DEP介電泳高通量非接觸式細(xì)胞力學(xué)特性自動化測量系統(tǒng)

DEP對實(shí)驗設(shè)備要求低，與其他技術(shù)即自動化技術(shù)相結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)高通量的細(xì)胞拉伸檢測。因此，基于DEP的方法符合未來細(xì)胞力學(xué)性能測量的方向

集成介電泳微流控裝置的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和細(xì)胞捕獲、拉伸、釋放原理圖

該DEP介電泳高通量細(xì)胞力學(xué)特性自動化測量系統(tǒng)集成多功能微流控裝置和自動控制方案。集成介電泳微流控裝置主要包括三個功能：利用流體動力學(xué)在單細(xì)胞水平上進(jìn)行陣列捕獲，避免細(xì)胞之間的相互作用，減少空間雜亂；利用DEP介電電泳對細(xì)胞進(jìn)行拉伸操作，有效測量細(xì)胞的力學(xué)性能；以及細(xì)胞釋放操作通過反向加壓洗去被拉伸的細(xì)胞，為細(xì)胞力學(xué)性能的多批次測量提供可靠支持。自動控制方案主要包括圖像處理模塊和硬件控制模塊。前者用于測量細(xì)胞的拉伸并實(shí)時存儲細(xì)胞形狀變量，后者邏輯巧妙地控制信號發(fā)生器和微流控泵，完成細(xì)胞的自動化測量。介電泳微流控裝置與自動控制方案相結(jié)合，以較低的人力需求獲得大量的力學(xué)特性數(shù)據(jù)。

基于介電泳法測量細(xì)胞力學(xué)性能數(shù)據(jù)量小和人力需求大的問題，不僅可靠性高，而且可以自動測量大量細(xì)胞，為廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

突出優(yōu)勢：

1、高通量非接觸式定量比較細(xì)胞在不同生理狀態(tài)下的變形能力:

2、優(yōu)于接觸式的AFM、微量移液器抽吸（微管吸吮）與彈性膜細(xì)胞機(jī)械特性測量：

AFM是一種通過在細(xì)胞上應(yīng)用微探針來直接表征細(xì)胞變形的工具，其缺點(diǎn)包括通量低、復(fù)雜性高和對設(shè)備要求高。彈性膜可用于通過接種細(xì)胞來評估細(xì)胞的機(jī)械性能，然后拉伸和收縮以觀察細(xì)胞變形。該方法對拉伸設(shè)備的精度要求高，對彈性膜的生物相容性要求高。微流體收縮是使細(xì)胞在狹長的通道中流動，通過比較變形長度和通過時間等參數(shù)來測量力學(xué)性能。

3、優(yōu)于非接觸式光鑷、磁性鑷子和流體力學(xué)拉伸細(xì)胞機(jī)械特性測量：

光鑷使用高度聚焦的激光束實(shí)現(xiàn)細(xì)胞固定和拉伸。然而，光學(xué)產(chǎn)生的力較弱，因此限制了可檢測的細(xì)胞類型。磁性鑷子利用磁珠吸附在細(xì)胞上，然后根據(jù)磁引力完成細(xì)胞的任意變形，從而檢測其力學(xué)性能。磁珠的位置偏差可能導(dǎo)致測量誤差大和測量精度低。流體力學(xué)拉伸是一種通過在剪切力和壓縮力的聯(lián)合作用下使微流體通道中的細(xì)胞變形來評估機(jī)械性能的方法. 流量測量可有效實(shí)現(xiàn)高通量測量；然而，存在一些問題，例如潛在的破壞性分析和可能的通道堵塞

DEP是一種有效的非接觸式細(xì)胞測量方法，它利用粒子在不均勻電場下由于化效應(yīng)而運(yùn)動的原理。

測試細(xì)胞變形，以確定健康細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的機(jī)械性能差異。通過 DEP 比較藥物處理的細(xì)胞與未處理細(xì)胞的楊氏模量，以評估藥物質(zhì)量。

采用叉指電陣列的設(shè)計研究循環(huán)拉伸釋放負(fù)載紅細(xì)胞的變形能力。根據(jù)癌細(xì)胞和非癌細(xì)胞對 DEP 反應(yīng)的不同特點(diǎn)進(jìn)行了病理學(xué)評估，

并與現(xiàn)有的生物學(xué)方法進(jìn)行比較。

4、高通量測量細(xì)胞變形：

• 可以自動批量測量數(shù)據(jù)，平均測量速率約為每分鐘10個細(xì)胞（一批）

• 可以在一次實(shí)驗中獲得超過 1000 個細(xì)胞的有效測量數(shù)據(jù)，而傳統(tǒng)的 DEP 方法只有不到 100 個，這是一個數(shù)量級的差異

• 通過采用人工智能的識別策略，所提出的方法比傳統(tǒng)的人工測量方法更準(zhǔn)確

• 自動化程度高，大大降低了人工要求，而傳統(tǒng)的DEP方法多使用圖像識別軟件對細(xì)胞進(jìn)行自動測量

• 通過設(shè)計不同尺寸的微流控通道，我們的方法可以達(dá)到與傳統(tǒng)方法相同范圍的適用細(xì)胞類型