基于微環(huán)形陣列電極的細(xì)胞分離富集芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究*

樊 磊，曾一笑，吳 菲，譚秋林，孫 東*

(1.中北大學(xué)電子測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030051;2.儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030051)

基于微環(huán)形陣列電極的細(xì)胞分離富集芯片的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究*

樊 磊1，2，曾一笑1，2，吳 菲1，2，譚秋林1，2，孫 東1，2*

(1.中北大學(xué)電子測(cè)試技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030051;2.儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030051)

根據(jù)介電泳操作原理，設(shè)計(jì)了微環(huán)形陣列電極結(jié)構(gòu)，建立了細(xì)胞分離富集芯片模型，采用COMSOL軟件分析微環(huán)形陣列電極的電場(chǎng)分布和介電泳力方向并確定了最大和最小電場(chǎng)強(qiáng)度的位置，利用ITO玻璃和PDMS制備了細(xì)胞分離富集芯片。通過(guò)酵母菌細(xì)胞的介電泳富集實(shí)驗(yàn)和酵母菌細(xì)胞與聚苯乙烯小球的分離富集實(shí)驗(yàn)，明確了酵母菌細(xì)胞的臨界頻率，實(shí)現(xiàn)了酵母菌細(xì)胞和聚苯乙烯小球的分離富集。結(jié)果顯示，在溶液電導(dǎo)率為60 μs/cm，交流信號(hào)電壓為8 Vp－p時(shí)，酵母菌細(xì)胞在1 kHz～45 kHz頻率范圍內(nèi)做負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng)并富集在環(huán)形內(nèi)部，45 kHz為酵母菌細(xì)胞的臨界頻率，在45 kHz～10 MHz頻率范圍內(nèi)做正介電泳運(yùn)動(dòng)并富集在環(huán)形邊緣;1.5 MHz時(shí)聚苯乙烯小球做負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng)并富集在環(huán)形內(nèi)部，富集倍數(shù)達(dá)到11.66。

生物芯片;細(xì)胞分離富集;介電泳;微環(huán)形電極;COMSOL

基于介電泳原理的微流控芯片作為一種新型微粒操作技術(shù)，其操作對(duì)象已從簡(jiǎn)單的中性粒子擴(kuò)展到細(xì)菌、病毒、細(xì)胞等生物粒子，具有非侵入、免標(biāo)記樣本、快速、高效、樣本需求少等優(yōu)良特性，已可實(shí)現(xiàn)微粒的分離富集、排列、誘捕、定位以及生物特性的測(cè)試等［1－4］。在生物醫(yī)學(xué)工程中，微流控分離富集芯片常用于癌癥的早期診斷與治療［5］，相對(duì)正常細(xì)胞，癌細(xì)胞的濃度特別低，微流控富集芯片可以把癌細(xì)胞與正常細(xì)胞分離并富集，增大癌細(xì)胞的濃度后再進(jìn)行下一步的檢測(cè)分析［6－8］。微電極結(jié)構(gòu)是決定芯片性能的關(guān)鍵，因此設(shè)計(jì)性能更好的新型微電極結(jié)構(gòu)越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注。Becker等［9］設(shè)計(jì)了城堡式電極結(jié)構(gòu)，通過(guò)施加變頻交流信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了血清中乳腺癌細(xì)胞的分離富集;Cheng等［10］利用5×5陣列電極結(jié)構(gòu)，在6 V、30 kHz的交流信號(hào)下實(shí)現(xiàn)了皮膚癌細(xì)胞與血細(xì)胞的分離富集;Li等［11］采用十字交叉的電極結(jié)構(gòu)，根據(jù)活死細(xì)胞所受的介電泳力不同，分離富集了活的和死的李斯特菌。但是以上電極結(jié)構(gòu)都不能在封閉的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)目標(biāo)細(xì)胞的分析測(cè)試。

本研究依據(jù)介電泳操作原理，以細(xì)胞分離富集為目的，設(shè)計(jì)并制備了一種基于4×4微環(huán)形陣列電極的細(xì)胞分離富集芯片。此芯片包含陣列式的封閉環(huán)形隔離區(qū)域，通過(guò)施加不同頻率、不同幅值的交流信號(hào)，將目標(biāo)細(xì)胞富集在環(huán)形內(nèi)部，雜質(zhì)細(xì)胞富集在環(huán)形邊緣，使目標(biāo)細(xì)胞與雜質(zhì)細(xì)胞隔離，增大目標(biāo)細(xì)胞濃度、減小雜質(zhì)細(xì)胞影響后可實(shí)現(xiàn)封閉環(huán)形區(qū)域中目標(biāo)細(xì)胞的分析測(cè)試，從而提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度。相比以上電極結(jié)構(gòu)，該環(huán)形陣列電極克服了三維電極和雙層電極制作工藝復(fù)雜的問題，制作工藝簡(jiǎn)單;充分利用每個(gè)環(huán)形提供更強(qiáng)的電場(chǎng)進(jìn)而產(chǎn)生更大的介電泳力，有利于目標(biāo)細(xì)胞的富集;利用更接近實(shí)際細(xì)胞生存環(huán)境的高電導(dǎo)率溶液產(chǎn)生負(fù)介電泳效應(yīng)分離富集細(xì)胞，有利于細(xì)胞活性的保持;具有可擴(kuò)展性，增加環(huán)形結(jié)構(gòu)的數(shù)量后可以得到更大的陣列，從而產(chǎn)生更多的封閉分析區(qū)域，有利于降低細(xì)胞測(cè)試時(shí)間。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

圖1是微流控芯片實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，包括:計(jì)算機(jī)、LabSmith微流體控制系統(tǒng)、AFG－3081函數(shù)信號(hào)發(fā)生器(臺(tái)灣GWIUSTEK公司)、CCD相機(jī)(德國(guó)Imaging Source公司)、電動(dòng)變焦鏡頭(美國(guó)Navitar公司)、20X物鏡(日本Nikon公司)、濾光片組合(包括發(fā)射濾光片、激發(fā)濾光片、二向色鏡)(日本Nikon公司)、LED光源以及RollerBlock三軸位移調(diào)節(jié)臺(tái)(美國(guó)THORLABS公司)。

圖1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)示意圖

實(shí)驗(yàn)試劑包括:正光刻膠(RZJ304，蘇州瑞紅)、正膠顯影液(RZX－3038，蘇州瑞紅)、正膠剝離液(RBL－3368，蘇州瑞紅)、負(fù)光刻膠(SU－8 2050，MICRO CHEM)、SU－8顯影液(MICRO CHEM)、ITO刻蝕液(37.5%鹽酸、65%硝酸、水的體積比為50∶3∶50，北京富宇精細(xì)化工有限公司)、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)、固化劑(Sylgard 184 Kit，Dow Corning)、吐溫－20 (Tween-20，Amresco)、磷酸鹽緩沖液(PBS緩沖液，HyClone)、細(xì)胞緩沖液(8%蔗糖，0.3%葡萄糖溶液)、安琪酵母菌(安琪酵母股份有限公司)、聚苯乙烯小球(天津倍思樂色譜技術(shù)開發(fā)中心)、去離子水。

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 酵母菌細(xì)胞介電泳富集實(shí)驗(yàn)步驟

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將少量酵母放入5 mL的去離子水中，并置于30℃的恒溫箱中培養(yǎng)3 h使酵母菌細(xì)胞復(fù)蘇;后離心，吸掉上清液，加適量去離子水，放入超聲清洗機(jī)震蕩使細(xì)胞均勻懸浮，重復(fù)3次后離心吸掉上清液，加入細(xì)胞緩沖液，用PBS緩沖液調(diào)節(jié)溶液電導(dǎo)率至60 μs/cm并超聲震蕩制得酵母菌細(xì)胞懸浮液，測(cè)得其濃度為 8×106/mL;使用LabSmith微流體控制系統(tǒng)將其注入芯片，對(duì)電極施加交流信號(hào)，通過(guò)CCD相機(jī)觀察并記錄酵母菌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)富集情況。

1.2.2 酵母菌細(xì)胞與聚苯乙烯小球分離富集實(shí)驗(yàn)步驟

取50 μL聚苯乙烯小球溶液，用同樣的方法處理得到濃度為7.6×105/mL的小球懸浮液后，以10∶1的體積比混合酵母菌細(xì)胞懸浮液和小球懸浮液，使用PBS緩沖液調(diào)節(jié)其電導(dǎo)率為60 μs/cm，超聲震蕩后制得酵母菌細(xì)胞與聚苯乙烯小球的混合液。取適量使用LabSmith微流體控制系統(tǒng)將其注入芯片，對(duì)電極施加交流信號(hào)，通過(guò)CCD相機(jī)觀察并記錄兩種微粒的分離富集情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 介電泳操作原理

介電泳是指在空間非均勻電場(chǎng)中，懸浮在一定溶液中的微粒相對(duì)于溶液的誘導(dǎo)偶極距不同而產(chǎn)生的電遷移［12－14］。對(duì)于可以等效為球形的微粒，例如酵母菌、聚苯乙烯小球等，其所受介電泳力的表達(dá)式為［15－16］

式中:εm是溶液的介電常數(shù)，r是微粒的半徑，fCM是Clausius-Mossotti因子，Re［fCM］是其實(shí)部，是梯度算子。fCM的表達(dá)式為［15－16］

式中:ε*p和 ε*m分別是微粒和溶液的復(fù)雜介電常數(shù)，表達(dá)式分別為［15－16］

式中:σ是電導(dǎo)率，ω是所施加交流電場(chǎng)的頻率，εp與εm分別是微粒的介電常數(shù)。

當(dāng)Re［fCM］＞0，即微粒比溶液容易極化時(shí)，微粒向高電場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)，稱為正介電泳;當(dāng)Re［fCM］＜0，即溶液比微粒容易極化時(shí)，微粒向低電場(chǎng)區(qū)域運(yùn)動(dòng)，稱為負(fù)介電泳［17］。圖2是查閱酵母菌細(xì)胞相關(guān)參數(shù)［18］后利用MATLAB繪制的溶液電導(dǎo)率為60 μs/cm時(shí)酵母菌和聚苯乙烯小球的CM因子曲線，可以看出在1 kHz～10 MHz頻率范圍內(nèi)酵母菌的Re［fCM］異號(hào)會(huì)表現(xiàn)出負(fù)正介電泳行為，而聚苯乙烯小球的Re［fCM］總為負(fù)只表現(xiàn)出負(fù)介電泳行為。根據(jù)介電泳操作原理，細(xì)胞的介電泳效應(yīng)與細(xì)胞的半徑、細(xì)胞和溶液的介電常數(shù)、電導(dǎo)率和所施加交流信號(hào)的頻率有關(guān)［19］，而特定細(xì)胞的半徑、介電常數(shù)和電導(dǎo)率已經(jīng)確定，特定溶液的介電常數(shù)變化不大，所以只用調(diào)節(jié)溶液的電導(dǎo)率和施加的交流信號(hào)的頻率即可達(dá)到對(duì)酵母菌細(xì)胞和聚苯乙烯小球的分離富集。

圖2 酵母菌細(xì)胞和聚苯乙烯小球在電導(dǎo)率為60 μs/cm的溶液中的CM因子實(shí)部與頻率的關(guān)系

2.2 介電泳細(xì)胞分離富集芯片的設(shè)計(jì)與仿真

介電泳細(xì)胞分離富集芯片，如圖3(a)和圖3(b)，由玻璃基片、PDMS微通道和ITO微電極構(gòu)成。微通道是立方體上的凹槽，高80 μm，凹槽兩端的兩個(gè)通孔分別是溶液的入口和出口;如圖3(c)，ITO微電極包括一個(gè)4×4環(huán)形陣列電極和一個(gè)地電極，環(huán)形的內(nèi)徑是200 μm，外徑是300 μm，地電極的弧形直徑是400 μm。

圖4(a)是利用Solidworks對(duì)微環(huán)形電極和地電極建立的模型，立方體為溶液，查閱資料后設(shè)置它的相對(duì)介電常數(shù)為78，電導(dǎo)率為60 μs/cm。將其導(dǎo)入COMSOL對(duì)微環(huán)形電極和地電極分別施加電壓為8 Vp－p和－8 Vp－p，頻率為1.5 MHz的交流信號(hào)。電極上表面電場(chǎng)強(qiáng)度的仿真結(jié)果如圖4(b)，結(jié)果顯示環(huán)形邊緣的電場(chǎng)強(qiáng)度最大，環(huán)形中心的電場(chǎng)強(qiáng)度最小，且電場(chǎng)強(qiáng)度由環(huán)邊緣到地電極逐漸減小。

圖3 芯片和電極結(jié)構(gòu)原理圖

圖4 仿真模型和結(jié)果

介電泳力的仿真結(jié)果如圖5所示，結(jié)果顯示負(fù)介電泳力指向環(huán)形中心，正介電泳力指向環(huán)形邊緣，所以可以預(yù)測(cè)細(xì)胞發(fā)生負(fù)介電泳時(shí)會(huì)匯聚在環(huán)形中心，發(fā)生正介電泳時(shí)匯聚在環(huán)形邊緣。

圖5 介電泳力仿真結(jié)果

2.3 介電泳細(xì)胞分離富集芯片的制備與測(cè)試

首先制備微環(huán)形陣列電極，在鍍有ITO薄膜的玻璃上勻涂一層厚約2 μm的正光刻膠，100℃前烘90 s后進(jìn)行曝光、顯影、后烘，再利用45℃的ITO刻蝕液去除多余的金屬，得到微環(huán)形陣列電極;接著制備PDMS微通道，在洗凈吹干的硅片上勻涂一層厚約80 μm的負(fù)光刻膠，自65℃開始每隔5℃前烘3 min，溫度升至95℃時(shí)烘6 min后進(jìn)行曝光、顯影、后烘得到陽(yáng)模，將PDMS與固化劑按100∶1比例均勻混合并抽真空、靜置后澆鑄在陽(yáng)模上，置于95℃環(huán)境中固化2 h，剝離得到PDMS微通道;最后將制成的PDMS微通道和微環(huán)形陣列電極放入真空度為26.6 Pa、射頻功率為30 W的環(huán)境中進(jìn)行等離子處理，在顯微鏡下對(duì)準(zhǔn)后置于70℃的恒溫箱中5 min進(jìn)行鍵合，得到芯片主體。

利用MEMS工藝制作完成芯片主體后，連接LabSmith微流體控制系統(tǒng)向芯片注入去離子水測(cè)得芯片通水順暢、密封良好，滿足進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的要求;并向芯片內(nèi)注入吐溫－20溶液，處理PDMS微通道和電極表面后用去離子水沖洗干凈，以減小細(xì)胞的非特異性粘附。圖6是通過(guò)測(cè)試、通道處理、清洗并進(jìn)行電氣連接后的介電泳細(xì)胞分離富集芯片及電極結(jié)構(gòu)的顯微圖。

圖6 制備的芯片及電極顯微圖

2.4 介電泳實(shí)驗(yàn)

2.4.1 酵母菌細(xì)胞的介電泳富集實(shí)驗(yàn)

使用LabSmith微流體控制系統(tǒng)向以上芯片注入適量60 μs/cm的酵母菌細(xì)胞懸浮液，對(duì)電極施加電壓為8 Vp－p，頻率從1 kHz遞增到10 MHz、步長(zhǎng)為5 kHz的交流信號(hào)，觀察記錄酵母菌細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)情況。

圖7是調(diào)節(jié)頻率為5 kHz時(shí)0 min、1 min和2 min后酵母菌細(xì)胞的分布情況，藍(lán)色箭頭表示酵母菌細(xì)胞的遷移方向。結(jié)合電場(chǎng)強(qiáng)度和介電泳力仿真結(jié)果可以看出，在頻率為5 kHz時(shí)，酵母菌做負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng)，環(huán)形外部的酵母菌隨著時(shí)間的推移逐漸向電場(chǎng)強(qiáng)度最小的環(huán)形中心遷移。

圖7 頻率為5 kHz時(shí)，不同時(shí)間酵母菌細(xì)胞的分布

圖8(a)是頻率遞增到45 kHz時(shí)酵母菌細(xì)胞的分布情況，可以看出此時(shí)酵母菌細(xì)胞隨機(jī)分布，既有正介電泳運(yùn)動(dòng)，又有負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng)，處于正負(fù)介電泳的交界處;繼續(xù)增大頻率，圖8(b)和圖8(c)分別是頻率增大到1.5 MHz時(shí)，經(jīng)過(guò)1 min和2 min后酵母菌細(xì)胞的分布情況，藍(lán)色箭頭表示酵母菌細(xì)胞的遷移方向。結(jié)合電場(chǎng)強(qiáng)度和介電泳力仿真結(jié)果可以看出，此時(shí)酵母菌細(xì)胞做正介電泳運(yùn)動(dòng)，環(huán)形內(nèi)部的酵母菌隨著時(shí)間的推移逐漸向電場(chǎng)強(qiáng)度最大的環(huán)形電極邊緣匯聚。

圖8 不同頻率，不同時(shí)間酵母菌細(xì)胞的分布

所以可得，該芯片能夠操作生物細(xì)胞到不同電場(chǎng)區(qū)域，頻率小于45 kHz時(shí)，酵母菌細(xì)胞做負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng);45 kHz處于正負(fù)介電泳的交界處，即為臨界頻率;大于45 kHz時(shí)，做正介電泳運(yùn)動(dòng)。

2.4.2 酵母菌細(xì)胞與聚苯乙烯小球的分離富集實(shí)驗(yàn)

基于以上酵母菌細(xì)胞的介電泳富集實(shí)驗(yàn)，利用配制的酵母菌與聚苯乙烯小球的混合液進(jìn)行酵母菌細(xì)胞與小球的分離富集實(shí)驗(yàn)。根據(jù)如圖2所示的曲線可以預(yù)測(cè)，溶液電導(dǎo)率為60 μs/cm，所加交流信號(hào)頻率在1 kHz～10 MHz范圍內(nèi)時(shí)，聚苯乙烯小球只做負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng)，而酵母菌細(xì)胞在大于45 kHz時(shí)做正介電泳運(yùn)動(dòng)且在1.5 MHz時(shí)Re［fCM］達(dá)到最大值，結(jié)合電場(chǎng)強(qiáng)度和介電泳力仿真結(jié)果可知，當(dāng)頻率為1.5 MHz時(shí)，聚苯乙烯小球會(huì)向電場(chǎng)強(qiáng)度最小的環(huán)形電極中心遷移，酵母菌細(xì)胞會(huì)向電場(chǎng)強(qiáng)度最大的環(huán)形電極邊緣富集，以此就可以達(dá)到分離富集聚苯乙烯小球和酵母菌細(xì)胞的目的。圖9是對(duì)電極施加電壓為8 Vp－p、頻率為1.5 MHz的交流信號(hào)后兩種微粒的分離富集情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)相一致，酵母菌細(xì)胞做正介電泳運(yùn)動(dòng)并富集在電場(chǎng)最強(qiáng)的環(huán)形電極邊緣處，聚苯乙烯小球做負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng)并富集在電場(chǎng)最弱的環(huán)形電極內(nèi)部。

圖9 溶液電導(dǎo)率為60 μs/cm時(shí)酵母菌細(xì)胞和聚苯乙烯小球的分離富集

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，個(gè)別酵母菌細(xì)胞和聚苯乙烯小球沒有遷移是因?yàn)榻湍妇?xì)胞壁和小球外表面具有黏附性，有可能附著在玻璃基底或者ITO電極上，當(dāng)所受附著力與液體阻力的合力大于所受的介電泳力時(shí)，就不會(huì)發(fā)生定向遷移。

2.5 富集倍數(shù)的計(jì)算

此芯片使目標(biāo)細(xì)胞富集至環(huán)形電極內(nèi)部增加目標(biāo)細(xì)胞濃度后實(shí)現(xiàn)封閉區(qū)域中目標(biāo)細(xì)胞的分析測(cè)試，因此定義富集倍數(shù)為施加交流信號(hào)后環(huán)形內(nèi)部聚苯乙烯小球占環(huán)形內(nèi)部微粒總數(shù)的百分比與施加交流信號(hào)前混合液中聚苯乙烯小球所占百分比的比值。未加電壓為8 Vp－p、頻率為1.5 MHz的交流信號(hào)時(shí)，聚苯乙烯小球與酵母菌細(xì)胞數(shù)目之比為0.94%;施加交流信號(hào)后環(huán)形內(nèi)部聚苯乙烯小球數(shù)目為8、酵母菌細(xì)胞數(shù)目為65，小球酵母菌之比為10.96%。可得富集倍數(shù)為11.66。

3 結(jié)論

雖然基于介電泳的微流控技術(shù)已經(jīng)得到了很大發(fā)展，但是仍有進(jìn)一步研究的必要，設(shè)計(jì)更有效的電極結(jié)構(gòu)則尤為重要。本研究表明，溶液電導(dǎo)率為60 μs/cm，所加交流信號(hào)電壓為 8 Vp－p，頻率小于45 kHz時(shí)，酵母菌細(xì)胞發(fā)生負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng)并富集到環(huán)形電極內(nèi)部;頻率為45 kHz時(shí)，酵母菌細(xì)胞隨機(jī)分布，既有正介電泳運(yùn)動(dòng)，又有負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng)，為酵母菌細(xì)胞正負(fù)介電泳的臨界狀態(tài);頻率大于45 kHz小于10 MHz時(shí)，酵母菌細(xì)胞發(fā)生正介電泳運(yùn)動(dòng)并富集到環(huán)形電極邊緣;1.5 MHz時(shí)聚苯乙烯小球發(fā)生負(fù)介電泳運(yùn)動(dòng)并富集到環(huán)形電極內(nèi)部。所設(shè)計(jì)的微環(huán)形陣列電極芯片實(shí)現(xiàn)了酵母菌細(xì)胞的正負(fù)介電泳行為，達(dá)到了分離富集酵母菌細(xì)胞和聚苯乙烯小球的目的，富集倍數(shù)達(dá)到11.66，由此證明了該介電泳芯片分離富集生物細(xì)胞的可行性。

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樊 磊(1990－)，男，山西運(yùn)城人，中北大學(xué)儀器與電子學(xué)院，碩士研究生，研究方向?yàn)槲⒓{技術(shù)與儀器及生物微流控芯片，18734912353@163.com;

孫 東(1967－)，男，教授，中國(guó)香港人，博士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)闄C(jī)器人及其自動(dòng)化，微納生物傳感與控制，medsun@cityu.edu.hk。

Design and Experimental Study of Cells Isolation and Enrichment Chip-Based on Micro Annular Array Electrode*

FAN Lei1，2，ZENG Yixiao1，2，WU Fei1，2，TAN Qiulin1，2，SUN Dong1，2*
(1.National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology，North University of China，Taiyuan 030051，China; 2.Key Laboratory of Instrumentation Science and Dynamic Measurement，Ministry of Education，North University of China，Taiyuan 030051，China)

According to the theory of dielectrophoresis，a kind of cells isolation and enrichment chip of micro annular array was designed and modeled.COMSOL software was used to discover the position of maximum and minimum strength of electric field via analysing the distribution of electric field and the direction of dielectrophoresis force.The chip was fabricated based on ITO glass and PDMS.The cross frequency of yeast cells was obtained after conducting a dielectrophoretic enrichment experiment of yeast cells.Isolation and enrichment of yeast cells and polystyrene particles were realized through carrying out an isolation and enrichment experiment with yeast cells and polystyrene particles.The results showed that yeast cells in solution conductivity of 60 μs/cm did negative DEP response and enriched in the ring inside under a voltage of 8 Vp－pand the frequency of 1 kHz to 45 kHz.The cross frequency of yeast cells was determined to be 45 kHz.Yeast cells did positive DEP response and enriched along the ring edge in the range of 45 kHz to 10 MHz.The polystyrene particles did negative DEP response and enriched in the ring inside under a frequency of 1.5 MHz.The multiple of enrichment reached about 11.66.

biological chip;cells isolation and enrichment;dielectrophoresis;micro annular electrode;COMSOL

TP212.3

A

1004－1699(2017)02－0218－06

C:2575

10.3969/j.issn.1004－1699.2017.02.009

項(xiàng)目來(lái)源:山西省百人計(jì)劃;西省基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(2014011021－3)

2016－07－08 修改日期:2016－08－15