基于光诱导介电泳机械力的免标记细胞电特性获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光、机、电禪合机器人技术在生命科学中的应用，具体地说是一种基于 光诱导介电泳机械力的无损、免标记细胞电特性获取方法。
【背景技术】
[0002] 细胞膜电容与细胞自身电生理特性密切相关，细胞膜电容的变化反映细胞膜厚 度、细胞膜组成成分W及细胞自身尺寸发生的变化，而细胞膜厚度及成分与细胞种类、状 态、形态密切相关，因此检测细胞膜电容不仅可W区分不同种类的细胞，也可W区分不同状 态的细胞，如癌变与正常细胞、不同种类的细胞、穿孔的细胞与正常细胞、分化与未分化的 干细胞、处于不同生长周期的细胞等。然而目前对于细胞膜电容特性的检测均缺乏有效的 手段，且无法实现单个细胞膜电容的获取。为实现细胞信息的实时获取，就需要发展可实现 细胞电生理特征的实时、个性化无损获取的新方法。目前，具有免标记且高吞吐量特性的细 胞电特性实时获取方法，尚未报道。
【发明内容】
[0003] 为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于光诱导介电泳机械力的无损免标 记癌细胞电特性获取方法，为癌细胞的早期个性化诊疗提供技术手段。
[0004] 本发明采用的技术方案是；基于光诱导介电泳机械力的免标记细胞电特性获取方 法，包括W下步骤：
[0005] 将入射光投影到光电子綴芯片下表面；信号发生器发出交流电压至光电子綴芯片 的导电层；
[0006] 细胞开始远离入射光运动；增加外加交流电压的频率，当某细胞静止时，此时的 频率为该细胞的交越频率；继续增加交流电压的频率，该细胞朝入射光处运动；当所有细 胞均进入入射光范围内，关闭入射光及外加交流电压；得到各细胞的交越频率和直径的关 系；
[0007] 根据细胞膜电容与细胞直径的关系，得到各细胞膜电容。
[0008] 所述入射光为光斑型图案。
[0009] 所述交流电压的频率为20曲Z~55曲Z。
[0010] 所述根据细胞膜电容与细胞直径的关系，得到各细胞膜电容通过下式得到：
[0011]
[0012] 其中，fuMwver为细胞的交越频率，R为细胞半径，Cm为细胞膜电容，σ m为溶液电导 率。
[0013] 本发明的优点与积极效果为：
[0014] 1.本发明无需制备特异性结构的金属微电极；可实时获取单个或多个细胞的电 特性参数。
[0015] 2.本发明可实现数字化、机器人化的癌细胞电参数获取。
[0016] 3.本发明无需利用抗体对细胞进行标识。
[0017] 4.本发明具有自动化、批量化及吞吐量高的优点。
[0018] 5.本发明依据细胞自身电生理特性与其在光诱导电场中极化的偶联关系，可实现 利用光诱导介电泳机械力实时获取细胞的膜电容特性。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的细胞电特性获取系统结构示意图。
[0020] 图2为淋己瘤B细胞交越频率获取实验过程图；
[002。 其中，（a)为当外加频率为从20曲Z到55曲Z时的细胞运动图；化）为当频率升高 至57曲Z时的细胞运动图；（C)为升高频率至60曲Z时的细胞运动图；（d)为当频率为64曲Z 时的细胞运动图；（e)为当频率升高至75曲Z时的细胞运动图；（f)为关闭入射光及外加交 流电压时，细胞的最终位置。
[0022] 图3为淋己瘤B细胞交越频率分布图。
[0023] 图4为淋己瘤B细胞膜电容分布图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0025] 本发明是将光机电自动化技术融入生命科学，利用计算机产生并控制的数字化可 编程入射光，经投影仪投射于光电子綴芯片从而激发诱导产生空间虚拟非均匀电场；该非 均匀电场与悬浮于芯片中的细胞相互作用而产生光诱导介电泳机械力；由于不同频率的外 加交流电压会引起细胞平移行为特征的不同，同时不同种类的细胞在电场作用下其极化机 制也不同，因此，借助于外加交流电压频率的变化，利用光诱导介电泳机械力，可实现细胞 电特性参数的无损、免标记、个性化获取。
[0026] 在不同频率的外加交流电压下，光诱导介电泳机械力作用于癌细胞时，癌细胞产 生不同的平移行为，即被入射光吸引或排斥。本发明W淋己瘤B细胞为例，具体如下：
[0027] 处于光诱导非均匀电场中的细胞，由于被非均匀电场极化而产生可控性运动的行 为称为介电泳机械力，光电子綴芯片中的细胞受到的介电泳力称为光诱导介电泳机械力， 对于细胞，其表达式为：
[0028]
Π)
[002引其中K ( ω )表达式为：
[0030]
傑
[0031] 上式中，R为细胞半径，为电场强度有效值，为复介电常数，表达式为ε* = ε - j σ/ω，ε、σ分别为介电常数和电导率，下角标p、m分别代表细胞和液体。Re[K(w)] 为Clausius-Mossotti (CM)极化因子的实部，其取值范围为-0. 5~1。当CM极化因子大 于零时，细胞受正介电泳机械力作用，向入射光处运动；当CM极化因子小于零时，被操纵细 胞远离入射光处；而当CM极化因子等于零时，细胞受零介电泳力作用，应呈现出静止行为， 此时的频率定义为交越频率。因此，当施加不同频率的外加交流电压时，细胞将呈现出被吸 引、静止、排斥Η种连续变化的行为特征；通过计算机实时检测细胞行为特征发生变化的 频率，即可获得细胞的交越频率。
[0032] 淋己瘤Β细胞一般被看作球形单层核壳结构，其复介电常数表达式为：
[0033]
掛
[0034] 其中Cm为细胞膜电容，τ。= ε。/σ。，τ m = CmR/σ。，下角标C代表细胞质。ω为 交流电压角频率，其表达式为ω = 2 π f，其中f为交流电压频率。
[0035] 联合公式（2)与（3)，可得淋己瘤B细胞的交越频率表达式为：
[眶]
辨
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