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《生化样本的芯片介电电泳富集和分离研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、生化样本的芯片介电电泳富集和分离研究进展处于非均匀电场中的微粒由于极化效应而产生运动,这种现象称之为介电电泳(Dielectrophoresis,DEP)。Maxwell和Wagner分别在1891和1914年研究悬浮液的介电特性时发现,由于介电微粒与悬浮介质的介电性能不同,在外加电场作用下介电微粒会发生界面极化,形成很大的感应偶极矩。1951年Pohl通过在有机介质中施加交流信号,发现了悬浮微粒的介电电泳现象。1978年介电电泳分析技术被引入化学分析和生物研究领域,1980年Zimmerman将介电电泳技术
2、用于细胞电融合的研究,1991年Pethig等开始研究利用交流电场进行细胞操作,将特定细胞从生物液体中分离出来。其后科学家将介电电泳技术和微全分析系统概念结合,并以微机电加工技术(micro-electromechanicalsystems,MEMS)为依托,采用半导体器件制造中的蚀刻技术制作介电电泳芯片,在硅片、玻璃片或高分子膜上制作出μm量级的显微电极结构,形成各种形式的交变电场,进行可选择性分离操作、表征和试验。芯片介电电泳技术的提出和发展为介电电泳分离技术的长足发展和广泛应用提供了新的契机。近年来,芯
3、片介电电泳研究已从最初对生化样品的简单富集操作,扩展到对纳米材料、金属颗粒等物质的富集、分离和操控等[1~3]诸多方面。将介电电泳技术与流体力[4]、电场力[5]、激光镊子[6]等模式结合也成为研究的新方向,而芯片介电电泳分析系统中的微电极结构是决定分析效能的关键因素之一。因此,设计出分离性能更高、结构更合理的微电极一直是人们关注的重点,目前,介电电泳电极构型已由过去传统的平面式电极向三维式电极发展,出现了夹板式电极、笼式电极和绝缘柱式电极等[7,8]多种构型。相比于常规电泳分析生化样品时必须对样品对象进行复
4、杂预处理或前衍生的缺陷,芯片介电电泳技术可依据样品本身介电性质,在不进行预处理的情况下直接对样品进行DEP富集操控,从而最大限度保持了样品的生理活性;同时介电电泳芯片采用MEMS技术加工制作,整个操作过程都易于调控和实现集成化、自动化;芯片DEP过程中大多采用低压高频交流信号源,易于实现与其它分析方法的联用。芯片介电电泳由于具有以上特点使其在生化样品分析方面具有独特优势。1 介电电泳芯片分析系统 介电电泳芯片分析系统通常由样品进样和DEP驱动单元、样品富集和分离单元以及检测单元3部分构成。样品富集和分离过程
5、在具有微电极或绝缘体结构的介电电泳芯片上实现。样品进样是通过在介电电泳芯片微通道两端施加DEP直流信号或注射微泵驱使溶液流动来完成的。由交流信号激发的介电电泳称为交流式介电电泳(AC-DEP),交流信号连接在芯片微电极上用以激发分析对象极化,实现DEP富集分离样品的目的;直流信号激发的介电电泳称为直流式介电电泳(DC-DEP),直流信号直接加在芯片微管道两端,利用微管道内的绝缘体使管道内的电力线发生扭曲,产生非均匀电场实现样品的DEP富集操控。DEP芯片的微电极构型是决定样品富集位置的重要因素。常规介电电泳芯
6、片的电极构型包括堡式电极、抛物线式电极、叉指式电极和圆点式阵列电极等。目前,三维式电极结构由于其富集操控手段的灵活性和电极设计和制作形式的多样性,也是目前研究的热点。AC-DEP模式是最初人们研究介电电泳现象时采用的DEP信号驱动模式,进入本世纪后,人们开始探索DC-DEP和可实现样品连续富集分离的流动式分离模式。介电电泳分析中最普遍的检测手段仍是CCD显微成像或荧光显色CCD显微成像技术,通过显微镜观测分析对象在介电电泳力代写论文下的富集分离情况获取分析信息。除了常规的CCD显微成像检测手段,将电化学检测手
7、段与芯片DEP模式耦合,是现今DEP检测技术的发展趋势[9]。2 生化样品的芯片介电电泳富集模式 利用芯片介电电泳进行生物样品的富集和分离时,样品可在DEP作用下根据自身物理性质的差异富集在DEP芯片的不同位置。单纯依靠DEP作为分离富集驱动力时,只能实现微粒的静态原位富集和分离,将这种模式称为静态原位富集模式。当介电电泳力与其它分离方法结合时实现的连续动态富集分离过程,称为动态富集分离模式。2·1 芯片介电电泳静态原位富集模式DEP静态原位富集模式是介电电泳研究中最早采用的模式,这时样品富集位置主要取决于
8、DEP芯片中微电极构型的变化,不同的微电极结构所对应的正负DEP富集位置不同,样品依据自身介电性质差异受不同类型DEP作用,富集于芯片的不同位置。Xu等[10]在带有堡式电极的介电电泳芯片上观测到了红细胞的介电电泳现象。Ramadan等[11]在堡式电极结构上实现了白血球(WBS)、小鼠无性细胞(MN9D)和酵母菌的介电电泳富集,并利用电穿孔技术实现了细胞的电溶解(图1),其管道内溶液流速与细胞融膜
