重复执行步骤8,共得到n组细胞粘附强度[τ0,τ10,...,τ90]和n个IC50的值X=[X1,X2,...,Xn],将n组细胞粘附强度[τ0,τ10,...,τ90]作为输入,将n个IC50的值X=[X1,X2,...,Xn]作为输出建立癌细胞活性RBF神经网络预测模型X=f(τ);

步骤10:从新的培养皿中取出待测癌细胞群滴入离心式微流控芯片(7)中,然后分别依次重复执行步骤4、步骤5、步骤6、步骤7,得到细胞粘附强度[τ′0,τ′10,...,τ′90],τ′N表示细胞脱离(100-N)%所受的离心力N=0,10,…,90;将细胞粘附强度[τ′0,τ′10,...,τ′90]输入到所述的预测模型X=f(τ)中,得到对应的IC50的值X′,将IC50的值′与细胞活性相对应即评估出细胞活性。

5.根据权利要求4所述的检测评估方法,其特征是:步骤5中,所述的细胞指数CI的计算公式为: N1为经离心后剩余的贴壁癌细胞阻抗值,N0为环形通道20内初始癌细胞阻抗值。

6.根据权利要求4所述的检测评估方法,其特征是:步骤7中,所述的离心力r为细胞与离心式微流控芯片(7)中心的距离,ρ为培养基密度,μ为培养基粘度。