037] 本发明的光电子綴实验系统如图1所示。由计算机产生的可编程图案，经投影仪 传输，并通过物镜（50X)聚焦后，照射光电子綴芯片的下表面（光电子綴芯片结构可参见 专利《基于聚3-己基喔吩和C60衍生物的光敏混合聚合物光电导薄膜操控芯片及制备方 法》，申请号为201010562995. 2,申请公布号为CN102478581A);由函数信号发生器产生的 交流电压，通过导线连接，分别作用于光电子綴芯片上、下表面的导电电极；细胞的运动状 态，通过装有CCD的光学显微镜进行实时的观测和记录。
[0038] 当可编程的数字化入射光通过投影仪照射于光电子綴芯片时，入射光激发半导体 光敏材料产生电子空穴对，使得入射光明亮处的电阻显著减小，从而在溶液层中产生空间 非均匀电场；空间非均匀电场与悬浮于溶液层中的癌细胞相互作用，产生的光诱导介电泳 机械力作用于癌细胞；由于癌细胞自身几何尺寸、电生理特性与其在光诱导电场中的极化 特性存在偶联关系，因此可通过控制不同频率的外加交流电压，获得癌细胞的交越频率，从 而获得癌细胞的膜电容。
[0039] 采用光斑型图案作为入射光类型；调整外加交流电压的频率，初始时，细胞呈现出 被排斥而远离入射光的行为运动特征；不断增加外加交流电压的频率，细胞逐渐呈现出静 止行为；细胞完全静止的频率，即为细胞的交越频率；进一步增加外加交流电压的频率， 细胞呈现出被吸引而朝入射光明亮处运动的行为特征。
[0040] 如图2所示，为求取四种不同尺寸的淋己瘤B细胞在光电子綴芯片中的交越频率 实验过程，其中外加交流电压为5Vpp，淋己瘤B细胞悬浮液电导率为1. 5X10 2s/m，入射光斑 直径为60 μ m。其具体过程为：如图2 (a)所示，当外加频率为从20曲Z到55曲Z时，四种尺 寸的淋己瘤B细胞均被排斥而远离入射光处，一般地，当频率低于20曲Z时，淋己瘤B细胞 易裂解；当频率升高至57曲Z时，15 μ m直径的淋己瘤B细胞I被吸引移动至入射光处（如 图2化)），此频率即为交越频率，在此频率下，其他Η种尺寸的淋己瘤B细胞均位于远离入 射光处；进一步升高频率至60曲Ζ时，14 μ m直径的淋己瘤Β细胞II被吸引至入射光处，而 淋己瘤B细胞I则完全被吸引至入射光内部，而其他两种尺寸的淋己瘤B细胞均在入射光 明亮区域之外，淋己瘤B细胞II的交越频率为60曲Z，（如图2(c));当频率为64曲Z时， 13 μ m直径的淋己瘤B细胞III被吸引至入射光处，（如图2 (d))，而淋己瘤B细胞I与淋己 瘤B细胞II均位于入射光内部，淋己瘤B细胞IV仍在入射光明亮区域之外，此63曲z即为 淋己瘤B细胞III的交越频率；当频率升高至75曲Z时，10 μ m直径的淋己瘤B细胞IV被 吸引至入射光处，此频率即为淋己瘤B细胞IV的交越频率，如图2(e)所示；关闭入射光及 外加交流电压，细胞最终位置如图2(f)所示，表明：当四种不同尺寸的淋己瘤B细胞被吸引 至入射光明亮处后，仍均受正介电泳力作用。
[0041] 如图3所示，为利用阵列型入射光斑投影光测试得出的淋己瘤B的交越频率与其 直径间关系。表明：当淋己瘤B细胞直径增加时，其交越频率相应减小。
[0042] 如图4所示，为经过计算获得的淋己瘤B细胞膜电容与直径间关系。利用图3中 的淋己瘤B细胞交越频率与淋己瘤B细胞尺寸之间的实验结果，并联合公式（4)，可计算得 出淋己瘤B细胞的膜电容与淋己瘤B细胞直径之间关系，计算结果如图4所示，淋己瘤B细 胞膜电容为从7. 90E-3 + 0. 27E-3F/m2到9. 40E-3 + 0. 34E-3F/m2。拟合结果表明；淋己瘤B 细胞膜电容与淋己瘤B细胞直径满足反比例分布的关系。送是由于淋己瘤B细胞处于不 同的细胞周期，引起细胞内部的细胞器及细胞形态不同，从而导致较大尺寸的淋己瘤B细 胞在非均匀电场中极化特性较小。
【主权项】
1. 基于光诱导介电泳机械力的免标记细胞电特性获取方法，其特征在于包括以下步 骤： 将入射光投影到光电子镊芯片下表面；信号发生器发出交流电压至光电子镊芯片的导 电层； 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； 根据细胞膜电容与细胞直径的关系，得到各细胞膜电容。2. 按权利要求1所述的基于光诱导介电泳机械力的免标记细胞电特性获取方法，其特 征在于所述入射光为光斑型图案。3. 按权利要求1所述的基于光诱导介电泳机械力的免标记细胞电特性获取方法，其特 征在于所述交流电压的频率为20kHz~55kHz。4. 按权利要求1所述的基于光诱导介电泳机械力的免标记细胞电特性获取方法，其特 征在于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：其中，Lssotct为细胞的交越频率，R为细胞半径，Q11为细胞膜电容，σ "为溶液电导率。
【专利摘要】本发明涉及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：将入射光投影到光电子镊芯片下表面；信号发生器发出交流电压的频率，作用于光电子镊芯片的导电层；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；继续增加外加交流电压的频率，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；根据细胞膜电容与细胞直径的关系，得到各细胞膜电容。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；无需利用抗体对细胞进行标识，具有自动化、批量化及吞吐量高的优点。
【IPC分类】G01N33/574
【公开号】CN105486867
【申请号】CN201410482823
【发明人】刘连庆, 梁文峰, 李文荣, 张伟京, 肖秀斌
【申请人】中国科学院沈阳自动化研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月19日