[實用新型]高通量測試芯片

無效

• 申請號: 200820116080.7
• 申請日: 2008-05-13
• 公開（公告）號: CN201188104Y
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發明（設計）人: 朱曉璐;易紅;倪中華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N33/48
• 分類號: G01N33/48;C12Q1/02;A61B5/00;A61B10/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術領域

本實用新型涉及單細胞介電響應的并行測試技術以及微納米粒子的操控，屬于測試芯片技術領域。

背景技術

根據Maxwell-Wagner界面極化理論可知，細胞在外加交流電場條件下將會被動的產生極化，引起細胞的介電弛豫現象。細胞的介電常數ε和電導率σ可以根據介電弛豫的特征和細胞頻域被動特性(或稱介電譜)解析得出。對細胞頻域被動特性的研究已成為細胞電生理學和細胞生物物理學的研究熱點內容之一。測定細胞的頻域內的介電響應譜可實現對細胞的表征。

目前獲取細胞介電特性或介電譜的方法有內部電極法、間隙法、交流阻抗法、電旋轉測量方法、微小吸量管法等，其中電旋轉介電泳測量法能夠獲得細胞的Clausius-Mossotti因子(CM因子)的虛部的頻率特性，此方法作為一種非破壞性技術，以其電極結構簡單，便于小型化和集成，易于實現自動控制等優勢獲得廣泛應用并已實現商品化。但是目前的電旋轉測試芯片及其測試方法并不理想，首先，電旋轉測量的是細胞的旋轉角速度，對于光學外觀均勻一致或具有圓周對稱特征的細胞而言，運用機器視覺技術自動檢測的難度加大；其次，為了能夠同時測試多個樣本，電旋轉芯片上通常具有多個電旋轉電極組，形成電極組陣列，并且電極組之間需要保留一定的間距以免樣本之間混雜，這就造成待測細胞排布松散，故在有限的測試空間內能夠測試的樣本數量有限，不利于實現高通量的測試；第三，電旋轉腔中不同位置的細胞的自旋速度不具有直接可比性，而且受到底面摩擦力的干擾，測量精度低，穩定性差，不適合單細胞的高通量并行測試，細胞的進樣和分離也比較困難。電旋轉測量雖然可以借助于光鑷來固定單細胞使其定軸旋轉，但光鑷需要強匯聚激光束不適合細胞的長時間捕獲，易于造成細胞損傷，且激光束會造成細胞周圍流體局部升溫，形成對流，進而影響細胞的電旋轉測量精度；此外，光鑷移動范圍很小，不適合單細胞的大規模并行捕獲與操控，無法同時實現細胞進樣、測試。而且光鑷的引進使得整個測試系統的成本急劇上升，不易于推廣使用。

行波介電泳作為電旋轉介電泳的變體，相當于將圓周分布的電旋轉電極展成直線，故通過檢測細胞的直線運動速度同樣能夠獲得細胞的CM因子的虛部，而且直線運動速度的檢測比自旋角速度容易的多，可靠性和穩定性將會提升，對細胞的光學外觀的依賴程度大大降低，適用的細胞種類將更廣泛；另外，行波電極陣列可以排列的很緊密，形成更強的電場強度，將會使細胞(尤其是體積特別微小的細胞)的介電表征更加明顯。從上述角度來講，行波介電泳用于細胞介電譜測試的潛力很大。然而，盡管行波介電泳有上述優點，但是行波介電泳的響應效果通常是細胞群體的運動，細胞和細胞之間的位置關系是隨機的且不可控，仍然難以實現單細胞介電譜的高通量并行測試。即使引進光鑷來輔助測試，仍然存在與上述電旋轉測試同樣的問題。

因此，在繼承上述行波介電泳的優點的基礎上，如何在較大范圍內靈活控制各細胞之間的位置關系，進而使各個細胞產生各自獨立的介電響應是實現單細胞介電譜的高通量并行測試的關鍵問題。

鑒于此，本發明提出一種單細胞行波介電譜的高通量測試芯片及測試方法，在繼承行波介電泳響應便于機器視覺檢測，及其電極組結構緊湊的優點基礎上，將傳統的行波微電極和基于光電導原理的光模式虛擬電極集成于單基板驅動的芯片之上，通過向芯片電極組平面投射合適的光圖案，在大范圍內控制各細胞之間的位置關系，并使各個細胞產生各自獨立的介電響應，以解決電旋轉測試技術對具有圓周對稱光學外觀的細胞的自動檢測困難，每次測試樣本數量少，以及光鑷移動范圍小不能實現大范圍并行測試的問題。

發明內容

技術問題：本實用新型的目的是提供一種單細胞行波介電譜的高通量測試芯片，能夠使各個待測單細胞產生各自獨立的介電響應，進而實現高通量的并行測試，以解決目前的細胞介電響應測試技術對具有圓周對稱光學外觀的細胞的自動檢測困難，每次測試樣本數量少，以及光鑷移動范圍小而不能實現大范圍并行測試的問題。

技術方案：本實用新型提供了一種高通量測試芯片，運用三層結構的微電極構成行波電極組，將物理電極與光模式虛擬電極集成于單個芯片，以實現二者的互補性，進而完成單細胞的行波介電響應譜的測量。

為達到上述技術目的，本實用新型采用的技術方案是：