[发明专利]基于旋转电场诱导的感应电荷电渗的细胞捕捉芯片

说明书

基于旋转电场诱导的感应电荷电渗的细胞捕捉芯片。涉及一种基于电场诱惑的感应电荷电渗的微流控芯片。为了解决介电泳捕捉法不适合捕捉尺寸较小的细胞和在捕获细胞时容易产生焦耳热的问题。本发明的PDMS盖片固定在玻璃基底上；在PDMS盖片上设置有两条相互垂直的PDMS通道；两条PDMS通道的两端分别设置有主通道入口、主通道出口、副通道入口和副通道出口；悬浮电极阵列在PDMS通道的交点处；第一激发电极的内端部、第二激发电极的内端部、第三激发电极的内端部和第四激发电极的内端部分别位于悬浮电极阵列的四个不同方向。有益效果为捕捉细胞的尺寸小、捕捉效率高、不易产生焦耳热。基于流场漩涡适用于对不同尺寸的细胞进行捕捉。

技术领域

本发明涉及一种基于电场诱惑的感应电荷电渗的微流控芯片。

背景技术

细胞是构成生面的基本单元。为了更好的理解生物化学和基因遗传的相关问题，往往需要在培养皿或者复杂的生物反应器中对大量的细胞进行培养分析。然而在分析中，单个细胞的表现会被隐藏，无法得到反应器环境与细胞活动之间相互影响的复杂关系。因而对单个细胞或者颗粒进行捕捉和检测，不仅仅可以对单个细胞的行为进行更好的理解和分析，而且在基因遗传和新陈代谢工程领域具有极其重要的价值。

目前针对单个细胞行为进行操作和分析的方法中，荧光激活细胞分选技术可以对细胞进行高通量的筛选和分类；但是荧光激活细胞分选技术在前期需要大量的、繁琐的和复杂的样品处理过程，而且不能得到单个细胞随时间变化的行为和表现。近年来快速发展的微流控技术是把生物和化学领域中所涉及的样品制备、反应、分离和检测基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米甚至更小的芯片上，由微通道形成网络，自动完成分析全过程，大大促进了对单细胞的捕捉分析的发展。常用的捕捉方法有微孔、光学、声场、磁场以及电场捕捉的方法，但微孔捕捉法容易带来潜在的剪切应力以及细胞容易被流动的流体冲走；光学捕捉法、声学捕捉法和磁场捕捉法一般将细胞捕获至能量最高的位置；因此，微孔捕捉法、光学捕捉法、声场捕捉法、磁场捕捉法均不利于细胞捕捉。而在电场捕捉法中，尽管基于负介电泳力捕获细胞时，细胞将被捕获至电场最低的位置，但是容易产生焦耳热，同时电场捕捉法不适合捕捉尺寸较小的细胞。

发明内容

本发明的目的是为了解决介电泳捕捉法不适合捕捉尺寸较小的细胞和在捕获细胞时容易产生焦耳热的问题，提出一种基于旋转电场诱导的感应电荷电渗的细胞捕捉芯片。

本发明所述的一种基于电场诱导的感应电荷电渗的细胞捕捉芯片包括玻璃基底、PDMS盖片、第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极、第四激发电极和悬浮电极阵列；

所述PDMS盖片固定在玻璃基底上；在PDMS盖片上开有两条相互垂直的PDMS通道；一条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；另一条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；

所述悬浮电极阵列设置在所述两条相互垂直的PDMS通道的交点处；

所述第一激发电极、第二激发电极、第三激发电极和第四激发电极均固定在玻璃基底上，第一激发电极的内端部、第二激发电极的内端部、第三激发电极的内端部和第四激发电极的内端部分别位于悬浮电极阵列的四个不同方向，并且第一激发电极的内端部与第四激发电极的内端部相对设置，第二激发电极的内端部与第三激发电极的内端部相对设置。

本发明的工作原理为：含有单个细胞的溶液由主通道入口注入，经主通道出口排出，营养物质由副通道入口注入，细胞的代谢产物经副通道出口排出；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电位差分别为0°、90°、180°和270°的行波信号后，在悬浮电极阵列处产生感应电荷，形成双电层，在行波信号后的作用下，双电层中的粒子被驱动，然后产生电渗流，依靠电渗流将悬浮电极阵列周围的细胞捕获至悬浮电极阵列。