一种细胞定位单元、阵列、器件及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种细胞定位单元、阵列、器件及其形成方法，其中细胞定位单元包括：衬底；衬底上的至少一对微电极，微电极之间相间隔且每对微电极相对同一点呈对称分布，以在微电极的端部聚集区域产生正向介电力区域，相邻的微电极连接的电压信号具有相反的相位；细胞定位孔，位于微电极之上，其容纳空间暴露出正向介电力区域，且其容纳空间容纳单个细胞。通过对微电极上施加具有特定幅值、频率及相位交流电信号，使细胞向电极表面移动，由细胞定位微孔配合微电极，使单个细胞精确定位在特定位置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及细胞检测
，特别涉及。
技术介绍
细胞是生命活动的基本单元，在生命科学和医学领域，需要对细胞进行分析和研究，对单细胞的操控和分析是目前关注的研究方向之一。以微电子机械系统(Micro-Electro-MechanicalSystems, MEMS)技术为基础发展起来的微流控芯片(Microfluidic chip),由于其体积小、集成度高以及反应速度快等优势，在细胞操控和检测领域得到了广泛的应用，可用于对细胞群体或单个细胞进行操控、运输和反应。此外,将介电电泳技术(Dielectrophoresis, DEP)应用于细胞的操控、分离、检测等方面也为研究热点之一。介电电泳技术是指，在非均匀电场中，悬浮在一定液体介质中的粒子，如生物细胞或其他颗粒，因极化作用在与介质接触的表面诱导出电荷，这些电荷与非均匀电场相互作用，从而导致粒子发生定向迁移的现象，根据细胞定向迁移的方向不同，可具体分为正向介电电泳(positive DEP或pDEP)或负向介电电泳(negative DEP或nDEP)。利用细胞介电电泳技术，可以实现对细胞群体的操控、选择性分离，更进一步如何实现对单细胞的定位及检测等功能。在现有的文献及公开专利中，有关利用pDEP或nDEP技术定位细胞的研究有所报道。一般地，nDEP定位细胞，是在一组定位微电极的对称中心产生一个“介电陷阱”，位于该处的细胞，受到的介电力正好达到平衡。但是由于nDEP是将细胞推向电场最弱的地方，所以细胞随着离电极的距离越来越远，受到的介电力作用也越来越弱，因而用于细胞定位的力比较弱，定位效果受到很大局限。利用pDEP定位细胞，将细胞吸引向微电极，具有较强的定位效果，但是，由于pDEP会同时施加在距离电极较近的所有细胞上，将它们均吸引到电极表面，无法保证每个定位电极或电极组上只有一个单细胞，因而也具有一定的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在解决上述技术缺陷，提供一种实现单细胞精确定位的细胞定位单元、阵列及器件。本专利技术提供了一种细胞定位单元，包括:衬底；衬底上的至少一对微电极，微电极之间相间隔且每对微电极相对同一点呈对称分布，以在微电极的端部聚集区域产生正向介电力区域，相邻的微电极连接的电压信号具有相反的相位；细胞定位孔，位于微电极之上，其容纳空间暴露出正向介电力区域，且其容纳空间容纳单个细胞。可选的，所述微电极为条带形，每对微电极的端部相对设置；该细胞定位孔的容纳空间暴露出微电极相对的端部。可选的，所述微电极为圆环形，每对微电极同心设置；细胞定位孔与微电极同心设置。可选的，所述细胞定位孔为圆环孔或方形孔，圆环孔的直径或者方形孔的边长的范围为待测细胞的一倍直径和两倍直径之间。此外，本专利技术还提供了包含上述细胞定位单元的细胞定位阵列。此外，本专利技术有提供了一种细胞定位器件，包括上述的细胞定位阵列；以及，位于衬底之上的容纳细胞定位阵列的流体腔，流体腔开口上具有微流控芯片。此外，本专利技术还提供了一种细胞定位单元/阵列的形成方法，包括步骤:提供衬底；在所述衬底之上形成至少一对微电极，微电极之间相间隔且每对微电极相对同一点呈对称分布，以在微电极的端部聚集区域产生正向介电力区域，相邻的微电极连接的电压信号具有相反的相位；在微电极之上形成细胞定位孔,细胞定位孔的容纳空间暴露出正向介电力区域，且其容纳空间容纳单个细胞。可选的，所述微电极为条带形，每对微电极的端部相对设置；该细胞定位孔的容纳空间暴露出微电极相对的端部。可选的，所述微电极为圆环形，每对微电极同心设置；细胞定位孔与微电极同心设置。可选的，所述细胞定位孔为圆环孔或方形孔，圆环孔的直径或者方形孔的边长的范围为待测细胞的一倍直径和两倍直径之间。此外，本专利技术又提供了一种细胞定位器件的形成方法，包括:上述形成细胞定位单元/阵列的形成方法；以及在衬底上形成容纳细胞定位阵列的流体腔，流体腔开口上具有微流控芯片。可选的，所述流体腔为聚合物材料，在外压力作用下一端与衬底键合，另一端与微流控芯片键合。本专利技术实施例提供的细胞定位单元、阵列、器件及其形成方法，利用正向介电电泳定位技术，并在微电极之上还形成了细胞定位孔，使得单个细胞定位于微电极之上的定位孔中，实现对单个细胞的高精度，高灵敏度定位，从而形成单细胞阵列结构，能够有效的提高单细胞的定位精度和通量，定位后的单细胞，或细胞阵列可广泛应用于单细胞分析、高通量药物筛选等领域。【附图说明】本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1为根据本专利技术实施例一的细胞定位单元的俯视结构示意图；图2为根据本专利技术实施例一的细胞定位单元的剖面结构示意图；图3、图4分别为根据本专利技术实施例一的细胞定位单元建模的微电极电场分布(E)、介电力因子(|E|2)分布示意图；图5为根据本专利技术实施例的细胞定位器件的剖面结构示意图；图6为根据本专利技术实施例二的细胞定位单元的俯视结构示意图。【具体实施方式】下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本专利技术提出了一种细胞定位单元，利用介电电泳技术来实现单个细胞定位，该细胞定位单元包括:衬底；衬底上的至少一对微电极，微电极之间相间隔且每对微电极相对同一点呈对称分布，以在微电极的端部聚集区域产生正向介电力区域，相邻的微电极连接的电压信号具有相反的相位；细胞定位孔，位于微电极之上，其容纳空间暴露出正向介电力区域，且其容纳空间容纳单个细胞。本专利技术通过形成了成对称间隔分布的微电极，在每对电极上施加一定幅值、频率的交流电压信号，且每对微电极的电压相位相反，使得在微电极的端部边沿处具有最大的电场强度，这样，在正向介电电泳的作用下，使得细胞定位，由于在微电极之上还形成了细胞定位孔，使得单个细胞定位于微电极之上的定位孔中，实现对单个细胞的高精度，高灵敏度定位。将上述的细胞定位单元进行阵列排布，形成细胞定位阵列。在本专利技术中，微电极是指电极的尺寸为微米级别，通常地，微电极的尺寸在几个微米或几十微米。为了更好的理解本专利技术的技术方案和技术效果，以下将结合具体的实施例进行详细的说明。实施例一参考图1所示，在本实施例中，采用条带形的微电极，条带的微电极的端部相对设置，在端部围成的区域形成最大的电场强度，使得细胞在此处定位。在具体的实施例中，微电极形成在衬底110之上，微电极为两对，即四条，第一微电极120-1、第二微电极120-2、第三微电极130-1和第四微电极130-2，这些微电极为条带形，均勻分布在一圆周上，每一对微电极120-1、120-2的端部都相对设置,相对的端部之间的间隔可以小于待测细胞的尺寸，以对细胞进行更好的定位。在本实施例中，微电极的数量为两对，此处仅为示例，在其他实施例中，可以根据需要设置微电极的数量。相邻的微电极之间间隔设置，相邻的微电极电连接相反相位的电压，如图1所示，相对的第一微电极120-1和第二微电极120-2、第三微电极130-1和第四微电极130-2施加相同的交流电压信号，相邻的两个微电极施加的交流电压信号的幅值、频率相同，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种细胞定位单元，其特征在于，包括：衬底；衬底上的至少一对微电极，微电极之间相间隔且每对微电极相对同一点呈对称分布，以在微电极的端部聚集区域产生正向介电力区域，相邻的微电极连接的电压信号具有相反的相位；细胞定位孔，位于微电极之上，其容纳空间暴露出正向介电力区域，且其容纳空间容纳单个细胞。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄成军，罗军，赵超，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11