3D细胞介电电泳分析系统

型号:DEP
价格:请致电：010-67529703
品牌:3dep

3D细胞介电电泳分析系统

微电ji结构开发的zui新进展已导致使用非均匀交流电场对细胞，微生物和其他生物颗粒进行介电电泳表征和分选的新技术。 这些方法利用了细胞的介电ji化率的差异来实现其有效性，控制这些性质的因素包括膜和任何细胞壁的电导率和介电常数，与表面电荷相关的双电层，细胞形态和内部结构。 介电泳的应用包括细菌，活细胞和不活细胞，癌细胞和正常细胞以及红细胞和白细胞的混合物的选择性空间操纵和分离。

1. 系统介绍

该3DEP系统是突破性新技术
介电泳技术虽已发展数十年，但由于传统介电泳普遍为2D，需在单一样本内改变频率做数小时以上的观测，且由于能放置细胞数量少，导致实验变异性大，跨入门坎高。
3DEP整合了微电ji微孔槽芯片、光学感应侦测系统、自动信号撷取系统及自动化分析软件等，将介电泳此一技术shou次商品化进入市场；不但操作门槛降低，更有高度的稳定性与再现性，让介电泳细胞分析从理论变成真实可靠的应用。


该3DEP系统专利芯片设计
抛弃式的芯片设计让实验之间不会有交叉污染的机会；样本的分析小到病毒微粒，大到心肌细胞都适用，整个实验样本不需标定也不会伤害样本。
实验时20个孔洞同时给与不同频率进行侦测，只需数秒就可得到实验结果，跳脱了过往费时费工的限制；3D孔洞的设计可放入大量的样本，以明暗度的变化来量化DEP-Force，使实验的稳定性与再现性达到可商业化的标准。


该3DEP系统自动化分析软件
20个孔洞中的明暗度变化直接换算为DEP-Force，中间省略繁琐的物理公式。由环境导电度与电场强度、大小等参数的固定之下，软件会自动进一步计算出细胞膜导电度（membrane conductance）、细胞膜电容度（membrane capacitance）、细胞质导电度（cytoplasm conductivity）和细胞质介电度（cytoplasm permittivity），让细胞在介电泳下的分析获得更多的信息。

该3DEP系统是一种细胞分析系统，可同时分析数千个细胞，并产生可确定其电te性的输出。 它包括一个可放入细胞以进行分析的一次性芯片，以及一个装有已装载的芯片的读取器。 然后，这种革命性的装置使用了一种称为介电电泳（简称DEP）的现象，可在10秒内分析多达20,000个细胞。 3DEP是市场上弟一款能够测量细胞群体电te性的仪器。

该系统是个zui新的、功能更强大的、更简单的技术细胞介电电泳分析系统，广泛应用于干细胞的分化、癌细胞及细菌抗性的检测、癌细胞凋亡的快速检测、病毒颗粒的te性检测、水质的检测、酵母细胞的存活状态快速检测，穿膜药物对血细胞的影响等。

2. 基本原理

细胞在高频不均匀电场作用下产生ji化，不同的细胞由于介电te性、电导率、形状不同而感应出不同的偶电ji，因此受到不同介电力的作用.

（如图1.所示）。

图1.电场变化对微粒产生不同的作用力

Positive DEP-正介电泳力，Negative DEP-负介电泳力

3.  系统亮点概述

通过测量细胞运动速度，可得到细胞的介电te性；可对细胞进行wu物理接触的选择性操纵、定位、分离。

3.1对细胞进行wu物理接触操纵、定位、分离。

     对细胞wu损伤，保证细胞后续实验安quan

  3.2wu需试剂或其他添加剂

     既节约日后的使用成本，又能保证细胞不收试剂的干扰，保证实验细胞的原生态。

3.3功能强大、操作简单，高效快速

 3DEPtech是目前zui的介电电泳分析系统之一，功能强大，应用涉及新药研发、样品准备、诊断、体外细胞毒性检测等方面，操作简单，只需简单的三个步骤。传统的介电电泳使用的是微组装设备，只能一次分析一个样品，耗时2-3 h，而3DEPtech 使用的是专业配套的DEP-well多孔板，一次能同时分析20个样品，只需要10 s。另外相比于传统的细胞介电电泳分析系统，3DEPtech增加了电ji的面积，增加了检测的准确性。

图3.DEP-Well使用

3.4完quanwu需化学标记，测后样品wu损伤，保证继续后续操作

    传统的分子标记方法是检测细胞的化学变化，而DEP对细胞的生理变化比较敏感，如细胞胞质的离子成分和组成，膜电位，膜电导，细胞形态、大小、形状等，这些变化做标记比荧光标签更有you势，能更快更早更准确的检测出细胞的变化，费用更低；DEP检测细胞的生理变化，操作对细胞样品完quanwu损伤，操作后可以收回继续进行后续试验，减少了重复制备样品的繁杂步骤。

3.5 DEP-well采用zui新的光谱技术。

    3DEP是一种新的光密度检测系统，DEP-well技术核心是DEP光谱技术，光谱信号可以提供很多细胞膜和细胞质的信息，可以检测细胞在电场中的变化，是细菌或细胞ji化的wei依指标，根据细胞或细菌的性状不同，光谱范围可以调整，增大了实用性，可以检测不同的生物颗粒，简化了操作步骤及减少了费用，可以直接检测样品的生理变化，减少了假阳性或假阴性的产生。

图4. DEP光谱

A typical DEP spectrum. Analysis allows determination of the membrane resistance (blue) and capacitance (red), and cytoplasm conductivity (lime).

3.6一次性DEP-well 多孔设计，wu交叉污染风险

设备使用的DEP-well是与设备配套的专业多孔板，使用新方法设计，价格便宜，一次性使用，不用担心交叉污染的问题，可以一次测取不同的样品，每个样品设置多个平行对照；应用范围比较广泛涉及到生物、医学、农畜业、制药等领域，应用细胞凋亡、干细胞分化、肿瘤细胞的检测。

3.7高通量连续快速分离不同细胞，进行细胞分选。

不同的细胞性状不同，在电场中被ji化产生的介电力的方向和大小也不同，根据介电电泳原理，利用3DEPtech就可以快速分离不同的细胞，达到对细胞进行分选的目的；此设备分离细胞的效率达到mL/min，可以根据使用者的需求调整。

图5. 微粒的分离

4. 应用领域

5. 主要参数

主要检测指标：细胞形态，细胞膜变化、细胞质导电率，细胞膜表面电导率及电容

芯片：1.0mm一次性芯片（20片装），每片20孔，每孔可容纳1000个细胞
芯片体积：<150μL

频率范围：0.5kHz到45Mhz
幅度：0 – 20 V peak to peak

电    压：交流电压

检测时间：10 s

检测方式：一次多孔检测，采用光谱技术，DEP Reader读取

应用文献：

Cell analysis papers using the 3DEP system

Ten–Second Electrophysiology: Evaluation of the 3DEP Platform for high-speed, high-accuracy cell analysis

Hoettges K, Henslee E, Torcal Serrano RM, Jabr RI, Rula G. Abdallat RG, Beale AD, Waheed A, Camelliti P, Fry CH, van der Veen DR, Labeed F, Hughes MP

Nature Scientific Reports volume 9, Article number: 19153 (2019)

 Rapid, low-cost dielectrophoretic diagnosis of bladder cancer in a clinical setting

Hoque R, Mostafid H, Hughes MP 

IEEE Journal of Translational Engineering in Health and Medicine 2020.

Dielectric fingerprinting: a low cost, rapid, non-invasive detection tool for oral and oropharyngeal cancer

KA Graham, HJ Mulhall, MP Hughes, MP Lewis, KF Hoettges, N Kalavrezos, J McCaul, C Liew, S Porter, S Fedele, FH Labeed

Cancer Epidemiology, Biomarkers and Prevention  (In press)

Human oral cancer cells with increasing tumorigenic abilities exhibit higher effective membrane capacitance

X Liang, KA Graham, AC Johannessen, DE Costea, FH Labeed

Integrative Biology 2014 DOI: 10.1039/c3ib40255j

Epithelial cancer cells exhibit different electrical properties when cultured in 2D and 3D environments

HJ Mulhall, MP Hughes, B Kazmi, MP Lewis, FH Labeed

Biochimica et Biophysica Acta 2013 1830 5136-5141

Characterisation of human skeletal stem and bone cell populations using dielectrophoresis

A Ismail, MP Hughes, HJ Mulhall, ROC Oreffo, FH Labeed

Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine 2012 DOI 10-1002/term.1629

Cytoplasm resistivity of mammalian atrial myocardium determined by dielectrophoresis and impedance methods

A Manazza, S Salvage, CH Fry, F Labeed, M Hughes, RI Jabr

Biophysical Journal 2012 103 2287-2294

Cancer, pre-cancer and normal oral cells distinguished by dielectrophoresis

HJ Mulhall, FH Labeed, B Kazmi, DE Costea, MP Hughes, MP Lewis

Analytical and Bioanalytical Chemistry 2011 401 2455-2463

Rapid, automated measurement of dielectrophoretic forces using DEP-activated microwells

LM Broche, KF Hoettges, SL Ogin, GEN Kass, MP Hughes

Electrophoresis 2011 32 2393-2399

Biophysical characteristics reveal neural stem cell differentiation potential

FH Labeed, JT Lu, HJ Mulhall, SA Marachenko, KF Hoettges,  LC Estrada, AP Lee, MP Hughes, L FLanagan

PLoS One 2011 6e25458

Rapid determination of antibiotic resistance in E. coli using dielectrophoresis

F. Hoettges, J. W. Dale, M. P. Hughes

Physics in Medicine and Biology 2007 52 6001-6009

A Dielectrophoretic Method of Discrimination Between Normal Oral Epithelium, and Oral and Oropharyngeal Cancer in a Clinical Setting

K A Graham, H J Mulhall, F H Labeed, M P Lewis, K F Hoettges, N Kalavrezos, J McCaul, C Liew, S Porter, S Fedele, M P Hughes

Analyst 2015 Aug 7;140(15):5198-204

Papers describing 3DEP cell analysis technology

Real-time cell electrophysiology using a multi-channel dielectrophoretic-dot microelectrode array

HO Fatoyinbo, NA Kadri DH Gould, KF Hoettges, FH Labeed

Electrophoresis 2011 32 2541-2549

Dielectrophoresis-activated Multiwell Plate for Label-Free High-Throughput Drug Assessment

KF Hoettges Y Hübner, LM Broche, SL Ogin, GEN Kass, MP Hughes

Analytical Chemistry 2008 80 2063-2068

Parallel measurements of drug actions on Erythrocytes by dielectrophoresis, using a novel 3-dimensional electrode design

Y Hübner, KF Hoettges, GEN Kass, SL Ogin, MP Hughes

IEE Proceedings on Bionanotechnology 2005 4 21-25

Papers on DEParator cell separation

Efficient dielectrophoretic cell enrichment using a DEP-well based system

MA Abdul Razak, KF Hoettges, HO Fatoyinbo, FH Labeed, MP Hughes

Biomicrofluidics 2013 7, 064110 (1-10)

A 3D dielectrophoretic separator

HO Fatoyinbo, D Kamchis, R Whattingham, SL Ogin, MP Hughes

IEEE Transactions on Biomedical Engineering 2005 52 1347-1349

 Papers using earlier DEP technology for cell biology

Dielectrophoretic analysis of changes in cytoplasmic ion levels due to ion channel blocker action reveals underlying differences between drug-sensitive and multidrug-resistance leukaemic cells.

L Duncan, H Shelmerdine, MP Hughes, HM Coley, Y Hübner, FH Labeed.

Physics in Medicine and Biology 2008 53 N1-N7

Early detection of oral cancer – is dielectrophoresis the answer?

LM Broche, MP Hughes, M Lewis, WB Barrett, FH Labeed. 

Oral Oncology 2007 43 199-203

Biophysical characterization of MDR breast cancer cell lines reveals the cytoplasm is critical in determining drug sensitivity.

H Coley, FH Labeed, H Thomas, MP Hughes.

Biochimica et Biophysica Acta 2007 1770 601-608

Differences in the biophysical properties of membrane and cytoplasm of apoptotic cells revealed using dielectrophoresis

FH Labeed, HM Coley, H Thomas, MP Hughes.

Biophysica et Biochimica Acta 2006 1760 922-929

Rapid detection of early apoptosis events by dielectrophoresis.

S Chin, LM Broche, HM Coley, H Thomas, MP Hughes, FH Labeed.

International Journal of Nanomedicine 2006 1 333-337

Extraction of dielectric properties for multiple populations from dielectrophoretic collection spectrum data.

L Broche, FH Labeed, MP Hughes.

Physics in Medicine and Biology 2005 50 2267-2274

Water quality test based on dielectrophoretic measurements of fresh water algae Selenastrum capricornutum.

Y Hübner, KF Hoettges, MP Hughes.

Journal of Environmental Monitoring 2003 5 861-864

Dielectrophoretic assay of bacterial resistance to antibiotics.

J Johari, Y Hübner, J Hull, JW Dale, MP Hughes.

Physics in Medicine and Biology 2003 48 N193-N196

Assessment of multidrug resistance reversal using dielectrophoresis and flow cytometry.

FH Labeed, HM Coley, H Thomas, MP Hughes.

Biophysical Journal 2003 85 2028-2034

使人们可以更好地理解细胞的电生理学：

膜电导描述了膜通过其或在其周围传导电荷的能力。 它可能会受到膜表面电荷，离子通道活性和膜形态的影响； 可以确定后一个原因，即有效膜电容存在类似变化，通常认为该变化几乎完quan受膜形态的影响。 乘以细胞表面积，得出细胞电生理学中常用的quan细胞电导率参数。

有效的膜电容

有效的膜电容描述了膜存储电荷的能力。尽管通常膜的组成变化很小（因此，一小块膜可以存储的电荷量保持近似恒定），但是该模型假定表面是台球光滑且球形的。与此背离的情况（例如，当细胞表面被气泡，微绒毛或内陷物覆盖时）意味着实际上存在的膜比预期的多，这意味着存储了更多的电荷。这在模型中显示为每单位单元面积有效膜电容的升高值。自然地，这使该参数成为细胞表面形态的很好指标；如果一个单元实际上是完美的球形，我们可以预期每单位面积的电容为8mFm-2，比例增加表示面积的比例增加也差不多。zui近的工作表明，某些改变膜成分的细胞机制（例如糖基化）可以在不改变形态的情况下发挥作用，但是zui常见的解释是形态学。这是区分细胞的非常有效的方法-包括观察分化中的干细胞的变化或癌细胞与健康细胞之间的差异。在解释膜电导的变化时，也可用于识别形态变化。与电导率一样，乘以面积即可得出细胞电生理中常用的quan细胞电容

细胞内电导率度量

细胞内电导率是细胞质中离子电荷的量度，可以自由移动并因此有助于传导。它与膜电位有关。细胞质的电导率与细胞中正电荷和负电荷的总和有关，而膜电位则来自于正电荷和负电荷数目的差异。因此，它是改变离子浓度或离子通道活性的有用标记。它也是细胞通透性的非常有用的标记。当细胞膜变得可渗透时，出现的孔允许细胞内部和外部之间连接，从而导致细胞内电导率迅速下降。它也是凋亡的有用标志物，因为凋亡级联反应中的弟一个事件是离子外排和水外排，这两种情况均可显着改变电导率（前者下降，后者上升）。实际变化取决于细胞类型和凋亡诱导剂，但变化通常很明显。如果将1除以细胞内电导率，则可得出细胞电生理中常用的细胞质电阻率参数。

鉴别细胞癌性或非癌性

有时，样品将包含两种或多种具有完quan不同的电te性的细胞类型的混合物。如果存在两个或三个这样的总体，则可以对其中两个进行建模。例如，在凋亡研究中，zui常见的是凋亡小体的形成，凋亡小体通常以半径为0.5-1μm的弟二种群出现，且细胞内电导率低于正常水平。尽管这不是直接的比较方法（因为这两个种群的大小和吸光度不同），但这两个种群的比率却指示了它们的相对浓度。我们已经成功地在同一样本中对三个总体进行了建模，尽管这需要非常高质量的光谱，这可以通过使用提供的软件对许多不同光谱求平均来获得。在种群非常异质的地方，例如从口腔拭子采集的临床样本中，wu法确定锁有种群的te性；但是，可以使用3DEP软件根据不同的色散te性来区分不同的样本。在不需要确定实际电生理参数的情况下，已使用此技术将临床样品分类为癌性或非癌性。