高压放大器在介电泳芯片分离海拉细胞中的应用

实验名称：介电泳芯片分离海拉细胞

研究方向：介电泳

测试设备：信号发生器、ATA-2021B高压放大器、示波器、显微镜、微流控芯片、注射泵。

实验过程：

图：实验框图

实验所用的海拉细胞浓度为每毫升3e6个,注入样品的流量为0.08ml/h、0.10ml/h、0.12mI/h.施加的激励电压仍然为11Vpp、13Vpp、15Vpp,频率是600KHz。实验依旧通过细胞分离效率来分析芯片性能。此外，数据统计的方式也和上一小节一样。为了探究双级芯片相比于单级芯片在同等条件下分离效率的提升，实验也对双级芯片的第一级进行了数据采集，统计方式与第二级一样，并且利用高速显微相机分别对第一级和第二级的出口处的实验现象进行了拍摄，如下图所示。

图：双级结构nDEP现象图

实验结果：

如上图所示，该现象图是在注入样品流量为0.08ml/h条件下拍摄的。(a)是第一级出口上游部分，在施加激励以后大部分细胞受到极化作用被排斥到下层两侧，但由于细胞密度较大以及流速较快，斯托克斯力起了主导作用，因此仍有很多细胞在流道中间部分继续移动。(b)为第一级出口处，可以看到大部分细胞在负介电泳力的作用下从两侧出口排出，但依然有很多细胞在斯托克斯拽力引导下从中间出口逃逸出去，进入到了第二级。(c)是第二级上游的分离情况，经过第一级的分离，细胞浓度显著下降同时流速也降为原来的三分之一，因为在注入样品流量不变的情况下，经过第一级出口后，体积流量减少为原来的三分之一。流速的减小，使得流体给细胞的的斯托克斯拽力大大减小，负介电泳力起到了主导作用，绝大部分细胞迅速的被排斥到下层侧壁，如图中(c)所示。图(d)是第二级出口处的现象图，可以看到几乎大部分细胞贴壁从下层两侧出口排出，同时分别对第一级出口和第二级出口处的分离效率进行了统计，如下面两张图所示。

图：第一级出口分离效率

由上图中可知，与单级芯片相比，随着电压的增加和流量下降，细胞的富集效率也会上升。在外加电压的不变的情况下，随着流量的增加分离效率也随之下降，在15Vpp，流量为0.08ml/h时，分离效率为82.2%，当流量提升到0.12m/h后，分离效率为74.9%，电压降到11Vpp时，分离效率为69.6%。由此可以看到，仅仅通过第一级的分离很难达到理想的分离效果，接下来又统计了第二级的富集效率。下图表明，在0.08ml/h流量下，第二级的分离效率达到了93.7%，在0.1ml/h流量下，效率依然可以达到91.7%，由此可以看到相比于单级来说，在流速提高2.5倍基础上，分离效率依然可以保持在90%以上，与此同时，双级芯片实验中的细胞浓度也提高了5倍。因此，该芯片的级联设计是可以提高芯片本身的工作性能的。

图：第二级出口分离效率

安泰ATA-2021B高压放大器：

图：ATA-2021B高压放大器指标参数

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审核编辑黄宇