介电泳细胞特性分析仪
3DEP Dielectrophoresis Cell Analysis System
DIELECTROPHORESIS
任何物质都有一定的介电特性，在外加电场之下，它们会受到不同程度的极化，而顺着外加电场的方向来排列。如果外加不均匀的电场，极化的微粒会受到介电泳动力（dielectrophoretic force）的影响，造成不同程度的漂移。简而言之，极化（polarizable）的微粒在不均匀（non-uniform）的外加电场中所发生的运动，便称为「介电泳动」。利用不均匀电场来操纵微小物体的介电泳动技术，除了可由交流频率的调控来切换其模式（正、负）之外，介电泳动也具有大量平行处理的潜质，再结合光学微影技术的运用，让单一芯片上具备许多***操作的微孔槽，而每一微孔槽都可经由介电泳动的机制来操纵微小粒子。这即是微介电泳槽技术（DEP-Well Technology）的基础。
细胞在不均匀的电场中会因频率的不同而改变被极化的状态，当细胞被极化后往高电场的方向移动时称为positive-DEP（上图）；若往低电场的方向移动则为negative-DEP（下图）
微介电泳槽技术
DEP-WELL TECHNOLOGY
微介电泳槽技术乃是将不均匀电场设计在3D的微小孔槽中，并可将细胞直接置于微小孔中进行介电泳动分析的一种专利技术。
3DEP使用专利的微孔芯片，芯片上的20个微孔壁都由正负交错的电极所构成以形成不均匀电场；20个孔洞中之每一微孔（装载约1000个细胞）于实验时会同时给与不同的频率（10k~20M-Hz）使细胞有不同程度的极化，再由摄像机来辨别孔洞的明暗度变化，以量化样本的介电泳强度；当DEP-negative时细胞会被推挤到孔洞中间，拍照时暗度提升，当DEP-positive时细胞会被吸附到孔洞壁上，拍照时亮度提升。不同类型的细胞，拥有不同的介电特性，各孔洞的明亮度也会有所不同。
革命性新技术
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整合了微电极微孔槽芯片、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***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。
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。
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（cytopla*** conductivity）和细胞质介电度（cytopla*** permittivity），让细胞在介电泳下的分析获得更多的信息。
介电泳分析细胞的方式，并不像一般的分子标记侦测细胞的化学性变化，而是侦测细胞的物理性变化，包括有：细胞质离子含量和组成、膜电位、膜的导电性、形态学和表面粗糙度、尺寸和形状的形式。由于各种细胞具有不同的介电特性（导电率、介电常数），当受到某种程度的非均匀交流电场时，会诱发细胞上电荷有不同程度的极化现象，细胞将因其不同的介电特性而受到正或负的介电泳力，在此力的作用下会移动到不均匀电场的特***置，利用此特性即可鉴别不同介电特性的细胞，如***细胞与正常细胞的介电特性有显著的差异。再由于此法不会***细胞且适合微小化，目前已成功应用于分离水中***、酵母菌细胞，且能分辨出血液中之***症细胞及红血球细胞。
***分化潜质的早期鉴定
若在***分化之前就可判断其偏好分化的方向，将可协助未来***的挑选和临床应用。
此研究使用已经确认会分化为Neural-Cells的SC27与确认会分化为Astrocytes的SC23人类******进行测试分析。
分化前两细胞不论是型态与marker表现都几乎一致，无法以现行方法分辨。但介电泳实验则可证实两个样本在membrane-capacitance有显著差异，表示两样本之间细胞膜的介电特性有所差异，虽然从图像上无法分辨，但以介电泳侦测方式则可看出端倪；且不论在人类与小鼠和不同细胞代数之间都获得一致的结果。因此遵循此标准，未来将可在早期就判定此******分化的趋向。
Biophysical characteristics reveal neural stem cell differentiation potential.
H. Labeed et al，PLoS One.2011.
细胞早期***化的侦测
目前许多***症由于发现时已是末期，因此***机率相对降低，若能提早发现并***将可大幅降低***率，可惜的是目前许多分子诊断的方式也难以早期发现正常细胞转化成***症细胞的征状。
使用human oral keratinocytes（HOK）、dysplastic oral-keratinocytes（DOK）及oral squamous cell carcinomas（H357，H157）进行细胞物理性质的分析。结果发现随着细胞***的程度增加，其Effective Membrane Capacitance逐渐上升，代表其细胞膜的完整性降低；同时Cytopla***ic Conductivity逐渐下降，表示其细胞质内的导电度下降。借此方式，可从***口腔直接收集样本，进行早期的分析诊断。
***抗药性快速检测
近来具有抗药性的******逐年增加，因此快速评价***是否具有******的效果就变得相当重要。但传统的纸锭扩散试验（Disk diffusion test）大约需要24小时，在测试结果出来之前，***仍处在***之中。
以E. coli为例，加入40-μg/mL-polymyxin-B，在一小时及两小时后可观察到E. coli的细胞膜导电度（Gspec）与电容度（Cspec）有相当程度的上升，而细胞质导电度（σcyto）则是明显的下降；此结果表示此***造成E. coli细胞膜严重的破损，进一步使得细胞质内的离子渗漏出来。此测试方式不但可在数秒之内就知道***对***的效果，且敏***与稳定性也相当可靠。
***毒性评价
***剂量与细胞存活率的关联性是评价***使用浓度的***，快速而又准确的定量***毒性将可大幅缩短实验时间。由于***处理后，细胞膜形态与胞内离子浓度的变化比生化标志的出现更为快速，因此可以利用介电泳技术快速评价***对细胞的反应（图A）。
使用******处理K562细胞4小时后，即可使用介电泳技术观察细胞***情形（白色柱状），且此结果与传统利用Trypan-blue的方法一致（***柱状图），不同之处在于Trypan-blue需在***处理72小时后才有反应，若处理4小时则无法分辨差异（黑色柱状图）（图B）。此现象反映在不同的细胞株中，表示此技术可用来快速评价***毒性。
应用范畴
DEP-Well-技术应用领域极为广泛，由于不同生理状态的细胞或***，其介电特性皆不同，因此可用来检测***分化能力、细胞凋亡、分辨正常细胞与***细胞、分辨血液中之***症细胞（Circulation Tumor Cell，CTC）与红血球细胞、检测细***类与抗药性等，极适合用在***毒性测试与口腔***检测。
