单个细胞的自动轨迹控制使用基于视觉反的介电泳

科学领域:

• 生物物理学的生物物理.
• 微流体学 微流体学
• 控制系统工程 控制系统工程

背景情况:

• 压电泳 (DEP) 通常被动使用,限制对具有相似特征的细胞的控制.
• 现有的活跃DEP系统通常依赖于离线计算来产生电场.
• 缺少用于细胞轨迹操纵的电介质激活的实时自动控制.

研究的目的:

• 开发和验证一种实验性系统,用于使用实时介电电泳激活控制T淋巴细胞的自动轨迹控制.
• 研究一种在线模型,根据细胞特性和位置计算介电电泳力.
• 在微流体芯片中实现视觉反控制器,用于精确的细胞操纵.

主要方法:

• 一个实验台被设计用于研究通过二电电泳自动控制细胞轨迹.
• 一个使用福里埃数列的在线模型实时计算了介电泳力.
• 一个视觉反控制器在120Hz调节电场以控制轨迹.
• 控制器设计优先考虑最大限度地提高DEP力,同时通过限制电场强度来确保电池安全.

主要成果:

• 在微流体芯片中,T淋巴细胞成功地沿着各种预定义的轨迹被引导.
• 每秒达到的细胞操纵速度是细胞大小的五倍.
• 证明了高轨迹精度,平均误差低于2微米.
• 细胞活力测试证实,活动DEP启动没有任何不良影响.

结论:

• 开发的系统可以使用活性电介电泳来实现T淋巴细胞轨迹的精确,实时,自动控制.
• 在线力计算模型和视觉反控制器对于动态细胞操纵是有效的.
• 这种方法为微流体应用中的目标细胞定位提供了一个有希望的,无害的方法.