活細胞質(zhì)量測定綜述

細胞質(zhì)量、體積和生長速率是細胞生長發(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，人類就開始了活細胞質(zhì)量測定的研究，但直到21世紀，隨著電腦科學和精密制造工業(yè)的發(fā)展，使得精確測定細胞質(zhì)量成為可能，同時也出現(xiàn)了多種活細胞質(zhì)量測定的儀器。

細胞質(zhì)量、體積和生長速率影響細胞的大小，而細胞大小的調(diào)控在細胞的生長發(fā)育中普遍存在，但具體的調(diào)控機制知之甚少。細胞大小定量測定有利于對細胞周期中細胞大小和細胞生長調(diào)控的理解。

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

活細胞質(zhì)量測定的方法主要包括：微電子機械系統(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）。

微電子機械系統(tǒng)共振器

測量共振頻率，作為細胞質(zhì)量的函數(shù)，能夠高精度的測量細胞質(zhì)量和細胞生長速率。但環(huán)境因素會極大影響共振頻率測量，導致分辨率較低；測量穩(wěn)定性較差；只能測定懸浮生長的細胞，不能測量貼壁生長的細胞�？傊�，微電子機械系統(tǒng)共振器適合于對少量的懸浮單細胞進行高靈敏度和高精確度的質(zhì)量和體積測定。

定量相位斷層掃描儀

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

數(shù)字全息顯微鏡

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

定量相位顯微鏡

活細胞定量相位成像系統(tǒng)是一款與光學顯微鏡結(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時的測量生物樣品的相位轉(zhuǎn)換，可以實時觀測活細胞而無需標記，并且可以進行統(tǒng)計和定量分析，包括遷移、生長、活細胞質(zhì)量測定等�；罴毎�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，在活細胞質(zhì)量測定領域已經(jīng)得到了廣泛的應用。

綜上所述，活細胞質(zhì)量作為細胞大小的評價指標，具有極大的生物學意義。定量相位成像系統(tǒng)以其廣泛的兼容性、創(chuàng)新性、應用性，已經(jīng)成為活細胞質(zhì)量測定的必備儀器，其結(jié)果作為活細胞質(zhì)量測定的黃金標準，已經(jīng)被客戶廣泛接受。