實驗名稱：介電泳芯片分離海拉細胞

研究方向：介電泳

測試設備：信號發生器、ATA-2021B高壓放大器、示波器、顯微鏡、微流控芯片、注射泵。

實驗過程：

圖：實驗框圖

實驗所用的海拉細胞濃度為每毫升3e6個,注入樣品的流量為0.08ml/h、0.10ml/h、0.12mI/h.施加的激勵電壓仍然為11Vpp、13Vpp、15Vpp,頻率是600KHz。實驗依舊通過細胞分離效率來分析芯片性能。此外，數據統計的方式也和上一小節一樣。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，實驗也對雙級芯片的第一級進行了數據采集，統計方式與第二級一樣，并且利用高速顯微相機分別對第一級和第二級的出口處的實驗現象進行了拍攝，如下圖所示。

圖：雙級結構nDEP現象圖

實驗結果：

如上圖所示，該現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，在施加激勵以后大部分細胞受到極化作用被排斥到下層兩側，但由于細胞密度較大以及流速較快，斯托克斯力起了主導作用，因此仍有很多細胞在流道中間部分繼續移動。(b)為第一級出口處，可以看到大部分細胞在負介電泳力的作用下從兩側出口排出，但依然有很多細胞在斯托克斯拽力引導下從中間出口逃逸出去，進入到了第二級。(c)是第二級上游的分離情況，經過第一級的分離，細胞濃度顯著下降同時流速也降為原來的三分之一，因為在注入樣品流量不變的情況下，經過第一級出口后，體積流量減少為原來的三分之一。流速的減小，使得流體給細胞的的斯托克斯拽力大大減小，負介電泳力起到了主導作用，絕大部分細胞迅速的被排斥到下層側壁，如圖中(c)所示。圖(d)是第二級出口處的現象圖，可以看到幾乎大部分細胞貼壁從下層兩側出口排出，同時分別對第一級出口和第二級出口處的分離效率進行了統計，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，細胞的富集效率也會上升。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，分離效率為82.2%，當流量提升到0.12m/h后，分離效率為74.9%，電壓降到11Vpp時，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到理想的分離效果，接下來又統計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到了93.7%，在0.1ml/h流量下，效率依然可以達到91.7%，由此可以看到相比于單級來說，在流速提高2.5倍基礎上，分離效率依然可以保持在90%以上，與此同時，雙級芯片實驗中的細胞濃度也提高了5倍。因此，該芯片的級聯設計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高壓放大器指標參數

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