一種基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及單細(xì)胞動力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 單細(xì)胞控制是分析化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)之間滲透發(fā)展形成的跨學(xué)科前沿領(lǐng)域。
[0003] 現(xiàn)有的單細(xì)胞控制技術(shù)主要包括膜片鉗結(jié)合原子力顯微鏡技術(shù)，德國蒂賓根大學(xué) 的Langer于1997年率先對膜片鉗技術(shù)和原子力顯微鏡（AFM)首先進(jìn)行了嘗試。紐約大學(xué) 的Zhang在2001年利用膜片鉗/原子力顯微鏡系統(tǒng)對細(xì)胞所特有的膜運(yùn)動、膜電位和離子 電流測量功能進(jìn)行了研究。德國慕尼黑大學(xué)的Pamir等人在2008年將原子力顯微鏡與平 面膜片鉗技術(shù)相結(jié)合，在淋巴細(xì)胞上研究了外界機(jī)械刺激和膜電位和離子通道電流間的調(diào) 控關(guān)系。
[0004] 如何對單細(xì)胞精準(zhǔn)的定量的納米級的機(jī)械刺激并同時(shí)自動檢測細(xì)胞的生理信息， 一直以來受到國內(nèi)外科研人員的廣泛關(guān)注。多數(shù)研究停留在簡單試驗(yàn)階段。
[0005] 在平面膜片鉗與原子力顯微鏡相結(jié)合的技術(shù)中，原子力顯微鏡只可以提供一個(gè)外 界刺激，沒有更多的用途，這使得提供外界機(jī)械刺激的方式比較單一。并且其操作非常繁 瑣，成本高，耗時(shí)長。
[0006] 因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的 單細(xì)胞控制方法，旨在解決現(xiàn)有的單細(xì)胞控制方法操作非常繁瑣，成本高，耗時(shí)長以及沒有 視覺反饋的問題。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] -種基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控制方法，其中，包括步驟：
[0010] A、制作光誘導(dǎo)介電泳芯片，所述光誘導(dǎo)介電泳芯片有三層結(jié)構(gòu)組成：有三層結(jié)構(gòu) 組成：下層為涂有氫化非晶硅涂層的ITO玻璃，上層是不含涂層的ITO玻璃，在上下兩層 ITO玻璃之間封裝有一個(gè)微流體通道，用于注射所需操作的溶液；
[0011] B、向上下兩層ITO玻璃的電極輸入可變頻率的交流信號，同時(shí)利用入射光照射所 述光誘導(dǎo)介電泳芯片，從而在被照射的區(qū)域產(chǎn)生非均勻電場；
[0012] C、在顯微鏡圖像系統(tǒng)的實(shí)時(shí)觀測下，通過改變交流信號的頻率及大小，以實(shí)現(xiàn)細(xì) 胞控制。
[0013] 所述的基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控制方法，其中，所述步驟A中，制作光誘 導(dǎo)介電泳芯片的步驟具體包括：
[0014] AU清理ITO玻璃基質(zhì)；
[0015] A2、在ITO玻璃基質(zhì)上沉積氫化非晶硅涂層；
[0016] A3、在氫化非晶硅涂層上涂光刻膠；
[0017] A4、在光刻膠上進(jìn)行板??；
[0018] A5、接觸腐蝕至ITO玻璃基質(zhì)；
[0019] A6、去除光刻膠；
[0020] A7、在ITO玻璃基質(zhì)上未覆蓋氫化非晶硅涂層的區(qū)域涂導(dǎo)電粘合劑。
[0021] 所述的基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控制方法，其中，所述細(xì)胞在非均勻電場 中的所受到的平均介電泳力用如下公式描述：
[0022]
[0023] 其中Fdep是作用到細(xì)胞上的平均介電泳力，R是細(xì)胞的半徑，ε $細(xì)胞所在溶液 的介電常數(shù)，Ems為所施加交流信號的均方根值，f eM為Clausius-Mossotti因子，在計(jì)算平 均介電泳力時(shí)取該因子的實(shí)部Re [fCM]。
[0024] 所沭的基于光誘導(dǎo)介電泳枋術(shù)的單細(xì)胞控制方法，其中，fCM因子定義如下：
[0025]
[0026] ￡療和en*分別是細(xì)胞和溶液的復(fù)介電常數(shù)。
[0027] 所述的基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控制方法，其中，所述復(fù)介電常數(shù)表示為：
[0028]
[0029] 其中，ε是溶液的介電常數(shù)，σ是導(dǎo)電率，ω是所施加交流信號的頻率。
[0030] 所述的基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控制方法，其中，細(xì)胞旋轉(zhuǎn)速度為：
[0031]
[0032] 其中E是電場強(qiáng)度，η是溶液的黏稠度，頂[fCM]是Clausius-Mossotti因子的虛 部，K為系數(shù)。
[0033] 有益效果：本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，成本低，本發(fā)明采用的光誘導(dǎo)介電泳平臺 成本低。第二，操作簡單，整個(gè)控制過程基本是自動化的，只需把培養(yǎng)好的細(xì)胞放入容器中， 其他過程全部由軟件完成。第三，效率高，由于控制過程的自動化，本發(fā)明可在很短的時(shí)間 內(nèi)完成大量細(xì)胞的操作。第四，高精度實(shí)時(shí)化操作，通過視覺的反饋實(shí)時(shí)操作細(xì)胞，提高了 操作的精度。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明一種基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控制方法較佳實(shí)施例的流程 圖。
[0035] 圖2為本發(fā)明中的光誘導(dǎo)介電泳平臺的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 本發(fā)明提供一種基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控制方法，為使本發(fā)明的目的、 技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的 具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0037] 請參閱圖1，圖1為本發(fā)明一種基于光誘導(dǎo)介電泳技術(shù)的單細(xì)胞控制方法較佳實(shí) 施例的流程圖，如圖所示，其包括步驟：
[0038] S100、制作光誘導(dǎo)介電泳芯片（0DEP芯片），所述光誘導(dǎo)介電泳芯片有三層結(jié)構(gòu)組 成：下層為涂有氫化非晶硅涂層的ITO玻璃，上層是不含涂層（即不含氫化非晶硅涂層）的 ITO玻璃，在上下兩層ITO玻璃之間封裝有一個(gè)微流體通道，用于注射所需操作的溶液；
[0039] S200、向上下兩層ITO玻璃的電極輸入可變頻率的交流信號，同時(shí)利用入射光照 射所述光誘導(dǎo)介電泳芯片，從而在被照射的區(qū)域產(chǎn)生非均勻電場；可先向微流體通道注入 細(xì)胞和介質(zhì)（介質(zhì)即所需操作的溶液，即細(xì)胞所在溶液）。然后輸入交流信號。
[0040] S300、在顯微鏡圖像系統(tǒng)的實(shí)時(shí)觀測下，通過改變交流信號的頻率及大小，以實(shí)現(xiàn) 細(xì)胞控制。
[0041] 進(jìn)一步，所述的步驟SlOO中，制作光誘導(dǎo)介電泳芯片的步驟具體包括：
[0042] S101、清理ITO玻璃基質(zhì)；
[0043] 清理ITO玻璃基質(zhì)的表面，保證接觸面的潔凈度。
[0044] S102、在ITO玻璃基質(zhì)上沉積氫化非晶硅涂層（a-Si :H);
[0045] 在ITO玻璃基質(zhì)表面沉積一層氫化非晶硅，厚度為1微米。
[0046] S103、在氫化非晶硅涂層上涂光刻膠；
[0047] S104、在光刻膠上進(jìn)行板印；
[0048] 板印是按照指定圖形制作遮蓋物，將遮蓋物放在光刻膠表面，用紫外線照射遮蓋 物，沒有被遮蓋的光刻膠在紫外線作用下溶解，最終得到與遮蓋物形狀相同的光刻膠層。
[0049] S105、接觸腐蝕至ITO玻璃基質(zhì)；具體是用草酸腐蝕制作的光誘導(dǎo)介電泳芯片表 層，以去除沒有覆蓋光刻膠的氫化非晶硅涂層。
[0050] S106、去除光刻膠；即將光刻膠從氫化非晶硅涂層表面去除。
[0051] S107、在ITO玻璃基質(zhì)上未覆蓋氫化非晶硅涂層的區(qū)域涂導(dǎo)電粘合劑。即在ITO 玻璃的表面沒有覆蓋氫化非晶硅涂層的位置添加一個(gè)導(dǎo)電觸點(diǎn)。
[0052] 而上層的ITO玻璃清理干凈之后，涂導(dǎo)電粘合劑即可。
[0053] 在上下兩層ITO玻璃之間封裝有一個(gè)微流體通道，具體是通過PDMS或是雙面膠封 裝出一個(gè)微流體通道。
[0054] 在步驟S200中，如圖2所示，首先搭建光誘導(dǎo)介電泳平臺。除了步驟SlOO制作的 ODEP芯片20,平臺還需要一臺光學(xué)顯微鏡10、一臺光學(xué)投影儀（高分辨率）、一個(gè)可編程信 號發(fā)生電路和主機(jī)系統(tǒng)，構(gòu)成顯微鏡圖像系統(tǒng)。所述主機(jī)系統(tǒng)包括：圖像采集模塊、顯微視 覺算法處理模塊、生物芯片驅(qū)動控制器、虛擬電極生成模塊以及顯示輸出模塊。所述圖像采 集模塊用來采集光學(xué)顯微鏡10的圖像，并交由顯微視覺算法處理模塊來進(jìn)行處理并通過 顯示輸出模塊來顯示，所述顯微視覺算法處理模塊還向生物芯片驅(qū)動控制器及虛擬電極生 成模塊發(fā)出信號用來控制二者工作。所述生物芯片驅(qū)動控制器連接所述可編