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《用于細(xì)胞排列的介電泳微流控芯片制備與實(shí)驗(yàn)研究.pdf》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第42卷分析化學(xué)(FENXIHUAXUE)研究報(bào)告第11期2014年11月ChineseJournalofAnalyticalChemistry1568～1573DOI：10．11895／j．issn．02530820．140279用于細(xì)胞排列的介電泳微流控芯片制備與實(shí)驗(yàn)研究張洋張曉飛白國花方明譚秋林熊繼軍孫東(中北大學(xué)電子測試技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，儀器科學(xué)與動態(tài)測試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030051)。(香港城市大學(xué)機(jī)械及生物醫(yī)學(xué)工程系，香港九龍999077)摘要設(shè)計(jì)并制作了一種應(yīng)用于細(xì)胞排列的介電泳微流控芯片，以實(shí)現(xiàn)細(xì)
2、胞的非接觸、批量排列。芯片主要包括PDMS微通道和“臺階”形ITO微電極。運(yùn)用仿真軟件COMSOL分析了微電極所形成的電場分布，確定了最大電場強(qiáng)度的位置；利用MEMS加工工藝制備了ITO微電極和PDMS微通道，PDMS微通道與帶有ITO電極的載玻片經(jīng)過氧等離子表面處理后，對準(zhǔn)鍵合獲得最終的微流控芯片。通過不同頻率下的介電泳實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了酵母菌細(xì)胞的介電泳運(yùn)動，并確定了正、負(fù)介電泳運(yùn)動的電場頻率。結(jié)果表明，酵母菌細(xì)胞在溶液電導(dǎo)率為60~S／cm的環(huán)境下，1～10kHz時，發(fā)生負(fù)介電泳運(yùn)動；0．5—10MHz時，發(fā)生正介電泳運(yùn)
3、動；50kHz時，沒有發(fā)生介電泳運(yùn)動。并在施加8V?，5MHz交流電壓信號的條件下，實(shí)現(xiàn)了酵母菌細(xì)胞沿“臺階”形電極邊緣直線排列。關(guān)鍵詞介電泳；微流控芯片；有限元仿真；細(xì)胞排列1引言近年來，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(Micro．electro—mechanicalsystem，MEMS)技術(shù)的發(fā)展，微流控芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab—on．a(chǎn)．chip)得到了前所未有的發(fā)展。在生物醫(yī)學(xué)工程和組織工程中，以細(xì)胞或組織為對象的微操作技術(shù)對腫瘤細(xì)胞療法、體外器官組織培養(yǎng)、新藥的研發(fā)等研究具有至關(guān)重要的作用¨。介電泳(Dielectrophores
4、is，DEP)以非接觸、可批量并行操作的優(yōu)勢被廣泛的應(yīng)用到生物粒子操作中，例如細(xì)胞的富集分離、篩選、旋轉(zhuǎn)、拉伸等操作。Doh等設(shè)計(jì)了一種細(xì)胞分離介電泳芯片，通過施加間歇性的交流信號，實(shí)現(xiàn)了酵母菌細(xì)胞的連續(xù)分離；Han等利用電壓信號相位差為9O。的四電極結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的旋轉(zhuǎn)，并通過細(xì)胞電旋轉(zhuǎn)測量了細(xì)胞的膜電容和膜電導(dǎo)；Guido等利用兩個平行的微電極產(chǎn)生的介電泳力拉伸Jurkat細(xì)胞，測定了該細(xì)胞的力學(xué)性能。目前細(xì)胞組裝排列的方法主要有表面黏附、微捕獲井陣列J、光鑷等。但是表面黏附和微捕獲井陣列的加工工藝較為復(fù)雜，并且容易
5、損傷細(xì)胞；光鑷適用于單個或幾個細(xì)胞的高精度操作，難以實(shí)現(xiàn)大批量的并行操作；介電泳則可以實(shí)現(xiàn)對批量細(xì)胞非接觸并行操作。本研究以細(xì)胞排列為應(yīng)用，依據(jù)微粒子介電泳操作原理，設(shè)計(jì)一種“臺階”形的電極結(jié)構(gòu)，并運(yùn)用COMSOLMutiphysics有限元仿真軟件分析電場分布，通過施加不同頻率的交流信號，確定酵母菌細(xì)胞的正、負(fù)介電泳頻率，并利用酵母菌正介電泳運(yùn)動，使細(xì)胞沿“臺階”呈直線排列。2實(shí)驗(yàn)部分2．1儀器與試劑URE-2000A光刻機(jī)(中國科學(xué)院微電子研究所)，PDC一32G-2等離子清洗機(jī)(美國Harriek公司)，微流控芯片
6、光學(xué)觀察平臺：實(shí)驗(yàn)室自制，包括CCD相機(jī)(德國ImagingSource公司)、電動變焦物鏡(美國Navitar公司)、20X物鏡(日本Nikon公司)、LED光源、汞燈(美國Navitar公司)以及RollerBlock三軸位移調(diào)節(jié)臺(美國THORLABS公司)；AFG一3081函數(shù)信號發(fā)生器(臺灣GWIUSTEK公司)、微流體控制系統(tǒng)(美國LabSmith公司)、DDB．303A型電導(dǎo)率儀(雷磁公司)。濃HC1、濃HNO、蔗糖及葡萄糖(分析純，北京華威銳科化工有限公司)。正光刻膠(RZJ304，蘇州瑞2014~5—2
7、5收稿；2014~7—14接受E-mail：medsun@cityu．edu．hk分析化學(xué)第42卷10：1比例混合后，澆注到陽模結(jié)構(gòu)上，95oC加熱[二=—IT—O—gla—ss][—Sili—con—w—afer]2h固化，剝離得到最終的PDMS通道。1Ir；。t。。at1Ir；i。t。。at射頻功率為30W的環(huán)境下，將帶有ITO電極的玻'IrpoS。'IrposITO電極對準(zhǔn)于PDMS通道中央貼合，鍵合得到最芒!!E三=I終的介電泳微流控芯片。：!mem．-!men．2·4實(shí)驗(yàn)操作平臺[——i_L——i一澆注、固化_
8、__~一1,curing平臺。該實(shí)驗(yàn)平臺包括ccD相機(jī)、電動變焦物鏡、廠簍統(tǒng)要曼曼黧LabSmith．~I．P躲DMS~。IJ紊．液同時進(jìn)樣、實(shí)要[二-_，一路為實(shí)驗(yàn)細(xì)胞溶液，另一路為緩沖———一—●(b)一本實(shí)中熒光成像，只用LED燈普通光照明。圖3DEP微流控芯片加工工藝流程2·5實(shí)驗(yàn)方法Fig．3Fabrica
