[发明专利]一种采用平行电场式光电芯片的细胞分离新方法

说明书

本发明提出一种采用平行电场式光电芯片的细胞分离新方法。平行电场式光电芯片在垂直光斑照射时，通过连接左、右偏置电压源产生光诱导介电泳力。三角光斑阵列形成的光诱导介电泳力可分为正、负介电泳力，此两种力对细胞的作用方向不同。光诱导正、负介电泳力主要取决于细胞的介电常数和外接电信号的频率。因此，本发明借助平行电场式光电芯片的沟道作为待分离细胞的出、入端口。通过调节诱导光斑大小和激励频率数值，根据差异细胞所受的光诱导介电泳力不同而实现细胞的分离。本发明平行电场式光电芯片的细胞分离新方法对生物细胞样品的纯度提取都具有潜在的实用价值和意义。

技术领域

本发明以平行电场式光电芯片为操控平台，依靠投射微米尺度三角阵列光斑和施载激励电压信号，最终产生光诱导介电泳力实现差异性生物细胞分离，属于生物医学研究领域。

背景技术

细胞分离技术由来已久，至今仍被大量国内外学者广泛研究。从动物、或人体组织中提取定量的血液样品用于病理学、临床诊断、克隆和生物细胞探索都是当前实验研究必不可缺的组成部分。然而，细胞的多样性直接反映它们在生命代谢中所发挥的功能不同，比如红细胞与白细胞在正常生命活动中就具有显著的差异。传统方法可以培育待测细胞，或者抽取大量血液用于科学实验。但是培养细胞的周期较长，另外特定细胞的购置也存在诸多困难。因此飞速发展的细胞分离技术，就是从微量溶液中提取更为关注的细胞用于以上所述生命研究。当前的细胞分离方法种类繁多，如：专利CN103305462B提出CD34+和CD91+淋巴细胞的分离，专利CN103571742B提出一种用于细胞筛选的密封腔分离器，专利CN103070718B中的皮肤组织细胞分离机。但是，本发明提出的细胞分离方法却与以上方法存有较大区别，该方法运用当前热门的光诱导介电泳技术，依托新颖的平行电场式光电芯片实现差异性细胞分离与提纯。

光诱导介电泳技术的核心是由微米尺度光斑照射到光敏薄膜，而引发光电芯片内部非均匀电场的产生。当芯片内具有非均匀电场后，将迫使电中性悬浮细胞受电场极化而发生定向移动，该电极化力即为介电泳力。在光电芯片中，光诱导介电泳力控制细胞分离的实验效果显著（Lin, W.-Y., Lin, Y.-H., and Lee, G.-B.: ‘Separation of micro-particles utilizing spatial difference of optically induced dielectrophoreticforces’, Microfluidics and Nanofluidics, 2010, 8, (2), pp. 217-229）。本发明平行电场式光电芯片的结构与Lin, et al.不同，发明的平行电场式光电芯片能够和微流体设备结合用于细胞分离与提纯。本发明对当前微流控芯片模拟药物在人体中的代谢过程，癌细胞扩散分析提供新方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为了实现平行电场式光电芯片的细胞分离，首先需要解决平行电场式光电芯片的制造。平行电场式光电芯片与传统光电芯片在结构上具有较大区别。在激励电压的链接方法上，传统光电芯片是链接上、下层氧化铟锡玻璃。因此传统光电芯片提供的电场方向一般为垂直电场。但平行电场式光电芯片不需要借助上层氧化铟锡玻璃，仅采用下层基底氧化铟锡玻璃，以至电场方向与基底表面平行。在平行电场式光电芯片内，借助反应离子刻蚀一条微米尺寸沟道，用以实现分离细胞的流入、流出。另外细胞的分离主要借助光诱导介电泳力。在固定频率下，差异细胞受光诱导介电泳力的方向不同，这主要取决于细胞的Clausius-Mossotti因子。值得一提，该因子的取值与外接激励电压的频率有关。分析差异细胞各自的Clausius-Mossotti实部频谱关系，能有助于平行电场式光电芯片在细胞分离中处于正常工作状态。

（二）技术方案