本發(fā)明屬于細(xì)胞過濾分選技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于介電電泳效應(yīng)的細(xì)胞多級過濾裝置。

背景技術(shù)：

細(xì)胞分離是生物研究和分析診斷中一個(gè)重要的純化過程。傳統(tǒng)的多種分離方法大致可以分為兩類：第一類是基于細(xì)胞本身的特性，如尺寸、重力特性等進(jìn)行分離；另一類則是通過外加電場或者磁場對細(xì)胞進(jìn)行分離。這些分離方法都有一些缺陷，如第一類分離的精度較差，作用時(shí)間長，操作復(fù)雜，對細(xì)胞活性影響較大；而第二類方法需要對細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理使細(xì)胞間接帶電或者表面附著磁性物質(zhì)，操作復(fù)雜，成本昂貴。

由電泳技術(shù)發(fā)展而來的介電電泳技術(shù)打破了前者要求微粒帶電的限制，是微流控系統(tǒng)中較為常用的一種電操作方式。1951年，HerbertPohl首先發(fā)現(xiàn)了介電電泳這一現(xiàn)象，將介電電泳定義為中性粒子(電介質(zhì))在電場作用下的定向移動。生物細(xì)胞或者微粒在非均勻電場中，被電場極化形成偶極子，該偶極子在非均勻電場作用中會受到特定的力而發(fā)生定向遷移，即介電電泳。介電電泳分為正向介電電泳效應(yīng)和負(fù)向介電電泳效應(yīng)。當(dāng)粒子復(fù)介電常數(shù)大于緩沖液的復(fù)介電常數(shù)時(shí)，粒子往電場強(qiáng)的方向運(yùn)動，稱為正向介電電泳(positive DEP)；相反，當(dāng)粒子復(fù)介電常數(shù)小于緩沖液的復(fù)介電常數(shù)時(shí)，粒子往電場弱的方向運(yùn)動，稱為負(fù)向介電泳(negative DEP)。正向介電電泳效應(yīng)被廣泛用于細(xì)胞分離，負(fù)向介電電泳的應(yīng)用還較少，但是利用正向介電電泳效應(yīng)分離細(xì)胞時(shí)，需要選取電導(dǎo)率較低的緩沖液；而負(fù)向介電電泳效應(yīng)可以直接在細(xì)胞培養(yǎng)液中產(chǎn)生，因?yàn)榧?xì)胞培養(yǎng)液具有相對較高的電導(dǎo)率和介電常數(shù)。因此采用負(fù)向介電電泳效應(yīng)可以直接在細(xì)胞培養(yǎng)液中進(jìn)行細(xì)胞分離，分離之后的細(xì)胞可以直接進(jìn)行培養(yǎng)，無需換液以及避免影響細(xì)胞活性。同時(shí)，介電電泳分離方法還可與其它方法結(jié)合使用，以達(dá)到最佳的細(xì)胞分離檢測效果。

細(xì)胞過濾芯片是指利用MEMS技術(shù)在芯片上加工一些柱狀、彎曲溝道、梳狀、堰狀及篩等微結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同顆粒(或細(xì)胞)尺寸進(jìn)行分離的一種方法，要求不同顆粒間有明顯的尺寸差異。但是這些微過濾芯片在細(xì)胞分離后期易出現(xiàn)芯片阻塞問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于介電電泳效應(yīng)的細(xì)胞多級過濾裝置，該裝置借助介電電泳效應(yīng)和芯片上加工的微孔陣列，實(shí)現(xiàn)不同尺寸細(xì)胞的分離；微孔陣列使尺寸小于微孔的細(xì)胞通過微孔，大于微孔的細(xì)胞停留在微孔處，實(shí)現(xiàn)不同大小細(xì)胞的選擇性過濾。同時(shí)，為了避免阻塞微孔，結(jié)合介電電泳效應(yīng)使細(xì)胞向低電場區(qū)域移動(微孔處為高電場區(qū)域)，防止細(xì)胞在微孔處聚集造成阻塞。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于介電電泳效應(yīng)的細(xì)胞多級過濾裝置，包括一面加工有多條微電極的透明硬質(zhì)基底層，所述微電極為相距約1cm的平板電極；另外還包括一面加工有多級微孔陣列以及微通道的透明彈性橡膠層，微通道兩端通過進(jìn)、出樣口與外界管道連接；所述微孔陣列為不同尺寸的矩形微孔，用于過濾不同大小的細(xì)胞。

進(jìn)一步，所述透明硬質(zhì)基底層采用硬質(zhì)芯片加工材料玻璃、硅或有機(jī)玻璃。

進(jìn)一步，所述透明彈性橡膠層采用聚二甲基硅氧烷PDMS制成。

進(jìn)一步，兩微孔陣列之間設(shè)有一微通道與出樣口相連接，每條微電極與每條出樣微通道一一對應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)微電極與微孔陣列交錯(cuò)分布。

進(jìn)一步，在該裝置中，采用介電電泳效應(yīng)使細(xì)胞向低電場區(qū)域移動，防止細(xì)胞在微孔處聚集造成阻塞。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的一種基于介電電泳效應(yīng)的細(xì)胞多級過濾裝置的核心點(diǎn)在于利用微加工技術(shù)加工集成了大量微孔的微孔陣列，一方面可使直徑小于微孔的細(xì)胞通過微孔，直徑大于微孔的細(xì)胞停留，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的選擇性過濾；另一方面利用微孔結(jié)構(gòu)改變兩電極板之間電場分布，使得微孔中央?yún)^(qū)域?yàn)檎麄€(gè)通道中電場最高區(qū)域，可利用負(fù)向介電電泳效應(yīng)操控細(xì)胞向低電場區(qū)運(yùn)動，解決細(xì)胞在微孔處的阻塞問題，并且利用培養(yǎng)液做緩沖液，分離之后的細(xì)胞可以直接進(jìn)行培養(yǎng)，無需換液以及避免影響細(xì)胞活性。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為本發(fā)明的細(xì)胞過濾芯片的平面示意圖；

圖2為本發(fā)明的細(xì)胞過濾芯片的總體示意圖(結(jié)合后)；

圖3為微孔陣列示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

本發(fā)明利用微加工技術(shù)加工集成了大量不同大小微孔的多級微孔陣列芯片，用以過濾不同大小的細(xì)胞。同時(shí)，兩級微孔之間施加交流信號，利用介電電泳效應(yīng)一方面吸附細(xì)胞，另一方面防止細(xì)胞阻塞微孔。微孔可以改變兩電極板之間的電場分布，微孔處為整個(gè)通道電場最高的區(qū)域。所以細(xì)胞會在負(fù)向介電電泳的作用下，遠(yuǎn)離微孔運(yùn)動，因此不會阻塞微孔。通過調(diào)整電場的大小和流速之間的關(guān)系，使尺寸不一樣的細(xì)胞逐級分離。

實(shí)施例1：

參見圖1、圖2和圖3，微流控芯片由兩層組成，第I層是透明硬質(zhì)基底層1，采用有機(jī)玻璃，第II層是透明彈性橡膠層2，采用PDMS制成。透明硬質(zhì)基底層1層的導(dǎo)電面刻蝕現(xiàn)成四條平行的平板微電極3。透明彈性橡膠層2的一面加工有多級微孔陣列和微通道，微通道兩端有進(jìn)樣口4和出樣口5，兩微孔陣列之間有出樣口6、7、8、9。微孔的直徑可根據(jù)應(yīng)用目的的不同有所區(qū)別。在微型泵的驅(qū)動下，樣品液體從進(jìn)樣口進(jìn)入微通道。結(jié)合前，把透明硬質(zhì)基底層1表面清潔干凈，水平放置。將透明彈性橡膠層2用氧等離子體處理30秒鐘，微通道朝下覆蓋在硬質(zhì)基底層上。兩層基片通過物理作用緊密結(jié)合在一起。

整個(gè)芯片的尺寸為60(長)×20(寬)×5(高)mm，微孔的直徑分別為10μm、20μm、30μm、40μm，兩微孔陣列之間的間隔為1cm。微電極的寬度100μm，相鄰微電極的間隔為1cm。兩微電極之間的電壓根據(jù)需求來調(diào)整。所有進(jìn)樣口4和出樣口5、6、7、8、9的直徑為0.3～0.5mm。

實(shí)施例2：

基于介電電泳效應(yīng)的細(xì)胞多級過濾裝置，其細(xì)胞過濾實(shí)施過程如下：

從實(shí)施例1中所述的芯片的進(jìn)樣口4加入細(xì)胞懸浮液，不同直徑大小(5～50μm)的細(xì)胞懸浮于細(xì)胞培養(yǎng)液中。通過微型泵在進(jìn)樣口設(shè)置進(jìn)樣流速，出口壓力為0。

在透明硬質(zhì)基底層1與透明彈性橡膠層2結(jié)合時(shí)，保證每條微電極在兩微孔陣列之間的中間處。微孔的直徑從進(jìn)樣口到出樣口依次為40μm、30μm、20μm、10μm，因此40～50μm之間的細(xì)胞不能通過第一級微孔陣列，30～40μm的細(xì)胞不能第二級微孔陣列，依次類推。加載正弦交流信號與電極板3上，由于微孔陣列改變了兩電極板3間的電場分布，使微孔內(nèi)的電場強(qiáng)度最高，在負(fù)向介電電泳效應(yīng)的作用下，細(xì)胞將向低電場區(qū)(兩微孔陣列之間)運(yùn)動，因此細(xì)胞不會在微孔處聚集，造成阻塞。完成分離后，施加負(fù)壓于出樣口5、6、7、8，收集分離的細(xì)胞，完成整個(gè)分離過程。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。