CN113355237A - 基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片 - Google Patents

基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片 Download PDF

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CN113355237A
CN113355237A CN202110542544.0A CN202110542544A CN113355237A CN 113355237 A CN113355237 A CN 113355237A CN 202110542544 A CN202110542544 A CN 202110542544A CN 113355237 A CN113355237 A CN 113355237A
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excitation electrode
electrode
pdms
bipolar electrode
wireless
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吴玉潘
孟颖琦
王少熙
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Northwestern Polytechnical University
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Northwestern Polytechnical University
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M35/00Means for application of stress for stimulating the growth of microorganisms or the generation of fermentation or metabolic products; Means for electroporation or cell fusion
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Abstract

本发明涉及一种基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,PDMS盖片设置在玻璃基底上,PDMS盖片上开设有相互垂直的第一PDMS通道和第二PDMS通道,相互垂直的两条PDMS通道的交点处设置有腔室;无线双极性电极阵列设置在腔室内,腔室内盛有导电溶液;第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极和第四激发电极均设置在玻璃基底上,且依次分布在无线双极性电极阵列的外周四边;在第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极和第四激发电极上施加的电场相位依次增大90°,以形成旋转电场。本发明的细胞微型驱动芯片,基于无线双极性电极阵列,结合介电泳力、电旋转以及行波介电泳力对细胞进行驱动,通过改变施加的电场的参数,驱动细胞完成移动、旋转、转向等运动。

Description

基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片
技术领域
本发明属于生物医疗技术领域,具体涉及一种基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片。
背景技术
微纳米机器人近年来在生物医疗领域不仅可以用来进行药物的有效运输,还可以作为非创伤性的微型手术工具以及化学物质的检测传感器,现出了对现有科学技术进行变革的巨大前景。为迎接这些挑战,研发设计出在微纳米通道中具有适应性强,可靠地微型机器人具有十分重要的意义。常见的微米机器人主要是由各种合成材料构成的,比如磁性材料、金属材料、聚合物等等,在纳米机器人对细胞进行直接驱动时,需要一些外加标记或者辅助微型机器人进行细胞驱动。此外,往往需要发生一些化学反应来获得微纳米机器人的驱动能量,容易对细胞的培养环境产生不利的影响。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
本发明提供了一种基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,包括:玻璃基底、PDMS盖片、第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极、第四激发电极和无线双极性电极阵列,其中,
所述PDMS盖片设置在所述玻璃基底上,所述PDMS盖片上开设有相互垂直的第一PDMS通道和第二PDMS通道,相互垂直的两条PDMS通道的交点处设置有腔室;
所述无线双极性电极阵列设置在所述腔室内,所述腔室内盛有导电溶液;
所述第一激发电极、所述第二激发电极、所述第三激发电极和所述第四激发电极均设置在所述玻璃基底上,且依次分布在所述无线双极性电极阵列的外周四边;所述第一激发电极的内端部、所述第二激发电极的内端部、所述第三激发电极的内端部和所述第四激发电极的内端部均位于所述腔室内;
在所述第一激发电极、所述第二激发电极、所述第三激发电极和所述第四激发电极上施加的电场相位依次增大90°,以形成旋转电场,通过改变施加的电场的参数,驱动细胞运动,施加电场时,作用于细胞上的时均介电泳力为:
Figure BDA0003072156820000021
时均电旋转力矩为:
Figure BDA0003072156820000022
式中,K(w)为CM因子,Im[K(w)]为CM因子的虚部,Re[K(w)]为CM因子的实部,r为细胞半径,E为电场强度,*为共轭复数,为复振幅;
Figure BDA0003072156820000023
式中,
Figure BDA0003072156820000024
为细胞的复介电常数,
Figure BDA0003072156820000025
为溶液的复介电常数,ε*=ε-j(σ/ω),ε为介电常数,σ为电导率,ω为角频率,j为虚数单位。
在本发明的一个实施例中,所述第一激发电极、所述第二激发电极、所述第三激发电极和所述第四激发电极均为ITO电极。
在本发明的一个实施例中,所述无线双极性电极阵列包括若干个双极性电极,所述双极性电极呈M×N的阵列形式排列,其中,M≥2,N≥2。
在本发明的一个实施例中,所述双极性电极为圆形双极性电极、矩形双极性电极或三角形双极性电极中的一种。
在本发明的一个实施例中,所述第一PDMS通道的一端设置有主通道入口,另一端设置有主通道出口;所述第二PDMS通道的一端设置有副通道入口,另一端设置有副通道出口。
在本发明的一个实施例中,所述主通道入口、所述主通道出口、所述副通道入口和所述副通道出口处均设置有金属连接器。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1.本发明的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,在四个激发电极上施加电场形成旋转电场,基于无线双极性电极阵列,结合介电泳力、电旋转以及行波介电泳力对细胞进行驱动,通过改变施加的电场的参数,驱动细胞完成移动、旋转、转向等运动。
2.本发明的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,加工简单,施加电压小,无需对细胞进行外加修饰,通过设计双极性电极的形状,可操作细胞运动轨迹。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种双极性电极的原理图;
图2是本发明实施例提供的一种基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片的俯视图;
图3是本发明实施例提供的一种无线双极性电极阵列的结构示意图;
图4是本发明实施例提供的一种在不同电场频率下酵母菌的驱动实验结果图;
图5是本发明实施例提供的一种单个酵母菌的驱动实验结果图;
图6是本发明实施例提供的一种多个酵母菌的驱动实验结果图。
图标:1-玻璃基底;2-PDMS盖片;3-第一激发电极;4-第二激发电极;5-第三激发电极;6-第四激发电极;7-无线双极性电极阵列;701-双极性电极;8-第一PDMS通道;801-主通道入口;802-主通道出口;9-第二PDMS通道;901-副通道入口;902-副通道出口;10-腔室。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及具体实施方式,对依据本发明提出的一种基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效,在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明,可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解,然而所附附图仅是提供参考与说明之用,并非用来对本发明的技术方案加以限制。
实施例一
请参见图1,图1是本发明实施例提供的一种双极性电极的原理图,如图所示,双极性电极(bipolar electrode,BPE)是指一个不与外电源相连的浸入阳极与阴极间电解液中的导体。将其放置于微流体通道中,当施加一定的驱动DC电势后,溶液中会形成一个电势降。双极性电极是一个等势体,上面的电势是相同的,这样在双极性电极与溶液界面上会形成一个过电势,如图1所示。当施加的驱动电压为一个高频的交流电信号而非直流电信号时(即电场的频率高于氧化还原反应中电子转移的速率时),电化学反应将被抑制,双极性电极两端的双电层将会发生电容充放电效应。双极性电极边缘的电场强度将最大,双极性电极中间区域的电场强度将最小。
双极性电极适合进行大规模无线的阵列设计,而且电场的分布可以通过改变BPE的尺寸来进行调整。基于双极性电极阵列,通过考虑施加旋转电场,并结合介电泳力、电旋转以及行波介电泳力等多个力的共同作用,可实现驱动细胞完成移动、旋转、转向等运动的细胞微型驱动芯片。
请参见图2,图2是本发明实施例提供的一种基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片的俯视图,如图所示,本实施例的细胞微型驱动芯片,包括:玻璃基底1、PDMS盖片2、第一激发电极3、第二激发电极4、第三激发电极5、第四激发电极6和无线双极性电极阵列7。
其中,PDMS盖片2设置在玻璃基底1上,PDMS盖片2上开设有相互垂直的第一PDMS通道8和第二PDMS通道9,相互垂直的两条PDMS通道的交点处设置有腔室10。
具体地,第一PDMS通道8的一端设置有主通道入口801,另一端设置有主通道出口802;第二PDMS通道9的一端设置有副通道入口901,另一端设置有副通道出口902。其中,主通道入口801用于注入含有细胞的溶液,主通道出口802用于排出经由主通道入口801注入的含有细胞的溶液,副通道入口901用于注入营养物质以供细胞代谢,副通道出口902用于排出细胞代谢产生的废物。
在本实施例中,主通道入口801、主通道出口802、副通道入口901和副通道出口902处均设置有金属连接器,用于与注射细胞溶液、或营养物质的注射泵连接。
进一步地,无线双极性电极阵列7设置在腔室10内,腔室10内盛有导电溶液。在本实施例中,无线双极性电极阵列7包括若干个双极性电极701,双极性电极701呈M×N的阵列形式排列,其中,M≥2,N≥2。
可选地,双极性电极701为圆形双极性电极、矩形双极性电极或三角形双极性电极中的一种。
需要说明的是,在本实施例中,通过设计双极性电极701的形状,可操作细胞的运动轨迹。
进一步地,第一激发电极3、第二激发电极4、第三激发电极5和第四激发电极6(图2中虚线部分)均设置在玻璃基底1上,且依次分布在无线双极性电极阵列7的外周四边。第一激发电极3的内端部、第二激发电极4的内端部、第三激发电极5的内端部和第四激发电极6的内端部均位于腔室10内。
在本实施例中,第一激发电极3的内端部和第三激发电极5的内端部相对设置,第二激发电极4的内端部与第四激发电极6的内端相对设置。
需要说明的是,在本实施例中,第一激发电极3的内端部、第二激发电极4的内端部、第三激发电极5的内端部和第四激发电极6的内端部,其下端均位于导电溶液内,上端露出导电溶液。
可选地,第一激发电极3、第二激发电极4、第三激发电极5和第四激发电极6均为ITO电极。
进一步地,在第一激发电极3、第二激发电极4、第三激发电极5和第四激发电极6上施加的电场相位依次增大90°,以形成旋转电场,通过改变施加的电场的参数,驱动细胞运动。
可选地,通过粘贴在第一激发电极3、第二激发电极4、第三激发电极5和第四激发电极6上的电极引线(图中未示出)在激发电极上施加电场。
在本实施例中,在第一激发电极3、第二激发电极4、第三激发电极5和第四激发电极6上施加的电场的相位分别为0°、90°、180°和270°。
施加电场时,作用于细胞上的时均介电泳力为:
Figure BDA0003072156820000071
时均电旋转力矩为:
Figure BDA0003072156820000072
式中,K(w)为CM因子,Im[K(w)]为CM因子的虚部,Re[K(w)]为CM因子的实部,r为细胞半径,E为电场强度,*为共轭复数,为复振幅;
Figure BDA0003072156820000073
式中,
Figure BDA0003072156820000074
为细胞的复介电常数,
Figure BDA0003072156820000075
为溶液的复介电常数,ε*=ε-j(σ/ω),ε为介电常数,σ为电导率,ω为角频率,j为虚数单位。
从公式(1)可以看出,介电泳力主要依赖于电场的非均匀性和CM(Clausius-Mossotti)因子,也就是通过改变CM因子,可以改变作用于细胞上的时均介电泳力,从而改变细胞的运动方向和轨迹。
具体地,公式(1)中的
Figure BDA0003072156820000076
为传统介电泳力,当Re[K(w)]为正时,细胞受到正介电泳力,使得细胞被吸引至强电场区域,当Re[K(w)]为负时,细胞受到负介电泳力,使得细胞远离强电场区域。
公式(1)中的
Figure BDA0003072156820000081
为行波介电泳力,当Im[K(w)]为正时,细胞沿着电场相位增大的方向移动,当Im[K(w)]为负时,细胞沿着电场相位减小的方向移动。
从公式(2)可以看出,电旋转的方向由Im[K(w)]决定,电旋转力矩为正时,细胞沿着与电场传播方向相同的方向移动,电旋转力矩为负时,细胞沿着与与电场传播方向相反的方向移动。
需要说明的是,可以通过改变施加在第一激发电极3、第二激发电极4、第三激发电极5和第四激发电极6上的电场的频率或是腔室10内盛放的导电溶液的电导率,来改变CM因子,从而驱动细胞完成移动、旋转、转向等运动。值得说明的是,电场的分布也可以通过改变双极性电极701的尺寸来进行调整。
本实施例的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,在四个激发电极上施加电场形成旋转电场,基于无线双极性电极阵列,结合介电泳力、电旋转以及行波介电泳力对细胞进行驱动,通过改变施加的电场的参数,驱动细胞完成移动、旋转、转向等运动。
而且,本实施例的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,加工简单,施加电压小,无需对细胞进行外加修饰,通过设计双极性电极的形状,可操作细胞运动轨迹。
实施例二
本实施例对实施例一的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,进行了仿真实验验证。
本实施例中用于仿真实验的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片的结构尺寸数据参见表1,请结合参见图3,图3是本发明实施例提供的一种无线双极性电极阵列的结构示意图,(图中第一激发电极3、第二激发电极4、第三激发电极5和第四激发电极6只有各自内端部的示意图,腔室10在图中未示出)。如图所示,图中无线双极性电极阵列7包括若干圆形双极性电极,圆形双极性电极呈10×9的阵列形式排列,相似地,矩形双极性电极阵列和三角形双极性电极阵列,与圆形双极性电极阵列类似。
表1芯片结构的尺寸数据
Figure BDA0003072156820000091
在细胞驱动实验过程中:首先配置缓冲液,在烧杯中加入一定量的去离子水,不断缓慢的加入氯化钾,并用电导率仪实时监测溶液电导率,得到电导率为100mS/m的缓冲液II;利用缓冲液II配制出800-2500个/微升的不同浓度的酵母菌细胞溶液。
其次,将无水乙醇和吐温溶液以9:1的体积比进行配置,得到A溶液,A溶液的作用主要是可以减少粒子在通道或者基底表面粘结。将A溶液分别和配制好的不同浓度的酵母菌细胞溶液以1:99的体积比进行配置,得到D溶液。
然后,进行实验操作,具体步骤包括:
步骤1:打开计算机、信号发生器、信号放大器、示波器、显微镜、CCD以及荧光灯开关,观察设备运转是否正常;随后打开电脑上的Q-Capture Pro图像采集软件,实时观察显微镜载物台上的情景。
步骤2:将本实施例提供的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片固定在载物台上,调好芯片位置和焦距,在出口处滴入少量的A溶液,润湿整个主通道,可以保证粒子不沾在通道壁上;在显微镜下观察,保证PDMS通道完全润湿。随后将一个25微升的微量进样器固定在注射泵上,并吸入一定量D溶液,再将吸入一定量D溶液注射泵的注射头插入主通道入口801处的金属连接器,并保证密封良好。同样再将一个25微升的微量进样器固定在注射泵上,并吸入一定量营养液,再将吸入一定量营养液注射泵的注射头插入副通道入口901处的金属连接器,并保证密封良好。
步骤3:将第一激发电极3、第二激发电极4、第三激发电极5和第四激发电极6通过电极引线分别与信号放大器连接,并调整好信号发生器上的信号电压、相位差和频率等参数以及注射泵上的流量控制参数。
步骤4:同时启动两个注射泵,让D溶液按照控制好的流速从主通道入口801流入第一PDMS通道8,让营养液按照控制好的流速从副通道入口901流入第二PDMS通道9,当通道内流体流动稳定时,按下信号发生器上的施加信号按钮。
步骤5:在显微镜下进行观察,并再次调整好焦距和芯片的位置,选择酵母菌最清晰,稳定的高度进行视频的检测和录制。
步骤6:重复3-5步,不断调整电压、频率和流速,观察实验现象并记录。
在无线双极性电极阵列为圆形双极性电极阵列的细胞微型驱动芯片上,进行上述实验,实验中信号电压幅值为10Vpp,实验结果参见图4,图4是本发明实施例提供的一种在不同电场频率下酵母菌的驱动实验结果图,图4中(a)图的电场频率为50kHz、(b)图的电场频率为500kHz、(c)图的电场频率为5MHz、(d)图的电场频率为40MHz。从图中可以看出,酵母菌沿着圆形轨迹运动。
在无线双极性电极阵列为矩形双极性电极阵列的细胞微型驱动芯片上,进行上述实验,实验中信号电压幅值为10Vpp,电场频率为2MHz,实验结果参见图5,图5是本发明实施例提供的一种单个酵母菌的驱动实验结果图,从图中可以看出,酵母菌沿着矩形轨迹运动。
在无线双极性电极阵列为三角形双极性电极阵列的细胞微型驱动芯片上,进行上述实验,实验中信号电压幅值为10Vpp,实验结果参见图6,图6是本发明实施例提供的一种多个酵母菌的驱动实验结果图,从图中可以看出,酵母菌沿着三角形轨迹运动。
实施例三
本实施例提供了一种基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片的制备方法,该方法包括:
步骤一:PDMS通道加工,在本实施例中,通道深度为100μm。
具体包括以下步骤:
1)玻璃基底的前处理:首先,采用清洗剂手洗,然后依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗10min,再离子水冲洗,用氮气吹干;最后,将吹干后的玻璃基底置于烘烤箱中,在80℃下,加热15min。
2)光刻胶的平铺:首先,甩胶,采用了负光刻胶SU-8 2050在甩胶机上以1500r/s的速度旋转30s;其次,前烘,在热板上从60℃递增到95℃后,在95℃保持1h。
3)曝光:在UV灯下,将通道MASK放置在光刻胶上面,注意,让MASK带有墨的那一侧紧贴光刻胶,然后用透光板将其压紧,置于UV灯下,进行曝光。
4)显影:显影之前,需要进行后烘,即在热板上加热,从60℃递增到95℃后,在95℃保持35min。接下来将冷却后的SU-8模具放置于专用的SU-8显影液中进行显影。显影十分钟后取出。再用等离子水清洗,氮气吹干,随后烘烤箱中80℃下烘烤10~20min。
5)浇筑PDMS:将PDMS与固化剂按照10:1的质量比配好,用洁净的玻璃棒搅拌15~20min,抽真空30min保证搅拌均匀的混合物中气泡完全消失,然后将通道干膜硅烷化处理,使通道模子表面沉积一层硅烷,有助于PDMS与通道模子不粘连,容易将PDMS通道从模子上脱离。最后,在浇筑硅烷处理后的通道模子上浇筑PDMS,再抽真空20min,保证无气泡后,置于烘烤箱中,在80℃下加热2h。即可固化。
6)PDMS通道处理:将固化后的PDMS从模子上缓慢揭下,并用刀片将其切割成规则的形状,根据细胞微型驱动芯片的设计结构,用打孔器开出主通道入口、主通道出口、副通道入口和副通道出口。
步骤二:ITO电极的加工
具体包括以下步骤:
1)清洗具有一层ITO导电膜的玻璃基底:首先,采用清洗剂手洗,然后依次置于丙酮和异丙醇中超声清洗10min,再离子水冲洗,用氮气吹干;最后,将吹干后的具有一层ITO导电膜的玻璃基底置于烘烤箱中,在80℃下,加热15min
2)光刻胶的平铺:首先,甩胶;采用光刻胶AZ4620,在甩胶机上以3100r/s的速度旋转40s,此处的光刻胶只用来保护ITO层不被腐蚀;次,软烘,在热板上以100℃加热6min。
3)曝光:根据细胞微型驱动芯片的参数,在UV灯下曝光。
4)显影:将曝光后的ITO放置于专用的AZ显影液(NMD-W,2.38%)中,显影4-5min。
5)腐蚀ITO导电薄膜:将曝光显影后的ITO置于质量比为60%的盐酸溶液中,并加入一定的催化剂氯化铁,浸泡40min,进行腐蚀(此过程中固化的正光刻胶起保护作用,没有覆盖的ITO层将被腐蚀掉)。
6)去除光刻胶:腐蚀完成后,在质量比为5%的NaOH溶液中浸泡,去除固化的干膜,得到完整的ITO电极结构(即图2中虚线部分)。
步骤三:实验芯片的键合。
将玻璃基底设有ITO电极的一侧与PDMS盖片设有PDMS通道的一侧朝上,并列放在等离子机的腔室内,按照等离子机的相应步骤进行等离子化处理;随后取出,在显微镜下,进行对准;对准后,用力按压几分钟,接着放置在烘烤箱中在80℃下加热30min。
需要注意的是,在对准的过程中需要微调整时,不要用力按压,尽量轻拿轻放,以免键合在一起无法移动。键合是十分关键的一步,键合的好坏直接影响到最后的芯片中通道的密封效果,进而影响到实验结果的可靠性和准确性。
应当说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,其特征在于,包括:玻璃基底(1)、PDMS盖片(2)、第一激发电极(3)、第二激发电极(4)、第三激发电极(5)、第四激发电极(6)和无线双极性电极阵列(7),其中,
所述PDMS盖片(2)设置在所述玻璃基底(1)上,所述PDMS盖片(2)上开设有相互垂直的第一PDMS通道(8)和第二PDMS通道(9),相互垂直的两条PDMS通道的交点处设置有腔室(10);
所述无线双极性电极阵列(7)设置在所述腔室(10)内,所述腔室(10)内盛有导电溶液;
所述第一激发电极(3)、所述第二激发电极(4)、所述第三激发电极(5)和所述第四激发电极(6)均设置在所述玻璃基底(1)上,且依次分布在所述无线双极性电极阵列(7)的外周四边;所述第一激发电极(3)的内端部、所述第二激发电极(4)的内端部、所述第三激发电极(5)的内端部和所述第四激发电极(6)的内端部均位于所述腔室(10)内;
在所述第一激发电极(3)、所述第二激发电极(4)、所述第三激发电极(5)和所述第四激发电极(6)上施加的电场相位依次增大90°,以形成旋转电场,通过改变施加的电场的参数,驱动细胞运动,施加电场时,作用于细胞上的时均介电泳力为:
Figure FDA0003072156810000011
时均电旋转力矩为:
Figure FDA0003072156810000012
式中,K(w)为CM因子,Im[K(w)]为CM因子的虚部,Re[K(w)]为CM因子的实部,r为细胞半径,E为电场强度,*为共轭复数,~为复振幅;
Figure FDA0003072156810000021
式中,
Figure FDA0003072156810000022
为细胞的复介电常数,
Figure FDA0003072156810000023
为溶液的复介电常数,ε*=ε-j(σ/ω),ε为介电常数,σ为电导率,ω为角频率,j为虚数单位。
2.根据权利要求1所述的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,其特征在于,所述第一激发电极(3)、所述第二激发电极(4)、所述第三激发电极(5)和所述第四激发电极(6)均为ITO电极。
3.根据权利要求1所述的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,其特征在于,所述无线双极性电极阵列(7)包括若干个双极性电极(701),所述双极性电极(701)呈M×N的阵列形式排列,其中,M≥2,N≥2。
4.根据权利要求3所述的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,其特征在于,所述双极性电极(701)为圆形双极性电极、矩形双极性电极或三角形双极性电极中的一种。
5.根据权利要求1所述的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,其特征在于,所述第一PDMS通道(8)的一端设置有主通道入口(801),另一端设置有主通道出口(802);所述第二PDMS通道(9)的一端设置有副通道入口(901),另一端设置有副通道出口(902)。
6.根据权利要求5所述的基于无线双极性电极的细胞微型驱动芯片,其特征在于,所述主通道入口(801)、所述主通道出口(802)、所述副通道入口(901)和所述副通道出口(902)处均设置有金属连接器。
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