電泳微流體細(xì)胞機(jī)械性能自動測量裝置

非接觸式細(xì)胞力學(xué)特性自動化測量系統(tǒng)

基于介電泳結(jié)合設(shè)計的微流體自動獲取大量細(xì)胞力學(xué)數(shù)據(jù)該裝置集成了細(xì)胞捕獲、介電泳拉伸和細(xì)胞釋放功能及自動控制系統(tǒng)。

一個微流控芯片中的細(xì)胞捕獲、介電泳拉伸和釋放

自動測量方案，實現(xiàn)循環(huán)測量

自動獲取大量電芯力學(xué)性能數(shù)據(jù)

細(xì)胞力學(xué)性能介電泳測量的重大進(jìn)展。

該系統(tǒng)是一種基于DEP的細(xì)胞力學(xué)性能高通量自動測量裝置，該裝置結(jié)合了新設(shè)計的集成多功能微流體裝置和自動控制方案。集成介電泳微流體裝置主要包括三個功能：

使用流體動力學(xué)在單細(xì)胞水平上進(jìn)行陣列捕獲以避免細(xì)胞之間的相互作用并減少空間混亂；

使用DEP對細(xì)胞進(jìn)行拉伸操作以有效測量細(xì)胞的機(jī)械性能，以及細(xì)胞釋放操作，

通過施加反向壓力沖洗已拉伸的細(xì)胞，從而為細(xì)胞機(jī)械性能的多批次測量提供可靠支持。

自動控制方案主要包括圖像處理模塊和硬件控制模塊。

前者用于實時測量細(xì)胞的拉伸并存儲細(xì)胞形狀變量，后者邏輯而恰當(dāng)?shù)乜刂菩盘柊l(fā)生器和微流體泵，完成細(xì)胞的自動測量。介電泳微流體裝置與自動控制方案相結(jié)合，

以低人力需求獲得大量的機(jī)械特性數(shù)據(jù)。通過一系列實驗驗證了該系統(tǒng)的合理可行性。還獲得了大量的生物學(xué)數(shù)據(jù)來比較正常人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）和

TNF-α處理的HUVECs以及正常MCF-10A和細(xì)胞松弛素B（CB）處理的MCF-10A的力學(xué)性能。該方法解決了基于介電電泳測量細(xì)胞力學(xué)性能數(shù)據(jù)量小、人力需求高的問題，

不僅可靠性高，而且可以自動測量大量細(xì)胞，為基于DEP的測量方法的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

該系統(tǒng)是一種有效的非接觸式細(xì)胞測量方法，它利用粒子在不均勻電場下由于化效應(yīng)而運(yùn)動的原理?；诮殡娪镜募?xì)胞電。

對實驗設(shè)備要求低，與其他技術(shù)即自動化技術(shù)相結(jié)合，有望實現(xiàn)高通量的細(xì)胞拉伸檢測。因此，基于介電泳的方法符合未來細(xì)胞力學(xué)性能測量的方向。

對“捕捉"、“拉伸"和“釋放"三種系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行了表征，實現(xiàn)了基于視覺反饋的硬件自動控制

• 測量率很高：可以自動逐批測量數(shù)據(jù)，平均測量速率約為每分鐘10個細(xì)胞（一批）。

• 自動測量方法可以在一個實驗中獲得1000多個細(xì)胞的有效測量數(shù)據(jù)

• 通過采用人工智能的識別策略，該方法比傳統(tǒng)的手動測量方法更準(zhǔn)確。

• 高度自動化，大大降低了人類的需求，而傳統(tǒng)的DEP方法多使用圖像識別軟件來自動測量細(xì)胞

• 通過設(shè)計不同尺寸的微流體通道，可以實現(xiàn)與傳統(tǒng)方法相同的適用細(xì)胞類型范圍。比較如圖2D所示

非接觸式細(xì)胞力學(xué)特性自動化測量系統(tǒng)