《Lab on a Chip》：Integrated DEP presorting and wireless electrode array for high-throughput selective single-cell isolation
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本文介绍了一种名为SC-DEPOT的集成微流控平台，它结合了流体动力学聚焦、介电泳（DEP）引导和绝缘体介电泳（iDEP）捕获技术，实现了从复杂样本（如血液）中高效（94%捕获率）、高纯度（>95%）地分离稀有细胞（如循环肿瘤细胞CTC），并支持单细胞分析。该平台通过增加通道宽度（至800 μm）将通量提升8-16倍，且能在高背景细胞浓度（108cells/mL）下保持性能，为癌症异质性研究提供了强大工具。
引言
细胞异质性对疾病诊断、预后和治疗策略具有重要影响，尤其在癌症等复杂疾病中。稀有细胞（如循环肿瘤细胞CTC）在血液中含量极低（1–1000 cells/mL），其高效分离与单细胞分析是当前技术难点。现有技术如eDAR、CTC-chip等依赖表面标记物，存在标记物下调风险且缺乏单细胞分析能力；液滴微流控受泊松统计限制；而介电泳（DEP）技术利用细胞固有生物物理特性进行无标记分选，显示出独特优势。本研究开发的SC-DEPOT平台整合了流体动力学聚焦、DEP引导和iDEP捕获模块，旨在实现高通量、高选择性单细胞分离。
材料与方法
平台核心为三模块串联结构：流体动力学模块通过PDMS轨道将细胞聚焦至通道中心线；DEP引导模块通过倾斜叉指电极（75°倾角，2.6 Vp–p，50 kHz）将目标细胞（如MDA-MB-231乳腺癌细胞）定向至通道边缘；iDEP捕获模块通过无线双极电极（BPE）阵列在微口袋中捕获细胞（45 kHz，75 Vp–p）。实验采用健康供体外周血单核细胞（PBMC）与荧光标记的MDA-MB-231细胞混合模拟稀有细胞环境，通过3DEP仪器测量细胞介电特性，优化电场参数。
结果与讨论
引导电极的细胞重定向效率：在800 μm宽通道中，引导电极将目标细胞重定向效率提升至95±5%，使捕获效率从8±7%显著提高至90±5%。数值模拟显示，电场力集中于通道边缘50 μm范围内，引导电极有效解决了宽通道中DEP力范围有限的问题。
流体动力学聚焦模块性能：聚焦模块使PBMC远离通道壁，将非目标细胞捕获率从0.18%降至0.02%，纯度提升至>95%。在105–108cells/mL背景浓度下，目标细胞捕获效率稳定在94±4%，转移效率达92±9%。
SC-DEPOT在复杂样本中的表现：在108cells/mL高背景浓度下，平台仍保持高捕获效率与纯度，且通道无堵塞。细胞在捕获后2.5小时内保持活性，支持长时间分析。通量比较显示，SC-DEPOT在800 μm通道中的处理能力（20,000 cells/min/通道）远超传统窄通道设备（<2,000 cells/min/通道）。
结论
SC-DEPOT平台通过多模块协同，实现了稀有细胞的高通量、高纯度单细胞分离与分析。其可扩展的通道设计与稳健的性能，为临床稀有细胞研究提供了可靠工具。未来可通过并行通道进一步优化通量，满足更大样本处理需求。
