基于介電電泳的選擇性液滴萃取微流體裝置用于單細胞分析

我們開發(fā)了一種微流體裝置，可以基于介電電泳從多個液滴捕獲袋中選擇性提取液滴。該裝置由一個主微通道、五個帶側通道的液滴捕獲袋和適當位于捕獲袋周圍的驅動電極對組成。由于主通道和側通道之間的流動阻力不同，能夠包封生物樣品的瓊脂糖液滴被成功地捕獲在捕獲袋中。在施加500 V電壓的情況下，通過電極之間產生的介電電泳力從袋中選擇性地提取目標液滴。在從捕獲袋中提取液滴的過程中，將液滴及其內容物暴露在電場中400-800 ms。為了評估施加的電壓是否可能損壞生物樣本，比較了施加電壓和不施加電壓時液滴中大腸桿菌細胞的生長速率。沒有觀察到生長速度的顯著差異。開發(fā)的設備能夠篩選包封的單細胞并選擇性提取目標液滴。
基于細胞陣列的微流體裝置是單細胞分析的強大工具，因為它們可用于從細胞群中分離單個細胞以進行長期觀察。通過在流動路徑中捕獲細胞，可以檢查細胞行為的各個方面，包括細胞相互作用、藥物反應和蛋白質表達。幾種方法，如基于重力、流體力學、光鑷和介電電泳（DEP）的方法，已被應用于微流體裝置以捕獲單個細胞。此外，許多研究要求在篩選出更具體反應的后續(xù)芯片外分析后，從設備中選擇性提取細胞。最近，Lv等人和Zhu等人成功地通過流體動力學捕獲細胞，并通過DEP從設備中選擇性地提取細胞，而Kim等人能夠使用微閥捕獲細胞，通過應用回流將其選擇性地提取到特定位置。然而，傳統(tǒng)的微流體裝置直接在通道中捕獲裸細胞，由于用于捕獲的壓力或流體中的污染，這可能會導致細胞損傷。此外，在單微米尺度上分析樣品，如大腸桿菌，需要相應較小的微通道，因此更難在通道內精確制造提取機制，如閥門和電極。
為了克服這些困難，微滴可用于保護細胞免受壓力和污染，并且可以調整液滴大小以便于處理。此外，微滴可以以與細胞陣列相同的方式被捕獲在通道中，幾項研究報告了通過排列液滴進行篩選。然而，尚未開發(fā)出一種有效的平臺，用于在篩選后從陣列液滴中選擇性地僅提取目標液滴。Tan和Takeuchi成功地使用激光產生的微泡選擇性提取了包封細胞的藻酸鹽液滴，盡管這一過程需要復雜的實驗裝置，激光的熱量可能會損傷液滴中的細胞。Toprakchioglu和Knowles通過在捕獲液滴后在通道中產生回流，實現(xiàn)了微滴的順序釋放，而不會損傷細胞，盡管這種方法不允許選擇性提取目標液滴。還開發(fā)了用于選擇性提取液滴的分選裝置，然而，沒有液滴捕集部分的裝置很難隨著時間的推移觀察液滴，連續(xù)觀察相同的液滴需要在液滴或細胞中添加標記因子。因此，需要具有簡單結構的設備，可以選擇性地提取液滴，而不會對液滴內的樣品造成重大損壞。
在這篇論文中，我們提出了一種簡單的新裝置，用于捕獲和選擇性提取液滴，其中介電電泳（DEP）被用作選擇性提取液流的工作原理。Agresti等人、Schütz等人和Isozaki等人已成功使用DEP對液滴進行了高通量分選。此外，Jiang等人報道了DEP成功分選和分離液滴及其易于控制的特點。這些研究表明，液滴的精確操縱可以通過簡單的結構來實現(xiàn)，例如在流道周圍放置電極的結構。使用比傳統(tǒng)裝置結構更簡單的所提出的裝置，可以從液滴陣列中提取目標液滴。使用包封瓊脂糖液滴的大腸桿菌驗證了該裝置的功能。
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審核編輯 黃宇