用于细胞排列的介电泳微流控芯片制备与实验研究.pdf

《用于细胞排列的介电泳微流控芯片制备与实验研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第42卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第11期2014年11月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1568～1573DOI：10．11895／j．issn．02530820．140279用于细胞排列的介电泳微流控芯片制备与实验研究张洋张晓飞白国花方明谭秋林熊继军孙东(中北大学电子测试技术国家重点实验室，仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051)。(香港城市大学机械及生物医学工程系，香港九龙999077)摘要设计并制作了一种应用于细胞排列的介电泳微流控芯片，以实现细

2、胞的非接触、批量排列。芯片主要包括PDMS微通道和“台阶”形ITO微电极。运用仿真软件COMSOL分析了微电极所形成的电场分布，确定了最大电场强度的位置；利用MEMS加工工艺制备了ITO微电极和PDMS微通道，PDMS微通道与带有ITO电极的载玻片经过氧等离子表面处理后，对准键合获得最终的微流控芯片。通过不同频率下的介电泳实验，实现了酵母菌细胞的介电泳运动，并确定了正、负介电泳运动的电场频率。结果表明，酵母菌细胞在溶液电导率为60~S／cm的环境下，1～10kHz时，发生负介电泳运动；0．5—10MHz时，发生正介电泳运

3、动；50kHz时，没有发生介电泳运动。并在施加8V⋯，5MHz交流电压信号的条件下，实现了酵母菌细胞沿“台阶”形电极边缘直线排列。关键词介电泳；微流控芯片；有限元仿真；细胞排列1引言近年来，随着微机电系统(Micro．electro—mechanicalsystem，MEMS)技术的发展，微流控芯片实验室(Lab—on．a．chip)得到了前所未有的发展。在生物医学工程和组织工程中，以细胞或组织为对象的微操作技术对肿瘤细胞疗法、体外器官组织培养、新药的研发等研究具有至关重要的作用¨。介电泳(Dielectrophores

4、is，DEP)以非接触、可批量并行操作的优势被广泛的应用到生物粒子操作中，例如细胞的富集分离、筛选、旋转、拉伸等操作。Doh等设计了一种细胞分离介电泳芯片，通过施加间歇性的交流信号，实现了酵母菌细胞的连续分离；Han等利用电压信号相位差为9O。的四电极结构实现了细胞的旋转，并通过细胞电旋转测量了细胞的膜电容和膜电导；Guido等利用两个平行的微电极产生的介电泳力拉伸Jurkat细胞，测定了该细胞的力学性能。目前细胞组装排列的方法主要有表面黏附、微捕获井阵列J、光镊等。但是表面黏附和微捕获井阵列的加工工艺较为复杂，并且容易

5、损伤细胞；光镊适用于单个或几个细胞的高精度操作，难以实现大批量的并行操作；介电泳则可以实现对批量细胞非接触并行操作。本研究以细胞排列为应用，依据微粒子介电泳操作原理，设计一种“台阶”形的电极结构，并运用COMSOLMutiphysics有限元仿真软件分析电场分布，通过施加不同频率的交流信号，确定酵母菌细胞的正、负介电泳频率，并利用酵母菌正介电泳运动，使细胞沿“台阶”呈直线排列。2实验部分2．1仪器与试剂URE-2000A光刻机(中国科学院微电子研究所)，PDC一32G-2等离子清洗机(美国Harriek公司)，微流控芯片

6、光学观察平台：实验室自制，包括CCD相机(德国ImagingSource公司)、电动变焦物镜(美国Navitar公司)、20X物镜(日本Nikon公司)、LED光源、汞灯(美国Navitar公司)以及RollerBlock三轴位移调节台(美国THORLABS公司)；AFG一3081函数信号发生器(台湾GWIUSTEK公司)、微流体控制系统(美国LabSmith公司)、DDB．303A型电导率仪(雷磁公司)。浓HC1、浓HNO、蔗糖及葡萄糖(分析纯，北京华威锐科化工有限公司)。正光刻胶(RZJ304，苏州瑞2014~5—2

7、5收稿；2014~7—14接受E-mail：medsun@cityu．edu．hk分析化学第42卷10：1比例混合后，浇注到阳模结构上，95oC加热[二=—IT—O—gla—ss][—Sili—con—w—afer]2h固化，剥离得到最终的PDMS通道。1Ir；。t。。at1Ir；i。t。。at射频功率为30W的环境下，将带有ITO电极的玻'IrpoS。'IrposITO电极对准于PDMS通道中央贴合，键合得到最芒!!E三=I终的介电泳微流控芯片。：!mem．-!men．2·4实验操作平台[——i_L——i一浇注、固化_

8、__~一1,curing平台。该实验平台包括ccD相机、电动变焦物镜、厂篓统要曼曼黧LabSmith．~I．P躲DMS~。IJ紊．液同时进样、实要[二-_，一路为实验细胞溶液，另一路为缓冲———一—●(b)一本实中荧光成像，只用LED灯普通光照明。图3DEP微流控芯片加工工艺流程2·5实验方法Fig．3Fabrica