TW202436615A - 用於透過介電泳捕捉單細胞之系統及方法 - Google Patents

Abstract

一種藉由以下操作來捕獲細胞之方法：使具有複數個細胞之流體以第一流動速率流動至設備之流體通道中，藉由將第一信號強度之信號施加至安置於該設備之該流體通道中的一或多個電極，藉此在該一或多個電極處或附近產生非均勻電場，產生包含一或多個經捕獲細胞之一組捕獲位點，其中該流體通道包含接近該一或多個電極而安置之捕獲位點；及將該流體之流動速率提高至第二流動速率及/或將該信號改變至第二信號強度，以移除該組捕獲位點中之一或多個捕獲位點處除一個經捕獲細胞之外的所有經捕獲細胞。

Description

用於透過介電泳捕捉單細胞之系統及方法

本文中所揭示之實施例大體上係針對透過介電泳捕捉單細胞之系統、程序及方法。

介電泳(DEP)為當諸如生物分子或細胞之電中性但可極化的物質在非線性及/或非均勻電場中經歷電場梯度中之力時發生的電物理現象。此發生係因為粒子之一側歸因於跨越粒子之電場變化而經歷比另一側大的偶極子力。DEP力標稱地由以下等式給出： 其中r為粒子之半徑， ϵ _m 為流體之電容率，E為電場，且fCM為克勞修斯-莫梭提(Clausius-Mossotti)因子，亦即取決於流體與粒子之間的電容率差的複值，其決定DEP力將為正抑或為負。

基於在流體環境中捕捉及分選中性粒子或生物分子之能力，DEP可用於例如基於微流體之應用中的單細胞分析。例如藉由施加DEP來隔離細胞以進行阻抗或螢光表徵(或任何非接觸評估技術)而在標準生物化學分析中使用DEP，已在流體環境中得到證實。然而，歸因於例如但不限於定位於DEP設備中之捕獲點處的多個細胞，使用DEP隔離單細胞以直接操縱細胞帶來了額外挑戰。現有單細胞介電泳捕捉器通常使用負DEP (nDEP)，且藉由使用斥力之「籠」來排除額外細胞(參見Jang等人, DOI: 10.1016/j.bios.2009.05.027)或利用諸如腔室或微井之額外流體特徵來限制細胞(參見Qin及Wu等人, DOI: 10.1002/anie.201807314)。此等技術需要較大捕捉位點，且因此需要較低捕捉密度。因此，此項技術中需要自DEP設備中之捕獲點移除不合需要之細胞。

根據各種實施例，提供一種捕獲細胞之方法。該方法可包括以下步驟中之任一者：使流體以第一流動速率流動至設備之流體通道中；藉由將第一信號強度之信號施加至安置於該設備之該流體通道中的一或多個電極，藉此在該一或多個電極處或附近產生非線性及/或非均勻電場，產生包含一或多個經捕獲細胞之一組捕獲位點；將該流體之流動速率提高至第二流動速率；及使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。根據各種實施例，該流體包含複數個細胞。根據各種實施例，該流體通道包含接近該一或多個電極而安置之捕獲位點。根據各種實施例，提高該流動速率及/或改變該信號係為了移除該組捕獲位點中之一或多個捕獲位點處除一個經捕獲細胞之外的所有經捕獲細胞。

根據各種實施例，該方法可包括以下步驟中之任一者：使流體以第一流動速率流動至設備之流體通道中；將第一信號強度之信號施加至安置於該設備之該流體通道中的一或多個電極；基於所施加信號而跨越該一或多個電極產生非線性及/或非均勻電場，以將該複數個細胞中之一或多個細胞固定於一或多個捕獲位點處；將該流體之該流動調整至第二流動速率；將該信號調整至第二信號強度；藉由移除未固定於該捕獲位點處之任何細胞來清潔該流體通道；及使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。根據各種實施例，該流體包含複數個細胞。根據各種實施例，該流體通道包含接近該一或多個電極而安置之捕獲位點。根據各種實施例，調整該流體之該流動及/或調整該信號足以移除該一或多個捕獲位點處除一個經固定細胞之外的所有經固定細胞。根據各種實施例，清潔該流體通道係在調整該流體之該流動之前進行。

根據各種實施例，提供一種用於在流體通道中之捕獲點處捕獲單細胞的方法。根據各種實施例，該方法可包括以下步驟中之任一者：使流體以第一流動速率流動至該流體通道中；對該複數個細胞施加第一強度之介電泳力；將該介電泳力改變至第二強度；使該流體以第二流動速率流動至該流體通道中；及使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。根據各種實施例，該流體包含複數個細胞。根據各種實施例，該流體通道包含複數個捕獲點。根據各種實施例，該第一流動速率與該第一介電泳力平衡以在該複數個捕獲點中之一或多個捕獲點處自該複數個細胞產生一或多個經捕獲細胞。根據各種實施例，改變該介電泳力及/或使該流體以第二流動速率流動可去除除一個經捕獲細胞之外的所有經捕獲細胞。

根據各種實施例，提供一種經組態以用於固定粒子之設備。該設備包括：膜，其用於將流體與隔室分離；一或多個電極，其接近該膜而安置；反電極，其中該一或多個電極及該反電極經組態以跨越該一或多個電極及該反電極產生非線性電場；及電源，其用於跨越該一或多個電極及該反電極提供交流電(AC)，藉此產生振盪非線性電場，以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的流體中之粒子。

根據各種實施例，提供一種用於操作用於固定粒子之設備的方法。該方法包括：提供電源；提供經組態以用於將流體與隔室分離之膜；提供接近該膜而安置之一或多個電極；提供反電極，其中該一或多個電極及該反電極經組態以跨越該一或多個電極及該反電極產生非線性電場；經由該電源跨越該一或多個電極及該反電極供應交流電(AC)，藉此產生振盪非線性電場；及經由該振盪非線性電場所產生之介電泳力固定懸浮於該流體中之粒子，該流體在該一或多個電極與該反電極之間流動。

根據各種實施例，提供一種經組態以用於固定粒子之設備。該設備包括：一或多個電極及反電極，其經組態以用於產生非線性電場以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的流體中之粒子；及膜，其接近該一或多個電極之表面而安置，該一或多個電極之該表面遠離該反電極，其中該膜經組態以用於將該流體與隔室分離，且具有開口，該開口經組態以允許插入安置於該隔室中之尖銳構件。

根據各種實施例，提供一種用於操作用於固定粒子之設備的方法。該方法包括：提供電源；提供一或多個電極及反電極，其經組態以用於產生非線性電場以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的流體中之粒子；提供膜，其接近該一或多個電極之表面而安置，該一或多個電極之該表面遠離該反電極，其中該膜經組態以用於將該流體與隔室分離，且具有開口，該開口經組態以允許插入安置於該隔室中之尖銳構件；經由該電源跨越該一或多個電極及該反電極供應交流電(AC)，藉此產生振盪非線性電場；及經由該振盪非線性電場所產生之介電泳力固定懸浮於該流體中之粒子。

根據各種實施例，提供一種用於操作用於固定粒子之設備的方法。該方法包括：提供電源；提供經組態以用於將流體與隔室分離之膜；提供接近該膜之表面而安置的一對電極，其中該對電極經組態以跨越該等電極產生非線性電場；經由該電源跨越該等電極供應交流電(AC)，藉此產生振盪非線性電場；及經由該振盪非線性電場所產生之介電泳力固定懸浮於該流體中之粒子，該流體在該等電極之間流動。該方法亦包括提供反電極。該方法亦包括提供接近該膜之該表面而安置的第三電極。

根據各種實施例，提供一種系統，其經組態以執行如本文中所揭示之方法中之任何方法。

下文詳細地論述此等及其他態樣及實施例。前述資訊及以下詳細描述包括各種態樣及實施例之說明性實例，且提供用於理解所主張之態樣及實施例之性質及特性的概述或框架。圖式提供對各種態樣及實施例之說明及進一步理解，且併入於本說明書中且構成本說明書之一部分。

本申請案主張2022年9月30日申請之美國臨時申請案第63/377,965號之優先權及權益，該申請案之內容以全文引用之方式併入本申請案中。

如本文中所描述，術語「粒子」係指個別地或一起具有物理性質之物件或物件之群組。粒子具有可包括混合物之組成，包括但不限於活細胞、病毒、油滴、脂質體、微胞、逆微胞、蛋白質集體、聚合物、界面活性劑組裝體或其組合。粒子可為個別或複數個活的或死亡的細胞、病毒、細菌或任何有機體。粒子可在流體中自由浮動，例如懸浮於流體中，可為黏附的，可改變形狀，可合併，可分裂等。

除非另外定義，否則結合本文中所描述之本發明教示使用之科學及技術術語應具有一般熟習此項技術者通常所理解之含義。此外，除非上下文另外需要，否則單數術語應包括複數且複數術語應包括單數。

本發明大體上係關於一種設備及使用該設備以在該設備中之複數個捕獲點處隔離單細胞的方法。舉例而言，本發明至少部分地係關於平衡設備內之介電泳力與流過設備之複數個細胞感受到之拖曳力，使得該複數個細胞中之一或多者在複數個捕獲點中之一或多者處被捕獲。根據各種實施例，重新平衡介電泳力及拖曳力，以便自一或多個捕獲點中之各者(或大多數，或複數者，或至少一者)移除除一個經捕獲細胞之外的所有經捕獲細胞。

因此，揭示用於透過介電泳捕捉單細胞之系統、程序及方法。在各種實施例中，揭示使用介電泳之單細胞捕獲陣列。在各種實施例中，揭示使用正介電泳(pDEP)之系統、程序及方法，且此等系統、程序及方法與其他MEMS及微流體組件整合相容。此類型之pDEP陣列使得能夠主動控制各位點之細胞捕捉，從而允許在所揭示之MEMS奈米注射平台之內容背景下進行細胞之程式化捕獲及釋放以及單細胞轉染。本發明包括使用數值模擬及實驗方法開發之架構及工作流程，其利用捕獲體積隨電位及流動速率之非線性縮放來達成單細胞捕獲。在各種實施例中，本發明係關於介電泳、細胞捕獲及/或奈米注射。

在各種實施例中，本發明係關於使用正介電泳(pDEP)進行大規模(數千至數百萬個細胞)、可定址、單細胞捕捉之技術。所揭示之方法包括一組電極架構，其允許與其他裝置架構相容的大規模可定址DEP陣列。然而，在不調整控制系統及工作流程之情況下，若細胞裝載至設備中之密度足以在大多數位點處捕捉細胞(亦即，各位點處之細胞數目將遵循帕松分佈)，則此架構可在每一位點捕捉多個細胞。本發明亦包括可使用正DEP捕捉來達成亞帕松統計(理想地，每一位點恰好有一個細胞)之工作流程。 I. 根據各種實施例之用於隔離單細胞的方法

根據各種實施例，本文中揭示在設備中之複數個捕獲點處隔離單細胞的方法。

根據各種態樣，提供在捕獲位點處裝載及初始捕獲一或多個細胞之步驟。可包括管之流體通道最初可用流體(諸如低電導率DEP緩衝劑)以相對較高的流動速率(被稱作裝載流動速率)填充。在各種實施例中，裝載流動速率可近似為至少、至多、大約或恰好80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120 µL/min，或其中可導出之任何範圍。根據各種實施例，流動速率隨後減緩至第一捕捉流動速率，其近似為至少、至多、大約或恰好1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50 µL/min，或其中可導出之任何範圍。根據各種實施例，流動速率之平均流體速度可為至少、至多、大約或恰好10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129、130、131、132、133、134、135、136、137、138、139、140、141、142、143、144、145、146、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198、199、200、201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216、217、218、219、220、221、222、223、224、225、226、227、228、229、230、231、232、233、234、235、236、237、238、239、240、241、242、243、244、245、246、247、248、249、250、251、252、253、254、255、256、257、258、259、260、261、262、263、264、265、266、267、268、269、270、271、272、273、274、275、276、277、278、279、280、281、282、283、284、285、286、287、288、289、290、291、292、293、294、295、296、297、298、299、300、301、302、303、304、305、306、307、308、309、310、311、312、313、314、315、316、317、318、319、320、321、322、323、324、325、326、327、328、329、330、331、332、333、334、335、336、337、338、339、340、341、342、343、344、345、346、347、348、349、350、351、352、353、354、355、356、357、358、359、360、361、362、363、364、365、366、367、368、369、370、371、372、373、374、375、376、377、378、379、380、381、382、383、384、385、386、387、388、389、390、391、392、393、394、395、396、397、398、399、400、401、402、403、404、405、406、407、408、409、410、411、412、413、414、415、416、417、418、419、420、421、422、423、424、425、426、427、428、429、430、431、432、433、434、435、436、437、438、439、440、441、442、443、444、445、446、447、448、449、450、451、452、453、454、455、456、457、458、459、460、461、462、463、464、465、466、467、468、469、470、471、472、473、474、475、476、477、478、479、480、481、482、483、484、485、486、487、488、489、490、491、492、493、494、495、496、497、498、499、500 µm/s，或其中可導出之任何範圍。根據各種實施例，接通DEP信號，其可包含以下電壓：至少、至多、大約或恰好0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10V，及/或以下頻率：至少、至多、大約或恰好0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50 MHz，或其中可導出之任何範圍。根據各種實施例，此使得多個細胞在各位點處被捕捉，如圖3F中所展示。

根據各種實施例，提供一種使用流動速率調節來捕捉單細胞之程序。在各種實施例中，將流動速率提高至第二流動速率，其可比第一流動速率更快(包括實質上更快)。在各種實施例中，改變信號以在細胞上產生不同的介電泳力。在各種實施例中，調節流動速率且改變信號。在各種實施例中，不調節流動速率。在各種實施例中，不改變信號。在各種實施例中，第二流動速率為至少、至多、大約或恰好80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99、100、101、102、103、104、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、120、121、122、123、124、125、126、127、128、129、130、131、132、133、134、135、136、137、138、139、140、141、142、143、144、145、146、147、148、149、150、151、152、153、154、155、156、157、158、159、160、161、162、163、164、165、166、167、168、169、170、171、172、173、174、175、176、177、178、179、180、181、182、183、184、185、186、187、188、189、190、191、192、193、194、195、196、197、198、199、200、201、202、203、204、205、206、207、208、209、210、211、212、213、214、215、216、217、218、219、220、221、222、223、224、225、226、227、228、229、230、231、232、233、234、235、236、237、238、239、240、241、242、243、244、245、246、247、248、249、250、251、252、253、254、255、256、257、258、259、260、261、262、263、264、265、266、267、268、269、270、271、272、273、274、275、276、277、278、279、280、281、282、283、284、285、286、287、288、289、290、291、292、293、294、295、296、297、298、299、300、301、302、303、304、305、306、307、308、309、310、311、312、313、314、315、316、317、318、319、320、321、322、323、324、325、326、327、328、329、330、331、332、333、334、335、336、337、338、339、340、341、342、343、344、345、346、347、348、349、350、351、352、353、354、355、356、357、358、359、360、361、362、363、364、365、366、367、368、369、370、371、372、373、374、375、376、377、378、379、380、381、382、383、384、385、386、387、388、389、390、391、392、393、394、395、396、397、398、399、400、401、402、403、404、405、406、407、408、409、410、411、412、413、414、415、416、417、418、419、420、421、422、423、424、425、426、427、428、429、430、431、432、433、434、435、436、437、438、439、440、441、442、443、444、445、446、447、448、449、450、451、452、453、454、455、456、457、458、459、460、461、462、463、464、465、466、467、468、469、470、471、472、473、474、475、476、477、478、479、480、481、482、483、484、485、486、487、488、489、490、491、492、493、494、495、496、497、498、499、500 µL/min，或其中可導出之任何範圍。根據各種實施例，第二流動速率之平均流體速度為至少、至多、大約或恰好0.8、0.9、1、2、3、4、5 mm/s，或其中可導出之任何範圍。根據各種實施例，藉由降低電壓及/或頻率來改變信號。根據各種實施例，藉由提高電壓及/或頻率來改變信號。根據各種實施例，可將信號改變至以下頻率：至少、至多、大約或恰好0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94、95、96、97、98、99或100 MHz，或其中可導出之任何範圍。根據各種實施例，可將電壓改變至至少、至多、大約或恰好0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4V，或其中可導出之任何範圍。根據各種實施例，流動速率、流體速度、電壓及/或頻率之變化中之一或多者引起不在捕捉位點之正中心處之弱黏附細胞的釋放(參見圖3G及圖3H)。根據各種實施例，僅單細胞留在各捕捉器之中心(其可被稱作捕獲位點)。根據各種實施例，僅單細胞留在設備中之一或多個、大多數或實質上所有捕獲位點之中心。根據各種實施例，捕獲位點接近電極之尖端。根據各種實施例，捕獲位點偏移達電極之間的分離距離之一半。

根據各種實施例，在使複數個細胞流動至流體通道中之前執行阻斷步驟。在各種實施例中，阻斷步驟包含使包含阻斷劑之溶液流動至流體通道中。阻斷劑可為充分防止細胞與流體通道之非特異性相互作用(諸如非特異性結合)及/或減少非特異性細胞黏附至流體通道表面的任何試劑。阻斷劑可為蛋白質組合物。阻斷劑可包含白蛋白，諸如牛血清白蛋白。阻斷劑可為聚合物組合物。阻斷劑可包含普洛尼克(pluronic)三嵌段共聚物或類似分子。根據各種實施例，將阻斷劑裝載至流體通道中及/或流過流體通道且允許短暫培育，隨後用單獨流體(諸如包含複數個細胞之流體)替換。 II. 根據各種實施例之設備

根據本文中之各種實施例揭示一種用於在流體及非線性及/或非均勻電場環境中局部操縱中性粒子或生物分子之設備及其各種(例如微流體)應用。特定言之，各種實施例係關於一種用於對接近隔室(或腔)之生物物件、單細胞或細胞群組進行基於介電泳(基於DEP)之固定以局部操縱分子或細胞的設備。在各種實施例中，隔室或腔可用水性流體、水性緩衝劑、有機溶劑、疏水性流體或氣體中之一種填充。在各種實施例中，隔室可在隔室內容納不可與隔室外部之流體混溶的流體。在各種實施例中，隔室可容納與水性環境不相容之非水性流體或微電子器件。

特定言之，本文中所描述之技術係關於一種高通量、基於DEP之粒子固定(捕捉)設備，其釘住且固定鄰近於膜流動之流體中之一或多個粒子，該膜將流體與容納電子組件之隔室(隔離隔室或腔)分離。如本文中所描述，為了實現自腔進入流體環境中，可使用穿過膜之一或多個膜開口(在本文亦稱作「孔」或「微孔」)。如本文中所描述，膜亦可經設計以使用流體動力學策略來維持兩種不可混溶流體之間的穩定液體/氣體界面或液體-液體界面，該等流體動力學策略包括但不限於經由疏水性或親水性塗層之表面圖案化，及/或膜任一側上之兩種流體介質之壓力控制。亦可藉由經由靜電調節表面能，藉由對腔加壓或減壓，或藉由改變孔之大小或形狀(例如藉由將中空微針插入至孔中以減小有效毛細管半徑)來控制此界面，以有意地將流體移入或移出腔。

藉由提供平台以將DEP介導之粒子固定技術(例如捕捉技術)與單細胞水平(例如單細胞解析度)下之對個別生物分子或細胞之高度局部操縱相關，提取遺傳物質及/或將藥物分子遞送至個別細胞中之高度可控途徑例如不僅對於單細胞可達成，且亦可以高通量、可靠且可再現的方式達成。

如本文中所描述，描述用於固定流體中之粒子之設備的各種實施例。在各種實施例中，該設備包括用於將例如微流體通道中之流體與隔室分離的膜。在各種實施例中，該設備亦包括遠離隔室安置於膜上之一或多個電極及具有與該一或多個電極不同之表面積的反電極。在各種實施例中，一或多個電極及反電極(在本文中亦被稱作「DEP電極」)經組態以跨越一或多個電極及反電極產生非線性電場。在各種實施例中，一或多個電極及反電極(在本文中亦被稱作「DEP電極」)經組態以跨越一或多個電極及反電極產生非均勻電場。在各種實施例中，一或多個電極及反電極(在本文中亦被稱作「DEP電極」)經組態以跨越一或多個電極及反電極產生非線性及非均勻電場。在各種實施例中，該設備亦包括用於跨越一或多個電極及/或反電極提供及感測信號之電輸入及輸出源。在各種實施例中，信號為AC電壓，其用於產生振盪非線性電場以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的流體中之粒子。在各種實施例中，信號為AC電壓，其用於產生振盪非均勻電場以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的流體中之粒子。在各種實施例中，信號為AC電壓，其用於產生振盪非線性及非均勻電場以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的流體中之粒子。

在各種實施例中，該設備包括與孔(例如開口125等)共定位之電極之陣列(或一或多個電極之陣列，例如一對電極、一組三個電極、一組四個電極等)，從而允許自腔獲取捕捉之粒子。在各種實施例中，藉由塗佈孔之內壁的化學處理使孔具有疏水性。在各種實施例中，孔在膜任一側上之邊緣表面及/或孔內部用一系列材料類別塗佈/化學官能化，該等材料類別包括例如上文以任何合適組合列出之任何小分子、蛋白質、肽、類肽、聚合物或無機材料。本文中包括表面化學物質及其官能性之一些實例。根據各種實施例，孔內部及/或膜之一側之塗層可包括疏水性材料，諸如疏水性有機矽烷，例如氟矽烷，以便防止水溶液經由孔洩漏。根據各種實施例，可使用諸如但不限於泊洛沙姆或聚(甲基丙烯酸2-羥基乙酯)或諸如牛血清白蛋白之任何合適蛋白質阻斷溶液的化學物質來塗覆表面以阻礙細胞黏附，以便防止非特異性細胞黏附例如接近開口或孔之捕捉位點。表面塗層之一些實例可包括例如生物或有機材料，諸如蛋白質、肽、聚合物、不同長度之烴鏈，其任何組合可用於防止細胞黏附以及有效負載/分析物黏附預防。根據各種實施例，此類表面塗層可用於防止分子有效負載黏附，尤其就安置於尖銳構件或針上之分子有效負載而言。根據各種實施例，在膜之一側上塗佈親水性材料，諸如玻尿酸、氧化鈦、聚乙二醇等，以便確保彼等表面之高效潤濕且防止疏水性材料自開口流出。根據各種實施例，可採用前述途徑之任何組合，以便在單獨開口、孔或腔中分離疏水性流體與親水性流體。

本文中所揭示之各種實施例表示大容量捕捉生物物件及/或細胞以用於表徵、取樣、有效負載遞送或修飾的獨特能力。如本文中所描述，可基於應用及待詢問之生物物件或細胞而最佳化物理及材料性質及參數，諸如孔(或開口)之大小及疏水性、電極之大小、流體介質之電導率及電極之操作頻率。在本文中所描述之技術之各種實施例中，該設備可經組態以用於在捕捉/捕獲及探測/詢問/操縱之後選擇性釋放細胞。

此外，根據如本文中所描述之各種實施例，該設備亦可藉由利用介電泳(DEP)力來最佳化。舉例而言，由於所產生之DEP力根據上文所描述之DEP等式與場梯度之平方成比例，因此可跨越一或多個電極及反電極產生高度非線性及/或非均勻電場。在各種實施例中，藉由在具有經由大小差及/或接近度產生大電場梯度之幾何形狀的一或多個電極之間施加交流電(AC)，可產生受限的高度非線性及/或非均勻電場以作用於生物物件或細胞，且將其固定於捕捉區域中。舉例而言，若一或多個電極(例如一對電極)圍繞開口配置，則可調節DEP力以將物件捕捉於開口處之電極之間。另外，若電極中之開口之壁塗佈有疏水性材料，則開口之經塗佈內壁之接觸角可經由以下等式與流體之毛細管壓力相關：

其中 r為開口之半徑， γ為表面張力(對於水及空氣為大約72.75 mN/m)，且 θ為接觸角。習知地，大於90之接觸角 θ表示疏水性材料，而小於90之接觸角表示親水性材料。藉由施加例如疏水性矽烷塗層將接觸角 θ增加至約130度，空氣-水界面之毛細管壓力達至40至60 kPa，且具有約4 µm或5 µm之相對較大開口。如本文中所描述，開口內壁上之疏水性塗層可防止流體自水性側流過開口進入可能包含其他電子組件之充氣隔室。相同原理適用於跨越膜的其他類型之流體相分離，取決於膜之水性或非水性側係處於較高壓力抑或較低壓力下，可分別用疏水性或親水性表面處理來圖案化孔。因此，具有以產生非線性電場之方式配置之一或多個電極及反電極的設備可經組態以捕捉、固定或限制流體中之生物物件或細胞，而不損害對敏感電子組件之任何流體曝露。在各種實施例中，該設備具有大小相同或實質上類似的一或多個電極及反電極，其可經組態以產生高度非線性及/或非均勻電場，以便捕捉、固定或限制流體中之生物物件或細胞，而不損害對敏感電子組件之任何流體曝露。在各種實施例中，捕捉位點中之各者(例如開口或孔)可包括一個電極、兩個電極、三個電極、四個電極等。在各種實施例中，額外電極可經組態以用於在物件(例如粒子或細胞)之存在下進行阻抗感測。

圖1A至圖1D展示根據如本文中所揭示之各種實施例之用於固定粒子之設備的示意圖。圖1A展示根據各種實施例之實例設備100的示意性俯視圖。如圖1A中所展示，設備100包括開口125 (在本文中亦被稱作「孔」)、複數個電極120及一或多個互連件130。舉例而言，如所繪示，複數個電極120可包括以陣列或柵格形成之複數個個別不同電極表面區域。儘管電極120被繪示為環形或圓形電極，但根據各種實施例，電極120可為一對電極，或接近開口125安置之任何數目組電極。因此，如下文關於電極120進一步描述之物理、化學、材料參數可適用於電極對中之任一者。

在各種實施例中，電極120具有介於約1 nm至約50 µm之間的厚度。在各種實施例中，電極120具有介於以下之間的厚度：約10 nm至約5 µm、約10 nm至約10 µm、約10 nm至約5 µm、約100 nm至約4 µm、約300 nm至約3 µm、約400 nm至約5 µm、約500 nm至約5 µm，包括其間之任何厚度範圍。

在各種實施例中，電極120包括具有足夠電化學穩定性之透明導電材料或摻雜半導電材料中之至少一種。在各種實施例中，透明導電材料包括氧化銦錫、石墨烯、摻雜石墨烯、導電聚合物或薄金屬層。

如圖1A中所展示，在各種實施例中，複數個電極120 (參考電極120之陣列)中之各者具有開口125。在各種實施例中，複數個電極120中之一些具有開口125，且一些電極120不具有開口125。在各種實施例中，具有開口125之電極120及不具有開口125之電極120係基於設備100之應用而策略性地配置。

在各種實施例中，開口125具有介於約0.1 nm至約1 mm之間的大小(若為圓形，則在本文中亦被稱作直徑，或若為任何非圓形幾何形狀，則在本文中亦被稱作橫向尺寸)。在各種實施例中，開口125具有介於以下之間的大小：1 nm至約100 nm、約100 nm至約1 µm、約1 µm至約10 µm、約100 nm至約25 µm、約1 µm至約100 µm，或約1 µm至約50 µm，包括其間之任何大小範圍。

在各種實施例中，複數個電極120中之電極120在兩個鄰近電極之間具有介於以下之間的電極間分離距離：約1 µm至約5 mm、約1 µm至約1 mm、約10 µm至約500 µm，或約10 µm至約1 mm，包括其間之任何分離距離範圍。

在各種實施例中，電極120及一或多個互連件130包括相同材料。在各種實施例中，一或多個互連件130包括具有足夠電化學穩定性之透明導電材料或摻雜半導電材料中之至少一種。在各種實施例中，透明導電材料包括氧化銦錫、金屬奈米線網格、石墨烯、摻雜石墨烯、導電聚合物、薄金屬層、原子層金屬膜或任何其他合適透明導體。

圖1B展示設備100之電極120中之一者的放大示意圖。在各種實施例中，設備100包括一個電極120。如圖1A及圖1B中所展示，複數個電極120經由一或多個互連件130以柵格或陣列形式彼此互連。在各種實施例中，複數個電極120在可包括任何數目個電極120之群組內彼此互連，且設備100可包括電極120之任何數目個群組。

圖1C展示根據各種實施例之設備100的橫截面圖(與圖1B之視圖正交)。如圖1C中所展示，設備100包括複數個電極120及反電極140。根據各種實施例，複數個電極120中之各電極120可為一對電極，或接近開口125安置之任何數目組電極。在各種實施例中，反電極140為橫跨設備100之一部分、實質性部分、幾乎全部或全部的平面電極。舉例而言，反電極140可大於複數個電極120中之各者。舉例而言，反電極140之表面積可大於個別電極120中之各者之表面積。在各種實施例中，反電極140與電極120之間的表面積之比率可為約1:1、1.1:1、2:1、5:1、10:1、50:1、100:1、1百萬:1，或其間之任何合適比率。

在各種實施例中，電極120及反電極140具有相同或實質上類似的大小。在各種實施例中，電極120及反電極140安置於同一平面上。

如圖1C中所繪示，複數個電極120及反電極140經組態以接收在複數個電極120與反電極140之間的通道160中流動之流體(在圖1C中指示為平行箭頭)。在各種實施例中，在通道160中流動之流體可包括例如但不限於水性流體、水性緩衝劑、有機溶劑、疏水性流體或氣體。

在各種實施例中，流體在通道160中以介於0至10 mL/s之間的流動速率流動。在各種實施例中，流體為靜態的，因此具有最小流動速率或無流動速率。在各種實施例中，流體按以下流動速率流動：0.001 mL/s至約0.1 mL/s、約0.01 mL/s至約1 mL/s，或約0.1 mL/s至約10 mL/s，包括其間之任何流動速率範圍。

圖1D展示設備100之複數個電極120中之一者的放大橫截面圖。如圖1D中所展示，設備100包括膜110、電極120、互連件130及鈍化層150。在各種實施例中，膜110包括電絕緣材料。在各種實施例中，膜110包括電絕緣材料，包括但不限於氮化矽、氧化矽、金屬氧化物、碳化物(諸如SiCOH)、陶瓷(諸如氧化鋁)及聚合物。在各種實施例中，膜110包括導電材料，諸如金屬或摻雜半導體材料。在各種實施例中，膜110可為單層或具有包括前述材料中之任一種之多層堆疊的複合層。

在各種實施例中，形成通道160之壁包含通道材料，該通道材料可包括但不限於矽、玻璃、塑膠或各種彈性體，諸如聚(二甲基矽氧烷) (PDMS)，其可用作流體層之結構材料。在各種實施例中，通道160具有以下尺寸：約1 nm至約1 cm、約100 nm至約100 mm、約200 nm至約1 mm，或約200 nm至約500 µm，包括其間之任何尺寸。在各種實施例中，通道160之高度由所探測之粒徑設定，且為了避免堵塞，該高度應為粒子直徑之至少兩倍。

在各種實施例中，膜110具有介於約10 nm至約1 cm之間的厚度。在各種實施例中，膜具有介於以下之間的厚度：約10 nm至約5 mm、約10 nm至約1 mm、約10 nm至約100 µm、約50 nm至約10 µm、約50 nm至約5 µm、約100 nm至約10 µm、約100 nm至約5 µm，或約100 nm至約2 µm，包括其間之任何厚度範圍。在各種實施例中，可圖案化膜110或包含該膜之任何材料層。

圖1D亦展示懸浮於在通道160中流動之流體中的粒子165。在各種實施例中，粒子165可包括各種類型之顆粒材料或球狀材料，包括但不限於任何生物物件、細胞或非生物物件。在各種實施例中，粒子165可包括生物有機體、生物結構、細胞、活細胞、病毒、油滴、脂質體、微胞、逆微胞、蛋白質集體、聚合物、界面活性劑組裝體、胞、小胞、蛋白質、分子、微滴或非生物顆粒物質。

在各種實施例中，粒子165可具有介於約1 nm至約1 mm之間的大小。在各種實施例中，粒子165可具有介於以下之間的大小：約10 nm至約500 µm、約50 nm至約200 µm、約200 nm至約100 µm、約300 nm至約50 µm、約100 nm至約200 µm、約100 nm至約100 µm，或約200 nm至約50 µm，包括其間之任何大小範圍。

如圖1D中所展示，根據各種實施例，膜110經組態以分離流體以防止其進入隔室180。圖1D亦展示設備100之開口125。如圖1D中所展示，開口125延伸穿過膜110及電極120。在各種實施例中，開口125延伸穿過膜110、電極120及鈍化層150。在各種實施例中，若裝置之操作需要多於一個流體相(諸如離子緩衝劑及空氣或水性及有機溶劑)，則開口125亦可充當毛細管閥以隔離跨越膜110之兩個流體相。在各種實施例中，開口125之壁具有疏水性塗層或親水性塗層。在各種實施例中，藉由塗佈開口125之內壁的化學處理使開口125具有疏水性。在各種實施例中，開口125在膜任一側上之邊緣表面及/或開口125之壁內部(內壁) (在本文中亦被稱作「孔內部」)用一系列材料類別塗佈/化學官能化，該等材料類別包括例如上文以任何合適組合列出之任何小分子、蛋白質、肽、類肽、聚合物或無機材料。

根據各種實施例，疏水性塗層或親水性塗層安置(或沉積)於膜110及/或電極120之壁上，以防止流體進入隔室中。在各種實施例中，塗層以化學方式及共價方式附著於相關表面。在各種實施例中，疏水性塗層可包括各種類別，諸如疊氮化物、有機矽烷或氟碳化物。在各種實施例中，親水性塗層可包括一系列材料類別，包括任何小分子、蛋白質、肽、類肽、聚合物或無機材料。在各種實施例中，開口125之壁具有經圖案化之親水性塗層及疏水性塗層之組合。

在各種實施例中，疏水性塗層具有介於約95º與約165º之間的接觸角。在各種實施例中，親水性塗層具有介於以下範圍之間的接觸角：約100º與約165º、約105º與約165º、約110º與約165º、約120º與約165º、約95º與約150º、約95º與約140º，或約95º與約130º，包括其間之任何接觸角範圍。

在各種實施例中，親水性塗層具有介於約20º與約80º之間的接觸角。在各種實施例中，親水性塗層具有介於以下範圍之間的接觸角：約25º與約80º、約30º與約80º、約35º與約80º、約40º與約80º、約20º與約70º、約20º與約60º，或約20º與約50º，包括其間之任何接觸角範圍。

根據各種實施例，電源(未展示)可電連接至複數個電極120及反電極140以跨越複數個電極120及反電極140提供交流電(AC)，以產生振盪非線性及/或非均勻電場，從而固定(或捕捉)懸浮於流體中之粒子165，該流體在複數個電極120與反電極140之間流動。在各種實施例中，可施加具有多個電極之平面內電場以感應替代DEP場之局部場最小值。在各種實施例中，一或多個AC或DC信號可疊加於DEP致動信號上，以用於包括阻抗感測、電潤濕或電穿孔之應用。

在各種實施例中，以介於約1 mV與約300 V之間的電壓供應跨越複數個電極120 (若為單一電極或一對電極，則為一個電極120)及反電極140之AC。在各種實施例中，以介於以下之間的電壓供應跨越複數個電極120及反電極140之AC：約5 mV與約50 V、約5 mV與約20 V、約250 mV與約5 V、約500 mV與約50 V、約750 mV與約50 V、約1 V與約50 V、約5 V與約50 V、約10 V與約50 V、約250 mV與約40 V、約250 mV與約30 V、約250 mV與約20 V、約250 mV與約10 V、約250 mV與約8 V、約250 mV與約6 V、約250 mV與約5 V、約500 mV與約5 V，或約1 V與約5 V，包括其間之任何電壓範圍。在各種實施例中，以介於以下之間的電壓供應跨越複數個電極120 (若為單一電極，則為一個電極120)及反電極140之AC：約1 mV與約20 V、約1 mV與約10 V、約1 mV與約8V、約1 mV與約6 V、約1 mV與約5 V、約1 mV與約4 V、約1 mV與約3 V、約1 mV與約2 V、約1 mV與約1 V、約1 mV與約750 mV、約1 mV與約500 mV、約1 mV與約250 mV、約1 mV與約200 mV、約1 mV與約150 mV、約1 mV與約100 mV、約1 mV與約50 mV，包括其間之任何範圍。

在各種實施例中，以介於約1 Hz與約1 THz之間的振盪頻率供應跨越複數個電極120 (若為單一電極或一對電極，則為一個電極120)及反電極140之AC。在各種實施例中，以介於以下之間的振盪頻率供應跨越複數個電極120及反電極140之AC：約10 Hz與約100 GHz、約10 Hz與約10 GHz、約100 Hz與約10 GHz、約1 kHz與約1 GHz、約10 kHz與約1 GHz、約100 kHz與約1 GHz、約500 kHz與約1 GHz、約1 MHz與約1 GHz、約10 MHz與約1 GHz、約100 MHz與約1 GHz、約10 kHz與約500 MHz、約10 kHz與約100 MHz、約10 kHz與約50 MHz、約10 kHz與約30 MHz、約10 kHz與約20 MHz、約10 kHz與約10 MHz、約100 kHz與約10 MHz，或約500 kHz與約10 MHz，或約1 MHz與約10 MHz，包括其間之任何頻率範圍。

在各種實施例中，跨越複數個電極120 (若為單一電極或一對電極，則為一個電極120)及反電極140施加直流電(DC)。在各種實施例中，當跨越複數個電極120 (若為單一電極或一對電極，則為一個電極120)及反電極140施加電流時，DC及AC可重疊。

在各種實施例中，複數個電極120及反電極140可個別地定址、按群組定址，或電短路(例如短接)在一起。在各種實施例中，電極對中之各者可個別地定址、按群組定址，或電短路(例如短接)在一起。舉例而言，AC可個別地或以群組供應至複數個電極120中之各者及反電極140。舉例而言，對於複數個電極120中之一些及反電極140而非複數個電極120中之其他電極120及反電極140，可短接複數個電極120及反電極140。因而，複數個電極120與反電極140之間的配置之任何組合或組態可經實施用於設備100。

根據各種實施例亦揭示一種pDEP細胞捕獲晶片，其在包含一或多個薄介電膜(通常氧化矽及氮化矽)之膜中使用電極組，如別處所描述。此等電極可經設計以當施加AC電壓時在2個或更多個電極之尖端之間產生最大場集中之位置(其在本文中可被稱作「捕捉位點」或「捕獲位點」)。此現象繪示於圖2B中。

根據各種實施例亦揭示一組流體泵及感測器(注射泵或排量泵及壓力感測器，或壓力泵及流動速率感測器)，其用於閉環控制流動速率。

本說明書描述用於透過介電泳捕捉單細胞之系統、程序及方法的各種例示性實施例。然而，本發明不限於此等例示性實施例及應用或例示性實施例及應用之運作或在本文中所描述之方式。此外，本文中所論述之任何及所有參數、量測、方法及材料僅為實例且可基於需要而變化。

在描述各種實施例時，說明書可能以特定步驟順序形式來呈現方法及/或程序。然而，就方法或程序不依賴於本文中所闡述之特定步驟次序而言，方法或程序不應限於所描述之特定步驟順序。如一般熟習此項技術者將瞭解，其他步驟順序可為可能的。因此，說明書中所闡述之特定步驟次序不應理解為對申請專利範圍之限制。另外，針對方法及/或程序之申請專利範圍不應限於所書寫之其步驟之執行次序，且熟習此項技術者可易於瞭解，順序可變化且仍保持在各種實施例之精神及範疇內。類似地，各種系統實施例中之任一者可能已呈現為特定組件之群組。然而，此等系統不應限於特定組件組，現其特定組態、通信及相對於彼此之實體定向。熟習此項技術者應易於瞭解，此等組件可具有各種組態及實體定向(例如完全分離的組件、組件群組之單元及子單元、組件之間的不同通信方案)。

儘管本說明書中已描述本發明之特定實施例及應用，但此等實施例及應用僅為例示性的，且許多變化係可能的。 III. 實例

包括以下實例以證實本發明之較佳實施例。熟習此項技術者應瞭解，以下實例中所揭示之技術代表本發明人所發現之在本發明實踐中起良好作用之技術，且因此可視為構成用於其實踐之較佳模式。然而，根據本發明，熟習此項技術者應瞭解，在不脫離本發明之精神及範疇的情況下可對所揭示之特定實施例作出許多改變且仍獲得相同或類似結果。 實例1：根據各種實施例之設備

根據各種實施例，揭示一種新穎奈米注射系統。該系統可包含但不限於由多孔膜分離之可縮放微流體細胞捕獲陣列(圖2A)。若此系統能夠按需捕獲及釋放細胞，則其有可能以高精度及單細胞解析度遞送遺傳物質。基於井或大小排阻之細胞捕獲途徑雖然能夠獲得高產率，但在個別定址方面存在困難。可縮放、可定址捕捉陣列之所揭示實例使用經設計以使用pDEP在所界定區內產生集中電場的電極對，類似於單分子pDEP捕捉器之現有方法，如圖2A及圖2B中所展示。

在具有電容率 之流體介質中，具有半徑 a之微粒經歷由下式給出之DEP力：

，

其中 為所謂的克勞修斯-莫梭提因子之實部，且 E _rms 為AC電場之均方根。CM因子 取決於特定電場頻率下流體介質與懸浮粒子之複介電常數 之間的對比。對於希拉(HeLa)細胞，核-殼模型預測CM因子在低MHz頻率範圍內之可忽略變化。

數值模擬(Comsol Multiphysics®)用於解析裝置中之流體流動及電場以便能夠設計實驗工作流程及電極幾何形狀之未來反覆。DEP位點之無因次捕捉半徑 由DEP力 F ^DEP 及斯托克(Stokes)拖曳力 F ^drag 之間的平衡決定，如描繪粒子痕跡之圖2A中所呈現。平均入口速度 及施加之電壓 分別控制拖曳力及DEP力。此使得能夠在微流體裝置中設計及開發選擇性單細胞捕獲及釋放。

介電介質中之均質介電球上之時間平均介電泳力由下式給出： 其中r為粒子之半徑， 及 分別為介質及粒子之複介電常數，由 給出。

此等式中可見三個相關參數： 1)電場梯度：DEP力與電場梯度之平方成比例(此取決於所施加電壓及捕捉電極之形狀)。 2) ，稱為克勞修斯-莫梭提因子，其取決於粒子及周圍介質之相對極化率而在-1與1之間變化。對於給定粒子介質系統，此以複雜方式取決於頻率，通常只能以實驗方式測定。在所揭示之系統中，使用正介電泳，且因此選擇介質組成及頻率以便保持克勞修斯-莫梭提因子儘可能接近1。

粒子之半徑為r。有一些提醒(參見下文)，對於球形粒子，DEP力將與r^3成比例。

低雷諾數條件下球形粒子上之拖曳力由下式給出： 其中 μ為流體之動態黏度，U為整體流體速度，且r為粒子之半徑。因此，忽略來自非特異性黏附之力及對來自附近壁之拖曳力之校正，且假設電場及速度在粒子大小上相對均勻，則所揭示之DEP捕獲系統之力平衡為： 。 當此不等式成立時，粒子將保持被捕捉。由於電場梯度不均勻且在捕捉位點處具有最大值，因此，此不等式在局部場最大值處之捕捉位點周圍的有限空間體積(例如「捕捉體積」，此係由於可藉由模擬或實驗測定的對電極體積之複雜依賴性)中亦成立。

自此力平衡可看出，捕捉體積可藉由某些參數減小，包括但不限於： 1)提高流體速度； 2)藉由改變頻率來減小克勞修斯-莫梭提因子；及/或 3)藉由降低所施加電壓來減小電場梯度之量值。

捕捉力對細胞大小之依賴性係複雜的。一方面，以上等式表明捕捉力與粒子半徑成二次比例，此表明較大細胞將更易於被捕捉且更難以釋放。然而，此忽略了電場及捕捉位點之幾何形狀，參見以上斜體字之提醒。許多pDEP電極設計，包括所揭示之系統，必然產生小的高電場區。若細胞過大，則DEP力將對細胞體積之一部分起作用，且拖曳力將繼續獨立於DEP力與大小成比例，從而使極大細胞更難捕捉。所揭示之工作流程已用直徑為大約12 µm之希拉細胞進行測試，且經設計以在該大小之合理範圍內(例如在約3 µm至50 µm直徑之間)發揮作用。

各種實施例之參數範圍可包括但不限於以下： 1)細胞直徑：3 µm至50 µm 2)流體(整體)速度：10 µm/s至50 mm/s 3)所施加電壓(電極之間的信號之振幅)：100 mV至5 V 4)頻率：100 kHz至3 MHz (正DEP)

在各種實施例中，可使用熔融二氧化矽基板上之金電極來製造設備。流體通道(1.2 cm寬×84 μm深)使用雷射切割之醫用級丙烯酸/聚酯間隔帶界定，且用切割成一定大小之載玻片覆蓋。在基於DMEM之DEP緩衝劑中執行細胞捕獲。流動速率在10至100 μL/min之間變化，對應於 = 0.17 - 1.7 mm/s。在裝載希拉細胞(250,000個細胞/mL)之後，流動速率減緩至10 μL/min且DEP信號( f= 1MHz， = 2至4 V)被接通。

電極之間的細胞捕獲(參見圖3D)隨後發生在大多數位點處。在捕獲初始細胞之後，額外細胞將形成鄰近於初始細胞之鏈。將流動速率提高至100 μL/min，同時保持DEP信號接通，移除此等額外細胞，每一位點留下單細胞(參見圖3H)。隨後關斷DEP信號且釋放單細胞。

由理論及模擬產生之捕獲體積、 與 之間的非線性關係為使用pDEP實現單細胞捕獲之工作流程設計提供了資訊。如上文所證實，藉由將流動速率提高至將捕捉半徑減小至小於單細胞半徑之值，從而藉由拖曳將額外細胞自電極表面移除，可達成有效單細胞捕獲。

已成功證實使用與所揭示之奈米注射架構相容之微電極對陣列的單細胞pDEP捕獲。本發明可包括電極形狀之最佳化、更密集陣列及細胞存活率之量化，以及與奈米注射系統之MEMS組件的整合。 實例2：根據各種實施例之工作流程

單細胞pDEP捕獲之工作流程之實例包括以下中之一或多者： 1)用鈍化緩衝劑(例如含有牛血清白蛋白或類似阻斷蛋白、普洛尼克等之介質)阻斷表面 2)用DEP緩衝劑裝載流量槽。 3)接通DEP信號(1 MHz，1 V至4 V)，使細胞以流動速率1 (對於所揭示之通道尺寸為10 µL/min，其對應於170 µm/s之平均流體速度)流動至晶片上(濃度為約250k個細胞/mL)。流體速度為決定拖曳力之重要參數。裝載細胞之最佳流體速度取決於細胞直徑，其決定斯托克拖曳力與DEP力之間的平衡。在此流動速率下，調整或改變DEP力以支配拖曳力，同時確保流動速率不會過慢而使得細胞簡單地沉降且黏附於表面。繼續在此等條件下使細胞在晶片上方流動，直至填充足夠數目個位點為止。對於大多數位點，每一位點將有多個細胞被捕捉，其中一個細胞在捕捉器中心，且額外細胞鄰近於此細胞被捕捉。 4)移除除捕捉器中心處之細胞外的所有細胞，此細胞將由DEP力最有力地保持在適當位置。此可以提供如下之若干方式中之一者或組合來實現： a)將流動速率提高至流動速率2 (＞流動速率1)，自晶片洗掉弱黏附細胞。為此，在各種實施例中，可使用100 µL/min之流速，對應於1.7 mm/s之平均流體速度。此流動速率之選擇取決於細胞之大小，且因此取決於DEP力與斯托克拖曳力之比率(FDEP/FDrag ~ r^3/r = r)。此為用以實施此途徑之實例方法。 b)藉由降低所施加電壓抑或藉由改變頻率以減小克勞修斯-莫梭提因子，使DEP力減小。 c)例如藉由施加振動或聲波來物理攪動晶片 d)用降低細胞/細胞或細胞/表面黏附之物質(諸如胰蛋白酶)洗滌晶片。 IV. 實施例之敍述

實施例1：一種捕獲細胞之方法，其包含：使流體以第一流動速率流動至設備之流體通道中，其中該流體包含複數個細胞；藉由將第一信號強度之信號施加至安置於該設備之該流體通道中的一或多個電極，藉此在該一或多個電極處或附近產生非均勻電場，產生包含一或多個經捕獲細胞之一組捕獲位點，其中該流體通道包含接近該一或多個電極而安置之捕獲位點；及將該流體之流動速率提高至第二流動速率及/或將該信號改變至第二信號強度，以移除該組捕獲位點中之一或多個捕獲位點處除一個經捕獲細胞之外的所有經捕獲細胞。

實施例2：如實施例1之方法，其中在使該流體以該第一流動速率流動至該設備之該流體通道中之前，該方法進一步包含：使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。

實施例3：如實施例2之方法，其中該緩衝溶液包含阻斷劑。

實施例4：如實施例3之方法，其中該阻斷劑包含一或多種蛋白質及/或一或多種合成聚合物。

實施例5：如實施例4之方法，其中該一或多種蛋白質包含白蛋白。

實施例6：如實施例1至5中任一項之方法，其中該第一信號強度包含具有在約0.5 MHz至約50 MHz範圍內之頻率及/或在約1 V與約5 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號。

實施例7：如實施例1至6中任一項之方法，其中將該信號改變至第二信號強度包含：經由降低該電壓來降低該信號之強度，及/或降低或提高該AC信號之該頻率。

實施例8：如實施例1至7中任一項之方法，其中該第二信號強度包含具有在約0.1 MHz至約100 MHz範圍內之頻率及/或在約0.1 V與約4 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號，其中該頻率不同於該第一信號強度之該頻率，其中該電壓低於該第一信號強度之該電壓。

實施例9：如實施例1至8中任一項之方法，其中該第一流動速率包含介於約1 µL/min與約50 µL/min之間的速率。

實施例10：如實施例1至9中任一項之方法，其中該第一流動速率具有介於約10 µm/s與約500 µm/s之間的平均流體速度。

實施例11：如實施例1至10中任一項之方法，其中該第二流動速率包含介於約80 µL/min與約5,000 µL/min之間的速率。

實施例12：如實施例1至11中任一項之方法，其中該第二流動速率具有介於約1.4 mm/s與約5.0 mm/s之間的平均流體速度。

實施例13：如實施例1至12中任一項之方法，其中將該流體之該流動速率提高至該第二流動速率發生在使該流體以該第一流動速率流動之後約4分鐘至約30分鐘。

實施例14：如實施例1至13中任一項之方法，其中將該信號降低至該第二信號強度發生在施加該第一信號強度之該信號之後4分鐘至約30分鐘。

實施例15：如實施例1至14中任一項之方法，其中該流體包含約10,000個細胞/mL至約2,000,000個細胞/mL。

實施例16：如實施例1至15中任一項之方法，其中該複數個細胞包含人類細胞。

實施例17：如實施例1至16中任一項之方法，其中該設備包含將該流體通道與隔室分離之膜。

實施例18：如實施例17之方法，其中該膜接近該一或多個電極而安置。

實施例19：一種捕獲細胞之方法，其包含：使流體以第一流動速率流動至設備之流體通道中，該流體包含複數個細胞；將第一信號強度之信號施加至安置於該設備之該流體通道中的一或多個電極，該流體通道包含接近該一或多個電極而安置之捕獲位點；基於所施加信號而跨越該一或多個電極產生非均勻電場，以將該複數個細胞中之一或多個細胞固定於一或多個捕獲位點處；及將該流體之該流動調整至第二流動速率及/或將該信號調整至第二信號強度，以移除該一或多個捕獲位點處除一個經固定細胞之外的所有經固定細胞。

實施例20：如實施例19之方法，其進一步包含：在調整該流體之該流動之前，藉由移除未固定於該捕獲位點處之任何細胞來清潔該流體通道。

實施例21：如實施例19至20中任一項之方法，在使該流體以該流動速率流動至該設備之該流體通道中之前，該方法進一步包含：使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。

實施例22：如實施例21之方法，其中該緩衝溶液包含阻斷劑。

實施例23：如實施例22之方法，其中該阻斷劑包含一或多種蛋白質及/或一或多種合成聚合物。

實施例24：如實施例23之方法，其中該一或多種蛋白質包含白蛋白。

實施例25：如實施例19至24中任一項之方法，其中該第一信號強度包含具有在約0.5 MHz至約50 MHz範圍內之頻率及/或在約1 V與約5 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號。

實施例26：如實施例19至25之方法，其中將該信號調整至第二信號強度包含：經由降低該電壓來降低該信號之強度，及/或降低或提高該AC信號之該頻率。

實施例27：如實施例19至26中任一項之方法，其中該第二信號強度包含具有在約0.1 MHz至約100 MHz範圍內之頻率及/或在約0.1 V與約4 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號，其中該頻率不同於該第一信號強度之該頻率，其中該電壓低於該第一信號強度之該電壓。

實施例28：如實施例19至27中任一項之方法，其中該第一流動速率包含介於約1 µL/min與約50 µL/min之間的速率。

實施例29：如實施例19至28中任一項之方法，其中該第一流動速率具有介於約10 µm/s與約500 µm/s之間的平均流體速度。

實施例30：如實施例19至29中任一項之方法，其中該第二流動速率包含介於約80 µL/min與約5,000 µL/min之間的速率。

實施例31：如實施例19至30中任一項之方法，其中該第二流動速率具有介於約1.4 mm/s與約5.0 mm/s之間的平均流體速度。

實施例32：如實施例19至31中任一項之方法，其中將該流體之該流動速率提高至該第二流動速率發生在使該流體以該第一流動速率流動之後約4分鐘至約30分鐘。

實施例33：如實施例19至32中任一項之方法，其中將該信號降低至該第二信號強度發生在施加該第一信號強度之該信號之後4分鐘至約30分鐘。

實施例34：如實施例19至33中任一項之方法，其中該流體包含約10,000個細胞/mL至約2,000,000個細胞/mL。

實施例35：如實施例19至34中任一項之方法，其中該複數個細胞包含人類細胞。

實施例36：如實施例19至35中任一項之方法，其中該設備包含將該流體通道與隔室分離之膜。

實施例37：如實施例36之方法，其中該膜接近該一或多個電極而安置。

實施例38：一種用於在流體通道中之捕獲點處捕獲單細胞的方法，其包含：使流體以第一流動速率流動至該流體通道中，其中該流體包含複數個細胞，且其中該流體通道包含複數個捕獲點；對該複數個細胞施加第一強度之介電泳力，其中該第一流動速率與該第一介電泳力平衡以在該複數個捕獲點中之一或多個捕獲點處自該複數個細胞產生一或多個經捕獲細胞；及將對該複數個細胞之該介電泳力改變至第二強度，及/或使該流體以第二流動速率流動至該流體通道中，以去除除一個經捕獲細胞之外的所有經捕獲細胞。

實施例39：如實施例38之方法，其中在使該流體以該第一流動速率流動之前，該方法進一步包含：使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。

實施例40：如實施例39之方法，其中該緩衝溶液包含阻斷劑。

實施例41：如實施例40之方法，其中該阻斷劑包含一或多種蛋白質及/或一或多種合成聚合物。

實施例42：如實施例41之方法，其中該一或多種蛋白質包含白蛋白。

實施例43：如實施例38至42中任一項之方法，其中該第一強度包含具有在約0.5 MHz至約50 MHz範圍內之頻率及/或在約1 V與約5 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號。

實施例44：如實施例38至43中任一項之方法，其中改變該介電泳力包含：經由降低該電壓來降低該信號之強度，及/或降低或提高該AC信號之該頻率。

實施例45：如實施例38至44中任一項之方法，其中該第二強度包含具有在約0.1 MHz至約100 MHz範圍內之頻率及/或在約0.1 V與約4 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號，其中該頻率不同於該第一強度之該頻率，其中該電壓低於該第一強度之該電壓。

實施例46：如實施例38至45中任一項之方法，其中該第一流動速率包含介於約1 µL/min與約50 µL/min之間的速率。

實施例47：如實施例38至46中任一項之方法，其中該第一流動速率具有介於約10 µm/s與約500 µm/s之間的平均流體速度。

實施例48：如實施例38至47中任一項之方法，其中該第二流動速率包含介於約80 µL/min與約5,000 µL/min之間的速率。

實施例49：如實施例38至48中任一項之方法，其中該第二流動速率具有介於約1.4 mm/s與約5.0 mm/s之間的平均流體速度。

實施例50：如實施例38至49中任一項之方法，其中該流體以該第二流動速率之該流動發生在使該流體以該第一流動速率流動之後約4分鐘至約30分鐘。

實施例51：如實施例38至50中任一項之方法，其中改變該介電泳力發生在施加該第一信號強度之該信號之後4分鐘至約30分鐘。

實施例52：如實施例38至51中任一項之方法，其中該流體包含約10,000個細胞/mL至約2,000,000個細胞/mL。

實施例53：如實施例38至52中任一項之方法，其中該複數個細胞包含人類細胞。

實施例54：一種捕獲細胞之方法，其包含：使流體以某一流動速率流動至設備之流體通道中，該流體包含複數個細胞；將信號施加至安置於該設備之該流體通道中的一或多個電極，藉此在該一或多個電極處或附近產生非均勻電場，其中該流體通道包含接近該一或多個電極而安置之捕獲位點；及調整該流體之該流動速率及/或該信號之強度，以將該複數個細胞中之一或多個細胞固定於該捕獲位點處，及/或移除未固定於該捕獲位點處之任何細胞。

實施例55：如實施例54之方法，其進一步包含：調整該信號之該強度以將該複數個細胞中之一或多個細胞固定於該捕獲位點處。

實施例56：如實施例54或55之方法，其中調整該流動速率包括降低該流動速率以確保至少一個細胞固定於該捕獲位點處。

實施例57：如實施例55或56之方法，其中調整該信號之該強度包括提高該信號之該強度以確保至少一個細胞固定於該捕獲位點處。

實施例58：如實施例54至57中任一項之方法，其進一步包含：提高該流動速率以移除未固定於該捕獲位點處之任何細胞。

實施例59：如實施例54至58中任一項之方法，在使該流體以該流動速率流動至該設備之該流體通道中之前，該方法進一步包含：使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。

實施例60：如實施例59之方法，其中該緩衝溶液包含含有牛血清白蛋白或類似阻斷蛋白、普洛尼克等之介質。

實施例61：如實施例54至60中任一項之方法，其中該信號為具有約1 MHz之頻率及/或在約1 V與約4 V範圍內之操作電壓的交流電(AC)信號。

實施例62：如實施例61之方法，其中調整該信號之該強度以移除未固定於該捕獲位點處之任何細胞包含：經由降低該操作電壓來降低該信號之該強度，及/或該AC信號之降低該頻率。

實施例63：如實施例54至62中任一項之方法，其中該流動速率之範圍介於約1 µL/min與約200 µL/min之間。

實施例64：如實施例54至63中任一項之方法，其中該流體具有介於約10 µm/s與約3000 µm/s之間的平均流體速度。

實施例65：如實施例54至64中任一項之方法，其中該流體包含約10,000個細胞/mL至約2,000,000個細胞/mL。

實施例66：一種捕獲細胞之方法，其包含：使流體以某一流動速率流動至設備之流體通道中，該流體包含複數個細胞；將信號施加至安置於該設備之該流體通道中的一或多個電極，該流體通道包含接近該一或多個電極而安置之捕獲位點；基於所施加信號而跨越該一或多個電極產生非均勻電場；及藉由調整該信號之強度及/或調整該流動速率而將該複數個細胞中之一或多個細胞固定於該捕獲位點處。

實施例67：如實施例66之方法，其進一步包含：藉由提高該流動速率以移除未固定於該捕獲位點處之任何細胞來清潔該流體通道。

實施例68：如實施例66或67之方法，其中固定該一或多個細胞包含：降低該流動速率以將該複數個細胞中之該一或多個細胞固定於該捕獲位點處。

實施例69：如實施例67或68之方法，其中調整該信號之該強度包括提高該信號之該強度以確保至少一個細胞固定於該捕獲位點處。

實施例70：如實施例66至69中任一項之方法，其進一步包含：提高該流動速率以移除未固定於該捕獲位點處之任何細胞。

實施例71：如實施例66至70中任一項之方法，在使該流體以該流動速率流動至該設備之該流體通道中之前，該方法進一步包含：使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。

實施例72：如實施例71之方法，其中該緩衝溶液包含含有牛血清白蛋白或類似阻斷蛋白、普洛尼克等之介質。

實施例73：如實施例66至72中任一項之方法，其中該信號為具有約1 MHz之頻率及/或在約1 V與約4 V範圍內之操作電壓的交流電(AC)信號。

實施例74：如實施例73之方法，其中移除未固定於該捕獲位點處之任何細胞包含：經由降低該操作電壓來降低該信號之該強度，及/或降低該AC信號之該頻率。

實施例75：如實施例66至74中任一項之方法，其中該流動速率之範圍介於約1 µL/min與約200 µL/min之間。

實施例76：如實施例66至75中任一項之方法，其中該流體具有介於約10 µm/s與約3000 µm/s之間的平均流體速度。

實施例77：如實施例66至76中任一項之方法，其中該流體包含約10,000個細胞/mL至約2,000,000個細胞/mL。

實施例78：一種系統，其經組態以執行如實施例1至77中任一項之方法。

實施例79：如實施例78之系統，其進一步包含以下中之一或多者：(1)膜，其用於將流體與隔室分離；(2)一或多個電極，其接近該膜而安置；(3)反電極，其中該一或多個電極及該反電極經組態以跨越該一或多個電極及該反電極產生非均勻電場；及(4)電源，其用於跨越該一或多個電極及該反電極提供交流電(AC)，藉此產生振盪非均勻電場，以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的流體中之粒子。

實施例80：如實施例78之系統，其進一步包含：一或多個電極及反電極，其經組態以用於產生非均勻電場以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的流體中之粒子；及膜，其接近該一或多個電極之表面而安置，該一或多個電極之該表面遠離該反電極，其中該膜經組態以用於將該流體與隔室分離，且具有開口，該開口經組態以允許插入安置於該隔室中之尖銳構件。

儘管本說明書含有諸多特定實施例細節，但此等細節不應理解為任何發明範疇或可能主張之內容範疇之限制，而應理解為特定針對於特定發明之特定實施例之特徵的描述。在單獨實施例之上下文中描述於本說明書中之某些特徵亦可在單一實施例中以組合形式實施。相反地，在單一實施例之上下文中所描述之各種特徵亦可分別在多個實施例中實施或以任何合適子組合來實施。此外，儘管上文可將特徵描述為以某些組合起作用且甚至最初按此來主張，但來自所主張組合之一或多個特徵在一些情況下可自該組合刪除，且所主張之組合可針對子組合或子組合之變化。

類似地，雖然在圖式中以特定次序來描繪操作，但不應將此理解為要求以所展示的特定次序或以順序次序執行此等操作，或執行所有所說明操作以達成合乎需要之結果。在某些情形中，多任務及並行處理可為有利的。此外，不應將上文所描述之實施例中之各種系統組件的分離理解為在所有實施例中要求此分離，且應理解，所描述之程式組件及系統可通常共同整合於單一軟體產品或封裝至多個軟體產品中。

對「或」之參考可理解為包括性，使得使用「或」描述之任何術語可指示單一、多於一個及全部所描述術語中之任一者。標籤「第一」、「第二」、「第三」等未必意圖指示定序，且通常僅用以區分相同或類似項目或元件。

本發明中所描述之實施例的各種修改對於熟習此項技術者而言可為顯而易見的，且在不脫離本發明之精神或範疇的情況下，本文中所定義之一般原理可應用於其他實施例。因此，申請專利範圍並不意欲限於本文中所展示之實施例，而應符合與本文中所揭示之本發明、原理及新穎特徵相一致之最廣泛範疇。

100:設備 110:膜 120:電極 125:開口 130:互連件 140:反電極 150:鈍化層 160:通道 165:粒子 180:隔室

隨附圖式並不意欲按比例繪製。各種圖式中之類似附圖標號及標示指示類似元件。出於清晰性之目的，並非每一組件皆可標註於每一圖式中。在該等圖式中：

圖1A至圖1D展示根據各種實施例之經組態以用於固定粒子之設備的示意圖。

圖2A至圖2B展示介電泳場中之設備捕獲位點的示意圖。

圖3A至圖3H示出使用根據各種實施例之方法及設備的模擬及實驗結果。( 3A)為在頻率 及流速 = 1 mm/s下對應於電位 的模擬捕獲體積。( 3B)為捕獲半徑與 及 之熱圖。( 3C-3H)為來自視訊之靜止畫面，展示在捕獲位點處捕獲多個細胞，隨後釋放剩餘細胞。

100:設備

120:電極

140:反電極

160:通道

Claims (56)

1. 一種捕獲細胞之方法，其包含： 使流體以第一流動速率流動至設備之流體通道中，其中該流體包含複數個細胞； 藉由將第一信號強度之信號施加至安置於該設備之該流體通道中的一或多個電極，藉此在該一或多個電極處或附近產生非均勻電場，產生包含一或多個經捕獲細胞之一組捕獲位點，其中該流體通道包含接近該一或多個電極而安置之捕獲位點；及 將該流體之流動速率提高至第二流動速率及/或將該信號改變至第二信號強度，以移除該組捕獲位點中之一或多個捕獲位點處除一個經捕獲細胞之外的所有經捕獲細胞。
2. 如請求項1之方法，其中在使該流體以該第一流動速率流動至該設備之該流體通道中之前，該方法進一步包含： 使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。
3. 如請求項2之方法，其中該緩衝溶液包含阻斷劑。
4. 如請求項3之方法，其中該阻斷劑包含一或多種蛋白質及/或一或多種合成聚合物。
5. 如請求項4之方法，其中該一或多種蛋白質包含白蛋白。
6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該第一信號強度包含具有在約0.5 MHz至約50 MHz範圍內之頻率及/或在約1 V與約5 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號。
7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中將該信號改變至第二信號強度包含： 經由降低該電壓來降低該信號之強度，及/或 降低或提高該AC信號之該頻率。
8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中該第二信號強度包含具有在約0.1 MHz至約100 MHz範圍內之頻率及/或在約0.1 V與約4 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號，其中該頻率不同於該第一信號強度之該頻率，其中該電壓低於該第一信號強度之該電壓。
9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中該第一流動速率包含介於約1 µL/min與約50 µL/min之間的速率。
10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中該第一流動速率具有介於約10 µm/s與約500 µm/s之間的平均流體速度。
11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中該第二流動速率包含介於約80 µL/min與約5,000 µL/min之間的速率。
12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中該第二流動速率具有介於約1.4 mm/s與約5.0 mm/s之間的平均流體速度。
13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中將該流體之該流動速率提高至該第二流動速率發生在使該流體以該第一流動速率流動之後約4分鐘至約30分鐘。
14. 如請求項1至13中任一項之方法，其中將該信號降低至該第二信號強度發生在施加該第一信號強度之該信號之後4分鐘至約30分鐘。
15. 如請求項1至14中任一項之方法，其中該流體包含約10,000個細胞/mL至約2,000,000個細胞/mL。
16. 如請求項1至15中任一項之方法，其中該複數個細胞包含人類細胞。
17. 如請求項1至16中任一項之方法，其中該設備包含將該流體通道與隔室分離之膜。
18. 如請求項17之方法，其中該膜接近該一或多個電極而安置。
19. 一種捕獲細胞之方法，其包含： 使流體以第一流動速率流動至設備之流體通道中，該流體包含複數個細胞； 將第一信號強度之信號施加至安置於該設備之該流體通道中的一或多個電極，該流體通道包含接近該一或多個電極而安置之捕獲位點； 基於所施加信號而跨越該一或多個電極產生非均勻電場，以將該複數個細胞中之一或多個細胞固定於一或多個捕獲位點處；及 將該流體之該流動調整至第二流動速率及/或將該信號調整至第二信號強度，以移除該一或多個捕獲位點處除一個經固定細胞之外的所有經固定細胞。
20. 如請求項19之方法，其進一步包含： 在調整該流體之該流動之前，藉由移除未固定於該捕獲位點處之任何細胞來清潔該流體通道。
21. 如請求項19至20中任一項之方法，在使該流體以該流動速率流動至該設備之該流體通道中之前，該方法進一步包含： 使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。
22. 如請求項21之方法，其中該緩衝溶液包含阻斷劑。
23. 如請求項22之方法，其中該阻斷劑包含一或多種蛋白質及/或一或多種合成聚合物。
24. 如請求項23之方法，其中該一或多種蛋白質包含白蛋白。
25. 如請求項19至24中任一項之方法，其中該第一信號強度包含具有在約0.5 MHz至約50 MHz範圍內之頻率及/或在約1 V與約5 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號。
26. 如請求項19至25中任一項之方法，其中將該信號調整至第二信號強度包含： 經由降低該電壓來降低該信號之強度，及/或 降低或提高該AC信號之該頻率。
27. 如請求項19至26中任一項之方法，其中該第二信號強度包含具有在約0.1 MHz至約100 MHz範圍內之頻率及/或在約0.1 V與約4 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號，其中該頻率不同於該第一信號強度之該頻率，其中該電壓低於該第一信號強度之該電壓。
28. 如請求項19至27中任一項之方法，其中該第一流動速率包含介於約1 µL/min與約50 µL/min之間的速率。
29. 如請求項19至28中任一項之方法，其中該第一流動速率具有介於約10 µm/s與約500 µm/s之間的平均流體速度。
30. 如請求項19至29中任一項之方法，其中該第二流動速率包含介於約80 µL/min與約5,000 µL/min之間的速率。
31. 如請求項19至30中任一項之方法，其中該第二流動速率具有介於約1.4 mm/s與約5.0 mm/s之間的平均流體速度。
32. 如請求項19至31中任一項之方法，其中將該流體之該流動速率提高至該第二流動速率發生在使該流體以該第一流動速率流動之後約4分鐘至約30分鐘。
33. 如請求項19至32中任一項之方法，其中將該信號降低至該第二信號強度發生在施加該第一信號強度之該信號之後4分鐘至約30分鐘。
34. 如請求項19至33中任一項之方法，其中該流體包含約10,000個細胞/mL至約2,000,000個細胞/mL。
35. 如請求項19至34中任一項之方法，其中該複數個細胞包含人類細胞。
36. 如請求項19至35中任一項之方法，其中該設備包含將該流體通道與隔室分離之膜。
37. 如請求項36之方法，其中該膜接近該一或多個電極而安置。
38. 一種用於在流體通道中之捕獲點處捕獲單細胞的方法，其包含： 使流體以第一流動速率流動至該流體通道中，其中該流體包含複數個細胞，且其中該流體通道包含複數個捕獲點； 對該複數個細胞施加第一強度之介電泳力，其中該第一流動速率與該第一介電泳力平衡以在該複數個捕獲點中之一或多個捕獲點處自該複數個細胞產生一或多個經捕獲細胞；及 將對該複數個細胞之該介電泳力改變至第二強度，及/或使該流體以第二流動速率流動至該流體通道中，以去除除一個經捕獲細胞之外的所有經捕獲細胞。
39. 如請求項38之方法，其中在使該流體以該第一流動速率流動之前，該方法進一步包含： 使緩衝溶液流動以鈍化該流體通道之表面。
40. 如請求項39之方法，其中該緩衝溶液包含阻斷劑。
41. 如請求項40之方法，其中該阻斷劑包含一或多種蛋白質及/或一或多種合成聚合物。
42. 如請求項41之方法，其中該一或多種蛋白質包含白蛋白。
43. 如請求項38至42中任一項之方法，其中該第一強度包含具有在約0.5 MHz至約50 MHz範圍內之頻率及/或在約1 V與約5 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號。
44. 如請求項38至43中任一項之方法，其中改變該介電泳力包含： 經由降低該電壓來降低該信號之強度，及/或 降低或提高該AC信號之該頻率。
45. 如請求項38至44中任一項之方法，其中該第二強度包含具有在約0.1 MHz至約100 MHz範圍內之頻率及/或在約0.1 V與約4 V範圍內之電壓的交流電(AC)信號，其中該頻率不同於該第一強度之該頻率，其中該電壓低於該第一強度之該電壓。
46. 如請求項38至45中任一項之方法，其中該第一流動速率包含介於約1 µL/min與約50 µL/min之間的速率。
47. 如請求項38至46中任一項之方法，其中該第一流動速率具有介於約10 µm/s與約500 µm/s之間的平均流體速度。
48. 如請求項38至47中任一項之方法，其中該第二流動速率包含介於約80 µL/min與約5,000 µL/min之間的速率。
49. 如請求項38至48中任一項之方法，其中該第二流動速率具有介於約1.4 mm/s與約5.0 mm/s之間的平均流體速度。
50. 如請求項38至49中任一項之方法，其中該流體以該第二流動速率之該流動發生在使該流體以該第一流動速率流動之後約4分鐘至約30分鐘。
51. 如請求項38至50中任一項之方法，其中改變該介電泳力發生在施加該第一信號強度之該信號之後4分鐘至約30分鐘。
52. 如請求項38至51中任一項之方法，其中該流體包含約10,000個細胞/mL至約2,000,000個細胞/mL。
53. 如請求項38至52中任一項之方法，其中該複數個細胞包含人類細胞。
54. 一種系統，其經組態以執行如請求項1至53中任一項之方法。
55. 如請求項54之系統，其進一步包含以下中之一或多者： (1)膜，其用於將流體與隔室分離； (2)一或多個電極，其接近該膜而安置； (3)反電極，其中該一或多個電極及該反電極經組態以跨越該一或多個電極及該反電極產生非均勻電場；及 (4)電源，其用於跨越該一或多個電極及該反電極提供交流電(AC)，藉此產生振盪非均勻電場，以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的該流體中之粒子。
56. 如請求項55之系統，其進一步包含：一或多個電極及反電極，其經組態以用於產生非均勻電場以固定懸浮於在該一或多個電極與該反電極之間流動的流體中之粒子；及膜，其接近該一或多個電極之表面而安置，該一或多個電極之該表面遠離該反電極，其中該膜經組態以用於將該流體與隔室分離，且具有開口，該開口經組態以允許插入安置於該隔室中之尖銳構件。