基于介电电泳的微流控细胞分离芯片的研究进展.pdf

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1、第43卷分析化学(FENXIHUAXUE)评述与进展第2期2015年2月ChineseJournalofAnalyticalChemistry300～309DOI：10．11895／j．issn．0253-3820．140793基于介电电泳的微流控细胞分离芯片的研究进展陈礼郑小林胡宁杨军罗洪艳姜帆廖彦剑(重庆大学生物工程学院，生物流变科学与技术教育部重点实验室，视觉损伤与再生修复重庆市重点实验室，重庆400030)摘要细胞分离技术是细胞分选和细胞种群纯化的重要手段，在生物、医学、农业、环境等许多领域都有重要的应用，是当前生化分

2、析领域的国际研究热点。本文介绍了基于介电电泳的微流控细胞分离芯片的研究现状，阐述了介电电泳的工作原理，并依据细胞尺寸、电极形状、外加信号方式等影响细胞介电电泳的关键因素对不同类型的微流控细胞分离芯片进行了详细介绍，并对该技术的未来发展趋势做了展望。关键词介电电泳；细胞分离；微流控芯片；电极；评述1引言细胞分离作为一个重要的纯化过程j，在生物研究和分析诊断中有着极其重要的应用。许多基于细胞的研究领域，如临床诊断、环境监测、食品加工以及制药工业等都需要进行目标细胞的高灵敏度检测和高纯度加工，上述基础及应用研究工作的开展都依赖于细胞

3、分离技术J。针对悬浮液中生物微粒的电磁操作是目前生物分析领域的一个研究热点，细胞分离也是其中一个重要内容。传统的细胞分离方法主要分为两类：第一类是依靠细胞本身的尺寸、重力特性进行分离，如离心法、重力沉积法等，这类方法分离精度较低，分离时间较长且操作复杂，对细胞活性有较大影响；第二类则需要细胞间接带电或者外加磁性物质，最后在电场或者磁场作用下进行细胞分离，如电泳法、磁性分离法等，这类方法通常需要对细胞进行预处理，在细胞表面附着其它物质，且在分离之后难以去除附着物，对于细胞存活率影响较大，操作流程繁琐，价格不菲。同时，上述细胞分离

4、方法通常需要旋流器、流式细胞仪等专业设备，存在体积大、操作人员需进行专业培训、成本昂贵等缺点，限制了其广泛应用。由电泳技术发展而来的介电电泳(Dielectrophoresis，DEP)打破了前者要求微粒带电的限制，能让电中性微粒在空间非均匀直流或者交流电场的作用下，发生极化而沿场强变化方向受到介电电泳力(净力)，并在介电电泳力作用下发生移动。自1978年Pohl_8将介电电泳引人生物和化学领域，特别是将该技术应用于传统电泳无法高效解决的细胞分离和操纵难题以来，该技术就一直受到各国研究者的重视并不断发展完善J。较传统电泳方法而

5、言，该技术具有许多优点¨，如不需要标记抗体，从而可避免细胞在分离过程中因抗体反应而发生生物性质改变；所用低强度的交变电场对细胞的作用是“非破坏性”的，大量研究结果已经证明其不会改变细胞的生长及分裂性质；使用灵活，电场强度、频率、相位都容易调控，便于自动化操作；同时，介电电泳分离方法还可与其它方法结合使用，以达到最佳的细胞分离检测效果。近年来，随着介电电泳技术的理论成熟和微流控芯片加工技术的飞速发展，利用微流控芯片体积小、造价低廉、液体流动可控、消耗试样和试剂极少、通量高、检测分析精度好等优点，在芯片上开展基于介电电泳的细胞分离

6、成为国内外研究热点j。基于介电电泳的微流控细胞分离芯片结合了介电电泳和微流控芯片技术的优点，同时，分离目标不仅局限于细胞，也可以进行微米尺度的矿物颗粒、聚苯乙烯微球侣]、液滴、细菌_2和酵母菌等目标物的分离纯化，甚至还可以分离纳米尺度的病毒引、纳米粒子、DNAJ、碳纳米管等。本文介绍基于介电电泳的微流控细胞分离芯片的研究现状，总结了影响介电电泳分离的关键因素，2014-09-04收稿；2014—11-28接受本文系国家自然科学基金(No．81371691)，中央高校基本科研业务费科研专项(Nos．CDJZR12165501，C

7、QDXWL-2—13-027)，重庆市自然科学基金(No．cstc2012jjA10144)和重庆市科委自然科学基金重点项目(No．cstc2013JJB1O011)资助}E—mail：azurelyj@163．corn第2期陈礼等：基于介电电泳的微流控细胞分离芯片的研究进展301对不同类型的微流控细胞分离芯片进行了介绍，并对该技术的未来发展趋势进行了展望。2介电电泳细胞分离的基本理论带电粒子在直流电场作用下于一定介质中所发生的定向运动，称为电泳；非带电颗粒(电介质)在电场作用下的定向运动叫电介质电泳(Dielectropho

8、resis，DEP)，简称“介电电泳”[2j。电泳和介电电泳有着本质的区别。电泳的粒子带电，而介电电泳的颗粒为电中性。悬浮于盐溶液中的细胞可以在电场中运动，这是因为细胞表面具有一定的电荷(通常为负电荷)，可以吸附被极化的水分子层，它与介质之间存在着电位差，此电位差产生了细胞电