活細(xì)胞質(zhì)量測(cè)定綜述

細(xì)胞質(zhì)量、體積和生長(zhǎng)速率是細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育和內(nèi)穩(wěn)態(tài)維持的重要生物物理參數(shù)。從1952年開始，人類就開始了活細(xì)胞質(zhì)量測(cè)定的研究，但直到21世紀(jì)，隨著電腦科學(xué)和精密制造工業(yè)的發(fā)展，使得精確測(cè)定細(xì)胞質(zhì)量成為可能，同時(shí)也出現(xiàn)了多種活細(xì)胞質(zhì)量測(cè)定的儀器。

細(xì)胞質(zhì)量、體積和生長(zhǎng)速率影響細(xì)胞的大小，而細(xì)胞大小的調(diào)控在細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育中普遍存在，但具體的調(diào)控機(jī)制知之甚少。細(xì)胞大小定量測(cè)定有利于對(duì)細(xì)胞周期中細(xì)胞大小和細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控的理解。

細(xì)胞大小一般通過細(xì)胞體積和細(xì)胞質(zhì)量來判斷，但細(xì)胞體積極易受到滲透壓力、胞內(nèi)水分含量的影響，這些因素都會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞形狀和體積的改變；同時(shí)對(duì)于一些貼壁生長(zhǎng)的細(xì)胞來說，進(jìn)行精確的細(xì)胞大小測(cè)定是很困難的。因此，通過細(xì)胞體積改變來反應(yīng)細(xì)胞大小的變化不具有廣泛的可操作性。相比之下，細(xì)胞質(zhì)量作為細(xì)胞內(nèi)生物合成和生物降解過程的直接反映，是細(xì)胞大小的最精確的指示劑。例如，細(xì)胞凋亡或死亡、藥物治療對(duì)胞內(nèi)合成代謝和降解通路的影響等。

活細(xì)胞質(zhì)量測(cè)定的方法主要包括：微電子機(jī)械系統(tǒng)共振器（MEMSR）、定量相位斷層掃描儀（QPT）、數(shù)字全息顯微鏡（DHM）、定量相位顯微鏡（QPM）。

微電子機(jī)械系統(tǒng)共振器

測(cè)量共振頻率，作為細(xì)胞質(zhì)量的函數(shù)，能夠高精度的測(cè)量細(xì)胞質(zhì)量和細(xì)胞生長(zhǎng)速率。但環(huán)境因素會(huì)極大影響共振頻率測(cè)量，導(dǎo)致分辨率較低；測(cè)量穩(wěn)定性較差；只能測(cè)定懸浮生長(zhǎng)的細(xì)胞，不能測(cè)量貼壁生長(zhǎng)的細(xì)胞。總之，微電子機(jī)械系統(tǒng)共振器適合于對(duì)少量的懸浮單細(xì)胞進(jìn)行高靈敏度和高精確度的質(zhì)量和體積測(cè)定。

定量相位斷層掃描儀

定量相位斷層掃描儀通過對(duì)細(xì)胞進(jìn)行三維立體掃描，獲得光線通過細(xì)胞時(shí)在三維空間上的相位轉(zhuǎn)換，從而測(cè)定細(xì)胞質(zhì)量。特別適用于測(cè)量細(xì)胞特定厚度范圍內(nèi)的參數(shù)以及測(cè)量重疊細(xì)胞團(tuán)中單個(gè)細(xì)胞的質(zhì)量。但是由于定量相位掃描儀基于復(fù)雜的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理以及復(fù)雜的光路，應(yīng)用受到局限。

數(shù)字全息顯微鏡

通過圖像來記錄全部的相位和強(qiáng)度信息，然后比較樣本和對(duì)照組相位和強(qiáng)度的差別，提取出樣本細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)量信息。數(shù)字全息顯微鏡能夠精確定測(cè)量細(xì)胞內(nèi)的干質(zhì)量分布，因此廣泛用于無標(biāo)記跟蹤單細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的運(yùn)動(dòng)。但由于數(shù)字全息顯微鏡光路復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜、且需要使用激光，所有這些導(dǎo)致其不能夠廣泛應(yīng)用。

定量相位顯微鏡

活細(xì)胞定量相位成像系統(tǒng)是一款與光學(xué)顯微鏡結(jié)合，致力于生物研究的創(chuàng)新性成像工具。波前傳感器基于創(chuàng)新的四波橫向剪切干涉法來實(shí)時(shí)的測(cè)量生物樣品的相位轉(zhuǎn)換，可以實(shí)時(shí)觀測(cè)活細(xì)胞而無需標(biāo)記，并且可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和定量分析，包括遷移、生長(zhǎng)、活細(xì)胞質(zhì)量測(cè)定等。活細(xì)胞定量相位成像系統(tǒng)是目前全球唯一高分辨率定量相位圖像系統(tǒng)，且儀器沒有特殊的光路需求，在活細(xì)胞質(zhì)量測(cè)定領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

綜上所述，活細(xì)胞質(zhì)量作為細(xì)胞大小的評(píng)價(jià)指標(biāo)，具有極大的生物學(xué)意義。定量相位成像系統(tǒng)以其廣泛的兼容性、創(chuàng)新性、應(yīng)用性，已經(jīng)成為活細(xì)胞質(zhì)量測(cè)定的必備儀器，其結(jié)果作為活細(xì)胞質(zhì)量測(cè)定的黃金標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)被客戶廣泛接受。