實(shi)驗(yan)名稱：高壓放大器(qi)在介電泳(yong)效(xiao)應的細胞(bao)分(fen)選(xuan)研究中的應用

　　研究方向：生(sheng)物醫學

　　測試目的：

　　細(xi)(xi)胞(bao)(bao)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)在分(fen)(fen)析化學和生物醫(yi)藥領(ling)域有(you)(you)著非常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)(de)應用。在眾多(duo)(duo)的(de)(de)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)方法(fa)中，微流控分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)方法(fa)以(yi)其響應速(su)度快、樣品(pin)需求(qiu)(qiu)少等(deng)優點成為研究(jiu)熱門。微流控細(xi)(xi)胞(bao)(bao)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)法(fa)可分(fen)(fen)為被動(dong)(dong)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)法(fa)和主(zhu)動(dong)(dong)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)法(fa)。被動(dong)(dong)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)法(fa)對(dui)待(dai)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)的(de)(de)性質無要(yao)求(qiu)(qiu)，且(qie)無需預(yu)標(biao)記(ji)，對(dui)芯(xin)片結構設計及加工(gong)要(yao)求(qiu)(qiu)較高，且(qie)容易出現過濾結構被堵塞等(deng)問題。主(zhu)動(dong)(dong)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)法(fa)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)效率高，但(dan)對(dui)待(dai)分(fen)(fen)選(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)(xuan)的(de)(de)細(xi)(xi)胞(bao)(bao)通(tong)常(chang)有(you)(you)特殊要(yao)求(qiu)(qiu)，且(qie)大多(duo)(duo)需要(yao)對(dui)樣品(pin)進行預(yu)標(biao)記(ji)等(deng)處(chu)理，嚴(yan)重(zhong)影響細(xi)(xi)胞(bao)(bao)活性。

　　結(jie)合被(bei)動(dong)分(fen)選(xuan)法(fa)(fa)和主(zhu)動(dong)分(fen)選(xuan)法(fa)(fa)的(de)優點，本(ben)文提(ti)出(chu)一種(zhong)基(ji)于微(wei)(wei)(wei)結(jie)構過(guo)濾(lv)法(fa)(fa)和介(jie)電(dian)(dian)電(dian)(dian)泳效應(ying)的(de)新(xin)型細胞(bao)分(fen)選(xuan)方法(fa)(fa)。該(gai)方法(fa)(fa)在一定程度上克服了單(dan)一分(fen)選(xuan)方法(fa)(fa)的(de)弊端(duan)，有望解決微(wei)(wei)(wei)結(jie)構過(guo)濾(lv)法(fa)(fa)普遍存(cun)在的(de)堵塞問(wen)題。具體實現方式是在微(wei)(wei)(wei)過(guo)濾(lv)結(jie)構區域(yu)集成微(wei)(wei)(wei)電(dian)(dian)極，通過(guo)調節過(guo)濾(lv)結(jie)構幾何參數和加載的(de)交(jiao)流信(xin)號(hao)參數，誘導(dao)形成可以驅(qu)動(dong)細胞(bao)往(wang)低場強區域(yu)運(yun)動(dong)的(de)負向介(jie)電(dian)(dian)電(dian)(dian)泳效應(ying)，進而避免待分(fen)選(xuan)細胞(bao)在過(guo)濾(lv)孔區域(yu)的(de)堵塞。

　　測(ce)試設備：ATA-2042高壓放(fang)大器、函數信號發生器(qi)、蠕動(dong)泵、筆(bi)記本電腦、科(ke)研級攝像(xiang)頭、倒置(zhi)熒光(guang)顯微(wei)鏡(jing)、單反相機等(deng)。

　　實(shi)驗過程：

　　①樣(yang)品溶液配制

　　使(shi)用非生物(wu)(wu)類(lei)樣(yang)品和生物(wu)(wu)類(lei)樣(yang)品來驗證(zheng)所(suo)設(she)計多級化分(fen)選(xuan)微流控裝置(zhi)。非生物(wu)(wu)類(lei)樣(yang)品選(xuan)用37μm、16.3μm和9.7μm三種尺度不同的微粒混合而成，使用PBS緩沖液調節其濃度到10⁴~10⁵/mL水平；為(wei)防止微(wei)粒(li)之間相互黏附以及微(wei)粒(li)和芯片之間的(de)(de)黏附，在緩(huan)沖液(ye)內加入0.1%v/v濃(nong)度的(de)(de)Tween20。實(shi)驗(yan)中使用的(de)(de)PBS緩(huan)沖液(ye)濃(nong)度為(wei)1mM，即10%濃(nong)度的(de)(de)PBS緩(huan)沖液(ye)，其電導率為(wei)0.17S/m，較低(di)的(de)(de)電導率可以在一定程度上減少實(shi)驗(yan)過程中所產生的(de)(de)焦耳熱效(xiao)應，降低(di)其對(dui)待分選的(de)(de)樣(yang)品活(huo)性的(de)(de)影響。

　　生物類樣品選擇(ze)了(le)雨生紅球藻和片球藻的(de)混合懸液。兩種藻類均(jun)培養于BG11培養基。取適量雨生紅球藻和片球藻混合在一起，細胞濃度調節至104~105/mL水平。需要注意的是，由于藻類密度較大，在初步的預實驗中發現其極易沉底，在進樣口處形成堆積，且在微流控芯片內部流動性較差，因此在每毫升混合藻細胞懸液中加入0.4g山梨醇。

　　②實驗平臺(tai)搭(da)建(jian)

圖：實(shi)驗(yan)平(ping)臺

　　在進行(xing)實(shi)驗之前，要按實(shi)驗需求搭(da)建(jian)實(shi)驗平臺。上圖所(suo)示(shi)(shi)所(suo)示(shi)(shi)為搭(da)建(jian)好(hao)的實(shi)驗平臺。芯片出口通過導管與(yu)(yu)蠕(ru)動泵相(xiang)連接。蠕(ru)動泵向外抽(chou)取液體，在芯片內(nei)形成負壓(ya)，以此(ci)驅動待分(fen)選微(wei)粒(li)或藻細(xi)胞的運(yun)動。信號發生器(qi)與(yu)(yu)電壓(ya)放大器(qi)相(xiang)連后通過導電膠(jiao)布與(yu)(yu)ITO電極連通，為芯片提供所需激勵信號。實驗過程的現象和數據采用單反相機與倒置顯微鏡相結合的觀測手段來獲取，實現整個實驗過程的實時觀察和記錄。

　　③芯(xin)片預處理(li)

　　在(zai)(zai)注入實驗(yan)樣(yang)本之前，需要對芯片進(jin)行預處理。在(zai)(zai)微(wei)(wei)粒分選實驗(yan)中，在(zai)(zai)芯片入口處加載不含微(wei)(wei)粒的10%PBS緩沖液；在藻細胞分選實驗中，在芯片入口處加載不含細胞的BG11培養液。在芯片毛細作用和親水性的共同作用下，緩沖液會快速充滿整個芯片通道。打開蠕動泵，設置抽取速度為1mL/min，并抽取5分鐘。該步驟的目的是完全消除芯片內的氣泡，防止氣泡影響微粒的運動軌跡以及避免實驗中氣泡可能造成的電極電解問題。

　　④滴(di)加樣品

　　使用(yong)移液器吸(xi)取50μL實驗樣本，加載于芯片入口處。在蠕動泵誘導的負壓作用下，上述樣品會在微流控芯片內向出口處流動。

　　⑤加載信號

　　開啟(qi)信號(hao)發(fa)生器(qi)和(he)電(dian)壓放大器(qi)，加載(zai)交(jiao)流信號(hao)于ITO電極上。調節信號頻率和幅值，優化分選效率。

　　⑥實(shi)驗記(ji)錄

　　打開單反相機，記錄實驗(yan)過程(cheng)。

　　實驗結果：

圖：37μm、16.3μm和9.7μm微粒的分選過程（A1-A4）第一級過濾級分選效果；（B1-B4）第二級過濾級分選效果

　　第一級過濾級分選情況(kuang)如上(shang)圖A1~A4所示，16.3μm微粒和9.7μm微粒不斷的通過微柱間距為25μm的第一級，而37μm的微粒在介電電泳力的作用下，一直在過濾孔附近運動，并沒有直接堵塞住過濾孔。當微粒運動到第一級過濾結構（過濾孔大小為25μm）附近時，直徑37μm、16.3μm、9.7μm的三種微粒會呈現出不同的受力及運動狀態：直徑37μm的微粒因大于過濾柱間的過濾孔尺度，必然不能通過該過濾級。該微粒在流向過濾孔的過程中，電場梯度不斷增大（兩微柱間過濾孔區域為最大電場強度梯度區域），所受負向介電電泳力nDEP也隨之增強，在曳力和nDEP作用下，微粒的運動速度會降低，并繼續保持向過濾孔區域運動。此時，微粒所受nDEP力進一步增強，直至能夠抵消細胞所受的曳力，達到受力平衡態。但微粒會繼續在慣性作用下向過濾孔區域運動，此時，在進一步增強的nDEP效應下，微粒會被反向推離過濾孔區域。上述過程會反復進行，微粒會在此處呈現出振蕩狀態，運動往復軌跡不斷減小，直至達到相對平衡狀態，從而在過濾孔區域形成聚集而不堵塞過濾孔的分布態勢，避免傳統微結構過濾分選易出現過濾孔被微粒堵塞的情形發生。

　　第二(er)級過濾級分選情況(kuang)如(ru)上(shang)圖B1~B4展示，部分9.7μm到達過濾孔附近能夠立馬穿過過濾孔，其余9.7μm微粒會先在過濾孔附近聚集，然后連成串一起過去。當16.3μm和9.7μm的微粒運動到第二級過濾級附近時，由于第二級過濾級的過濾柱的結構效應，其電場梯度較第一級更強，直徑16.3μm的微粒形成的nDEP及曳力聯合作用下，使其呈現出與直徑37μm微粒在第一級過濾級相似的運動狀態，在第二級過濾級的過濾孔區域呈現堆積而不堵塞過濾孔的分布。同時，因尺度效應受nDEP較小的9.7μm的微粒流通過兩微柱間的過濾孔進入后續結構。

　　在不加(jia)載正弦(xian)激勵信(xin)號情況下，芯(xin)片(pian)很(hen)快就會(hui)因為過濾孔被堵塞而不能工作。本文在通過集成(cheng)ITO微電極，借助負向介電電泳效應較好地解決了傳統微結構過濾法存在的堵塞問題，能夠在很大程度上改善芯片的分選通量。

　　安泰ATA-2042高壓放大器：

圖：ATA-2042高壓放大器指標參數

　　本文實驗素材由西(xi)安安泰電子整理(li)發布。西安安泰(tai)電子是專業從事功率放(fang)大(da)器、高壓(ya)放大器、功率信號源、前置微(wei)小信號放大器、高精度電壓源(yuan)、高精度電流源等電子測量儀器研(yan)發、生產和銷售的高科技企業。公司致力(li)于功(gong)(gong)率(lv)放大(da)器(qi)(qi)、功(gong)(gong)率(lv)信號(hao)源、計量校準(zhun)源等產品為(wei)核心的相關行(xing)業測試(shi)(shi)解(jie)決方(fang)案(an)的研究，為(wei)用戶提供(gong)具有(you)競爭力(li)的測試(shi)(shi)方(fang)案(an)，Aigtek已經(jing)成(cheng)為(wei)在業界擁有(you)廣泛產品線，且具有(you)相當規模的儀器(qi)(qi)設備供(gong)應商，樣機都(dou)支持(chi)免費(fei)試(shi)(shi)用。如(ru)想(xiang)了解(jie)更多功(gong)(gong)率(lv)放大(da)器(qi)(qi)等產品，請持(chi)續關注(zhu)安泰電子官網hkdyw.cn或撥(bo)打029-88865020。

　　本文實驗案例參(can)考自知網論文《基(ji)于微結構過濾和介(jie)電泳效應的細胞分(fen)選微流控芯片及分(fen)選方法(fa)研究》