任何物質(zhì)都有一定的介電特性，在外加電場(chǎng)之下，它們會(huì)受到不同程度的*化，而順著外加電場(chǎng)的方向來排列。如果外加不均勻的電場(chǎng)，*化的微粒會(huì)受到介電泳動(dòng)力(dielectrophoretic force)的影響，造成不同程度的漂移。簡(jiǎn)而言之，*化(polarizable)的微粒在不均勻(non-uniform)的外加電場(chǎng)中所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)，便稱為「介電泳動(dòng)」。利用不均勻電場(chǎng)來操縱微小物體的介電泳動(dòng)技術(shù)，除了可藉由交流頻率的調(diào)控來切換其模式(正、負(fù))之外，介電泳動(dòng)也具有大量平行處理的潛力，再結(jié)合光學(xué)微影技術(shù)的運(yùn)用，讓單一晶片上具備許多獨(dú)立操作的微孔槽，而每一微孔槽都可經(jīng)由介電泳動(dòng)的機(jī)制來操縱微小粒子。這即是微介電泳槽技術(shù)(DEP-Well Technology)的基礎(chǔ)。
**性新技術(shù)
介電泳技術(shù)雖已發(fā)展數(shù)十年，但由于傳統(tǒng)介電泳普遍為2D，需在單一樣本內(nèi)改變頻率做數(shù)小時(shí)以上的觀測(cè)，且由于能放置細(xì)胞數(shù)量少，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)變異性大，跨入門檻高。
3DEP整合了微電*微孔槽晶片、光學(xué)感應(yīng)偵測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)訊號(hào)擷取系統(tǒng)及自動(dòng)化分析軟體等，將介電泳此一技術(shù)**商品化進(jìn)入市場(chǎng)；不但操作門檻降低，更有高度的穩(wěn)定性與再現(xiàn)性，讓介電泳細(xì)胞分析從理論變成真實(shí)可靠的應(yīng)用。
**晶片設(shè)計(jì)
拋棄式的晶片設(shè)計(jì)讓實(shí)驗(yàn)之間不會(huì)有交叉污染的機(jī)會(huì)；樣本的分析小從病毒微粒，大到心肌細(xì)胞都適用，整個(gè)實(shí)驗(yàn)樣本不需標(biāo)定也不會(huì)傷害樣本。
實(shí)驗(yàn)時(shí)20個(gè)孔洞同時(shí)給與不同頻率進(jìn)行偵測(cè)，只需數(shù)秒就可得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，跳脫了過往費(fèi)時(shí)費(fèi)工的限制；3D孔洞的設(shè)計(jì)可放入大量的樣本，以明暗度的變化來量化DEP-Force，使實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性與再現(xiàn)性達(dá)到可商業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)。
自動(dòng)化分析軟件
20個(gè)孔洞中的明暗度變化直接換算為DEP-Force，中間省略了繁復(fù)的物理公式。藉由環(huán)境導(dǎo)電度與電場(chǎng)強(qiáng)度、大小等參數(shù)的固定之下，軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)一步計(jì)算出細(xì)胞膜導(dǎo)電度(membrane conductance)、細(xì)胞膜電容度(membrane capacitance)、細(xì)胞質(zhì)導(dǎo)電度(cytoplasm conductivity)和細(xì)胞質(zhì)介電度(cytoplasm permittivity)，讓細(xì)胞在介電泳下的分析獲得更多的資訊。
介電泳分析細(xì)胞的方式，并不像一般的分子標(biāo)記偵測(cè)細(xì)胞的化學(xué)性變化，而是偵測(cè)細(xì)胞的物理性變化，包括有：細(xì)胞質(zhì)離子含量和組成、膜電位、膜的導(dǎo)電性、形態(tài)學(xué)和表面粗糙度、尺寸和形狀的形式。由于各種細(xì)胞具有不同的介電特性(導(dǎo)電率、介電常數(shù))，當(dāng)受到某種程度的非均勻交流電場(chǎng)時(shí)，會(huì)誘發(fā)細(xì)胞上電荷有不同程度的*化現(xiàn)象，細(xì)胞將因其不同的介電特性而受到正或負(fù)的介電泳力，在此力的作用下會(huì)移動(dòng)到不均勻電場(chǎng)的特定位置，利用此特性即可鑒別不同介電特性的細(xì)胞，如腫瘤細(xì)胞與正常細(xì)胞的介電特性有顯著的差異。再由于此法不會(huì)破壞細(xì)胞且適合微小化，目前已成功應(yīng)用于分離水中**、酵母菌細(xì)胞，且能分辨出血液中之癌癥細(xì)胞及紅血球細(xì)胞。
微介電泳槽技術(shù)(DEP-WELL TECHNOLOGY)
微介電泳槽技術(shù)乃是將不均勻電場(chǎng)設(shè)計(jì)在3D的微小孔槽中，并可將細(xì)胞直接置于微小孔中進(jìn)行介電泳動(dòng)分析的一種**技術(shù)。
3DEP使用**的微孔晶片，晶片上的20個(gè)微孔壁都由正負(fù)交錯(cuò)的電*所構(gòu)成以形成不均勻電場(chǎng)；20個(gè)孔洞中之每一微孔(裝載約1000個(gè)細(xì)胞)于實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)同時(shí)給與不同的頻率(10k~20M-Hz)使細(xì)胞有不同程度的*化，再藉由攝像機(jī)來辨別孔洞的明暗度變化，以量化樣本的介電泳強(qiáng)度；當(dāng)DEP-negative時(shí)細(xì)胞會(huì)被推擠到孔洞中間，拍照時(shí)暗度提升，當(dāng)DEP-positive時(shí)細(xì)胞會(huì)被吸附到孔洞壁上，拍照時(shí)亮度提升。不同類型的細(xì)胞，擁有不同的介電特性，各孔洞的明亮度也會(huì)有所不同。
干細(xì)胞分化潛力的早期鑒定
若在干細(xì)胞分化之前就可判斷其偏好分化的方向，將可協(xié)助未來干細(xì)胞的挑選和臨床應(yīng)用。
此研究使用已經(jīng)確認(rèn)會(huì)分化為Neural-Cells的SC27與確認(rèn)會(huì)分化為Astrocytes的SC23人類神經(jīng)干細(xì)胞進(jìn)行測(cè)試分析。
分化前兩細(xì)胞不論是型態(tài)與marker表現(xiàn)都幾乎一致，無法以現(xiàn)行方法分辨。但介電泳實(shí)驗(yàn)則可證實(shí)兩個(gè)樣本在membrane-capacitance有顯著差異，表示兩樣本之間細(xì)胞膜的介電特性有所差異，雖然從影像上無法分辨，但以介電泳偵測(cè)方式則可看出端倪；且不論在人類與小鼠和不同細(xì)胞代數(shù)之間都獲得一致的結(jié)果。因此遵循此標(biāo)準(zhǔn)，未來將可在早期就判定此神經(jīng)干細(xì)胞分化的趨向
細(xì)胞早期癌化的監(jiān)測(cè)
目前許多癌癥由于發(fā)現(xiàn)時(shí)已是末期，因此**機(jī)率相對(duì)降低，若能提早發(fā)現(xiàn)并**將可大幅降低死亡率，可惜的是目前許多分子診斷的方式也難以早期發(fā)現(xiàn)正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化成癌癥細(xì)胞的征狀。
使用human oral keratinocytes(HOK)、dysplastic oral-keratinocytes(DOK)及oral squamous cell carcinomas(H357, H157)進(jìn)行細(xì)胞物理性質(zhì)的分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著細(xì)胞惡性的程度增加，其Effective Membrane Capacitance逐漸上升，代表其細(xì)胞膜的完整性降低；同時(shí)Cytoplasmic Conductivity逐漸下降，表示其細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的導(dǎo)電度下降。借此方式，可從病人口腔直接收集樣本，進(jìn)行早期的分析診斷。
Cancer, pre-cancer and normal oral cells distinguished by dielectrophoresis.
H.J. Mulhall et al, Anal Bioanal Chem. 2011.
**抗藥性快速檢測(cè)
近來具有抗藥性的**感染逐年增加，因此快速評(píng)估***是否具有殺死**的效果就變得相當(dāng)重要。但傳統(tǒng)的紙錠擴(kuò)散試驗(yàn)(Disk diffusion test) 大約需要24小時(shí)，在測(cè)試結(jié)果出來之前，病人仍處在危險(xiǎn)之中。
以E. coli為例，加入40-μg/mL-polymyxin-B，在一小時(shí)及兩小時(shí)后可觀察到E. coli的細(xì)胞膜導(dǎo)電度(Gspec)與電容度(Cspec)有相當(dāng)程度的上升，而細(xì)胞質(zhì)導(dǎo)電度(σcyto)則是明顯的下降；此結(jié)果表示此***造成E. coli細(xì)胞膜嚴(yán)重的破損，進(jìn)一步使得細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的離子滲漏出來。此測(cè)試方式不但可在數(shù)秒之內(nèi)就知道***對(duì)**的效果，且敏感性與穩(wěn)定性也相當(dāng)可靠。
Rapid determination of antibiotic resistance in E. coli using dielectrophoresis.
K.F. Hoettges et al, Phys Med Biol. 2007.
**毒性評(píng)估
**劑量與細(xì)胞存活率的關(guān)聯(lián)性是評(píng)估**使用濃度的重點(diǎn)，快速而又準(zhǔn)確的定量**毒性將可大幅縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。由于**處理后，細(xì)胞膜形態(tài)與胞內(nèi)離子濃度的變化比生化標(biāo)志的出現(xiàn)更為快速，因此可以利用介電泳技術(shù)快速評(píng)估**對(duì)細(xì)胞的反應(yīng)(圖A)。
使用Doxorubicin**處理K562細(xì)胞4小時(shí)后，即可使用介電泳技術(shù)觀察細(xì)胞死亡情形(白色柱狀)，且此結(jié)果與傳統(tǒng)利用Trypan-blue的方法一致(灰色柱狀圖)，不同之處在于Trypan -blue需在**處理72小時(shí)后才有反應(yīng)，若處理4小時(shí)則無法分辨差異(黑色柱狀圖)(圖B)。此現(xiàn)象反映在不同的細(xì)胞株中，表示此技術(shù)可用來快速評(píng)估**毒性
應(yīng)用范圍:
DEP-Well-技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域*為廣泛，由于不同生理狀態(tài)的細(xì)胞或**，其介電特性皆不同，因此可用來檢測(cè)干細(xì)胞分化能力、細(xì)胞凋亡、分辨正常細(xì)胞與腫瘤細(xì)胞、分辨血液中之癌癥細(xì)胞(Circulation Tumor Cell, CTC)與紅血球細(xì)胞、檢測(cè)**種類與抗藥性等，*適合用在**毒性測(cè)試與口腔癌檢測(cè)。
