3D Electro-Rotation of Single Cells

تراشه های میکروسیال دی الکتروفورز به دلیل مزایای عملکرد راحت، توان عملیاتی بالا و هزینه کم به طور گسترده در کاربردهای بیولوژیکی مختلف مورد استفاده قرار گرفته اند.

با این حال، بیشتر میکروسیالات DEP تراشه ها بر اساس الکترودهای مسطح دو بعدی هستند که دارای محدودیت هایی مانند تضعیف میدان الکتریکی، مناطق کوچک کاری موثر و نیروهای ضعیف DEP هستند. به منظور غلبه بر محدودیت های الکترودهای مسطح دو بعدی، دو نوع تراشه DEP الکترود ضخیم برای تحقق دستکاری و اندازه گیری چند پارامتری تک سلولی طراحی شد.

بر اساس ساختار چند الکترودی ضخیم- ضخیم. الکترود DEP، یک تراشه الکترو چرخشی سه بعدی تک سلولی از \"Armillary Sphere\" طراحی شد. این تراشه از چهار الکترود ضخیم و یک الکترود مسطح پایینی برای تشکیل یک محفظه میدان الکتریکی استفاده می‌کند که می‌تواند چرخش سه بعدی سلول‌های منفرد را تحت پیکربندی‌های سیگنال الکتریکی مختلف کنترل کند. اندازه گیری خواص الکتریکی و بازسازی تصویر سه بعدی سلول های تک بر اساس چرخش سه بعدی تک سلولی به دست می آید. این کار بر محدودیت‌های الکترودهای مسطح دوبعدی غلبه می‌کند و به طور موثر مشکل موقعیت مکانی ناپایدار نمونه‌های تک سلولی را حل می‌کند و بستر جدیدی برای آنالیز تک سلولی فراهم می‌کند.

بر اساس ساختار چند الکترودی ضخیم. الکترود DEP، یک تراشه میکروسیال با ادغام نوری الکترونیکی ارائه شد. یک برانکارد فیبر نوری دوگانه که در الکترودهای ضخیم تعبیه شده است می‌تواند یک سلول را به دام بیندازد و بکشد در حالی که الکترودهای ضخیم برای چرخش تک سلولی استفاده می‌شوند. دستکاری کشش و چرخش به تراشه توانایی اندازه گیری همزمان خواص مکانیکی و الکتریکی تک سلولی را می دهد و یک پلت فرم همه کاره برای تجزیه و تحلیل تک سلولی فراهم می کند و کاربرد DEP الکترود ضخیم را در دستکاری و تجزیه بیولوژیکی گسترش می دهد.

Dielectrophoresis microfluidic chips have been widely used in various biological applications due to their advantages of convenient operation, high throughput, and low cost.

However, most of the DEP microfluidic chips are based on 2D planar electrodes which have some limitations, such as electric field attenuation, small effective working regions, and weak DEP forces. In order to overcome the limitations of 2D planar electrodes, two kinds of thick-electrode DEP chips were designed to realize manipulation and multi-parameter measurement of single cells.

Based on the multi-electrode structure of thick-electrode DEP, a single-cell 3D electro-rotation chip of "Armillary Sphere" was designed. The chip uses four thick electrodes and a bottom planar electrode to form an electric field chamber, which can control 3D rotation of single cells under different electric signal configurations. Electrical property measurement and 3D image reconstruction of single cells are achieved based on single-cell 3D rotation. This work overcomes the limitations of 2D planar electrodes and effectively solves the problem of unstable spatial position of single-cell samples, and provides a new platform for single-cell analysis.

Based on multi-electrode structure of thick-electrode DEP, a microfluidic chip with optoelectronic integration was presented. A dual-fiber optical stretcher embedded in thick electrodes can trap and stretch a single cell while the thick electrodes are used for single-cell rotation. Stretching and rotation manipulation gives the chip the ability to simultaneously measure mechanical and electrical properties of single cells, providing a versatile platform for single-cell analysis, further extending the application of thick-electrode DEP in biological manipulation and analysis.