程信号发生电 路来改变信号频率和大小。所述可编程信号发生电路通过电极连接所述ODEP芯片20。所 述光学投影仪设置在ODEP芯片20下方，用来对其进行入射光照射。所述虚拟电极生成模 块连接所述投影仪。
[0055] 其中光学显微镜参数如下：
[0056] 尼康CFI60无限远光学系统；
[0057] 电动对焦，可上下移动（上13mm/下2mm);
[0058] 三目镜筒，光分布：目镜/相机100%/0, 20%/100%，0/100% ;
[0059] 目镜放大倍率：IOx;
[0060] 聚光器：防水，工作距离：7. 2mm ;
[0061] 物镜：20x，高度消色透镜，纳米结晶涂层；
[0062] 载物台：电动X轴和Y轴，分辨率：0. 1微米；
[0063] 紫外线截止滤光块；
[0064] 荧光滤波套装：FITC/GFP。
[0065] 在平台搭建好后，可通过生物芯片驱动控制器向可编程信号发生电路发出信号， 然后可编程信号发生电路向上下两层ITO玻璃的电极输入可变频率的交流信号，同时光学 投影仪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。
[0066] 在所述步骤S300中，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，来改变细胞所受到的介电泳力的方向与大小，以控制细胞运动方向，实现高速实时 操纵微纳米实体。
[0067] 下面着重介绍下，如何实现由改变交流信号的频率及大小来控制细胞运动方向。
[0068] 细胞在非均匀电场中的所受到的平均介电泳力可以用如下公式描述：
[0069]
[0070] 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为所施加电场（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 [feM]，该因子定义如下：
[0071] P):
[0072] ε p*和ε n*分别是细胞和溶液的复介电常数，公式2中的复介电常数（包括ε p* 和ε n*)可表示为：
[0073]
[0074] 其中，ε是溶液的介电常数，σ是导电率，ω是所施加电场（交流信号）的频率。
[0075] 可以看出f?是一个和频率相关的可变因子。考虑在施加不同频率的交变电场下， 当介电泳力与电场强度变化方向相同时，称为正介电泳现象；当所受到的介电泳力与电场 强度变化方向相反，称为负介电泳现象。因而可以通过改变所施加的电场的频率，来改变细 胞所受到的介电泳力的方向，达到控制细胞运动方向的目的。
[0076] 由于生物细胞受到非均匀电场的极化作用而产生偶极矩，根据其介电泳力所产生 的转矩与所在介质中受到的摩擦力矩达到平衡，细胞旋转速度为：
[0077]
[0078] 其中E是电场强度（交流信号强度），頂[fCM]是Clausius-Mossotti因子的虚部， κ为系数，η是溶液的黏稠度。根据细胞的旋转速度与细胞的介电常数的关系可以对细胞 的介电特性进行估算。
[0079] 细胞受到的介电泳力强度与方向主要取决于介质与细胞的介电特性，如形状、尺 寸与电场频率。本发明利用光诱导介电泳力（ODEP)(当施加某频段，电液动力学的一种主 导力）以识别与操纵生物细胞，分离纳米尺度的聚合物颗粒。ODEP芯片由可变频率的交流 信号驱动，交流信号通过上下两层ITO玻璃的导电触点输入，此时在溶液层只有一小部分 分压，并在溶液层中产生均匀电场。当入射光照射ODEP芯片，a-Si:H的光导率由于电子空 穴对数的增多而增加几个数量级。由于入射光区域电阻减小，在溶液层中的分压会大大增 大，于是入射光区域的a:Si:H将成为一个有效的虚拟电极产生非均匀电场。这种光诱导的 非均匀电场会极化区域内的颗粒产生介电泳力，也就是光诱导介电泳力（ODEP)。通过光学 显微镜与主机系统可实现程序化的动态运动，且不需要任何手工界面而实现微纳米实体的 自动化捕获、操纵、分离与组装。因此，本发明的ODEP芯片可提供一种有效实现高速操纵微 纳米实体的方法。
[0080] 综上所述，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 内完成大量细胞的分类。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。
[0081 ] 本发明的方法很好的解决了传统介电泳芯片需要复杂且精细的电极加工的问题， 通过光学投影设备动态的生成不同形状的虚拟电极，从而产生非均匀的电场，介电泳力作 用于微纳颗粒，实现对微纳颗粒的实时操纵，及图像实时输出。
[0082] 应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可 以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保 护范围。
【主权项】
1. 一种基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其特征在于，包括步骤： 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； 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； 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。2. 根据权利要求1所述的基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其特征在于，所 述步骤A中，制作光诱导介电泳芯片的步骤具体包括： A1、清理ITO玻璃基质； A2、在ITO玻璃基质上沉积氢化非晶硅涂层； A3、在氢化非晶硅涂层上涂光刻胶； A4、在光刻胶上进行板印； A5、接触腐蚀至ITO玻璃基质； A6、去除光刻胶； 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。3. 根据权利要求1所述的基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其特征在于，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：其中FDEP是作用到细胞上的平均介电泳力，R是细胞的半径，e"是细胞所在溶液的介 电常数，Ems为所施加交流信号的均方根值，^为Clausius-Mossotti因子，在计算平均介 电泳力时取该因子的实部Re[fCM]。4. 根据权利要求3所述的基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其特征在于，f 因子定义如下：ep*和em*分别是细胞和溶液的复介电常数。5. 根据权利要求4所述的基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其特征在于，所 述复介电常数表示为：其中，e是溶液的介电常数，〇是导电率，co是所施加交流信号的频率。6. 根据权利要求5所述的基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法，其特征在于，细 胞旋转速度为：其中E是电场强度，n是溶液的黏稠度，IM[fCM]是Clausius-Mossotti因子的虚部，K为系数。
【专利摘要】本发明公开一种基于光诱导介电泳技术的单细胞控制方法。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分类。本发明很好的解决了传统介电泳芯片需要复杂且精细的电极加工的问题，通过光学投影设备动态的生成不同形状的虚拟电极，从而产生非均匀的电场，介电泳力作用于细胞，在显微镜图像系统的实时观测下，实现对细胞的操纵。
【IPC分类】G01N27/447
【公开号】CN105092679
【申请号】CN201510501121
【发明人】李志 , 张光烈, 李文荣
【申请人】深圳大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年8月14日