介電泳分析細(xì)胞

微電極結(jié)構(gòu)開發(fā)的進(jìn)展已導(dǎo)致使用非均勻交流電場對細(xì)胞，微生物和其他生物顆粒進(jìn)行介電電泳表征和分選的新技術(shù)。 這些方法利用了細(xì)胞的介電極化率的差異來實現(xiàn)其有效性，控制這些性質(zhì)的因素包括膜和任何細(xì)胞壁的電導(dǎo)率和介電常數(shù)，與表面電荷相關(guān)的雙電層，細(xì)胞形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 介電泳的應(yīng)用包括細(xì)菌，活細(xì)胞和不活細(xì)胞，癌細(xì)胞和正常細(xì)胞以及紅細(xì)胞和白細(xì)胞的混合物的選擇性空間操縱和分離。

1. 系統(tǒng)介紹

該3DEP系統(tǒng)是突破性新技術(shù)
介電泳技術(shù)雖已發(fā)展數(shù)十年，但由于傳統(tǒng)介電泳普遍為2D，需在單一樣本內(nèi)改變頻率做數(shù)小時以上的觀測，且由于能放置細(xì)胞數(shù)量少，導(dǎo)致實驗變異性大，跨入門坎高。
3DEP整合了微電極微孔槽芯片、光學(xué)感應(yīng)偵測系統(tǒng)、自動信號擷取系統(tǒng)及自動化分析軟件等，將介電泳此一技術(shù)商品化進(jìn)入市場；不但操作門檻降低，更有高度的穩(wěn)定性與再現(xiàn)性，讓介電泳細(xì)胞分析從理論變成真實可靠的應(yīng)用。


該3DEP系統(tǒng)專利芯片設(shè)計
拋棄式的芯片設(shè)計讓實驗之間不會有交叉污染的機會；樣本的分析小到病毒微粒，大到心肌細(xì)胞都適用，整個實驗樣本不需標(biāo)定也不會傷害樣本。
實驗時20個孔洞同時給與不同頻率進(jìn)行偵測，只需數(shù)秒就可得到實驗結(jié)果，跳脫了過往費時費工的限制；3D孔洞的設(shè)計可放入大量的樣本，以明暗度的變化來量化DEP-Force，使實驗的穩(wěn)定性與再現(xiàn)性達(dá)到可商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)。


該3DEP系統(tǒng)自動化分析軟件
20個孔洞中的明暗度變化直接換算為DEP-Force，中間省略繁瑣的物理公式。由環(huán)境導(dǎo)電度與電場強度、大小等參數(shù)的固定之下，軟件會自動進(jìn)一步計算出細(xì)胞膜導(dǎo)電度（membrane conductance）、細(xì)胞膜電容度（membrane capacitance）、細(xì)胞質(zhì)導(dǎo)電度（cytoplasm conductivity）和細(xì)胞質(zhì)介電度（cytoplasm permittivity），讓細(xì)胞在介電泳下的分析獲得更多的信息。

該3DEP系統(tǒng)是一種細(xì)胞分析系統(tǒng)，可同時分析數(shù)千個細(xì)胞，并產(chǎn)生可確定其電特性的輸出。 它包括一個可放入細(xì)胞以進(jìn)行分析的一次性芯片，以及一個裝有已裝載的芯片的讀取器。 然后，這種革命性的裝置使用了一種稱為介電電泳（簡稱DEP）的現(xiàn)象，可在10秒內(nèi)分析多達(dá)20,000個細(xì)胞。3DEP是市場上款能夠測量細(xì)胞群體電特性的儀器。

該系統(tǒng)是個的、功能更強大的、更簡單的技術(shù)細(xì)胞介電電泳分析系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于干細(xì)胞的分化、癌細(xì)胞及細(xì)菌抗性的檢測、癌細(xì)胞凋亡的快速檢測、病毒顆粒的特性檢測、水質(zhì)的檢測、酵母細(xì)胞的存活狀態(tài)快速檢測，穿膜藥物對血細(xì)胞的影響等。

2. 基本原理

細(xì)胞在高頻不均勻電場作用下產(chǎn)生極化，不同的細(xì)胞由于介電特性、電導(dǎo)率、形狀不同而感應(yīng)出不同的偶電極，因此受到不同介電力的作用.

（如圖1.所示）。

圖1.電場變化對微粒產(chǎn)生不同的作用力

PositiveDEP-正介電泳力，Negative DEP-負(fù)介電泳力

3.  系統(tǒng)亮點概述

通過測量細(xì)胞運動速度，可得到細(xì)胞的介電特性；可對細(xì)胞進(jìn)行無物理接觸的選擇性操縱、定位、分離。

3.1對細(xì)胞進(jìn)行無物理接觸操縱、定位、分離。

     對細(xì)胞無損傷，保證細(xì)胞后續(xù)實驗安全

  3.2無需試劑或其他添加劑

     既節(jié)約日后的使用成本，又能保證細(xì)胞不收試劑的干擾，保證實驗細(xì)胞的原生態(tài)。

3.3功能強大、操作簡單，快速

 3DEPtech是目前的介電電泳分析系統(tǒng)，功能強大，應(yīng)用涉及新藥研發(fā)、樣品準(zhǔn)備、診斷、體外細(xì)胞毒性檢測等方面，操作簡單，只需簡單的三個步驟。傳統(tǒng)的介電電泳使用的是微組裝設(shè)備，只能一次分析一個樣品，耗時2-3 h，而3DEPtech 使用的是配套的DEP-well多孔板，一次能同時分析20個樣品，只需要10 s。另外相比于傳統(tǒng)的細(xì)胞介電電泳分析系統(tǒng)，3DEPtech增加了電極的面積，增加了檢測的準(zhǔn)確性。

圖3.DEP-Well使用

3.4完全無需化學(xué)標(biāo)記，測后樣品無損傷，保證繼續(xù)后續(xù)操作

   傳統(tǒng)的分子標(biāo)記方法是檢測細(xì)胞的化學(xué)變化，而DEP對細(xì)胞的生理變化比較敏感，如細(xì)胞胞質(zhì)的離子成分和組成，膜電位，膜電導(dǎo)，細(xì)胞形態(tài)、大小、形狀等，這些變化做標(biāo)記比熒光標(biāo)簽更有優(yōu)勢，能更快更早更準(zhǔn)確的檢測出細(xì)胞的變化，費用更低；DEP檢測細(xì)胞的生理變化，操作對細(xì)胞樣品完全無損傷，操作后可以收回繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)試驗，減少了重復(fù)制備樣品的繁雜步驟。

3.5 DEP-well采用的光譜技術(shù)。

    3DEP是一種新的光密度檢測系統(tǒng)，DEP-well技術(shù)核心是DEP光譜技術(shù)，光譜信號可以提供很多細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)的信息，可以檢測細(xì)胞在電場中的變化，是細(xì)菌或細(xì)胞極化的指標(biāo)，根據(jù)細(xì)胞或細(xì)菌的性狀不同，光譜范圍可以調(diào)整，增大了實用性，可以檢測不同的生物顆粒，簡化了操作步驟及減少了費用，可以直接檢測樣品的生理變化，減少了假陽性或假陰性的產(chǎn)生。

圖4.DEP光譜

A typical DEP spectrum. Analysis allowsdetermination of the membrane resistance (blue) and capacitance (red), andcytoplasm conductivity (lime).

3.6一次性DEP-well 多孔設(shè)計，無交叉污染風(fēng)險

設(shè)備使用的DEP-well是與設(shè)備配套的多孔板，使用新方法設(shè)計，價格便宜，一次性使用，不用擔(dān)心交叉污染的問題，可以一次測取不同的樣品，每個樣品設(shè)置多個平行對照；應(yīng)用范圍比較廣泛涉及到生物、醫(yī)學(xué)、農(nóng)畜業(yè)、制藥等領(lǐng)域，應(yīng)用細(xì)胞凋亡、干細(xì)胞分化、腫瘤細(xì)胞的檢測。

3.7高通量連續(xù)快速分離不同細(xì)胞，進(jìn)行細(xì)胞分選。

不同的細(xì)胞性狀不同，在電場中被極化產(chǎn)生的介電力的方向和大小也不同，根據(jù)介電電泳原理，利用3DEPtech就可以快速分離不同的細(xì)胞，達(dá)到對細(xì)胞進(jìn)行分選的目的；此設(shè)備分離細(xì)胞的效率達(dá)到mL/min，可以根據(jù)使用者的需求調(diào)整。

圖5.微粒的分離

4. 應(yīng)用領(lǐng)域

5. 主要參數(shù)

主要檢測指標(biāo)：細(xì)胞形態(tài)，細(xì)胞膜變化、細(xì)胞質(zhì)導(dǎo)電率，細(xì)胞膜表面電導(dǎo)率及電容

芯片：1.0mm一次性芯片（20片裝），每片20孔，每孔可容納1000個細(xì)胞
芯片體積：<150μL

頻率范圍：0.5kHz到45Mhz
幅度：0 – 20 V peak to peak

電    壓：交流電壓

檢測時間：10s

檢測方式：一次多孔檢測，采用光譜技術(shù)，DEP Reader讀取

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