确定细胞表型的方法技术

提供确定生物样本中细胞的表型的方法。所述方法是基于：基于从具有多个隔室的衍射光栅接收的衍射图案来测量所述细胞的折射率，所述隔室具有横向尺寸以使得所述细胞可适合其中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】确定细胞表型的方法相关申请本申请要求2015年3月9日提交的美国临时专利申请号62/130,259的优先权权益，所述美国临时专利申请的内容以全文引用的方式并入本文。专利
和背景生物传感在工业中和尤其在食品工业中是重要的领域，其中对生物污染物的水平诸如食品中的细菌水平进行检测和监测在维持现代健康标准中是至关重要的。在食品工业中，对离开生产线的产品进行持续监测的需要是特别重要和成问题的，因为导致产品生物污染的任何生产故障必须在产品被运送销售之前检测到。这目前往往借助测试从来自每个生产线和批次的样本生长的培养物来进行。然而，由于生长和测试这类培养物所花费的时间，甚至使用现代加速的培养物生长和测量技术，在检测到污染之前大量的产品可能已被生产和包装好准备运送，因此导致可观的损失。存在诸如表面等离子体共振(SPR)的技术使得能够持续监测产品中的生物污染物水平，但这类技术是价格高昂——典型装置花费好几万美元。由于在不同生产线上生产大量不同产品，这类生物传感技术对于食品工业中的一般用途而言往往过于昂贵，并且似乎不存在可对食品进行有成本效益的普遍在线监测的低成本生物传感设备。近年来，多孔Si(在下文中PSi)已作为有前途的纳米材料出现，用于生物传感应用和用于传感具有纳米级尺寸的其他靶标。常见PSi基光学传感器和生物传感器由纳米孔(通常具有小于20nm的尺寸)或中孔(通常在20-100nm范围内)的薄膜组成，因此具有远小于所用光波长的截面尺寸。在产生薄膜装置期间孔一般随机产生。这些传感器的操作是基于用靶标分析物替换孔中的介质和/或用靶标分析物渗入，并且观测所得光反射率的变化。PSi膜的有效折射率变化表现为反射光谱中的波长偏移。仅渗透入这些纳米结构的靶分子可被检测到。实际上，已成功证实了对诸如荧光分子、有机磷酸酯、挥发性有机化合物、DNA和蛋白质的各种化学和生物分析物的传感和生物传感。许多这些研究采用反射干涉测量傅立叶变换光谱学(RIFTS)的方法来监测中孔Si薄膜内的生物相互作用。这类填充或部分填充的随机定位的孔可被简单地视为具有与未填充孔不同的有效折射率，因为孔远小于光波长。因此，孔的随机性质不导致光的散射，而是导致来自硅基板和孔(填充和未填充)的组合的总反射光最终达到平衡。然而，这种检测方案不适用于靶向大的生物或其他物质，诸如大小为大约几百纳米直至几微米和更大的那些，包括细胞、细菌和病毒。如果生产具有这类较大的孔的多孔硅，则基板变成被称为“黑硅”的材料，其因从大尺寸孔的随机分布强力散射光而看起来如此。基本上所有入射光被孔随机散射并且吸收于介质中，使得所述入射光不能用于传感。因此，常规多孔硅技术不能用于对大小为传感所用光的波长的绝大部分的较大靶标进行传感或生物传感。存在替代方法，所述方法在生物传感器表面的顶部上、而非在其孔中直接捕获较大细胞靶标后监测反射光谱的强度变化。然而，这些类型的传感器是受限的，因为反射光谱的强度变化可能起因于不可预测的来源，诸如环境效应和非特异性结合事件。另外，灵敏度可能是低的，因为这类表面结合传感器不利用大孔体积。近年来已作出尝试来开发用于对大体而言细菌和具体而言病原菌进行快速检测的新生物测定法和生物传感器。然而，尽管在领域内取得显著进展，但当前技术缺乏“实时”或在实验室环境外检测微生物的能力。WO2014/155381教导了用于细菌监测的方法和装置。
技术实现思路
根据本专利技术的一些实施方案的方面，提供确定生物样本中细胞的表型的方法，所述方法包括：(a)在包含有序阵列的隔室的衍射光栅上对包括细胞的生物样本培养预定时间，所述隔室具有横向尺寸以使得细胞可适合其中；(b)在利用经一系列波长的照明对表面进行照射后，在预定时间内连续检测从包括细胞的衍射光栅衍射的照明，并且从其中产生输出光谱信号；(c)从输出光谱信号确定培养有生物样本的隔室的有效光学厚度(EOT)的时间依赖性变化，时间依赖性指示生物样本中细胞的表型。根据本专利技术的一些实施方案的方面，提供确定细胞的表型的方法，所述方法包括：(a)将细胞置于衍射光栅的多个隔室中；(b)通过衍射光栅衍射多色光束；(c)基于从衍射光栅接收的衍射图案计算指示细胞的折射率的参数；以及(d)确定参数的变化的时间依赖性，时间依赖性指示生物样本中细胞的表型。根据本专利技术的一些实施方案，参数包括隔室的有效光学厚度(EOT)，并且变化是相对于不存在细胞时EOT的值。根据本专利技术的一些实施方案，衍射包括实现反射式衍射。根据本专利技术的一些实施方案，衍射包括实现透射式衍射。根据本专利技术的一些实施方案，多色光束一般是白色的。根据本专利技术的一些实施方案，生物样本包括测试剂。根据本专利技术的一些实施方案，衍射光栅包括粘附至隔室的测试剂。根据本专利技术的一些实施方案，所述方法进一步包括在不存在测试剂时进行所述方法。根据本专利技术的一些实施方案，参数的变化是存在测试剂时参数值相对于不存在测试剂时参数值的值的变化。根据本专利技术的一些实施方案，时间依赖性指示测试剂对生物样本中细胞的表型的影响。根据本专利技术的一些实施方案，表型选自由存活力、运动性、生物膜产生、定殖、蛋白质产生和脂质产生组成的组。根据本专利技术的一些实施方案，测试剂是细胞生长抑制剂。根据本专利技术的一些实施方案，测试剂是杀细胞剂。根据本专利技术的一些实施方案，当时间依赖性指示有效光学厚度(EOT)减小时，测试剂是杀细胞剂。根据本专利技术的一些实施方案，当时间依赖性大致上平坦时，测试剂是细胞生长抑制剂。根据本专利技术的一些实施方案，将细胞用衍射光栅培养以便在添加测试剂之前填充隔室。根据本专利技术的一些实施方案，表型是存活力。根据本专利技术的一些实施方案，表型是运动性。根据本专利技术的一些实施方案，细胞是细菌。根据本专利技术的一些实施方案，细胞是真核细胞。根据本专利技术的一些实施方案，真核细胞是癌细胞。根据本专利技术的一些实施方案，测试剂选自由抗生素、化疗、放射性同位素、除草剂和杀真菌剂组成的组。根据本专利技术的一些实施方案的一个方面，提供计算机软件产品。计算机软件产品包括其中存储程序指令的计算机可读介质，所述指令在由数据处理器读取时，使数据处理器：接收涉及光的衍射图案的数据，所述光衍射离开具有容纳细胞的多个隔室的衍射光栅；基于衍射图案计算指示细胞的折射率的参数；以及确定参数的变化的时间依赖性，时间依赖性指示生物样本中细胞的表型。除非另有定义，本文中使用的所有技术和/或科学术语具有与本专利技术所属领域普通技术人员所通常理解的相同的含义。虽然与本文中描述的那些类似或等同的方法和材料可在本专利技术的实施方案的实践或测试中使用，但下文描述示例性方法和/或材料。在冲突的情况下，将以本专利说明书(包括定义)为准。另外，材料、方法和实例仅为说明性的，并且不意图为必然限制性的。本专利技术的实施方案的方法和/或系统的实施方法可涉及手动、自动、或以它们的组合进行或完成选定任务。此外，根据本专利技术的方法和/或系统的实施方案的实际仪表和设备，可使用操作系统，通过硬件、通过软件或通过固件或通过它们的组合来实施几个选定的任务。例如，用于进行根据本专利技术的实施方案的选定任务的硬件可实施为芯片或电路。作为软件，根据本专利技术的实施方案的选定任务可实施为通过使用任何合适的操作系统的计算机执行的多个软件指令。在本专利技术的示例性实施方案中，根据如本文中所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定生物样本中细胞的表型的方法，所述方法包括：(a) 在包含有序阵列的隔室的衍射光栅上对包括所述细胞的所述生物样本培养预定时间，所述隔室具有横向尺寸以使得所述细胞可适合其中；(b) 在利用经一系列波长的照明对所述表面进行照射后，在所述预定时间内连续检测从包括所述细胞的所述衍射光栅衍射的照明，并且从其中产生输出光谱信号；(c) 从所述输出光谱信号确定培养有所述生物样本的所述隔室的有效光学厚度(EOT)的时间依赖性变化，所述时间依赖性指示所述生物样本中所述细胞的所述表型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.09 US 62/1302591.一种确定生物样本中细胞的表型的方法，所述方法包括：(a)在包含有序阵列的隔室的衍射光栅上对包括所述细胞的所述生物样本培养预定时间，所述隔室具有横向尺寸以使得所述细胞可适合其中；(b)在利用经一系列波长的照明对所述表面进行照射后，在所述预定时间内连续检测从包括所述细胞的所述衍射光栅衍射的照明，并且从其中产生输出光谱信号；(c)从所述输出光谱信号确定培养有所述生物样本的所述隔室的有效光学厚度(EOT)的时间依赖性变化，所述时间依赖性指示所述生物样本中所述细胞的所述表型。2.一种确定细胞的表型的方法，所述方法包括：(a)将所述细胞置于衍射光栅的多个隔室中；(b)通过所述衍射光栅衍射多色光束；(c)基于从所述衍射光栅接收的衍射图案计算指示所述细胞的折射率的参数；以及(d)确定所述参数的变化的时间依赖性，所述时间依赖性指示所述生物样本中所述细胞的所述表型。3.如权利要求2所述的方法，其中所述参数包括所述隔室的有效光学厚度(EOT)，并且所述变化是相对于不存在所述细胞时所述EOT的值。4.如权利要求2-3中任一项所述的方法，其中所述衍射包括实现反射式衍射。5.如权利要求2-3中任一项所述的方法，其中所述衍射包括实现透射式衍射。6.如权利要求2-5中任一项所述的方法，其中所述多色光束一般是白色的。7.如权利要求1-6中任一项的权利要求所述的方法，其中所述生物样本包括测试剂。8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述衍射光栅包括粘附至所述隔室的测试剂。9.如权利要求7或8中任一项所述的方法，进一步包括在不存在所述测试剂时进行所述方法。10.如权利要求9所述的方法，其中所述参数的所述变化是在所述测试剂的所述存在时...

【专利技术属性】
技术研发人员：E塞加，N本多夫，
申请(专利权)人：工业研究与发展基金会有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL