本發(fā)明屬于細(xì)胞標(biāo)定分選相關(guān)，更具體地，涉及一種細(xì)胞標(biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片及其標(biāo)定和分選方法。

背景技術(shù)：

1、細(xì)胞檢測分選技術(shù)通過對目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行檢測分離實現(xiàn)對特定細(xì)胞的功能分析，在細(xì)胞學(xué)研究、醫(yī)學(xué)診斷、藥物研發(fā)等多個領(lǐng)域有重要研究價值。微流控技術(shù)可以在微納尺度空間中對流體進(jìn)行操控實現(xiàn)對微尺度流體進(jìn)行精確控制和操控，具有樣本需求量少、處理精度高等優(yōu)點，被廣泛用于細(xì)胞檢測分選中。目前常見的微流控細(xì)胞分選技術(shù)主要包括與免疫熒光結(jié)合、特異性標(biāo)記的抗體磁珠結(jié)合實現(xiàn)分辨，需要進(jìn)行前處理，處理時間長，操作步驟繁瑣。

2、基于介電泳的微流控技術(shù)是一種利用溶液中呈現(xiàn)電中性的粒子在非均勻電場中被極化后在介電泳作用力下細(xì)胞的運行軌跡發(fā)生偏移的原理實現(xiàn)分選的非標(biāo)記技術(shù)，分離效果取決于目標(biāo)細(xì)胞與其他介電系數(shù)的差異。介電系數(shù)決定了細(xì)胞受介電泳作用的大小與方向，取決于細(xì)胞和溶液的電導(dǎo)率、介電常數(shù)以及交流信號的頻率。當(dāng)介電系數(shù)大于零的時候細(xì)胞移向電場強(qiáng)度高的區(qū)域，反之移向電場強(qiáng)度較低的區(qū)域。目前最常見的介電泳分選方法是通過構(gòu)建與流道方向不一致的平板電極，利用目標(biāo)細(xì)胞的正介電特性使得目標(biāo)細(xì)胞沿電極方向移動實現(xiàn)目標(biāo)細(xì)胞的分離富集。該方法的分選精度取決于細(xì)胞間介電特性的標(biāo)定。

3、目前，細(xì)胞介電泳電學(xué)特性標(biāo)定方法主要有電旋轉(zhuǎn)標(biāo)定、電阻抗標(biāo)定等方法，該方法測量速度慢。細(xì)胞介電系數(shù)與緩沖液電學(xué)特性有很大關(guān)系，標(biāo)定與分選過程的分離會導(dǎo)致細(xì)胞環(huán)境變換降低細(xì)胞分選精度，影響分選效果。由于細(xì)胞異質(zhì)性較大，高效精準(zhǔn)的細(xì)胞電學(xué)特性標(biāo)定是保障介電泳在臨床應(yīng)用中實現(xiàn)高精度分選的前提與基礎(chǔ)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種細(xì)胞標(biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片及其標(biāo)定和分選方法，可以在保證細(xì)胞活性的前提下實現(xiàn)細(xì)胞的標(biāo)定和精確分選。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種細(xì)胞標(biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，包括：第一入口、第二入口，第一出口以及第二出口，其中，第一入口與第一出口之間通過標(biāo)定微流道連接，第一入口和第二入口與分選微流道的進(jìn)口連接，第一出口和第二出口與分選微流道的出口連接；平板電極，所述標(biāo)定微流道與分選微流道設(shè)于所述平板電極上方，且所述平板電極與所述標(biāo)定微流道之間的夾角為70～100°，所述平板電極與所述分選微流道之間的夾角為30～60°。

3、優(yōu)選地，所述標(biāo)定微流道的深度為20μm-200μm，寬10μm-200μm，所述分選微流道與所述標(biāo)定微流道的深度一致，寬度為500μm～5mm。

4、優(yōu)選地，還包括透明襯底，所述平板電極設(shè)于所述透明襯底上方，所述標(biāo)定微流道與分選微流道設(shè)于所述平板電極上方。

5、優(yōu)選地，還包括直角三棱鏡，所述直角三棱鏡的直角面設(shè)于所述透明襯底表面，且斜面表面涂有反射材料，直角棱與所述標(biāo)定微流道平行，且斜面針對所述標(biāo)定微流道，進(jìn)而將標(biāo)定微流道內(nèi)圖像通過斜面反射后透過所述透明襯底，實現(xiàn)標(biāo)定微流道內(nèi)圖像的采集。

6、優(yōu)選地，所述直角三棱鏡為等腰直角三棱鏡。

7、優(yōu)選地，所述平板電極為叉指電極，厚度為0.05μm-1μm。

8、優(yōu)選地，還包括透明密封層，所述透明密封層為玻璃或透明聚合物，厚度大于直角三棱鏡的直角邊長度，進(jìn)而使得直角三棱鏡密封于透明密封層10內(nèi)。

9、本申請另一方面提供了一種上述的細(xì)胞標(biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片的標(biāo)定和分選方法，包括：s1：對所述平板電極施加不同頻率和電壓的電信號，在所述第一入口加入目標(biāo)細(xì)胞液，在所述第二入口加入緩沖液；s2：調(diào)節(jié)所述平板電極上施加電信號的頻率和電壓，觀測目標(biāo)細(xì)胞在不同頻率和電壓下所述標(biāo)定微流道內(nèi)的側(cè)向位移軌跡，繪制目標(biāo)細(xì)胞的位置曲線，獲取目標(biāo)細(xì)胞的特異性頻率和特異性電壓，完成目標(biāo)細(xì)胞的標(biāo)定；s3：將包含目標(biāo)細(xì)胞的混合細(xì)胞液加入第一入口，緩沖液加入第二入口，調(diào)節(jié)施加到所述平板電極上的電信號至特異性頻率和特異性電壓，則混合細(xì)胞液在分選微流道中分離，?目標(biāo)細(xì)胞在第二出口處排出。

10、優(yōu)選地，所述平板電極的頻率驅(qū)動波形為三角形、方波或正弦波。

11、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種細(xì)胞標(biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片及其標(biāo)定和分選方法主要具有以下有益效果：

12、1.?本申請?zhí)峁┑母咝?biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，將細(xì)胞電學(xué)標(biāo)定與分選集成到一塊芯片上，不需要進(jìn)行復(fù)雜預(yù)處理，可以在保證細(xì)胞高精度分離的前提下保證細(xì)胞活性；進(jìn)一步的，平板電極與所述分選微流道之間的夾角為30～60°可以滿足細(xì)胞對不同移動路徑的需求，保證了分選的精度和純度。

13、2.?本申請標(biāo)定微流道和分選流道的深度為20μm-200μm，可以流道內(nèi)保證細(xì)胞在介電泳作用范圍之內(nèi)，標(biāo)定微流道的寬10μm-200μm，可以保證標(biāo)定流道的側(cè)向清晰成像。

14、3.本發(fā)明提供的細(xì)胞高效標(biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，可以實現(xiàn)細(xì)胞高效率標(biāo)定，利用對粒子位移的側(cè)向觀測，實現(xiàn)對細(xì)胞電學(xué)特性的快速標(biāo)定，其標(biāo)定過程快、分選精度高，實驗設(shè)備輕巧。

技術(shù)特征：

1.一種細(xì)胞標(biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，其特征在于，所述標(biāo)定微流道(5)的深度為20μm-200μm，寬10μm-200μm，所述分選微流道(6)與所述標(biāo)定微流道(5)的深度一致，寬度為500μm～5mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，其特征在于，還包括透明襯底(9)，所述平板電極(8)設(shè)于所述透明襯底上方，所述標(biāo)定微流道(5)與分選微流道(6)設(shè)于所述平板電極(8)上方。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，其特征在于，還包括直角三棱鏡(7)，所述直角三棱鏡的直角面設(shè)于所述透明襯底表面，且斜面表面涂有反射材料，直角棱與所述標(biāo)定微流道(5)平行，且斜面針對所述標(biāo)定微流道(5)，進(jìn)而將標(biāo)定微流道(5)內(nèi)圖像通過斜面反射后透過所述透明襯底(9)，實現(xiàn)標(biāo)定微流道(5)內(nèi)側(cè)向圖像的采集。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，其特征在于，所述直角三棱鏡(7)為等腰直角三棱鏡。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，其特征在于，所述平板電極(8)為叉指電極，厚度為0.05μm-1μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無標(biāo)記介電泳微流控芯片，其特征在于，還包括透明密封層(10)，所述透明密封層(10)為玻璃或透明聚合物，厚度大于直角三棱鏡的直角邊長度，進(jìn)而使得直角三棱鏡封裝于透明密封層(10)內(nèi)。

8.一種權(quán)利要求1～7任意一項所述的細(xì)胞標(biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片的標(biāo)定和分選方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的標(biāo)定和分選方法，其特征在于，所述平板電極(8)上施加的電信號為三角形、方波或正弦波。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于細(xì)胞標(biāo)定分選相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，其公開了一種細(xì)胞標(biāo)定與分選的無標(biāo)記介電泳微流控芯片及其標(biāo)定和分選方法，包括：第一入口、第二入口，第一出口以及第二出口，其中，第一入口與第一出口之間通過標(biāo)定微流道連接，第一入口和第二入口與分選微流道的進(jìn)口連接，第一出口和第二出口與分選微流道的出口連接；平板電極，所述標(biāo)定微流道與分選微流道設(shè)于所述平板電極上方，且所述平板電極與所述標(biāo)定微流道之間的夾角為70～100°，所述平板電極與所述分選微流道之間的夾角為30～60°。本申請可以在保證細(xì)胞活性的前提下實現(xiàn)細(xì)胞的標(biāo)定和精確分選。

技術(shù)研發(fā)人員：廖廣蘭,王建鑫,劉智勇,何春華,潘希賢
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9