CN219391893U - 一种基于介电泳的细胞可控检测装置 - Google Patents

一种基于介电泳的细胞可控检测装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于介电泳的细胞可控检测装置，所述细胞可控检测装置包括基板和上盖板，所述上盖板覆盖在所述基板上；所述上盖板的底部设置有线槽，所述线槽与所述基板配合形成管道；所述管道包括流体聚焦区、控流区和检测区，所述管道靠近所述流体聚焦区的一端分叉形成第一子管道、第二子管道和第三子管道；所述基板上设置有交叉指状电极，所述控流区铺设在所述交叉指状电极上，所述控流区与所述交叉指状电极对应配合。本实用新型通过流体聚焦区将单细胞聚集后，基于交叉指状电极施加周期性的电场产生介电泳力，通过改变电场强度的大小实现对单细胞的捕获、分类、排序以及释放，提高单细胞检测的效率，有利于后续单细胞的分析操作。

Description

一种基于介电泳的细胞可控检测装置
技术领域
本实用新型主要涉及单细胞检测技术领域，具体涉及一种基于介电泳的细胞可控检测装置。
背景技术
细胞是生物体基本的结构和功能单位，同时也是生命活动的基本单位，因此基于单细胞水平的研究能在更深层次上揭示生命活动的发展规律，而对于单细胞的检测技术则是单细胞研究的关键。
目前的细胞可控检测装置一般通过鞘流聚焦的方式进行单细胞样品的集中，对样品中的单细胞进行标记后进行检测，但使用这种技术的检测装置结构复杂，操作繁琐，且在标记操作时易对单细胞造成损坏，不利于后续的检测操作。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于介电泳的细胞可控检测装置，通过流体聚焦区将单细胞聚集后，基于交叉指状电极施加周期性的电场产生介电泳力，通过改变电场强度的大小实现对单细胞的捕获、分类、排序以及释放，提高单细胞检测的效率，有利于后续单细胞的分析操作。
本实用新型提供了一种基于介电泳的细胞可控检测装置，所述细胞可控检测装置包括基板和上盖板，所述上盖板覆盖在所述基板上；
所述上盖板的底部设置有线槽，所述线槽与所述基板配合形成管道；
所述管道包括流体聚焦区、控流区和检测区，所述管道靠近所述流体聚焦区的一端分叉形成第一子管道、第二子管道和第三子管道；
所述基板上设置有交叉指状电极，所述控流区铺设在所述交叉指状电极上，所述控流区与所述交叉指状电极对应配合。
进一步的，所述上盖板开设有第一进样口、第二进样口、第三进样口和出样口；
所述第一子管道的端口与所述第一进样口相接，所述第二子管道的端口与所述第二进样口相接，所述第三子管道的端口与所述第三进样口相接，所述管道的另一端的端口与所述出样口相接。
进一步的，所述基板上设置有第一金属电极、第二金属电极、第一电源组件和第二电源组件，所述交叉指状电极与所述第一金属电极、第二金属电极电性连接，所述第一金属电极与所述第一电源组件电性连接，所述第二金属电极与所述第二电源组件电性连接。
进一步的，所述第一金属电极为正电极，所述第二金属电极为负电极；或所述第一金属电极为负电极，所述第二金属电极为正电极。
进一步的，所述基板上设置有传感器，所述检测区中设置有监测点，所述传感器对应所述监测点。
进一步的，所述传感器与所述第一电源组件、第二电源组件对应电性连接。
进一步的，所述交叉指状电极包括阵列角电极，所述阵列角电极的数量为4-100个。
进一步的，
任意一个所述阵列角电极的长度相同，任意一个所述阵列角电极包括凸台区，所述凸台区的形状为对称形状；
任意一个所述阵列角电极的凸台区的宽度为H1，相邻的阵列角电极的凸台区的间距为H2，所述H1、H2的取值范围是：20μm≤H1≤200μm、20μm≤H2≤200μm。
进一步的，所述基板的材质为玻璃，或所述基板的材质为有机玻璃。
进一步的，所述上盖板的材质为玻璃，或所述上盖板的材质为塑料，或所述上盖板的材质为聚二甲基硅氧烷。
本实用新型提供了一种基于介电泳的细胞可控检测装置，通过流体聚焦区将单细胞聚集后，基于交叉指状电极施加周期性的电场产生介电泳力，通过改变电场强度的大小实现对单细胞的捕获、分类、排序以及释放，操作简单，结构简洁，在不损坏单细胞的情况下对不同类型的单细胞进行分选，提高单细胞检测的效率，有利于后续单细胞的分析操作。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本实用新型实施例中的细胞可控检测装置结构示意图；
图2是本实用新型实施例中的细胞可控检测装置结构俯视示意图；
图3是本实用新型实施例中的交叉指状电极结构示意图；
图4是本实用新型实施例中附图3中的a处结构放大示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1是本实用新型实施例中的细胞可控检测装置结构示意图，图2是本实用新型实施例中的细胞可控检测装置结构俯视示意图，所述细胞可控检测装置包括基板1和上盖板2，所述上盖板2覆盖固定在所述基板1上，所述上盖板2的底部设置有线槽，所述线槽与所述基板1配合形成管道3。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述基板1的材质为玻璃，或所述基板1的材质为有机玻璃。
具体的，所述玻璃和所述有机玻璃的强度和硬度高，作为基板可稳定承载所述细胞可控检测装置的其余部件。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述上盖板2的材质为玻璃，或所述上盖板的材质为塑料，或所述上盖板的材质为聚二甲基硅氧烷。
具体的，所述聚二甲基硅氧烷，即PDMS(Polydimethylsiloxane)，是一种疏水类的有机硅物料。所述聚二甲基硅氧烷具有生理惰性、电绝缘性以及良好的化学稳定性，在对单细胞进行聚焦、控流以及检测时，能够有效地保护单细胞，同时不会对单细胞的分选操作造成干扰。
更多的，所述玻璃和所述塑料同样具有生理惰性、电绝缘性以及良好的化学稳定性，在对单细胞进行聚焦、控流以及检测时，能够有效地保护单细胞，同时不会对单细胞的分选操作造成干扰。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述管道3包括流体聚焦区31、控流区32、检测区33，所述管道3靠近所述流体聚焦区31的一端分叉形成第一子管道341、第二子管道342和第三子管道343，所述第一子管道341、第二子管道342和第三子管道343呈“山”字形排列。
更多的，所述上盖板2开设有第一进样口35、第二进样口36和第三进样口37，其中，所述第一进样口35与所述第一子管道341的端口相接，所述第二进样口36与所述第二子管道342的端口相接，所述第三进样口37与所述第三子管道343的端口相接。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述第一进样口35和第三进样口37用于注入鞘流液，所述第二进样口36用于注入细胞样品液，所述鞘流液通过所述第一子管道341和所述第三子管道343，所述细胞样品液通过所述第二子管道312，所述鞘流液和所述细胞样品液在所述第一子管道341、第二子管道342和第三子管道343的交接处混合。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述流体聚焦区31设置在所述第一子管道341、第二子管道342和第三子管道343的交接处之后的一段管道，所述流体聚焦区31用于将所述鞘流液和所述细胞样品液的混合液维持流动在管道3的中间，以保证所述混合液中的单细胞受到介电泳力的控制，流向出样口，有利于进行细胞的检测。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述基板1上设置有交叉指状电极4，所述控流区32铺设在所述交叉指状电极4上，所述控流区32与所述交叉指状电极4对应配合。
更多的，所述基板1上设置有第一金属电极51、第二金属电极52、第一电源组件53、第二电源组件54，所述交叉指状电极4与所述第一金属电极51、第二金属电极52电性连接，所述第一金属电极51与所述第一电源组件53电性连接，所述第二金属电极52与所述第二电源组件54电性连接。
需要说明的是，所述第一金属电极51为正电极，所述第二金属电极52为负电极；或所述第一金属电极51为负电极，所述第二金属电极52为正电极，根据实际情况进行设置。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述交叉指状电极包括阵列角电极，所述阵列角电极的数量为4-100个，根据实际情况设置。
具体的，图3示出了本实用新型实施例中的交叉指状电极结构示意图，所述交叉指状电极4呈梳状结构，由10个阵列角电极相互穿插构成。
更多的，如图3所示，5个所述阵列角电极与所述第一金属电极51电性连接，其余5个所述阵列角电极与所述第二金属电极52电性连接，其中，与所述第一金属电极51电性连接的阵列角电极和与所述第二金属电极52电性连接的阵列角电极间隔设置。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述交叉指状电极4的任意一个阵列角电极包括凸台区，所述凸台区与所述管道3的控流区32重叠，所述凸台区的形状为对称形状。
具体的，所述凸台区的形状可为菱形、矩形、圆形、正多边形，也可为其余的对称形状，根据实际情况设置。
具体的，图4示出了本实用新型实施例中的附图3中的a处结构放大示意图，所述交叉指状电极4包括第一凸台区41和第二凸台区42，所述第一凸台区41和第二凸台区42的形状为菱形，其余凸台区均为菱形。
在本实施例的一个可选实现方式中，任意一个所述阵列角电极的凸台区的宽度为H1，相邻的阵列角电极的凸台区的间距为H2，所述H1、H2的取值范围是：20μm≤H1≤200μm、20μm≤H2≤200μm，根据实际情况设置。
具体的，如图4所示，图4中第一凸台区41的宽度为H1，第一凸台区41与第二凸台区42的宽度为H2，其余凸台区的形状特征与所述第一凸台区41和第二凸台区42相同。
需要说明的是，任意一个所述阵列角电极的凸台区的宽度均大于所述阵列角电极其余部分的宽度。
这里设置所述阵列角电极的凸台区为对称形状向两侧突出，使所述交叉指状电极4与所述控流区32的重叠面积更大，所述交叉指状电极4所产生的介电泳力的作用效果更好。
具体的，当所述鞘流液和所述细胞样品液的混合液进入所述控流区32时，所述交叉指状电极4通电，在所述控流区32施加周期性的电场并产生介电泳力，所述混合液中的单细胞在介电泳力的作用下被所述阵列角电极捕获并进行排序，使单细胞有序通过控流区32，进入检测区33，在检测区33中进行逐个检测。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述交叉指状电极4产生的介电泳力的计算模型为：
其中，F(t)为介电泳力，Erms为电场的均方根值，Ex0、Ey0、Ez0为矢量值，为相位，K(ω)为克劳修斯-莫索提因子、/>为电场平方的梯度，r为粒子半径。
具体的，所述K(ω)>0时，产生正介电泳力，混合液中的单细胞根据自身粒子介电性能受所述正介电泳力的引导，向靠近阵列角电极的方向移动，所述K(ω)<0时，产生负介电泳力，混合液中的单细胞根据自身粒子介电性能受所述负介电泳力的引导，向远离阵列角电极的方向移动。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述交叉指状电极4所施加的周期性电场为正弦电场，频率为12MHz，幅度为20V，所述幅度为峰峰值电压。
需要说明的是，根据实际情况中目标单细胞的不同，可通过调节所述交叉指状电极4所施加的周期性电场的频率和幅度实现捕获时间的调节，所述捕获时间可在120ms-1min之间选择。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述第一金属电极51、第二金属电极52和所述交叉指状电极4的材质可为金、银、ITO等导电材料。
具体的，所述ITO(Indium tin oxide)即为氧化铟锡，是一种置换固溶体，由90％的氧化铟和氧化锡混合而成，具有较佳的电传导性。
这里选用金、银、ITO作为所述第一金属电极51、第二金属电极52和所述交叉指状电极4的材质，可以提高电极的导电能力，提高产生介电泳力的效率，从而提高单细胞检测的效率，有利于后续单细胞的分析操作。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述基板1设置有传感器，所述传感器包括第一传感器61和第二传感器62，所述检测区33中设置有监测点，所述第一传感器61、第二传感器62对应所述监测点，所述传感器用于检测所述混合液中的目标单细胞。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述传感器与所述第一电源组件53、第二电源组件54对应电性连接。
在本实施例的一个可选实现方式中，所述上盖板2开设有出样口38，所述管道3的另一端的端口与所述出样口38相接。
具体的，所述混合液中的目标单细胞通过检测区33后，通过管道3流到所述出样口38，在所述出样口38处进行目标单细胞的收集。
综上，本实用新型实施例提供了一种基于介电泳的细胞可控检测装置，所述细胞可控检测装置通过基板1和上盖板2配合形成管道3，并分叉形成第一子管道341、第二子管道342、第三子管道343，将鞘流液注入第一子管道341和第三子管道343中，细胞样品液注入第二子管道342中，通过流体聚焦区31将混合液中的单细胞进行聚集，基于所述交叉指状电极4施加周期性的电场产生介电泳力，通过改变电场强度的大小实现对单细胞的捕获、分类、排序以及释放，并配合传感器进行目标单细胞的检测，提高单细胞检测的效率，有利于后续单细胞的分析操作。
另外，以上对本实用新型实施例所提供的一种基于介电泳的细胞可控检测装置进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种基于介电泳的细胞可控检测装置，其特征在于，所述细胞可控检测装置包括基板和上盖板，所述上盖板覆盖在所述基板上；
所述上盖板的底部设置有线槽，所述线槽与所述基板配合形成管道；
所述管道包括流体聚焦区、控流区和检测区，所述管道靠近所述流体聚焦区的一端分叉形成第一子管道、第二子管道和第三子管道；
所述基板上设置有交叉指状电极，所述控流区铺设在所述交叉指状电极上，所述控流区与所述交叉指状电极对应配合。
2.如权利要求1所述的细胞可控检测装置，其特征在于，所述上盖板开设有第一进样口、第二进样口、第三进样口和出样口；
所述第一子管道的端口与所述第一进样口相接，所述第二子管道的端口与所述第二进样口相接，所述第三子管道的端口与所述第三进样口相接，所述管道的另一端的端口与所述出样口相接。
3.如权利要求1所述的细胞可控检测装置，其特征在于，所述基板上设置有第一金属电极、第二金属电极、第一电源组件和第二电源组件，所述交叉指状电极与所述第一金属电极、第二金属电极电性连接，所述第一金属电极与所述第一电源组件电性连接，所述第二金属电极与所述第二电源组件电性连接。
4.如权利要求3所述的细胞可控检测装置，其特征在于，所述第一金属电极为正电极，所述第二金属电极为负电极；或所述第一金属电极为负电极，所述第二金属电极为正电极。
5.如权利要求3所述的细胞可控检测装置，其特征在于，所述基板上设置有传感器，所述检测区中设置有监测点，所述传感器对应所述监测点。
6.如权利要求5所述的细胞可控检测装置，其特征在于，所述传感器与所述第一电源组件、第二电源组件对应电性连接。
7.如权利要求1所述的细胞可控检测装置，其特征在于，所述交叉指状电极包括阵列角电极，所述阵列角电极的数量为4-100个。
8.如权利要求7所述的细胞可控检测装置，其特征在于，任意一个所述阵列角电极包括凸台区，所述凸台区的形状为对称形状；
任意一个所述阵列角电极的凸台区的宽度为H1，相邻的阵列角电极的凸台区的间距为H2，所述H1、H2的取值范围是：20μm≤H1≤200μm、20μm≤H2≤200μm。
9.如权利要求1所述的细胞可控检测装置，其特征在于，所述基板的材质为玻璃，或所述基板的材质为有机玻璃。
10.如权利要求1所述的细胞可控检测装置，其特征在于，所述上盖板的材质为玻璃，或所述上盖板的材质为塑料，或所述上盖板的材质为聚二甲基硅氧烷。
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