一种基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及单细胞动力学领域，尤其涉及一种基于光诱导介电泳技术的单细胞控 制方法。
【背景技术】
[0002] 单细胞控制是分析化学、生物学和医学之间渗透发展形成的跨学科前沿领域。
[0003] 现有的单细胞控制技术主要包括膜片钳结合原子力显微镜技术，德国蒂宾根大学 的Langer于1997年率先对膜片钳技术和原子力显微镜（AFM)首先进行了尝试。纽约大学 的Zhang在2001年利用膜片钳/原子力显微镜系统对细胞所特有的膜运动、膜电位和离子 电流测量功能进行了研究。德国慕尼黑大学的Pamir等人在2008年将原子力显微镜与平 面膜片钳技术相结合，在淋巴细胞上研究了外界机械刺激和膜电位和离子通道电流间的调 控关系。
[0004] 如何对单细胞精准的定量的纳米级的机械刺激并同时自动检测细胞的生理信息， 一直以来受到国内外科研人员的广泛关注。多数研究停留在简单试验阶段。
[0005] 在平面膜片钳与原子力显微镜相结合的技术中，原子力显微镜只可以提供一个外 界刺激，没有更多的用途，这使得提供外界机械刺激的方式比较单一。并且其操作非常繁 琐，成本高，耗时长。
[0006] 因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0007] 鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于光诱导介电泳技术的 单细胞控制方法，旨在解决现有的单细胞控制方法操作非常繁琐，成本高，耗时长以及没有 视觉反馈的问题。
[0008] 本发明的技术方案如下：
[0009] -种基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其中，包括步骤：
[0010] A、制作光诱导介电泳芯片，所述光诱导介电泳芯片有三层结构组成：有三层结构 组成：下层为涂有氢化非晶硅涂层的ITO玻璃，上层是不含涂层的ITO玻璃，在上下两层 ITO玻璃之间封装有一个微流体通道，用于注射所需操作的溶液；
[0011] B、向上下两层ITO玻璃的电极输入可变频率的交流信号，同时利用入射光照射所 述光诱导介电泳芯片，从而在被照射的区域产生非均匀电场；
[0012] C、在显微镜图像系统的实时观测下，通过改变交流信号的频率及大小，以实现细 胞控制。
[0013] 所述的基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其中，所述步骤A中，制作光诱 导介电泳芯片的步骤具体包括：
[0014] AU清理ITO玻璃基质；
[0015] A2、在ITO玻璃基质上沉积氢化非晶硅涂层；
[0016] A3、在氢化非晶硅涂层上涂光刻胶；
[0017] A4、在光刻胶上进行板印；
[0018] A5、接触腐蚀至ITO玻璃基质；
[0019] A6、去除光刻胶；
[0020] A7、在ITO玻璃基质上未覆盖氢化非晶硅涂层的区域涂导电粘合剂。
[0021] 所述的基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其中，所述细胞在非均匀电场 中的所受到的平均介电泳力用如下公式描述：
[0022]
[0023] 其中Fdep是作用到细胞上的平均介电泳力，R是细胞的半径，ε $细胞所在溶液 的介电常数，Ems为所施加交流信号的均方根值，f eM为Clausius-Mossotti因子，在计算平 均介电泳力时取该因子的实部Re [fCM]。
[0024] 所沭的基于光诱导介电泳枋术的单细胞控制方法，其中，fCM因子定义如下：
[0025]
[0026] ￡疗和en*分别是细胞和溶液的复介电常数。
[0027] 所述的基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其中，所述复介电常数表示为：
[0028]
[0029] 其中，ε是溶液的介电常数，σ是导电率，ω是所施加交流信号的频率。
[0030] 所述的基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其中，细胞旋转速度为：
[0031]
[0032] 其中E是电场强度，η是溶液的黏稠度，頂[fCM]是Clausius-Mossotti因子的虚 部，K为系数。
[0033] 有益效果：本发明具有以下优点：第一，成本低，本发明采用的光诱导介电泳平台 成本低。第二，操作简单，整个控制过程基本是自动化的，只需把培养好的细胞放入容器中， 其他过程全部由软件完成。第三，效率高，由于控制过程的自动化，本发明可在很短的时间 内完成大量细胞的操作。第四，高精度实时化操作，通过视觉的反馈实时操作细胞，提高了 操作的精度。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明一种基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法较佳实施例的流程 图。
[0035] 图2为本发明中的光诱导介电泳平台的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036] 本发明提供一种基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，为使本发明的目的、 技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037] 请参阅图1，图1为本发明一种基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法较佳实 施例的流程图，如图所示，其包括步骤：
[0038] S100、制作光诱导介电泳芯片（0DEP芯片），所述光诱导介电泳芯片有三层结构组 成：下层为涂有氢化非晶硅涂层的ITO玻璃，上层是不含涂层（即不含氢化非晶硅涂层）的 ITO玻璃，在上下两层ITO玻璃之间封装有一个微流体通道，用于注射所需操作的溶液；
[0039] S200、向上下两层ITO玻璃的电极输入可变频率的交流信号，同时利用入射光照 射所述光诱导介电泳芯片，从而在被照射的区域产生非均匀电场；可先向微流体通道注入 细胞和介质（介质即所需操作的溶液，即细胞所在溶液）。然后输入交流信号。
[0040] S300、在显微镜图像系统的实时观测下，通过改变交流信号的频率及大小，以实现 细胞控制。
[0041] 进一步，所述的步骤SlOO中，制作光诱导介电泳芯片的步骤具体包括：
[0042] S101、清理ITO玻璃基质；
[0043] 清理ITO玻璃基质的表面，保证接触面的洁净度。
[0044] S102、在ITO玻璃基质上沉积氢化非晶硅涂层（a-Si :H);
[0045] 在ITO玻璃基质表面沉积一层氢化非晶硅，厚度为1微米。
[0046] S103、在氢化非晶硅涂层上涂光刻胶；
[0047] S104、在光刻胶上进行板印；
[0048] 板印是按照指定图形制作遮盖物，将遮盖物放在光刻胶表面，用紫外线照射遮盖 物，没有被遮盖的光刻胶在紫外线作用下溶解，最终得到与遮盖物形状相同的光刻胶层。
[0049] S105、接触腐蚀至ITO玻璃基质；具体是用草酸腐蚀制作的光诱导介电泳芯片表 层，以去除没有覆盖光刻胶的氢化非晶硅涂层。
[0050] S106、去除光刻胶；即将光刻胶从氢化非晶硅涂层表面去除。
[0051] S107、在ITO玻璃基质上未覆盖氢化非晶硅涂层的区域涂导电粘合剂。即在ITO 玻璃的表面没有覆盖氢化非晶硅涂层的位置添加一个导电触点。
[0052] 而上层的ITO玻璃清理干净之后，涂导电粘合剂即可。
[0053] 在上下两层ITO玻璃之间封装有一个微流体通道，具体是通过PDMS或是双面胶封 装出一个微流体通道。
[0054] 在步骤S200中，如图2所示，首先搭建光诱导介电泳平台。除了步骤SlOO制作的 ODEP芯片20,平台还需要一台光学显微镜10、一台光学投影仪（高分辨率）、一个可编程信 号发生电路和主机系统，构成显微镜图像系统。所述主机系统包括：图像采集模块、显微视 觉算法处理模块、生物芯片驱动控制器、虚拟电极生成模块以及显示输出模块。所述图像采 集模块用来采集光学显微镜10的图像，并交由显微视觉算法处理模块来进行处理并通过 显示输出模块来显示，所述显微视觉算法处理模块还向生物芯片驱动控制器及虚拟电极生 成模块发出信号用来控制二者工作。所述生物芯片驱动控制器连接所述可编