一种细胞标定与分选的无标记介电泳微流控芯片及其标定和分选方法

本发明属于细胞标定分选相关，更具体地，涉及一种细胞标定与分选的无标记介电泳微流控芯片及其标定和分选方法。

背景技术：

1、细胞检测分选技术通过对目标细胞进行检测分离实现对特定细胞的功能分析，在细胞学研究、医学诊断、药物研发等多个领域有重要研究价值。微流控技术可以在微纳尺度空间中对流体进行操控实现对微尺度流体进行精确控制和操控，具有样本需求量少、处理精度高等优点，被广泛用于细胞检测分选中。目前常见的微流控细胞分选技术主要包括与免疫荧光结合、特异性标记的抗体磁珠结合实现分辨，需要进行前处理，处理时间长，操作步骤繁琐。

2、基于介电泳的微流控技术是一种利用溶液中呈现电中性的粒子在非均匀电场中被极化后在介电泳作用力下细胞的运行轨迹发生偏移的原理实现分选的非标记技术，分离效果取决于目标细胞与其他介电系数的差异。介电系数决定了细胞受介电泳作用的大小与方向，取决于细胞和溶液的电导率、介电常数以及交流信号的频率。当介电系数大于零的时候细胞移向电场强度高的区域，反之移向电场强度较低的区域。目前最常见的介电泳分选方法是通过构建与流道方向不一致的平板电极，利用目标细胞的正介电特性使得目标细胞沿电极方向移动实现目标细胞的分离富集。该方法的分选精度取决于细胞间介电特性的标定。

3、目前，细胞介电泳电学特性标定方法主要有电旋转标定、电阻抗标定等方法，该方法测量速度慢。细胞介电系数与缓冲液电学特性有很大关系，标定与分选过程的分离会导致细胞环境变换降低细胞分选精度，影响分选效果。由于细胞异质性较大，高效精准的细胞电学特性标定是保障介电泳在临床应用中实现高精度分选的前提与基础。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种细胞标定与分选的无标记介电泳微流控芯片及其标定和分选方法，可以在保证细胞活性的前提下实现细胞的标定和精确分选。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种细胞标定与分选的无标记介电泳微流控芯片，包括：第一入口、第二入口，第一出口以及第二出口，其中，第一入口与第一出口之间通过标定微流道连接，第一入口和第二入口与分选微流道的进口连接，第一出口和第二出口与分选微流道的出口连接；平板电极，所述标定微流道与分选微流道设于所述平板电极上方，且所述平板电极与所述标定微流道之间的夹角为70～100°，所述平板电极与所述分选微流道之间的夹角为30～60°。

3、优选地，所述标定微流道的深度为20μm-200μm，宽10μm-200μm，所述分选微流道与所述标定微流道的深度一致，宽度为500μm～5mm。

4、优选地，还包括透明衬底，所述平板电极设于所述透明衬底上方，所述标定微流道与分选微流道设于所述平板电极上方。

5、优选地，还包括直角三棱镜，所述直角三棱镜的直角面设于所述透明衬底表面，且斜面表面涂有反射材料，直角棱与所述标定微流道平行，且斜面针对所述标定微流道，进而将标定微流道内图像通过斜面反射后透过所述透明衬底，实现标定微流道内图像的采集。

6、优选地，所述直角三棱镜为等腰直角三棱镜。

7、优选地，所述平板电极为叉指电极，厚度为0.05μm-1μm。

8、优选地，还包括透明密封层，所述透明密封层为玻璃或透明聚合物，厚度大于直角三棱镜的直角边长度，进而使得直角三棱镜密封于透明密封层10内。

9、本申请另一方面提供了一种上述的细胞标定与分选的无标记介电泳微流控芯片的标定和分选方法，包括：s1：对所述平板电极施加不同频率和电压的电信号，在所述第一入口加入目标细胞液，在所述第二入口加入缓冲液；s2：调节所述平板电极上施加电信号的频率和电压，观测目标细胞在不同频率和电压下所述标定微流道内的侧向位移轨迹，绘制目标细胞的位置曲线，获取目标细胞的特异性频率和特异性电压，完成目标细胞的标定；s3：将包含目标细胞的混合细胞液加入第一入口，缓冲液加入第二入口，调节施加到所述平板电极上的电信号至特异性频率和特异性电压，则混合细胞液在分选微流道中分离， 目标细胞在第二出口处排出。

10、优选地，所述平板电极的频率驱动波形为三角形、方波或正弦波。

11、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种细胞标定与分选的无标记介电泳微流控芯片及其标定和分选方法主要具有以下有益效果：

12、1. 本申请提供的高效标定与分选的无标记介电泳微流控芯片，将细胞电学标定与分选集成到一块芯片上，不需要进行复杂预处理，可以在保证细胞高精度分离的前提下保证细胞活性；进一步的，平板电极与所述分选微流道之间的夹角为30～60°可以满足细胞对不同移动路径的需求，保证了分选的精度和纯度。

13、2. 本申请标定微流道和分选流道的深度为20μm-200μm，可以流道内保证细胞在介电泳作用范围之内，标定微流道的宽10μm-200μm，可以保证标定流道的侧向清晰成像。

14、3.本发明提供的细胞高效标定与分选的无标记介电泳微流控芯片，可以实现细胞高效率标定，利用对粒子位移的侧向观测，实现对细胞电学特性的快速标定，其标定过程快、分选精度高，实验设备轻巧。

技术特征：

1.一种细胞标定与分选的无标记介电泳微流控芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的无标记介电泳微流控芯片，其特征在于，所述标定微流道(5)的深度为20μm-200μm，宽10μm-200μm，所述分选微流道(6)与所述标定微流道(5)的深度一致，宽度为500μm～5mm。

3.根据权利要求1或2所述的无标记介电泳微流控芯片，其特征在于，还包括透明衬底(9)，所述平板电极(8)设于所述透明衬底上方，所述标定微流道(5)与分选微流道(6)设于所述平板电极(8)上方。

4.根据权利要求3所述的无标记介电泳微流控芯片，其特征在于，还包括直角三棱镜(7)，所述直角三棱镜的直角面设于所述透明衬底表面，且斜面表面涂有反射材料，直角棱与所述标定微流道(5)平行，且斜面针对所述标定微流道(5)，进而将标定微流道(5)内图像通过斜面反射后透过所述透明衬底(9)，实现标定微流道(5)内侧向图像的采集。

5.根据权利要求4所述的无标记介电泳微流控芯片，其特征在于，所述直角三棱镜(7)为等腰直角三棱镜。

6.根据权利要求1所述的无标记介电泳微流控芯片，其特征在于，所述平板电极(8)为叉指电极，厚度为0.05μm-1μm。

7.根据权利要求1所述的无标记介电泳微流控芯片，其特征在于，还包括透明密封层(10)，所述透明密封层(10)为玻璃或透明聚合物，厚度大于直角三棱镜的直角边长度，进而使得直角三棱镜封装于透明密封层(10)内。

8.一种权利要求1～7任意一项所述的细胞标定与分选的无标记介电泳微流控芯片的标定和分选方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的标定和分选方法，其特征在于，所述平板电极(8)上施加的电信号为三角形、方波或正弦波。

技术总结本发明属于细胞标定分选相关技术领域，其公开了一种细胞标定与分选的无标记介电泳微流控芯片及其标定和分选方法，包括：第一入口、第二入口，第一出口以及第二出口，其中，第一入口与第一出口之间通过标定微流道连接，第一入口和第二入口与分选微流道的进口连接，第一出口和第二出口与分选微流道的出口连接；平板电极，所述标定微流道与分选微流道设于所述平板电极上方，且所述平板电极与所述标定微流道之间的夹角为70～100°，所述平板电极与所述分选微流道之间的夹角为30～60°。本申请可以在保证细胞活性的前提下实现细胞的标定和精确分选。技术研发人员：廖广兰,王建鑫,刘智勇,何春华,潘希贤受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9