實(shí)驗(yàn)名稱：介電泳芯片分離海拉細(xì)胞

研究方向：介電泳

測試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器、ATA-2021B高壓放大器、示波器、顯微鏡、微流控芯片、注射泵。

實(shí)驗(yàn)過程：

圖：實(shí)驗(yàn)框圖

實(shí)驗(yàn)所用的海拉細(xì)胞濃度為每毫升3e6個(gè),注入樣品的流量為0.08ml/h、0.10ml/h、0.12mI/h.施加的激勵(lì)電壓仍然為11Vpp、13Vpp、15Vpp,頻率是600KHz。實(shí)驗(yàn)依舊通過細(xì)胞分離效率來分析芯片性能。此外，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的方式也和上一小節(jié)一樣。為了探究雙級芯片相比于單級芯片在同等條件下分離效率的提升，實(shí)驗(yàn)也對雙級芯片的第一級進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計(jì)方式與第二級一樣，并且利用高速顯微相機(jī)分別對第一級和第二級的出口處的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了拍攝，如下圖所示。

圖：雙級結(jié)構(gòu)nDEP現(xiàn)象圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

如上圖所示，該現(xiàn)象圖是在注入樣品流量為0.08ml/h條件下拍攝的。(a)是第一級出口上游部分，在施加激勵(lì)以后大部分細(xì)胞受到極化作用被排斥到下層兩側(cè)，但由于細(xì)胞密度較大以及流速較快，斯托克斯力起了主導(dǎo)作用，因此仍有很多細(xì)胞在流道中間部分繼續(xù)移動(dòng)。(b)為第一級出口處，可以看到大部分細(xì)胞在負(fù)介電泳力的作用下從兩側(cè)出口排出，但依然有很多細(xì)胞在斯托克斯拽力引導(dǎo)下從中間出口逃逸出去，進(jìn)入到了第二級。(c)是第二級上游的分離情況，經(jīng)過第一級的分離，細(xì)胞濃度顯著下降同時(shí)流速也降為原來的三分之一，因?yàn)樵谧⑷霕悠妨髁坎蛔兊那闆r下，經(jīng)過第一級出口后，體積流量減少為原來的三分之一。流速的減小，使得流體給細(xì)胞的的斯托克斯拽力大大減小，負(fù)介電泳力起到了主導(dǎo)作用，絕大部分細(xì)胞迅速的被排斥到下層側(cè)壁，如圖中(c)所示。圖(d)是第二級出口處的現(xiàn)象圖，可以看到幾乎大部分細(xì)胞貼壁從下層兩側(cè)出口排出，同時(shí)分別對第一級出口和第二級出口處的分離效率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，如下面兩張圖所示。

圖：第一級出口分離效率

由上圖中可知，與單級芯片相比，隨著電壓的增加和流量下降，細(xì)胞的富集效率也會(huì)上升。在外加電壓的不變的情況下，隨著流量的增加分離效率也隨之下降，在15Vpp，流量為0.08ml/h時(shí)，分離效率為82.2%，當(dāng)流量提升到0.12m/h后，分離效率為74.9%，電壓降到11Vpp時(shí)，分離效率為69.6%。由此可以看到，僅僅通過第一級的分離很難達(dá)到理想的分離效果，接下來又統(tǒng)計(jì)了第二級的富集效率。下圖表明，在0.08ml/h流量下，第二級的分離效率達(dá)到了93.7%，在0.1ml/h流量下，效率依然可以達(dá)到91.7%，由此可以看到相比于單級來說，在流速提高2.5倍基礎(chǔ)上，分離效率依然可以保持在90%以上，與此同時(shí)，雙級芯片實(shí)驗(yàn)中的細(xì)胞濃度也提高了5倍。因此，該芯片的級聯(lián)設(shè)計(jì)是可以提高芯片本身的工作性能的。

圖：第二級出口分離效率

安泰ATA-2021B高壓放大器：

圖：ATA-2021B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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