细胞生长状态的协同测量方法

摘要

本发明测量细胞生长状态的方法，属于生命医学技术领域，解决了现有技术存在的易造成测量结果不准确的问题；本发明包括以下步骤：选择控制对象、初始化设置，设置原子力显微镜系统的步进电机的参数、进针，设置扫描器的参数、对待测样品进行探测，获得测量数据、退针；本发明能够保证测量结果更加准确，进而促进生命医学的发展。

权利要求

1.细胞生长状态的协同测量方法，其特征在于，细胞生长状态的协同测量系统，包括主端计算机(1)、无线模块(2)、从端计算机组(3)和多组原子力显微镜系统；

主端计算机和从端计算机通过ARM微控制器和无线模块连接，ARM微控制器负责控制无线模块以及和计算机传输数据，主端计算机、从端计算机与ARM微控制器之间的数据传输均是通过串口完成的，从端计算机通过AD采集卡采集位置敏感元件(PSD)的输出信号，在传输给从端计算机处理的同时，也通过串口由ARM微控制器控制无线模块发送给主端计算机处理；

所述原子力显微镜系统包括光电检测与反馈测量单元(6)和扫描控制单元(7)；光电检测与反馈测量单元(6)包括激光器(8)、位置敏感元件(9)、微悬臂探针(10)和Z向压电陶瓷组(11)；微悬臂一端固定，另一端置有一与微悬臂平面垂直的金字塔状微针尖，激光器(8)发出的激光投射到微悬臂的外端后被反射，反射光束被位置敏感元件(9)接收，采用了Z向反馈控制电路使针尖与样品之间保持适当距离；扫描控制单元包括X轴和Y轴压电陶瓷组、样品台、待测样品；待测样品(13)相对于金字塔状微针尖的横向扫描，由X轴和Y轴压电陶瓷组实现；

通过细胞生长状态的协同测量系统测量细胞生长状态的方法具体包括以下步骤：步骤一：选择控制对象；

根据被测量对象选择单探针原子力显微镜或者双探针原子力显微镜；

步骤二：初始化设置；

初始化设置包括选择操作模式和将原子力显微镜系统的步进电机与从属计算机连接；

所述选择操作模式包括单探针操作模式和双探针操作模式；

步骤三：设置原子力显微镜系统步进电机参数；

通过设置原子力显微镜系统步进电机参数实现从属计算机选择样品，并使探针靠近待测样品；

步骤四：进针；

根据步骤二中的选择操作模式，使单探针或者双探针与待测样品接触；

步骤五：设置扫描器的参数，对待测样品进行探测，获得测量数据；

根据待测样品的大小和弹性模量对扫描器的参数进行设置；

步骤六：退针。

说明书

细胞生长状态的协同测量方法

技术领域

[0001] 本发明属于生命医学技术领域，具体涉及一种协同测量细胞生长状态的方法。

背景技术

[0002] 在生命医学研究中，需对不同种类的细胞，同一类细胞发生病变的以及未发生病变的进行形态观测、尺寸测量、状态分析、病变检测；分析药物成分、剂量对细胞的影响；分析新配方对细胞的可行性。

[0003] 目前，一般采用单台原子力显微镜对细胞进行观察，但是由于细胞培养时间长、成像慢，采用单台显微镜观察容易造成测量结果不准确，在很大程度上限制了生物医学的发展与创新。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供测量细胞生长状态的改进方法，解决现有技术存在的易造成测量结果不准确的技术问题。

[0005] 细胞生长状态的协同测量系统包括主端计算机、无线模块、从端计算机组和多组原子力显微镜系统；

[0006] 主端计算机和从端计算机通过ARM微控制器和无线模块连接，

[0007] ARM微控制器负责控制无线模块以及和计算机传输数据，主端计算机、从端计算机与ARM微控制器之间的数据传输均是通过串口完成的，从端计算机通过AD采集卡采集位置敏感元件(PSD)的输出信号，在传输给从端计算机处理的同时，也通过串口由ARM微控制器控制无线模块发送给主端计算机处理。

[0008] 所述原子力显微镜系统包括光电检测与反馈测量单元和扫描控制单元；光电检测与反馈测量单元包括激光器、位置敏感元件、微悬臂探针和Z向压电陶瓷组；微悬臂一端固定，另一端置有一与微悬臂平面垂直的金字塔状微针尖，激光器发出的激光投射到微悬臂的外端后被反射，反射光束被位置敏感元件接收，采用了Z向反馈控制电路使针尖与样品之间保持适当距离；扫描控制单元包括X轴和Y轴压电陶瓷组、样品台、待测样品；待测样品相对于金字塔状微针尖的横向扫描，由X轴和Y轴压电陶瓷组实现。

[0009] 本发明测量细胞生长状态的方法包括以下步骤：

[0010] 步骤一:选择控制对象；

[0011] 根据被测量对象选择单探针原子力显微镜或者双探针原子力显微镜；

[0012] 步骤二：初始化设置；

[0013] 初始化设置包括选择操作模式和将原子力显微镜系统的步进电机与从属计算机连接；所述选择操作模式包括单探针操作模式和双探针操作模式；

[0014] 步骤三：设置原子力显微镜系统步进电机参数；

[0015] 通过设置原子力显微镜系统步进电机参数实现从属计算机选择样品，并使探针靠近待测样品；

[0016] 步骤四：进针；

[0017] 根据步骤二中的选择操作模式，使单探针或者双探针与待测样品接触；

[0018] 步骤五：设置扫描器的参数，对待测样品进行探测，获得测量数据；

[0019] 根据待测样品的大小和弹性模量对扫描器的参数进行设置；

[0020] 步骤六：退针。

[0021] 本发明的工作原理：主端计算机和从端计算机之间通过无线技术连接通讯，一台主端计算机(Master)控制两台从端计算机(Slaver)；原子力显微镜系统包括从端计算机、控制器和扫描器，从端计算机用于控制控制器，而控制器用于控制扫描器；每组原子力显微镜系统能够独立工作，在主计算机的操作下实现多组原子力显微镜系统协同工作；主端计算机主要用于系统控制、数据采集、人机界面操作、图像显示、处理；从端计算机的作用是分别控制对应的原子力显微镜硬件控制系统以及与主端计算机通讯；负责各个原子力显微镜的控制、扫描和图像采集等工作；

[0022] 本方法采用在一个显微镜体系统中集成多组原子力显微镜系统，在对细胞进行扫描过程中每组原子力显微镜系统探测一个样品，每组原子力显微镜系统通过相应的从属计算机控制控制器和探针对细胞进行扫描，采集测量数据，并将测量结果反馈给控制器，最后通过无线技术发送到主计算机中显示、分析、比较，再由主计算机根据采集到的信息结果发出指令，从属计算机再控制控制器及探针的扫描情况。

[0023] 本发明的有益技术效果：通过本方法该实现了对不同细胞在同一时刻、相同环境的生长状态进行探测；相同细胞在不同环境、同一时刻的生长状态进行探测；不同药理成分、含量对细胞的影响进行探测；添加剂对细胞的安全进行检测；

[0024] 主端计算机可以同时操作两个从端计算机，所以实验员可以操作两个原子力显微镜系统同时工作，在很大程度上避免由于成像慢、培养时间长短等造成的时差，提高了测量结果的准确性；

[0025] 由于将无线技术应用到纳米操作中，使得实验人员可以离开实验现场进行远距离操作，从而可以减轻细胞实验中某些有害药物对实验人员的伤害，而且可以在很大程度上排除实验过程中人为因素对实验环境的干扰，或对实验细胞的污染，保证测量结果更加准确，促进生命医学的发展。

附图说明

[0026] 图1为本发明测量细胞生长状态方法中的细胞生长状态的协同测量系统的结构示意图；

[0027] 图2为本发明测量细胞生长状态方法中的原子力显微镜系统的原理结构图；

[0028] 图3为本发明测量细胞生长状态方法中的流程图；

[0029] 其中，1、主端计算机，2、无线模块，3、从端计算机组，4、控制器组，5、扫描器组，6、光电检测控制与反馈测量单元，7、扫描控制单元8、激光器，9、位置敏感元件，10、微悬臂探针，11、Z向压电陶瓷组，12、样品台，13、待测样品。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图对本发明作进一步阐述。

[0031] 参见附图1、附图2和附图3，细胞生长状态的协同测量系统包括主端计算机1、无线模块2、从端计算机组3和多组原子力显微镜系统；

[0032] 主端计算机和从端计算机通过ARM微控制器和无线模块连接，

[0033] ARM微控制器负责控制无线模块以及和计算机传输数据，主端计算机、从端计算机与ARM微控制器之间的数据传输均是通过串口完成的，从端计算机通过AD采集卡采集位置敏感元件(PSD)的输出信号，在传输给从端计算机处理的同时，也通过串口由ARM微控制器控制无线模块发送给主端计算机处理。

[0034] 所述原子力显微镜系统包括光电检测与反馈测量单元6和扫描控制单元7；光电检测与反馈测量单元6包括激光器8、位置敏感元件9、微悬臂探针10和Z向压电陶瓷组11；微悬臂一端固定，另一端置有一与微悬臂平面垂直的金字塔状微针尖，激光器8发出的激光投射到微悬臂的外端后被反射，反射光束被位置敏感元件9接收，采用了Z向反馈控制电路使针尖与样品之间保持适当距离；扫描控制单元包括X轴和Y轴压电陶瓷组、样品台、待测样品；待测样品13相对于金字塔状微针尖的横向扫描，由X轴和Y轴压电陶瓷组实现。

[0035] 本发明测量细胞生长状态的方法包括以下步骤：

[0036] 步骤一:选择控制对象；

[0037] 根据被测量对象选择单探针原子力显微镜或者双探针原子力显微镜；

[0038] 步骤二：初始化设置；

[0039] 初始化设置包括选择操作模式和将原子力显微镜系统的步进电机与从属计算机连接；所述选择操作模式包括单探针操作模式和双探针操作模式；

[0040] 步骤三：设置原子力显微镜系统步进电机参数；

[0041] 通过设置原子力显微镜系统步进电机参数实现从属计算机选择样品，并使探针靠近待测样品；

[0042] 步骤四：进针；

[0043] 根据步骤二中的选择操作模式，使单探针或者双探针与待测样品接触；

[0044] 步骤五：设置扫描器的参数，对待测样品进行探测，获得测量数据；

[0045] 根据待测样品的大小和弹性模量对扫描器的参数进行设置；

[0046] 步骤六：退针。