阵列叉指式芯片研究细胞介电电泳富集过程论文

《阵列叉指式芯片研究细胞介电电泳富集过程论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、阵列叉指式芯片研究细胞介电电泳富集过程论文郝敦玲徐溢曾雪曹强温志渝【摘要】采用阵列叉指电极介电电泳(Dielectrophoresis，DEP)芯片，构建了集成DEP芯片分析和操控系统，应用Coventorpus公司);AlphaInnotech型微泵(美国Alpha公司);Qcapturepro.图像采集处理软件，CamtasiaStudio屏幕录制软件。Sylgard184有机硅弹性体即聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS;美国道康宁公司)，用于浇注PDMS盖片。缓冲液配制：分别精确称取4.000gNaCl，0.100gKCl，1.744gNa2HPO4·

2、12H2O和0.100gKH2PO4，溶解并定容至500mL容量瓶中，配制成磷酸盐缓冲液(PBS)。抗凝剂配制：称取EDTA2Na4.0g溶解定容于100mL容量瓶中。0.9%NaCl医用生理盐。以上试剂均用0.22μm高温灭菌后的微孔滤膜过滤后备用。样品：红细胞(redbloodcell,RBC)形状呈双面凹陷的圆盘状，直径约7.5μm;116型结肠癌细胞(coloncancercell)呈圆球形，直径约15μm。所有细胞样品均由重庆第三军医大西南医院临床检验科提供。2.2实验步骤2.2.1阵列叉指电极DEP芯片制作及分析系统搭建DEP芯片的底片为键合有Au电极的玻璃片，阵列叉指电极宽度

3、和间距均为30μm，玻璃底片尺寸为25mm×17mm×2mm，由中国科学院大连化学物理研究所外协制作。采用PDMS制作DEP芯片的盖片。将PDMS预聚体和固化剂按质量比10:1混合均匀，浇注于硅烷化处理后的SU8管道阳膜上，脱气后于60℃恒温干燥箱中固化4h，室温冷却后小心剥离PDMS盖片，用孔径为3mm的打孔器在PDMS盖片上打孔备用，形成的微管道宽150μm，深30μm，长10mm。将带有微管道的PDMS盖片依次用乙醇、二次蒸馏水、乙醇清洗后风干备用。键合Au电极的玻璃底片用丙酮轻轻擦洗并风干，备用。最后将玻璃底片与PDMS盖片密合，抽负压吹干，即完成阵列叉指电极式DEP复合式结构芯片

4、的制作，芯片实物和电极构型如图1所示，芯片分析系统构建如图2所示。a.进样口(Inlet);b.废液池(Outlet);c.注射微泵(Injectionmicropump);d.注射器(Injectionsyring);e.信号发生器(Signalgenerator);f.示波器(Digitaloscilloscope);g.电源控制器(PoL，Vpp=5V，分别在10MHz和3MHz条件下，对结肠癌细胞进行DEP富集实验。3结果与讨论3.1阵列叉指电极式DEP芯片上电场分布模拟依据芯片介电电泳原理，通过有限元方法数字化程序，在建立合适的二维模型基础之上，模拟不同的几何结构电极的电场分布，

5、在给定的边界条件和参数下，预测电场梯度的变化。这不仅有利于确定最优的电极结构，还能确定介电电泳的有效作用区域10。本实验采用Coventor，阵列叉指电极表面不同高度处的E分布情况如图3所示。当叉指电极宽度和间距为30μm时，电极表面电场梯度分布差异明显，电场梯度最大的位置出现在叉指电极的边缘，为细胞受正介电电泳(Positivedielectrophoresis,pDEP)时的富集位置;电场梯度最小的位置出现在两电极之间，为细胞受负介电电泳(Nagetivedielectrophoresis,nDEP)时的富集位置，故而在此芯片上可以实现细胞样品在不同位置的DEP富集。从图3还可以看到

6、，随着距电极表面距离的增加，E显著降低，DEP作用力明显下降。当距离达到30μm时，E接近于零，介电作用力几乎消失。因此，可确认30μm是DEP力的有效作用范围，将其作为DEP芯片管道高度可实现对样品对象的有效DEP操控。3.2影响细胞介电电泳富集的因素根据介电电泳原理，细胞所受的介电电泳力F=2πε0εmr3RefCM

7、Erms

8、2,其中ε0和εm分别为真空介电常数和介质介电常数，

9、Erms

10、2为电场强度绝对值的拉普拉斯算符，RefCM为ClausiusMossotti因数，其中fCM=ε*p-ε*mε*p+2ε*m,ε*p和ε*m分别代表细胞和缓冲液的综合介电常数，ε*=ε-iσ/

11、ω，其中ε是介电常数，i代表-1，σ是电导率，ω为外加电场的角频率。因此，在实验中可以通过改变缓冲介质配比、外加电场电压和频率等参数来实现粒子的定向操控和分离分析等目的。3.2.1交流信号幅值Vpp对细胞DEP富集的影响细胞所受介电电泳力除与电场强度E2成正比外，还与细胞半径r3成正比。因此，当Vpp相同时，结肠癌细胞的富集速度要明显快于红细胞的富集速度。实验选择0.9%NaCl医用生理盐水为缓冲溶液，固