而节省细胞悬浮液。
[0070]图3为说明本发明利用“最小流阻原理”进行单细胞捕获的机理。当流体有捕获区204和主流道203可选时，如果捕获区的体积流率Q1与主流道的体积流率Q 2的比值Q xlQ2大于I，则流体将优先通过捕获区，当细胞随细胞悬浮液流过收口时，细胞会被流体动力卡在收口处，从而实现捕获。一旦捕获区中有细胞被卡在收口处，该通道因被阻塞住其流阻会急剧变大，大大超过主流道的流阻，因此细胞悬浮液将选择从主流道通过，从而绕过这个已经捕获了细胞的收口，从流道出口流出被回收利用。
[0071]图4为本发明器件的下层细胞三维旋转器件，由四个竖直电极401?404，底部导电基底300和顶部电极100围成一个电极腔室405。底部导电基底需要镀上一层绝缘层500防止与竖直电极发生短路，同时也要保证四个竖直电极之间相互独立。竖直电极，绝缘层和底部导电基底贴合在一起。
[0072]图5为本发明中电极围成的电极腔室示意图，细胞600处在电极腔室中心位置，通过对竖直电极401?404和底部电极300施加电信号，根据介电泳理论，会在电极腔室内产生变化的电场，从而会产生作用在细胞上的介电泳力和扭矩，引起细胞的运动，完成对细胞的控制操作。同时上层细胞捕获器件的基底为导电材料，可以作为电极腔室的顶部电极100。
[0073]图6为本发明器件整体示意图，为了方便器件清洗重复利用，上层单细胞捕获器件同下层单细胞旋转器件推荐以可逆的方式进行贴合。
[0074]图7为本发明器件工作示意图。通过注射栗或重力等驱动方式将细胞悬浮液从流道入口栗入，单细胞由流道捕获区所捕获，其余的细胞由主流道从流道出口流出进行循环利用。各个电极引出后接入至信号发生装置。待细胞捕获后，利用流体的作用力将细胞移入至电极腔室，再通过信号发生装置施加电信号在电极上，对细胞进行旋转等操作。
[0075]图8为本发明器件中不同流速下流道对应的侧面流线分布图。流道横截面积为25 μ mX 25 μ m，在流速为0.01m/s，lm/s，lOm/s三种情况下对应的体积流率为:0.375 μ I/min, 37.5 μ l/min，0.375ml/min，流速越快，侧面的流线就越水平，当流速大于lm/s时，细胞便能够顺利通过腔体上方到达捕获区，而不至于落入电极腔室。单细胞顺利捕获住后，才能引起主流道和捕获区的流阻变化，保证只有一个细胞在捕获区，流道内多余细胞会从主流道流出。
[0076]图9为本发明器件中利用反向的流体力释放捕获的单细胞进入腔室时对应的侧面流线分布图。在0.01m/s流速下，单细胞会随着流体流动而掉入电极腔室内。通过控制流体的速度和流动时间能够保证细胞落入电极腔室内。
[0077]图10为本发明器件中利用介电泳力抬升细胞，避免细胞到达捕获区的收口前落入电极腔室。在顶部电极和四个竖直电极上施加相位相反的电信号Vltm= A*sin(cot+0)，V4Oi?404= A*sin (ω t+ JT)，在流道内能产生竖直向上的介电泳力，当细胞流经电极腔室上方时，介电泳力能够将细胞抬升起来，配合图7中流体的方法，能够促进细胞顺利到达捕获区。
[0078]图11为本发明器件中实现细胞绕z轴的旋转。选取竖直电极401?404作为工作电极，顶部电极100和底部电极300处于浮置状态。分别在四个电极上施加V4qi =A*sin (ω t+0)，V402= A*sin (ω t+ π /2), V 403= A*sin (ω t+ π )，V 404= A*sin (ω t+3 π /2) ο在电极腔室中电场具有顺时针旋转的变化，细胞在介电泳扭矩的作用下发生顺时针旋转。
[0079]图12为本发明器件中利用介电泳力实现细胞的绕向x/y轴旋转。选取底部电极300同两个相对的竖直电极401，403或者402，404作为工作电极，其余两个竖直电极和顶部电极处于悬空状态。分别在四个电极上施加V4maw2= A*sin(cot+0), V 300 =A*sin(o t+ π /2), V403/404= A*sin(co t+ π )，图10细节图表示电极腔室中心位置的电场具有顺时针旋转的变化，且电场幅值相对均匀，细胞在介电泳扭矩的作用下发生顺时针旋转。
[0080]图13为本发明器件中实现细胞竖直旋转的另一种电极配置。竖直方向上选取顶部电极100和底部导电基底300同两个相对的竖直电极401，403或者402，404作为工作电极，其余两个竖直电极处于浮置状态。分别在四个电极上施加Vltm= A*sin(ot+0), V 4。1/4。2=A*sin (ω t+ π /2), V300= A*sin (ω t+ π ), V 403/404= A*sin (ω t+3 π /2)，图 10 细节图表不电极腔室中心位置的电场具有顺时针旋转的变化，且电场幅值相对均匀，细胞在介电泳扭矩的作用下发生顺时针旋转。
[0081]图14为本发明器件中利用介电泳力实现细胞的x-y平面中心位置约束。在相邻的竖直电极上施加相位相反的信号，V4Q1 = V 403= A*sin (ω t+0) ,V 402= V4。4= A*sin (ω t+ π )，在电极腔室的中心位置的电势会形成一个极小值，细胞在介电泳的作用下会被束缚在中心位置。
[0082]图15为本发明器件中利用介电泳力实现细胞的中心位置约束时对应的三维电势图。在电极腔室的中心位置电场强度为最低，则在中心位置会有个介电泳力的平衡点，所受合力为零，一旦细胞偏移了中心位置，即偏移了介电泳力场的平衡点，会受到一个合力不为零，而指向平衡点的力，这个力会将细胞推回到电极腔室中心直到细胞所受合力为零，平衡为止。
[0083]图16为本发明器件中利用介电泳力实现细胞的悬浮。细胞在悬浮液中会受到重力的影响而发生下沉，一旦细胞下沉与底部电极接触后，由于细胞与电极之间的粘附作用，细胞将很难再悬浮起来。本发明在底部电极300和四个竖直电极上分别施加相位相反的信号，V3OO= A*sin(cot+0)，V 401?404= A*sin(cot+Ji)。会在电极腔室内产生竖直向上的介电泳力，当介电泳力和浮力之和等于细胞重力时，细胞受力达到平衡则处于悬浮状态。在细胞做旋转运动的同时施加悬浮信号，能够让细胞更为持久稳定的旋转。
[0084]图17为本发明器件的工作流程框图，分为细胞进给，细胞捕获细胞释放，细胞位置约束、悬浮和旋转，细胞回收。
[0085]图18为本发明器件的工作流程示意图。
[0086]其次，结合以上附图对本发明实施例的微流控器件10进行详细介绍:
[0087]图2所示为单细胞捕获器件示意图。本发明实施例的器件可以有很多结构不同的流道，可以用于捕获不同类型和尺寸的细胞。不失一般性，以下叙述中认为流道结构相同。流道设计成有一个入口和出口，流道的形状为口字形，口字形右下角设计设计有一个比流道大部分尺寸更窄的收口，这个收口及其附近区域称作细胞捕获区204，用于捕获住流经的细胞悬浮液中的细胞，流道尺寸不变的其它区域称作主流道203，能够让细胞悬浮液无障碍通过。
[0088]根据流阻原理，要让细胞捕获区204能够被动地捕获住细胞，则必须把细胞捕获区204的流阻设计得低于主流道203的流阻，而流阻高低可以用另一个更加方便的参数来描述，就是体积流率，定义为单位时间内流过流道的液体的体积。如图3所示，当流体有主流道203和捕获区204可选时，如果捕获区的体积流率Q1与主流道的体积流率Q2的比值Q xlQ2大于I，则流体将优先通过捕获区204，则细胞随细胞悬浮液流过收口时，细胞会被流体动力卡在收口处，从而实现捕获。重要的是，一旦捕获区204中有细胞被卡在收口处，该通道因被阻塞住其流阻会急剧变大，大大超过主流道203的流阻，因此细胞悬浮液将选择从主流道203通过，从而绕过这个已经捕获了细胞的收口，多余的细胞悬浮液将从主流道203的出口处流出，被收集起来以作它用。胃2和H数值的选择由匹配细胞大小的原则来定，其余的四个变量L1, L2, L#P W:则需要选择合适的值使得Q /Q2大于I。假设待捕获的细胞大小为15-20微米，W2= H = 25稍微大于细胞直径以防止细胞悬浮液阻塞，选择一组值为=L1 =90 μ m, L2= 6 μ m, L 3 = 90 μ m, W ! = 10 μ m。
[0089]因此，要让单细胞捕获器件能够成功运行，必须保证Q1Ai2的值至少大于1，涉及到如何设计及优化该芯片中流道的几何形状和尺寸。图3中标出了 6个关键的参数，其中主流道的宽度和深度取决于所要捕获的细胞尺寸，在设计中可以作为一个常数来处理，其余的参数则可以以Q1Al2S目标函数进行优化。具体的优化方法在专利申请CN 104388301 A中已经具体介绍过，在此不再赘述。
[0090]单细胞捕获是整个实验的前提，上下两部分器件贴合在一起后，上层流道的捕获区204与下层电极腔室405相联通，当细胞经流道流经电极腔室405上方时，可能会落入电极腔室内，如果单细胞落入电极腔室而没有到达捕获区的收口，后续的细胞会继续进入电极腔室，造成拥堵，影响实验的进行。为了避免细胞直接落入电极腔室，需要对细胞悬浮液的速率进行控制。图8为不同流速下流道侧面的流线分布图。选取了 0.01m/s，lm/s，10m/s三个速率进行分析，流道截面为25umX 25um，对应的体积流率为0.375 μ 1/min，37.5 μ I/min，0.375ml/min。当流速越大，在流道内的流线就越水平，相应地，细胞就会随着流体越容易到达捕获区的收口处。具体的流速需要根据不同结构尺寸进行分析，不局限于以上的速率分析实例。为了更好的实现单细胞捕获，可以同时借助介电泳力的作用来抬升细胞，具体方法会在后面进行阐述。