阵列叉指式芯片研究细胞介电电泳富集过程

采用阵列叉指电极介电电泳(Dielectrophoresis,DEP)芯片,构建了集成DEP芯片分析和操控系统,应用Coventorware有限元分析软件模拟分析了芯片表面的电场分布情况;以红细胞和结肠癌细胞样品为分析对象,实现了两种细胞样品在芯片上的正负介电电泳定位富集.实验发现,交流信号幅值Vp-p是决定DEP富集效率的主因,交流信号频率f和缓冲溶液是改变细胞介电电泳类型的参量;在0.9% NaCl中,施加频率为10和3 MHz、电压5 V的交流频率,结肠癌细胞的正介电电泳(Positive-dielectrophoresis, pDEP)和负介电电泳(Nagetive-dielectrophoresis, nDEP)富集效率分别为87.2%和84.8%.     

生化样本的芯片介电电泳富集和分离研究进展

芯片介电电泳技术是以介电电泳(DEP)分离原理和微机电加工技术为依托发展起来的可用于生化样品分析的新型分析技术.本文概述了芯片介电电泳技术的发展和DEP芯片分析系统的构成,并以DEP操控模式为切入点,介绍了芯片介电电泳在生化样品分析中的应用情况.     

介电电泳芯片及其在细胞分析中的应用

简要阐述了在交流和直流电压电场中,介电电泳(DEP)芯片进行细胞分离富集的机理.按照驱动电场的差异对DEP芯片进行了分类,分析和比较了DEP芯片微电极的叉指电极、抛物线电极、堡式电极、三维电极等典型结构.特别对近年来DEP芯片在单细胞分析、细胞分离与富集以及临床细胞分析中的应用进展进行了综述,并对其应用前景和发展方向进行了展望.     

基于介电电泳的微流控细胞分离芯片的研究进展

细胞分离技术是细胞分选和细胞种群纯化的重要手段,在生物、医学、农业、环境等许多领域都有重要的应用,是当前生化分析领域的国际研究热点。本文介绍了基于介电电泳的微流控细胞分离芯片的研究现状,阐述了介电电泳的工作原理,并依据细胞尺寸、电极形状、外加信号方式等影响细胞介电电泳的关键因素对不同类型的微流控细胞分离芯片进行了详细介绍,并对该技术的未来发展趋势做了展望。     

用于细胞排列的介电泳微流控芯片制备与实验研究

设计并制作了一种应用于细胞排列的介电泳微流控芯片,以实现细胞的非接触、批量排列。芯片主要包括PDMS微通道和“台阶”形ITO微电极。运用仿真软件COMSOL分析了微电极所形成的电场分布,确定了最大电场强度的位置;利用MEMS加工工艺制备了ITO微电极和PDMS微通道,PDMS微通道与带有ITO电极的载玻片经过氧等离子表面处理后,对准键合获得最终的微流控芯片。通过不同频率下的介电泳实验,实现了酵母菌细胞的介电泳运动,并确定了正、负介电泳运动的电场频率。结果表明,酵母菌细胞在溶液电导率为60μS/cm的环境下,1~10 kHz时,发生负介电泳运动;0.5~10 MHz时,发生正介电泳运动;50 kHz时,没有发生介电泳运动。并在施加8 Vp-p,5 MHz交流电压信号的条件下,实现了酵母菌细胞沿“台阶”形电极边缘直线排列。     

基于芯片介电电泳的细胞特性分析及种类判断

基于微流控芯片介电电泳( Dielectrophoresis,DEP)原理和技术,在自行设计制作的抛物线电极结构的微流控介电电泳芯片上,采用芯片介电泳临界频率测定法,选择缓冲液电导率为200～1000 μS/cm,激发电压为5V,分别对红细胞(RBC)、白细胞(WBC)和死活HepG2肝癌细胞的临界频率进行了测试,检测...     

基于SOI基底的高通量细胞电融合芯片

提出了一种以MEMS技术为基础, 可在低电压驱动条件下工作的创新型细胞电融合芯片. 该芯片的设计原理在于通过缩短微电极间的间距, 在低电压条件下获得足够强度的排队和融合电场强度. 原型芯片以SOI硅片为加工材料, 通过刻蚀方式在顶层低阻硅形成微电极和微通道; 在微电极上沉淀2 μm厚的铝膜以降低电阻率, 提高导电性; 通过PECVD方法形成150 nm厚SiO2保障铝膜的抗腐蚀性及芯片生物相容性; 芯片最终采用DIP法进行封装. 在该芯片上进行了低电压(传统电融合设备工作电压的1/20)驱动条件下的基于介电电泳的细胞排队实验及后期的细胞电融合实验, 结果表明, 细胞多以两两结合的方式排列, 与传统的细胞融合电仪器相比较, 降低了多细胞排队概率, 进而减少了传统电融合设备多细胞融合的概率, 为细胞高效率融合奠定了基础. 在加载的低电压短脉冲信号后, 微通道中形成了高压短脉冲电场, 在脉冲作用下, 烟草原生质体细胞在微通道中发生了融合, 融合时间(2 min)远低于传统电融合方法(10~30 min), 融合率远远高于传统的PEG方法(融合率小于1%)和传统电融合方法(利用BTX ECM 2001细胞电融合系统得到, 融合率小于5%).     

芯片自由流梯度电场电泳及其应用

尽管在垂直的电场和流体场作用下,采用芯片自由流电泳（μ-FFE）可实现样品的连续微分离和制备,但是由于在运行过程中,存在分析物的区带展宽问题,会直接影响样品的分离效果．在本文中,在施加固定电压的情况下,通过向和分离缓冲液相同的电极缓冲液中添加硫酸钠的方法,在分离腔内形成了梯度电场．通过对罗丹明B和甲基绿混合物的分离发现,在均一电场下,施加400V分离电压,混合物需2min才能完全分离：甲基绿的区带宽度为3．8mm,与罗丹明B的分辨率是3．2．在向电极缓冲液中添加5mmol／L硫酸钠形成的电场梯度下,施加300V的分离电压,两种染料可在10S内完成分离;在20S时,甲基绿的区带宽度被压缩到015mm,检测灵敏度提高了7倍以上;与罗丹明B的分辨率可达到16．2．此外,该方法还被用于牛血清白蛋白的富集．与施加均一电场相比,蛋白质的检测灵敏度得到了显著提高．上述结果表明,通过在μ-FFE中引入梯度电场,可有效提高样品的分辨率、检测灵敏度和分析速度．     

芯片电泳推拉式压力进样方法

芯片电泳作为微流控分析系统的典型代表,广泛涉及材料、微加工方法、微液流控制、分离模式和检测方法等诸多方面.与传统分析系统一样,样品制备和引入也是微全分析系统实现样品到结果首先面临的问题.电进样一直是芯片电泳系统的主流进样方法.而传统毛细管电泳系统中与电进样同样经常使用的压力进样方法则很少用于芯片电泳系统.     

Dielectrophoretic separation of microalgae cells in ballast water in a microfluidic chip

The composition of the ship's ballast water is complex and contains a large number of microalgae cells, bacteria, microplastics, and other microparticles. To increase the accuracy and efficiency of detection of the microalgae cells in ballast water, a new microfluidic chip for continuous separation of microalgae cells based on alternating current dielectrophoresis was proposed. In this microfluidic chip, one piece of 3‐dimensional electrode is embedded on one side and eight discrete electrodes are arranged on the other side of the microchannel. An insulated triangular structure between electrodes is designed for increasing the inhomogeneity of the electric field distribution and enhancing the dielectrophoresis (DEP) force. A sheath flow is designed to focus the microparticles near the electrode, so as to increase the suffered DEP force and improve separation efficiency. To demonstrate the performance of the microfluidic separation chip, we developed two species of microalgae cells (Platymonas and Closterium) and a kind of microplastics to be used as test samples. Analyses of the related parameters and separation experiments by our designed microfluidic chip were then conducted. The results show that the presented method can separate the microalgae cells from the mixture efficiently, and this is the first time to separate two or more species of microalgae cells in a microfluidic chip by using negative and positive DEP force simultaneously, and moreover it has some advantages including simple operation, high efficiency, low cost, and small size and has great potential in on‐site pretreatment of ballast water.     

基于阵列微流控细胞芯片的植物组分抗氧化活性分析

设计并制作了一种集成有8个重复6×6细胞培养单元的阵列微流控细胞芯片,以实现细胞培养和系列植物组分的细胞抗氧化活性(Cellular antioxidant activity,CAA)分析.芯片主要包含聚二甲基硅烷盖片、288个圆形培养腔体,48个独立平行通道的玻璃基底层,一次可完成8个样本的6个浓度筛选,并可在酶标仪上实现测试.槲皮素、芦丁和山奈酚等植物组分与芯片上培养的细胞作用24 h,细胞存活率大于90％.以芯片上培养的人肝癌细胞HepG2为细胞载体,以2',7'-二氯荧光素-乙酰乙酸酯(2',7'-Dichlorofluorescin diace-tate,DCFH-DA)为荧光探针,采用2,2'-偶氮二异丁基脒二盐酸盐(2,2'-azobis(2-amidinopropane)dihydrochlo-ride,ABAP)为细胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)引发剂,测得槲皮素、芦丁、山奈酚等植物组分的CAA unit分别为71.42±0.19、74.31 ±0.36和69.92±0.09((x)±s,n=3),IC50分别为(7.20±0.06) μmol/L,(52.06±0.14) μmol/L,(32.55±0.03) μmol/L((x)±s,n=3).     

微流控芯片的研究及产业化

以大连研究团队的近期工作为基础,结合2015年末召开的“深圳-大连微流控芯片及其产业化战略研讨会”内容,扼要阐述作者对近期微流控芯片的研究及产业化的基本看法.鉴于微流控芯片研究的主流已从平台构建和方法发展转为不同领域的广泛应用,本文重点介绍了微流控芯片在现代生物化学分析、即时诊断、材料筛选-材料合成以及组织-器官仿生等4个应用领域的研究趋势,讨论了3D打印技术的崛起对微流控芯片的影响和挑战,阐述了微流控芯片作为当代极为重要的新兴科学技术平台和国家层面产业转型的潜在战略领域,在全球范围内产业化的发展势头.全文引用文献69篇.     

微流控芯片单细胞进样和溶膜

单细胞分析对重大疾病的早期诊断、治疗和药物筛选以及细胞生理、病理过程的研究有重要意义.将毛细管电泳用于单细胞多组分的测定已取得一些成果,但受毛细管的一维结构限制,单细胞进样和溶膜操作较复杂.微流控分析芯片的网络结构和微米级的通道尺寸使简化单细胞分析成为可能.     

激光诱导荧光检测微流控芯片毛细管电泳分离多肽的研究

微流控芯片分析系统是当前分析科学及分析仪器重要的发展前沿,是20世纪90年代初发展起来的微分析系统的主要组成部分.将微流控分析系统应用于电泳分离,与传统的电泳分离手段相比较,具有微型化、集成化、速度快等特点.     

微流控芯片上高电导率介质中聚苯乙烯微球的动电分离

采用三层夹心式、三平行微电极设计制作了聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)/玻璃微流控芯片,通过交流电对在微流控芯片中的高电导率溶液施加电场,达到不同尺寸聚苯乙烯(Polystyrene,PS)微球分离的目的;探讨了微球定向运动的动电学原理。结果表明,在电压为14 V,频率为100 k Hz时,直径为10和25μm的PS微球分离效率最好;在电压为10 V,频率为2 MHz时,直径为5和25μm的PS微球分离效率最好;对于直径分别为5、10和25μm的3种PS微球分离,在电压为11 V,频率为1 MHz时,可以达到大球和另外两种尺寸较小微球的快速有效分离,分离效率均可达90%以上。结果表明,相邻电极中间位置层流区域的形成,对微球分离起到关键作用。     

芯片毛细管电泳集成电化学检测装置和4种碳纤维电极的比较研究

自行设计组装了微流控芯片安培检测系统,以自制的碳纤维微米电极、碳纤维纳米电极、单壁碳纳米管修饰的碳纤维微米电极以及碳纤维微盘电极等4种电极为检测器,采用柱末检测的模式,考察了其对儿茶酚胺类物质多巴胺与异丙肾上腺素的分离检测效果以及电极的灵敏度。结果表明,在检测电位为0.6V、0.02mol/LTris-HCl(pH8.0)为缓冲溶液的优化条件下,检测多巴胺与异丙肾上腺素的分离度分别为0.64、1.06、0.61和1.22;灵敏度(S/N=3)分别为1.7×10-7、5.9×10-8、2.3×10-8和5.3×10-7,碳纤维纳米电极同时具备了较高的分离度与灵敏度。将碳纤维纳米电极应用于测定鼠嗜铬神经细胞瘤细胞(PC12)中神经递质多巴胺,以异丙肾上腺素为内标,测得单个PC12细胞中多巴胺含量为(0.57±0.07)fmol(n=5),与文献报道值相符。     

基于离子浓差极化的立体式海水淡化微流控器件研究

海水淡化是解决人类淡水资源匮乏的一个重要途径。现有的海水淡化技术存在设备体积大、海水淡化成本高等问题。本研究采用聚二甲基硅氧烷( PDMS)制备了基于离子浓差极化原理的海水淡化器件,采用盐溶液模拟海水,进行盐离子和水分子分离的研究。研究了不同的外加电压、盐溶液在通道中的流动速度、盐溶液通道深度和Nafion纳米通道的深度等实验条件和结构参数对微流控器件分离盐离子和水分子的影响。对微流控器件的结构参数进行了优化。实验结果表明,采用外加电压为25 V、盐溶液流速为4μL/min、盐溶液通道深宽比为1：20、Nafion纳米通道深度为450~500μm的微流控器件进行盐溶液分离,除盐率可达到99%。研究结果对于开发新型高效、低能耗的海水淡化器件有重要的指导意义。