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介电电泳细胞非离心机分离芯片结论和展望

自从 1991 年英国学者 Pethig 利用交流电场将细胞从液体中成功分离以来,使用介电电泳分离细胞而非离心机已经开展了 20 余年的研究。随着微加工技术的发展,介电电泳和微流控芯片携手,使细胞分离进入 了微观时代。在这期间,介电电泳理论得到长足的发展,新的细胞分离模型不断出现,各种结构的微流 控细胞分离芯片被报道出来,从最开始的单一非均匀电场到后来的多物理场相结合,每一次创新都是对 该领域的重大贡献。 基于介电电泳的细胞分离微流控芯片在未来的发展将着重于以下五方面: 

( 1) 在理论和仿真研究 中,各种模型的建立还有待进一步完善。此处的模型不仅是指细胞模型,而且还有多物理场耦合时互相 影响的模型。

( 2) 分离过程的高精度和高效率。更多不同结构和不同分离方法的微流控芯片是有效的 手段。

( 3) 拓展介电电泳分离的应用范围。可以对其它的些粒子进行分离,如矿物质粒子、胶体粒子 等,而且对于粒子的形态也可以广泛化,除了固态粒子,液态粒子也可以考虑作为分离对象之一; 此外, 分离尺寸从微米粒子到纳米粒子都可以作为适用范围。

( 4) 芯片上多功能集成。实验时需要在芯片上 集成多种检测分析方法,实时准确地观察和分析细胞分离的进程; 为了排除细胞悬液中其它物质的影响 或者实现实验细胞的富集,需要集成样品前处理模块; 为了实现细胞的分析和再利用,需要集成细胞分 离后的培养等模块。

( 5) 实验系统的小型化、自动化。现阶段实验经常使用高倍数显微镜配置成像系 统进行实验观察,新的显微成像方法如无镜头阴影成像技术等可以用于实验,体积和造价均远低于 前者; 分离之后统计的方法也有待进一步完善,现在的方法比较原始,采取显微镜视野下的人工计数得 到结果,在今后的实验中可以考虑引入图像处理的方法进行细胞计数,效率更高,自动化程度更高。此 外,在有些方面还需要进行改进,如分离后细胞的存活率分析[66]等。 基于介电电泳的细胞分离微流控芯片的发展与数学、物理、生物、分析化学、微加工技术的研究紧密 相关。一方面,细胞分离微流控芯片的设计和制作,以微加工技术,数值模拟技术,生物标志和化学分析 为基础; 另一方面,对基于介电电泳的细胞分离微流控芯片的研究,进一步推动微加工技术的发展,特别 是芯片上细胞的操纵技术的发展,将对生物、分析化学技术的长足发展贡献一份力量。随着微流控技术 的快速发展,相信在不远的将来,高精度、高通量、高效率、多功能、便携式、经济实用的细胞分离微流控 芯片将在生物、医学、农业等领域得到广泛应用。