CN107574163B - 一种基于光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰细胞的方法 - Google Patents

一种基于光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰细胞的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰细胞的方法，利用光诱导介电泳装置从混合的溶液中筛选出被磁性纳米粒子修饰的细胞，搭建光诱导介电泳光路，由光源发出的光通过光路照射到芯片上，在芯片的溶液层形成非均匀电场，利用携带有磁性纳米粒子的酵母菌细胞与酵母菌细胞存在差异实现细胞筛选。本发明能够对同种细胞进行筛选，并且筛选过程所需时间较短，筛选粒子的精确性更高。

Description

一种基于光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰细胞的 方法
技术领域
本发明属于微纳米控制领域，具体涉及一种基于光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰细胞的方法。
背景技术
在微纳米生物粒子的操纵领域，随着微加工技术的不断发展，许多芯片实验室应运而生，微纳米生物粒子的操纵与分离受到许多科学家的广泛关注，许多生物粒子都会有一定的介电特性，在外加电场的情况下，这些生物粒子会受到不同程度的极化，如果外加电场为非均匀电场，就会产生介电泳力，使粒子受力作用而运动。近年来，将介电泳技术引入生物粒子操纵领域，人们开始研究应用介电泳技术分离、输运、捕获粒子。
传统的介电泳技术以及行波介电泳方法构造的分离装置特别适用于具有明显临界频率的两种生物粒子，主要用于直径不同的粒子的分离实验，虽然能达到分离的目的，却不能精确分离和控制粒子的位置，应用功能单一，应用范围狭窄。相对于传统的介电泳技术，光诱导介电泳装置不仅能对单个粒子进行精确操纵，而且能对多个微粒进行分离或筛选，使用虚拟电极代替了结构复杂的物理电极，降低了成本。
在实现两种细胞的分离或筛选实验中，传统的分离或筛选实验选用聚苯乙烯粒子与酵母菌细胞进行实验，但聚苯乙烯粒子并非真实细胞，存在一定的误差，且聚苯乙烯粒子直径比酵母菌细胞的直径大很多，分离过程相对容易，或者用于分离人体血液中的活死红细胞，利用死细胞不受介电泳力使之分离，主要选用差异较大的细胞进行分离和筛选。并且人体血液中的红细胞提取较为复杂，需要荧光标记，可能会对细胞造成损害，导致实验结果精确性差。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术筛选差异较大细胞的不足，提供一种基于光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰细胞的方法，具有工艺简单、操作方便、精确性高且成本低等优点，主要对同种细胞、差异较小的细胞进行筛选，可应用于生物医学细胞筛选、靶向治疗等，以及在其他领域中分离、输运、捕获粒子等。
本发明提供的一种基于光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰细胞的方法，制备工艺如下：
(1)首先将磁性纳米粒子加入酵母菌细胞中，得到被磁性纳米粒子修饰的酵母菌细胞，再制备混合溶液，搭建光诱导介电泳光路，将混合的溶液悬浮于光诱导介电泳芯片中，打开光源，投出光电极图案通过光诱导介电泳光路照射到光诱导介电泳芯片上，在光诱导介电泳芯片的溶液层形成条形光电极图案；所述光诱导介电泳芯片分为上层和下层，上层从上到下依次为玻璃片、导电层；下层从上到下依次为光敏层、导电层、玻璃片；中间为溶液层；
(2)连接光诱导介电泳芯片与信号发生器，调节信号发生器输出的电压和频率，细胞受到光诱导介电泳力被吸入条形光，排列在条形光中心；
(3)将信号发生器的电压调低至零，使条形光下移，再次调节信号发生器输出的电压和频率，等待1-2分钟，部分被磁性纳米粒子修饰的细胞进入条形光；
所述细胞为被磁性纳米粒子修饰的酵母菌细胞与正常酵母菌细胞。
所述信号发生器输出为正弦交流信号，幅值为1.4V，频率为270kHz。
所述条形光宽度相同，光电极图案可控，条形光下移间距为20-30μm。
所述光源选自投影装置。
其中，所述光诱导介电泳芯片分为上层和下层，上层从上到下依次为玻璃片、导电层。下层从上到下依次为光敏层、导电层、玻璃片，中间为溶液层。
所述玻璃片为3cm×3cm×0.07cm；导电层采用氧化铟锡膜，厚度为120nm；光敏层为氢化非晶硅，厚度为500nm。
本发明采用上述技术方案后，主要有以下优点：
(1)采用磁性纳米粒子修饰酵母菌细胞，酵母菌细胞能够很好地携带磁性纳米粒子，且磁性纳米粒子对酵母菌无损害。
(2)光诱导介电泳光路搭建方便，电极形状可控，筛选同种细胞准确性好，操作过程所需时间短。
(3)制备简单，操作方便，生产成本较低，便于推广应用，可应用于生物医学，微纳操纵等方面。
附图说明
图1为光诱导介电泳装置结构示意图；
其中11为电脑，12为投影仪，13为信号发生器，14为光学显微镜，15为光学显微镜照明光源，16为电荷耦合器件(CCD)，17为凸透镜，18为反射镜，19为光诱导介电泳芯片。
图2为光诱导介电泳芯片结构示意图；
其中21为玻璃片，22为氧化铟锡导电层，23为氢化非晶硅光敏层，24为溶液层，25为微粒。
图3为筛选被磁性纳米粒子修饰细胞的示意图；其中a为细胞被吸入条形光中心，将条形光下移，b为部分被磁性纳米粒子修饰的细胞吸入条形光。
具体实施方式
如图1所示，本发明采用的光诱导介电泳装置包括电脑11、投影仪12、信号发生器13、光学显微镜14、光学显微镜照明光源15，电荷耦合器件(CCD)16、凸透镜17、反射镜18、光诱导介电泳芯片19；进一步的，将电脑11连接投影仪12，投出光电极图案通过光学系统，即凸透镜17、反射镜18、聚焦照射到光诱导介电泳芯片19上，在诱导介电泳芯片19的溶液层24产生非均匀电场，实现细胞操纵和筛选，并通过光学显微镜照明光源15、光学显微镜14和电荷耦合器件(CCD)16相连，投影在电脑11上进行实时观测。
如图2所示，光诱导介电泳芯片19包括玻璃片21、氧化铟锡导电层22、氢化非晶硅光敏层23、溶液层24和微粒25。
将光诱导介电泳芯片19与信号发生器用导线连接，选用厚度为50μm的双面胶对芯片进行封装，信号发生器输出为正弦交流信号，在芯片溶液层会产生非均匀电场，操纵微观粒子运动。
如图3所示，打开光源，细胞由于受到光诱导介电泳力而驱向条形光方向，最后完全进入条形光，排列在条形光中心，将条形光下移，调节信号发生器的频率和电压，观察1-2分钟，部分被磁性纳米粒子修饰的细胞吸入条形光。
下面再对本发明方法进行详细说明。
(1)制备3ml浓度75μg/ml磁性纳米粒子修饰的细胞
将清洗干净的烧杯中加入20ml去离子水，然后放入一粒酵母菌颗粒，待他们混合均匀后用保鲜膜封口，培养12-17h，将磁性纳米粒子放入超声清洗机中超声均匀，温度20-30℃，超声3次，每次10分钟，用移液器取出超声好的磁性纳米粒子225μl加入试管中，再取培养好的酵母菌细胞2775μl加入试管中，待充分混合，用封口膜封口，培养一周左右，得到浓度为75μg/ml被磁性纳米粒子修饰的细胞。
(2)基于光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰的细胞
将酵母菌细胞与被磁性纳米粒子修饰的酵母菌细胞各超声5分钟，温度20-30℃，然后取出，用移液器取100μl酵母菌细胞加入试管中，同时再取100μl被磁性纳米粒子修饰的酵母菌细胞与其混合，超声3分钟使之充分混合，将光诱导介电泳芯片用酒精清洗一遍，再用去离子水清洗两遍，用移液器取2μl混合的细胞滴在光诱导介电泳芯片上，然后将光诱导介电泳芯片置于光诱导介电泳芯片架上，打开信号发生器与光源，投出光电极图案通过光诱导介电泳光路照射光诱导介电泳芯片，在光诱导介电泳芯片的溶液层形成条形光电极图案，用导线连接光诱导介电泳芯片与信号发生器，调节信号发生器输出的频率3-6kHz、电压8-10V，细胞由于受到光诱导介电泳力被吸入条形光，排列在条形光中心，此时，关闭光源，将条形光下移，调节信号发生器输出频率270kHz、电压1.4V，打开光源，观察1-2分钟，部分被磁性纳米粒子修饰的细胞进入条形光，然后静止不动。实现了光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰的细胞。
产品特性：利用光诱导介电泳装置能够筛选被磁性纳米粒子修饰的细胞，主要能够对同种细胞进行筛选，并且筛选的精确性高，筛选时所需频率270kHz，电压为1.4V。
上述描述的实施例并非限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可做各种更动和润色，因此本发明的保护范围视权利要求范围所界定。

Claims (2)

1.一种基于光诱导介电泳装置筛选被磁性纳米粒子修饰细胞的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)首先将磁性纳米粒子加入酵母菌细胞中，得到被磁性纳米粒子修饰的酵母菌细胞，再制备混合溶液，搭建光诱导介电泳光路，将混合的溶液悬浮于光诱导介电泳芯片中，打开光源，投出光电极图案通过光诱导介电泳光路照射到光诱导介电泳芯片上，在光诱导介电泳芯片的溶液层形成条形光电极图案；所述光诱导介电泳芯片分为上层和下层，上层从上到下依次为玻璃片、导电层；下层从上到下依次为光敏层、导电层、玻璃片；中间为溶液层；
(2)连接光诱导介电泳芯片与信号发生器，调节信号发生器输出的电压和频率，细胞受到光诱导介电泳力被吸入条形光，排列在条形光中心；
(3)将信号发生器的电压调低至零，使条形光下移，再次调节信号发生器输出的电压和频率，等待1-2分钟，部分被磁性纳米粒子修饰的细胞进入条形光；
所述步骤(1)中：首先将磁性纳米粒子加入酵母菌细胞溶液中，得到被磁性纳米粒子修饰的酵母菌细胞，再将被修饰的酵母菌细胞与正常酵母菌细胞按比例混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述玻璃片为3cm×3cm×0.07cm，导电层采用氧化铟锡膜，厚度为120nm，光敏层为氢化非晶硅，厚度为500nm，光电极图案由投影设备控制，条形光宽度相同，下移间距为20-30μm，信号发生器输出正弦交流信号，幅值为1.4V，频率为270kHz。
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