CN115404142A - 一种基于介电增强的细胞惯性分选装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于介电增强的细胞惯性分选装置及方法，属于细胞过滤分选技术领域。装置包括螺旋结构惯性分选模块和介电泳增强分选模块。具体为PDMS盖片层、Ag‑PDMS立体电极层、ITO导线层、玻璃基底层。螺旋结构惯性分选模块能够将不同尺寸的细胞聚焦在不同的平衡位置。在介电泳增强分选模块中，通过设计的长条形立体电极组和半圆形立体电极为细胞提供强而稳定的介电泳力，由于不同的细胞所受介电泳力的大小和方向不同，产生不同方向的偏移，从而使两种细胞的分离距离增大，增强惯性分选的效果。本发明将惯性技术和介电泳技术进行有机结合，提高了分选精度，实现不同细胞间的高精度、高通量分离。
Description
技术领域
本发明涉及细胞过滤分选技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于介电增强的细胞惯性分选装置及方法。
背景技术
微流控技术自20世纪90年代出现以来就得到了广泛的关注。微流控芯片可以将样品的制备，反应，分选，检测等基本操作集成到微尺度的通道中，并自动完成分析和处理过程。具有所用样品量少，体积小，成本低，效率高，携带方便，易于集成等优点，已广泛应用于生物、医学、化学、农业、食品、环境等各个研究领域。由于微通道与细胞之间的良好尺度兼容性，因此还被广泛用于生命科学中的细胞培养，细胞分选，细胞检测，细胞微环境模拟和芯片器官等应用中。
惯性流分选技术是近年来出现的研究热点，其主要特征是可以依靠惯性作用来实现微通道中颗粒的聚焦流动，而无需施加其他外力。该方法的装置简单，容易加工和制作，而且无需外加机械或电子部件，体积小，易于集成。在螺旋型流道中，粒子的聚焦平衡位置强烈的依赖于粒子尺寸，所以可以实现高通量的基于尺寸的粒子分选。
介电泳技术是指电中性颗粒在非均匀电场中由于被极化而产生运动的现象。微粒所受介电泳力不仅和微颗粒的尺寸有关，而且与微颗粒本身的介电特性有关，所以利用介电泳技术可以实现尺寸相近但介电特性不同的微颗粒分选。由于介电泳技术具有非接触性，可批量操纵，容易控制，成本低廉等优点，所以被广泛应用于细胞等大分子的分选研究中。
但是，每种分选技术都有其局限性，比如分选纯度不高、通量偏低、制作复杂等问题。对于复杂情况的细胞分选应用，只采用单一技术难以实现有效分选。多技术联用可以综合不同技术的优点，是解决复杂条件下细胞分选的一种有效方法。
发明内容
根据上述提出的目前仅采用惯性分选技术产生的分选精度低，难以区分尺寸相似的细胞等技术问题，而提供一种基于介电增强的细胞惯性分选装置及方法。本发明主要通过将惯性技术和介电泳技术相结合，从而实现细胞的高通量、高精度分选，克服了现有单一技术的缺点与不足，采用多种技术联用，提供了一种高通量、高精度的细胞分选装置，这将对于提高惯性分选的精度，实现复杂情况下细胞分选应用具有重要的科学意义和现实价值。
本发明采用的技术手段如下：
一种基于介电增强的细胞惯性分选装置，包括：
惯性分选模块，具有惯性分选流道，其一端入口用于向惯性分选流道内注射细胞样品溶液，另一端出口用于排出分选后的细胞溶液；
介电泳增强分选模块，与外接电源相连，具有分布在惯性分选流道两侧的电极，用于提供不同方向的介电泳力，使细胞在介电泳力的作用下，产生不同方向的偏移，增强惯性分选的效果；
玻璃基底层，用于固定惯性分选模块和介电泳增强分选模块。
进一步地，所述惯性分选模块采用PDMS盖片层，所述PDMS盖片层与玻璃基底层紧密键合，将介电泳增强分选模块包裹其中；
所述PDMS盖片层包括螺旋结构惯性分选流道、样品入口、细胞出口Ⅰ、细胞出口Ⅱ、电极凹槽Ⅰ和多根电极凹槽Ⅱ，所述螺旋结构惯性分选流道呈多圈螺旋状，样品入口设置在螺旋结构惯性分选流道的最内圈起始端且位于螺旋结构惯性分选流道的中心；所述螺旋结构惯性分选流道的最外圈尾端具有两条分支流道，两条分支流道分别与细胞出口Ⅰ和细胞出口Ⅱ相连；所述电极凹槽Ⅰ和多根电极凹槽Ⅱ设置在螺旋结构惯性分选流道最外圈的内侧和外侧。
进一步地，所述螺旋结构惯性分选流道的初始半径为2000μm，流道宽度为100μm，圈数为3圈；所述样品入口和两个细胞出口的半径均为1000μm，流道高度为38μm，细胞出口I和细胞出口II之间的夹角为120°；所述螺旋结构惯性分选流道的尺寸根据待分离的细胞尺寸进行调整。
进一步地，所述电极凹槽Ⅰ设有一个，呈半圆形，宽度为500μm，长度为6000μm，高度为38μm；所述电极凹槽Ⅰ的尺寸根据待分离细胞的实际情况进行调整。
进一步地，所述电极凹槽Ⅱ呈长条形，间隔设置有3组，每组包含4根长条形电极凹槽Ⅱ，电极凹槽Ⅱ上靠近螺旋结构惯性分选流道的端部设有尖角，每根长条形电极凹槽Ⅱ的宽度为200μm，长度为1400μm，尖角部分的高度为100μm，尖角角度为45°，高度为38μm，相邻两根长条形电极凹槽Ⅱ之间的间距为200μm；所述电极凹槽Ⅱ的尺寸根据待分离细胞的实际情况进行调整。
进一步地，所述介电泳增强分选模块采用Ag-PDMS立体电极层，所述Ag-PDMS立体电极层为Ag-PDMS材料制作而成的立体电极，包括一个半圆形Ag-PDMS立体电极和多个长条形立体电极，分别嵌入在电极凹槽Ⅰ和多根电极凹槽Ⅱ内，半圆形Ag-PDMS立体电极产生负介电泳力，长条形立体电极产生正介电泳力；所述Ag-PDMS立体电极与所述电极凹槽Ⅰ的尺寸和数量相同，所述长条形立体电极与所述电极凹槽Ⅱ的尺寸和数量相同。
进一步地，还包括ITO导线层，所述Ag-PDMS立体电极层制作在ITO导线层上，所述ITO导线层积淀在玻璃基底层上，与外部电源相连。
进一步地，所述ITO导线层采用湿法刻蚀方法制作在玻璃基底层上；所述ITO导线层包括上ITO导线和下ITO导线，分别作为半圆形Ag-PDMS立体电极和长条形Ag-PDMS立体电极与外部电源间相连的导线。
进一步地，所述PDMS盖片层由采用软光刻技术制作硅基模具，依次进行清洗、前烘、旋涂、中烘、曝光、后烘、显影，之后再在硅基模具上采用PDMS浇制而成；
所述Ag-PDMS立体电极层由采用光刻干膜法，依次通过清洗、压膜、曝光、显影，在干膜上加工制作为电极凹模，再用Ag PDMS材料进行填充，之后再经过烘烤、固化、脱膜过程制作而成。
本发明还提供了一种基于介电增强的细胞惯性分选方法，该分选方法使用于上述基于介电增强的细胞惯性分选装置，包括如下步骤：
步骤一、配制待分离两种细胞样品的混合溶液，并将配置的样品溶液装载在注射泵上；
步骤二、将分选装置等离子清洗后固定在显微镜载物台上，连接好电极和外接电源；
步骤三、使用注射泵以一定速度将样品溶液注入样品入口中；
步骤四、经过螺旋结构惯性分选流道，在惯性升力和迪恩力的共同作用下，不同尺寸的两种细胞将聚焦在不同的平衡位置；
步骤五、两种细胞流经介电泳分选区域时，由于两种细胞所受介电泳力的方向不同，两种细胞的分离距离将在介电泳力的作用下进一步加大，有效增强分选效果；
步骤六、在螺旋结构流道惯性分选和介电泳增强分选的共同作用下，受正介电泳力的细胞将从细胞出口Ⅱ流出，受负介电泳力的细胞将从细胞出口Ⅰ流出，实现基于介电增强的细胞高通量、高精度惯性分选。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的基于介电增强的细胞惯性分选装置及方法，通过将惯性技术和介电泳技术相结合，实现细胞的高通量、高精度分选。
2、本发明提供的基于介电增强的细胞惯性分选装置及方法，通过设计的一组条形电极和一块半圆形电极，使得受不同方向介电泳力的两种细胞分别向不同方向偏移，增强了惯性分选的效果，提高了分选精度。
3、本发明提供的基于介电增强的细胞惯性分选装置及方法，具有操作简单、自动化程度高等优点。
综上，应用本发明的技术方案能够解决仅采用惯性分选技术产生的分选精度低，难以区分尺寸相似的细胞等问题。本发明克服了单独采用惯性分选技术分选精度低的缺点，以及单独采用介电泳技术通量低的缺陷，通过两种技术的有机结合，实现了高通量、高精度分选。
基于上述理由本发明可在细胞分选等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于介电增强的细胞惯性分选装置整体结构示意图。
图2为本发明PDMS盖片层的结构示意图。
图3为本发明Ag-PDMS立体电极层的结构示意图。
图4为本发明ITO导线层的结构示意图。
图中：1、PDMS盖片层；2、Ag-PDMS立体电极层；3、ITO导线层；4、玻璃基底层；1-1、螺旋结构惯性分选流道；1-2、样品入口；1-3、细胞出口Ⅰ；1-4、细胞出口Ⅱ；1-5、电极凹槽Ⅰ；1-6、电极凹槽Ⅱ；2-1、Ag-PDMS立体电极；2-2、长条形立体电极；3-1、上ITO导线；3-2、下ITO导线。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明的目的在于克服现有单一技术的缺点与不足，采用多种技术联用，提供一种高通量、高精度的细胞分选装置。本发明克服了目前仅采用惯性分选技术产生的分选精度低，难以区分尺寸相似的细胞等问题，这将对于提高惯性分选的精度，实现复杂情况下细胞分选应用具有重要的科学意义和现实价值。
如图所示，本发明提供了一种基于介电增强的细胞惯性分选装置，包括螺旋结构惯性分选模块和介电泳增强分选模块。
所述螺旋结构惯性分选模块具有一个样品入口，两个细胞收集出口，一个3圈的螺旋型惯性分选流道。螺旋结构惯性分选模块能够将不同尺寸的细胞聚焦在不同的平衡位置。所述介电泳增强分选模块包含一个半圆形立体Ag-PDMS电极和3组长条形立体Ag-PDMS电极，两部分电极通过ITO导线层分别与外接电源的正负极相连。在介电泳增强分选模块中，通过设计的长条形立体电极组和半圆形立体电极为细胞提供强而稳定的介电泳力，由于不同的细胞所受介电泳力的大小和方向不同，产生不同方向的偏移，从而使两种细胞的分离距离增大，增强惯性分选的效果。
具体地，当样品细胞以一定的速度进入到螺旋型惯性分选流道中时，在惯性升力和迪恩曳力的作用下，不同尺寸的细胞会聚焦到不同的平衡位置。但是当细胞间尺寸相差较小时，细胞聚焦的平衡位置会比较接近，难以实现分离。介电泳技术可以依据细胞的尺寸和介电性质进行分选，所以能够实现尺寸相同而介电性质不同的细胞的分离。当两种待分选细胞流经介电泳增强分选模块时，由于两种细胞所受介电泳力的大小和方向不同，在介电泳力的作用下，将产生不同方向的偏移，从而增大了分选距离，增强了分选效果。
本发明将惯性技术和介电泳技术进行有机结合，提高了分选精度，实现不同细胞间的高精度、高通量分离。
本发明还提供了一种介电增强的细胞惯性分选装置的分选方法，该方法包括如下步骤：
(1)配置待分选细胞样品溶液。
(2)将配置的样品溶液装载在注射泵上。
(3)将分选装置等离子清洗后固定在显微镜载物台上。
(4)连接好介电泳增强分选模块的电极和外接电源。
(5)调节注射泵的流速，使样品溶液以合适的流速进入到DLD分选模块中。
(6)开启信号发生器，调节电压和频率，在惯性力和介电泳力的共同作用下，实现细胞分选。
上述分选方法，具体包括如下步骤：
A、配制待分离细胞A和细胞B样品的混合溶液；
B、连接好电极和外接电源及信号发生器；
C、使用注射泵以一定速度将样品溶液注入样品入口1-2中；
D、经过螺旋结构惯性分选流道1-1，在惯性升力和迪恩力的共同作用下，不同尺寸的细胞A和B将聚焦在不同的平衡位置；
E、细胞A和B流经介电泳分选区域时，由于两种细胞所受介电泳力的方向不同，两种细胞的分离距离将在介电泳力的作用下进一步加大，有效地增强了分选效果；
F、在螺旋结构流道惯性分选和介电泳增强分选的共同作用下，受正介电泳力的细胞将从细胞出口Ⅱ1-4流出，受负介电泳力的细胞将从细胞出口Ⅰ1-3流出，实现基于介电增强的细胞高通量、高精度惯性分选。
实施例1
如图1所示，一种基于介电增强的细胞惯性分选装置，包括PDMS盖片层1、Ag-PDMS立体电极层2、ITO导线层3和玻璃基底层4。所述Ag-PDMS立体电极层2采用Ag-PDMS材料制作在ITO导线层3上；所述ITO导线层3积淀在玻璃基底层4上，与外部电源相连；所述PDMS盖片层1与玻璃基底层4紧密键合，将Ag-PDMS立体电极层2包裹其中。
如图2所示，本发明所述的PDMS盖片层1包含螺旋结构惯性分选流道1-1(螺旋形惯性分选流道)、一个样品入口1-2、两个细胞出口、一个半圆形电极凹槽Ⅰ1-5和三组长条形电极凹槽Ⅱ1-6，两个细胞出口为细胞出口Ⅰ1-3和细胞出口Ⅱ1-4。螺旋结构惯性分选流道1-1呈多圈螺旋状，样品入口1-2设置在螺旋结构惯性分选流道1-1的最内圈起始端且位于螺旋结构惯性分选流道1-1的中心；螺旋结构惯性分选流道1-1的最外圈尾端具有两条分支流道，两条分支流道分别与细胞出口Ⅰ1-3和细胞出口Ⅱ1-4相连；电极凹槽Ⅰ1-5和多根电极凹槽Ⅱ1-6设置在螺旋结构惯性分选流道1-1最外圈的内侧和外侧。其中，螺旋结构惯性分选流道1-1的初始半径为2000μm，流道宽度为100μm；圈数为3圈，样品入口1-2和两个细胞出口的半径均为1000μm，流道高度为38μm，细胞出口Ⅰ1-3和细胞出口Ⅱ1-4之间的夹角为120°，上述尺寸可以根据待分离的细胞尺寸进行调整。半圆形电极凹槽Ⅰ的宽度为500μm，高度为38μm，长度为6000μm，上述半圆形电极凹槽Ⅰ尺寸可以根据待分离的细胞尺寸进行调整。长条形电极凹槽Ⅱ包含3组，3组等间隔设置，每组有4根长条形电极凹槽Ⅱ。每根长条形电极凹槽Ⅱ宽度为200μm，长度为1400μm，尖角部分的高度为100μm，尖角角度为45°，高度为38μm，相邻两根长条形电极凹槽Ⅱ间距为200μm，共3组，上述长条形电极凹槽Ⅱ尺寸可以根据待分离细胞的实际情况进行调整。
如图3所示，本发明所述的Ag-PDMS立体电极层2为Ag-PDMS材料制作而成的立体电极，包括一个半圆形Ag-PDMS立体电极2-1和3组长条形立体电极2-2，尺寸分别与所述PDMS盖片层中半圆形电极凹槽Ⅰ1-5和长条形电极凹槽Ⅱ1-6相同，制作在ITO导线层3上，嵌入在对应的电极凹槽内，由ITO导线层3给各电极供电。
如图4所示，本发明所述的ITO导线层3包含上ITO导线3-1和下ITO导线3-2两部分，上ITO导线3-1的作用是给半圆形Ag-PDMS立体电极2-1供电，下ITO导线3-2的作用是给3组长条形立体电极2-2供电。即上ITO导线3-1和下ITO导线3-2分别作为半圆形Ag-PDMS立体电极2-1和长条形Ag-PDMS立体电极2-2与外部电源间相连的导线。
本发明所述的PDMS盖片层1，采用软光刻技术制作硅基模具，分为清洗、前烘、旋涂、中烘、曝光、后烘、显影几个步骤。然后，再在硅基模具上采用PDMS浇制而成。
如图3所示，本发明所述Ag-PDMS立体电极层2采用光刻干膜法，通过清洗、压膜、曝光、显影的操作方法，在干膜上加工制作为电极凹模，再Ag PDMS材料进行填充，然后再经过烘烤、固化、脱膜等步骤制作成Ag-PDMS立体电极。
如图4所示，本发明所述的ITO导线层3采用湿法刻蚀的方法制作而成，ITO导线沉积在玻璃基底层4上。
本发明所述的PDMS盖片层1和刻蚀了ITO电极层3的玻璃基底层4紧密键合，将Ag-PDMS立体电极层2紧密包裹在其中。
本发明所述基于介电增强的细胞惯性分选装置的分选方法的一个实施例，包括如下步骤：
1、将待分选细胞(以小球藻和新月藻细胞为例)样品溶液15mL放入离心机中，以转速为8000rps，室温下离心10min，倒出上清液。
2、将离心得到的细胞取出放入1.5mL试管中，加入配置的电导率为3000μS/cm的PBS缓冲液，震荡均匀。
3、将配置好的两种微藻细胞以一定比例混合，震荡均匀，得到小球藻细胞和新月藻细胞样品溶液(以下简称样品溶液)。
4、将配置好的样品溶液吸入注射器中，并装载在注射泵上，调整速度为400μL/min。
5、将制作好的所述基于介电增强的细胞惯性分选装置芯片(以下简称芯片)放入等离子清洗机中清洗2min，保证通道的亲水性。
6、将清洗好的芯片放置在显微镜下，调整好焦距，并连接好外部的电源及信号发生器。
7、使用配置的PBS缓冲液缓慢注入到芯片中，排净芯片内的空气，以防微通道中形成气泡。同时防止细胞粘附通道壁。
8、通过导管将样品溶液与芯片的样品入口1-2连接。
9、打开电源和信号发生器，调节信号发生器的电压与频率。
10、打开注射泵，样品溶以稳定的流速流入到芯片中。样品细胞在惯性力作用下产生聚焦，小球藻的聚焦位置靠近通道内壁，新月藻的聚焦位置在通道中间偏向于外壁的位置。
11、在一定频率下(如20MHz)，小球藻受到负介电泳力的作用，被排斥到远离长条形立体电极的位置，新月藻受到正介电泳力的作用，被吸引，靠近长条形立体电极，这样两种细胞的分离距离进一步加大，增强了分选效果。最终，小球藻细胞从细胞出口Ⅰ1-3流出，新月藻细胞从细胞出口Ⅱ1-4流出，从而实现两种细胞的高通量、高精度分选。
本发明克服了单独采用惯性分选技术分选精度低的缺点，以及单独采用介电泳技术通量低的缺陷，通过两种技术的有机结合，实现了高通量、高精度分选。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种基于介电增强的细胞惯性分选装置，其特征在于，包括：
惯性分选模块，具有惯性分选流道，其一端入口用于向惯性分选流道内注射细胞样品溶液，另一端出口用于排出分选后的细胞溶液；
介电泳增强分选模块，与外接电源相连，具有分布在惯性分选流道两侧的电极，用于提供不同方向的介电泳力，使细胞在介电泳力的作用下，产生不同方向的偏移，增强惯性分选的效果；
玻璃基底层(4)，用于固定惯性分选模块和介电泳增强分选模块。
2.根据权利要求1所述的基于介电增强的细胞惯性分选装置，其特征在于，所述惯性分选模块采用PDMS盖片层(1)，所述PDMS盖片层(1)与玻璃基底层(4)紧密键合，将介电泳增强分选模块包裹其中；
所述PDMS盖片层(1)包括螺旋结构惯性分选流道(1-1)、样品入口(1-2)、细胞出口Ⅰ(1-3)、细胞出口Ⅱ(1-4)、电极凹槽Ⅰ(1-5)和多根电极凹槽Ⅱ(1-6)，所述螺旋结构惯性分选流道(1-1)呈多圈螺旋状，样品入口(1-2)设置在螺旋结构惯性分选流道(1-1)的最内圈起始端且位于螺旋结构惯性分选流道(1-1)的中心；所述螺旋结构惯性分选流道(1-1)的最外圈尾端具有两条分支流道，两条分支流道分别与细胞出口Ⅰ(1-3)和细胞出口Ⅱ(1-4)相连；所述电极凹槽Ⅰ(1-5)和多根电极凹槽Ⅱ(1-6)设置在螺旋结构惯性分选流道(1-1)最外圈的内侧和外侧。
3.根据权利要求2所述的基于介电增强的细胞惯性分选装置，其特征在于，所述螺旋结构惯性分选流道(1-1)的初始半径为2000μm，流道宽度为100μm，圈数为3圈；所述样品入口(1-2)和两个细胞出口的半径均为1000μm，流道高度为38μm，细胞出口I(1-3)和细胞出口II(1-4)之间的夹角为120°；所述螺旋结构惯性分选流道(1-1)的尺寸根据待分离的细胞尺寸进行调整。
4.根据权利要求2所述的基于介电增强的细胞惯性分选装置，其特征在于，所述电极凹槽Ⅰ(1-5)设有一个，呈半圆形，宽度为500μm，长度为6000μm，高度为38μm；所述电极凹槽Ⅰ(1-5)的尺寸根据待分离细胞的实际情况进行调整。
5.根据权利要求2所述的基于介电增强的细胞惯性分选装置，其特征在于，所述电极凹槽Ⅱ(1-6)呈长条形，间隔设置有3组，每组包含4根长条形电极凹槽Ⅱ(1-6)，电极凹槽Ⅱ(1-6)上靠近螺旋结构惯性分选流道(1-1)的端部设有尖角，每根长条形电极凹槽Ⅱ(1-6)的宽度为200μm，长度为1400μm，尖角部分的高度为100μm，尖角角度为45°，高度为38μm，相邻两根长条形电极凹槽Ⅱ(1-6)之间的间距为200μm；所述电极凹槽Ⅱ(1-6)的尺寸根据待待分离细胞的实际情况进行调整。
6.根据权利要求2所述的基于介电增强的细胞惯性分选装置，其特征在于，所述介电泳增强分选模块采用Ag-PDMS立体电极层(2)，所述Ag-PDMS立体电极层(2)为Ag-PDMS材料制作而成的立体电极，包括一个半圆形Ag-PDMS立体电极(2-1)和多个长条形立体电极(2-2)，分别嵌入在电极凹槽Ⅰ(1-5)和多根电极凹槽Ⅱ(1-6)内，半圆形Ag-PDMS立体电极(2-1)产生负介电泳力，长条形立体电极(2-2)产生正介电泳力；所述Ag-PDMS立体电极(2-1)与所述电极凹槽Ⅰ(1-5)的尺寸和数量相同，所述长条形立体电极(2-2)与所述电极凹槽Ⅱ(1-6)的尺寸和数量相同。
7.根据权利要求6所述的基于介电增强的细胞惯性分选装置，其特征在于，还包括ITO导线层(3)，所述Ag-PDMS立体电极层(2)制作在ITO导线层(3)上，所述ITO导线层(3)积淀在玻璃基底层(4)上，与外部电源相连。
8.根据权利要求7所述的基于介电增强的细胞惯性分选装置，其特征在于，所述ITO导线层(3)采用湿法刻蚀方法制作在玻璃基底层(4)上；所述ITO导线层(3)包括上ITO导线(3-1)和下ITO导线(3-2)，分别作为半圆形Ag-PDMS立体电极(2-1)和长条形Ag-PDMS立体电极(2-2)与外部电源间相连的导线。
9.根据权利要求6所述的基于介电增强的细胞惯性分选装置，其特征在于，所述PDMS盖片层(1)由采用软光刻技术制作硅基模具，依次进行清洗、前烘、旋涂、中烘、曝光、后烘、显影，之后再在硅基模具上采用PDMS浇制而成；
所述Ag-PDMS立体电极层(2)由采用光刻干膜法，依次通过清洗、压膜、曝光、显影，在干膜上加工制作为电极凹模，再用Ag PDMS材料进行填充，之后再经过烘烤、固化、脱膜过程制作而成。
10.一种基于介电增强的细胞惯性分选方法，其特征在于，该分选方法使用于权利要求1-9中任意一项权利要求所述的基于介电增强的细胞惯性分选装置，包括如下步骤：
步骤一、配制待分离两种细胞样品的混合溶液，并将配置的样品溶液装载在注射泵上；
步骤二、将分选装置等离子清洗后固定在显微镜载物台上，连接好电极和外接电源；
步骤三、使用注射泵以一定速度将样品溶液注入样品入口(1-2)中；
步骤四、经过螺旋结构惯性分选流道(1-1)，在惯性升力和迪恩力的共同作用下，不同尺寸的两种细胞将聚焦在不同的平衡位置；
步骤五、两种细胞流经介电泳分选区域时，由于两种细胞所受介电泳力的方向不同，两种细胞的分离距离将在介电泳力的作用下进一步加大，有效增强分选效果；
步骤六、在螺旋结构流道惯性分选和介电泳增强分选的共同作用下，受正介电泳力的细胞将从细胞出口Ⅱ(1-4)流出，受负介电泳力的细胞将从细胞出口Ⅰ(1-3)流出，实现基于介电增强的细胞高通量、高精度惯性分选。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN118122404A (zh) * | 2024-05-06 | 2024-06-04 | 北京理工大学 | 一种微流控芯片 |
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