Measurement of the imaginary part of the Clausius-Mossotti factor of generalized dielectrophoresis and its application to deriving cell dielectric properties

• Main Authors: Yung-Yi Lin, 林雍倚
• Other Authors: U Lei
• Format: Others
• Language: en_US
• Published: 2014
• Online Access: http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/83844397295831508019

博士 === 國立臺灣大學 === 應用力學研究所 === 102 === 廣義介電泳，含傳統介電泳、電旋轉及旅波介電泳，皆為粒子(細胞)操控及特性描述的有效工具，此因其可用非接觸方式對微粒施予力與力矩。旅波介電泳中的力與力矩、及電旋轉中的力矩，皆與虛部科莫氏因子(Ki)有關。Ki在旅波介電泳與電旋轉中扮演的角色如同流體力學中黏滯係數在剪應力與應變率間之關係。然而對於很多粒子(如細胞)，Ki無法從定義直接算得，因此量測Ki極為重要。現今文獻中是採用電旋轉方式量測Ki，其需要使用到:(i)立體電極系統或光鉗以將粒子侷限在特定區域內，(ii)數值方法來得到電場以計算介電力矩。 本論文旨在提出簡單且有效的方法、並製作相對設備來量測Ki因子，而不需使用立體電極或光鉗及數值計算。本文共發展兩系列方法:(i)旅波介電泳方法，其原理乃穩定平移中粒子旅波介電泳力與黏滯阻力的平衡。(ii)電旋轉方法，其原理乃穩定旋轉中粒子介電泳力矩與黏滯力矩的平衡。這兩種方法之晶片製造皆只需標準微機電製程技術、且無需複雜設備進行量測。此外，旅波介電泳方法中，因電場有解析解而不需數值計算。單頻與雙頻操作皆應用至此兩法中，其中雙頻率操作在實部科莫氏因子(Kr)為正的情況下是必需的，以避免粒子吸附在電極上。 所發展方法及設備先利用sephadex粒子在氯化鉀溶液與酯類(lipid)粒子在二次去離子水中兩種可算出理論值的實驗來作驗證。再利用相同方法量測兩種肺癌細胞(CL1-0與CL1-5)及大腸癌細胞(Colo205)在不同導電度溶液下(0.01–1.2 S/m)的Ki頻譜(Ki與電頻率的關係)。一般來說，旅波介電泳法比電旋轉法來得有效率，原因是其無需數值計算，且每一量測時間只為數十秒。但電旋轉法的可操作頻率較廣而為其長處，四電極與八電極設計均有在電旋轉法中採用。 不同細胞具不同的Ki頻譜，顯示其在醫療應用上或許可以被利用作不同期別細胞的辨識及操作。細胞之介電性質(含細胞膜及原生質的介電率及導電率)一般不易量測，但可利用本文所量得之Ki頻譜，配合文獻所得的Kr頻譜，將理論值與實驗值作最佳化處理，將其介電性質回歸得出。結果顯示僅由Ki頻譜回歸並不合理、而須將Ki與Kr頻譜一起考慮，方可求得較合理的細胞介電性質。