CN117500600A - 用于使用针对微流体设备的至少一个电极捕获至少一个有核细胞的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在这里介绍的方案涉及一种使用微流体设备(100)的至少一个电极捕获至少一个有核细胞的方法。为此，所述方法包括施加信号的输出步骤，所述输出步骤促使将具有至少一个有核细胞的试样液体施加到微流体设备(100)的载体基底(105)上；以及包括给至少一个电极的接口提供电流信号的提供步骤，以便在载体基底(105)的微腔(110)处或中产生电场，该电场形成用于将至少一个有核细胞作为靶细胞捕获在微腔(110)中。

Description

用于使用针对微流体设备的至少一个电极捕获至少一个有核 细胞的方法和装置

技术领域

本方案涉及一种方法和一种设备，该方法和设备用于使用针对微流体设备的至少一个电极捕获至少一个有核细胞，以及涉及根据独立权利要求的类属的微流体设备。本方案的主题还涉及一种计算机程序。

背景技术

近年来，循环肿瘤细胞(英文：Circulating TumorCells，CTC)在晚期恶性肿瘤的治疗中已成为前景广阔的并且临床相关的生物标记。在适当的体液、例如血液或淋巴液中对它们的识别和表征被称为液体活检，这是现代肿瘤学的研究重点之一。

发明内容

在此背景下，这里介绍的方案提供了一种针对使用微流体设备的至少一个电极来捕获至少一个有核细胞的改进方法，此外提供了一种使用该方法的改进装置，以及最后提出一种相应的计算机程序和根据主要权利要求的改进的微流体设备。从属权利要求中阐述的措施使独立权利要求中规定的装置能够有利地改型和改进。

通过这里提出的方案在使用一次性盒的情况下能够实现成本低廉的微流体设备，或高效且自动化的微流体分析。

提出了一种用于使用针对微流体设备的至少一个电极捕获至少一个有核细胞的方法，其中，该方法包括输出步骤和提供步骤。在输出步骤中，输出施加信号，该施加信号使得具有至少一个有核细胞的试样液体施加到微流体设备的载体基底上。在提供步骤中，将电流信号提供给至少一个电极的接口，以便在载体基底的微腔上或中产生电场，该电场形成用于将至少一个有核细胞作为靶细胞捕获在微腔中。

该方法例如能够在作为芯片实验室盒的微流体设备中执行。该方法能够有利地自动执行。具有含遗传物质的细胞核的细胞称为有核细胞。有核细胞例如可以是肿瘤细胞或者例如是白细胞。与此相应地，试样液体例如可以是患者的血液样本。载体基底例如可以是基于PCB的，即布置在电路板上，并且/或者含有例如硅材料。微腔能够例如以蜂窝状、圆形或者例如有棱角的方式布置在载体基底上或中。微腔例如能够成形以能够容纳和捕获具有至少一个有核细胞的试样液体，以便然后能够有利地对其进行分析。

根据实施例，该方法能够包括在输出步骤之前或之后的改变电流强度的步骤，以便使电场改变、尤其是增强或减弱。电场尤其在电极和与微腔中或上的电极相对置的配对电极之间建立和/或变化。电场能够有利地产生介电泳笼，该介电泳笼能够有利地根据电流强度打开、关闭或关断。在此，“DEP笼”(打开、关闭和关断)是两个可能方面中的一个方面，并且非常有助于捕获细胞。为了能够根据微腔中的位置对细胞进行分选，能够使用这里提出的方案的另一方面。根据对微腔中的电极进行操控，还能够产生“DEP悬浮体”，借助该悬浮体能够选择性地以电的方式将细胞从腔中推出。该DEP悬浮体具有不同于DEP笼的电场强度分布。

此外，这里提出的方案的一种实施例是有利的，其中，在提供步骤中，将电流信号输出到至少一个电极的以及布置在相邻微腔中的至少一个另外的电极的接口，使得在至少一个另外的电极处生成不同于在所述电极处的电场，尤其其中，在所述电极处生成的场在方向和/或强度方面与在另外的电极处生成的电场不同，并且/或者其中，在布置在微腔中的另外的电极处生成另外的电场，该另外的电极与所述电极布置在关于微腔的共同的列或共同的行中。这里提出的方案的这种实施方式提供了下述优点：防止或至少削弱由于第一微腔的电极上的电场引起的电信号串扰到相邻的第二微腔中。通过这种方式，能够高效地防止例如在矩阵状结构的共同的行或共同的列中布置的微腔的电极上出现非常相似或相同的电势，并且因此能够针对每个微腔实现单独形成的笼。通过这种方式，能够实现对捕获在相应微腔中的细胞进行更好地分离或者更好地包围。

该方法能够包括在提供步骤之后使用清洗缓冲液清洗试样液体的步骤，以便将试样液体的悬浮物从微流体腔室的微腔以及位于其上方的体积中洗掉。有利地，清洗缓冲液能够实施为清洁悬浮物但不损伤有核细胞的流体。通过清洗步骤能够有利地改善试样液体的透明度，使得例如能够更容易地执行后续分析。清洗步骤应足够温和地进行，以免将捕获的有核细胞从其捕获位置冲洗掉。

根据一种实施方式，在提供步骤中或之后，能够在捕获有核细胞之后将释放信号提供给电极，以便将试样液体中的另外的有核细胞作为非靶细胞从电场释放。有利地，释放信号能够触发释放电压，该释放电压引起电场打开。由此能够有利地将有核细胞与另外的有核细胞分离。

根据一种实施方式，在输出步骤中能够输出施加信号，该施加信号促使裂解物施加到载体基底上，以便获得具有至少一个有核细胞的细胞沉淀物和裂解物的细胞悬浮物。有利地，施加信号能够输出到泵装置的接口，使得该泵装置能够泵送裂解物通过微流体设备。

此外，该方法能够包括在提供步骤之后从试样液体中识别有核细胞的步骤。在此，在识别步骤中尤其能够对细胞沉积物中的有核细胞进行光学探测并且附加地或替代地进行量化。有利地，在识别步骤中或之前能够对试样液体进行裂解并然后进行分析，以便识别在裂解物中是否含有例如肿瘤细胞。在此，裂解也可以在识别步骤中作为过程开始时的预备步骤进行。

根据另一种实施方式，能够在提供步骤中将有核细胞或至少一个另外的有核细胞捕获在微腔的捕获平面中，并且/或者其中，通过释放信号将试样液体中的细胞或至少一个另外的有核细胞从电场释放到运送平面中。通过这种方式，能够实现对相关细胞类型进行非常有效率地捕获和后续的运送。

此外，作为使用针对微流体设备的至少一个电极捕获至少一个有核细胞的方法，在这里提出的方案的一种实施方式是有利的，其中该方法具有将具有至少一个有核细胞的试样液体施加到微流体设备的载体基底上的步骤。此外，该方法包括利用至少一个电极在载体基底的微腔上或微腔中产生电场的步骤，该电极构造用于将至少一个有核细胞作为靶细胞捕获在微腔中。由此产生前面提到的优点。

这里有利的是，在将试样液体施加到微流体设备的载体基底上的步骤之后，或者在产生电场的步骤之前或之后，该方法包括改变电流强度的步骤，以便使电场改变、尤其是增强或减弱。在这里，在例如电极与对置于在微腔中或微腔上的电极的配对电极之间建立和/或改变电场。由此产生前面已经提到的优点。

此外有利的是，在产生电场的步骤之后进行使用清洗缓冲液清洗试样液体的步骤，以便将试样液体的悬浮物从微腔中清洗出来。由此产生前面已经提到的优点。

此外有利的是，在捕获有核细胞之后、在产生电场的步骤中或之后，通过电极将试样液体中的另外的有核细胞作为非靶细胞从电场中释放。由此产生前面已经提到的优点。

此外有利的是，在施加试样液体的步骤中，将裂解物施加到载体基底上，以获得具有至少一个有核细胞的细胞沉积物和裂解物的细胞悬浮物。由此产生前面已经提到的优点。

此外有利的是，将识别试样液体中的有核细胞的步骤设置在在产生电场的步骤之后。由此产生前面已经提到的优点。

此外有利的是，在识别步骤中对细胞沉积物中的有核细胞进行光学探测和/或量化。由此产生前面已经提到的优点。

此外有利的是，在产生电场的步骤中，将有核细胞或至少一个另外的有核细胞捕获在微腔的捕获平面中，并且/或者其中在释放过程中，将试样液体中的细胞或至少一个另外的有核细胞从电场释放到运送平面中。由此产生前面已经提到的优点。

该方法能够例如以软件或硬件或者由软件和硬件组成的混合形式、例如在控制器中实现。

此外，这里提出的方案还提供了一种设备，该设备构造用于在相应的装置中执行、操控或实施这里提出的方法的变体方案的步骤。通过采用设备形式的方案的这种变体实施方案也能够快速且高效地解决该方案所基于的任务。该设备例如能够实施为控制单元或控制器。

为此，该设备能够具有用于处理信号或数据的至少一个计算单元、用于存储信号或数据的至少一个存储单元、用于从传感器读取传感器信号或用于将数据信号或控制信号输出给执行器的至少一个传感器或执行器的接口，和/或用于对嵌入到通信协议中的数据进行读取或输出的至少一个通信接口。计算单元例如可以是信号处理器、微控制器等，其中存储单元可以是闪存器、EEPROM或磁存储单元。通信接口能够构造用于以无线和/或有线的方式读取或输出数据，其中，能够读取或输出有线数据的通信接口能够将该数据例如以电学或光学方式从相应的数据传输线路读取出来或者将其输出到相应的数据传输线路中。

在当前情况下，设备能够理解为处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号的电气设备。该设备能够具有接口，该接口能够按照硬件和/或软件构造。在按照硬件构造的情况下，接口例如可以是所谓的***ASIC的一部分，该部分包含设备的各种功能。然而，接口也能够是其自带的集成电路或者至少部分地由分立元器件构成。在按照软件构造的情况下，接口可以是软件模块，其例如存在于微控制器上在其他软件模块旁边。

同样有利的是具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，其能够存储在机器可读载体或存储介质(例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器)上并且用于执行、实施和/或操控根据上述实施方式中任一种方法的步骤，尤其程序产品或程序在计算机或设备上执行。

此外提出一种用于捕获试样液体的至少一个有核细胞的微流体设备，尤其其中，该微流体设备能够构造成芯片实验室盒。该微流体设备具有用于接纳试样液体的载体基底，其中该载体基底具有至少一个微腔。此外，微流体设备具有至少一个电极，其布置在微腔上或微腔中以产生电场，该电场形成用于将有核细胞捕获在微腔中。

微流体设备能够有利地与快速测试相结合使用。该微流体设备例如能够构造成一次性盒。载体基底例如能够构造成包括多个层的层基底。例如，一个或多个电极能够以集成方式布置到载体基底中。电极能够布置在腔底部处或腔底部中，或者布置在微腔的腔壁上或腔壁中。

根据一种实施方式，载体基底能够具有多个微腔，多个微腔相应地具有至少一个电极，其中该微腔在载体基底上布置成矩阵。有利地，能够通过微腔中的电极产生电场。因此能够将多个靶细胞捕获在各个微腔中，例如每个微腔捕获一个靶细胞。

此外，至少一个电极能够布置在腔底部上并且附加地或替代地布置在至少一个微腔的腔壁中。由此能够有利地确定有核细胞能够被捕获在微腔中的位置。

根据一种实施方式，每个微腔中的至少一个电极能够被单独地操控。这意味着至少一个电极能够有利地始终在实际上其中还存在有核细胞的微腔中进行有针对性地操控。此外，还能够设置操控单元，该操控单元构造用于在不同微腔中的每个电极上施加相互独立的电压。通过这种方式，能够非常高效地防止电场在多于一个微腔上串扰，或者至少减少这种影响。避免串扰能够在仅有的重点关注的微腔处设定期望的新的场分布，而在此不改变所有其他微腔处已经普遍存在的先前的场分布。

此外，电极可以是环形的、点状的并且附加地或替代地是层状的。有利地，每个微腔能够具有至少两个例如同心布置的电极。在此，电极能够以点状布置在腔底部上，并且另外的电极也能够在该腔底部上环状地布置在该电极周围。替代地，至少两个电极能够层状堆叠地布置，即以集成方式布置到载体基底中。

根据一种实施方式，微腔能够具有至少一个另外的电极，其中，电极和至少一个另外的电极能够彼此电绝缘。有利地，电极能够通过空间隔离装置或者例如通过绝缘层进行彼此电绝缘。

特别有利的是下述实施方式，其中将至少一个配对电极布置在微腔上，其中配对电极以对置于在微腔中或微腔上的电极和/或至少一个另外的电极的方式布置，并且/或者远离与电极和/或至少一个另外的电极电绝缘。通过这种实施方式能够实现对微腔中的电场进行非常灵活地操控，使得能够快速且容易地分离或隔离微腔中的各个细胞。

附图说明

这里提出的方案的实施例在附图中示出并且在下面的描述中对其进行详细阐述。其中：

图1示出根据一种实施例的微流体设备的示意图；

图2示出根据一种实施例的具有载体基底的电路板的示意图；

图3示出根据一种实施例的***件区域的示意图；

图4示出载体基底的一种实施例的结构示意图；

图5示出载体基底的横截面示意图；

图6示出载体基底的示意图；

图7示出载体基底的一种实施例的横截面示意图；

图8示出载体基底的一种实施例的示意图；

图9示出针对微流体设备的按照一种实施例的运行模式的示意图；

图10示出针对微流体设备的运行模式的实施例的示意图；

图11示出针对微流体设备的运行模式的实施例的示意图；

图12示出针对微流体设备的运行模式的实施例的示意图；

图13示出针对微流体设备的运行模式的实施例的示意图；

图14示出针对微流体设备的根据实施例的电压变化曲线的图表示意图；

图15示出根据一种实施例的微腔的示意图，其中带有尺寸；

图16示出根据一种实施例的方法流程图，该方法用于在使用针对微流体设备的至少一个电极的情况下捕获至少一个有核细胞；

图17示出根据一种实施例的设备的框图；

图18a示出载体基底的一种实施例的示意图；

图18b示出载体基底的一种实施例的示意图；

图19a示出微流体设备的探测室的实施例的横截面示意图；

图19b示出微流体设备的探测室的实施例的横截面示意图；

图20a示出微流体设备的探测室的实施例的横截面示意图；并且

图20b示出微流体设备的探测室的实施例的横截面示意图。

在下面的对本方案的有利实施例的说明中，对于在不同附图中示出的且起到相似作用的元件使用相同或相似的附图标记，其中省略对这些元件的重复描述。

具体实施方式

图1示出根据一种实施例的微流体设备100的示意图。在此，微流体设备100尤其构造为芯片实验室盒，该芯片实验室盒例如结合快速测试进行使用以用于检查试样液体中的肿瘤细胞，其例如也称为循环肿瘤细胞(CTC)。试样液体例如是患者的血液。在此，微流体设备100具有用于接纳试样液体的载体基底105。载体基底105具有至少一个微腔110，优选具有多个微腔110。至少一个电极115布置在微腔110中或上以产生电场。在此，至少一个电极115例如以点状、环状和/或层状来成形。层状意味着至少一个电极115例如构造成层。电场设计用于将有核细胞捕获在微腔110中。根据该实施例，使用照明单元120对试样液体进行照射，该照明单元例如是显微镜或评估装置的一部分。

根据该实施例，载体基底105布置在电路板125上，电路板又布置在微流体设备100的壳体元件130上。根据该实施例，载体基底105具有相同或相似值的宽度b和长度l，使其根据该实施例以多边形、尤其是正方形成形。

换言之，通过描述的方案说明一种多合一***、微流体设备100，其构造用于借助电气化微腔110来对全血中的有核细胞、且尤其是存活的循环肿瘤细胞执行全自动量化和介电泳单细胞分选。

对CTC进行时间分解的和标准化的量化能够实现实时跟踪患者的疾病进程，这也称为实时监测。由此能够做出治疗决策(精准医疗)，或甚至能够提供适合个体疾病的、关于无进展生存期的预测。在单细胞分选中能够在分子和细胞层面上对这样的有核细胞进行单细胞分析。在此，还能够将检测到的肿瘤细胞通过合适的单细胞分选以高质量的方式、即快速、高效并且保持存活状态地从健康血细胞的污染背景中隔离出来，并提供用于后续的分子基因分析，例如表达谱、PCR、NGS，或者例如传代培养测试、干细胞测试和化学敏感性测试。在这种情况下，能够获得有关癌症的更加精确的信息。例如，这涉及到发生的突变的类型和异质性，或者也涉及到相对于所用药物可能的耐药性。

在此背景下，这里提出的方案在相对平坦且大面积的探测室的底部处具有微腔110。由此形成的“多合一***”在此不仅能够对来自健康血细胞的存活的循环肿瘤细胞进行试样预处理和(近乎)无隔离地量化，而且还能够对探测到的肿瘤细胞进行介电泳单细胞分选，以用于后续的单细胞分析。该***用于微流体环境并且能够对全血实现全自动处理。

在此，这里介绍的方案的核心要素包括用于CTC量化的试样预处理以及用于在分子和细胞层面上对CTC进行单细胞分析的单细胞分选。根据该实施例，试样预处理和CTC量化在电气化微腔110中完成，其能用于单细胞分选。根据该实施例，单细胞分选基于通过负介电泳的非接触式操作。为此目的，例如通过位于被遮盖的导体电路的交叉点处的孔来限定各个腔110，这些腔作为矩阵内的电分离的且能排他(exklusiv)寻址的行和列布置在载体基底105上。仅有的靶细胞的释放或视分选策略而定非靶细胞的释放，其事先已沉积到腔110中并且在那里即使在清洗过程期间也被稳定地捕获在“DEP笼”内，通过以下方式实现：借助适当的电信号操控所属的行和列作为细胞从捕获层到运输层的转移体(使用“DEP悬浮体”)。在此，沿着相同的行和列的相邻腔110中的非靶细胞或视分选策略而定靶细胞在其捕获状态中不受影响。释放的细胞以微流控的方式被运送走，其中，这些释放的细胞由于排斥的介电相互作用在单细胞分选的整个时长中，既不会与芯片接触，也不会被冲入相邻的DEP笼中。

由于细胞操作所需的DEP笼不一定在整个腔室高度上延伸，而是根据实施例构造在腔室底部上的微腔110内，因此电气部件和微流体部件之间存在去耦装置。因此，腔室高度以及因此试样体积能够选择得任意大，而在其他方面底面积和电源电压或实现的DEP力保持不变。由于相比于平面基底105上方的细胞，在微腔110内的细胞在它们悬浮于其中的介质运动时还经受(极大地)减小的斯托克斯力，其中在腔110内的DEP笼的存在导致更加稳定的捕获位置，因此能够快速地执行高效、无损耗的清洗。因此，通过微流控在总体上有助于对全血的自动预处理以及对循环肿瘤细胞的量化。

由于静态的、即在其位置和尺寸方面固定的DEP笼能够用于单细胞分选，因此在进行适当操控的情况下无需使用集成有源电路部件。这种无源芯片能够相对容易且成本低廉地制造。细胞的纯流体运送能够实现相比于纯电介质所能够实现的更高的运送速度。此外，运送速度与芯片负载无关，因为释放的细胞不再需要在相同的层面中被引导经过其他细胞，而是能够简单地沿直线越过其他细胞。在这些方面，正向选择和负向选择都能够同等切实有效地实施。

图2示出根据实施例的电路板125的示意图，其中具有载体基底105。这里示出的电路板125和/或布置在电路板125上的载体基底105是或至少类似于图1中描述的电路板125和/或那里描述的载体基底105。在此，电路板125例如也称为例如PCB载体，其具有例如载体区域200和***件区域205。根据该实施例，载体基底105构造为硅芯片，其例如借助***件区域205与外部操控电路电连接，例如通过多个连接接口210接触或可接触，这也称为键合(Bonding)。在此，连接接口210例如构造用于电接触布置在载体基底105上或之中的电极。在下文中，操控电路也称为装置。***件区域205具有至少一个、尤其是两个调节孔215，其构造用于配合地定位和固定、例如压紧或旋紧***件。

键合到载体PCB、这里称为电路板125的Si芯片例如能够以微流控的方式集成到LoC盒中并且经由***件***与外部操控电路电接触。

例如，底面积为12.5mm×12.5mm的腔室所需的腔室高度至少为320μm，以便容纳总容积为50μl的血液裂解液。在必要时，还能够容易地实现更高的腔室，于是相应地得到更大的试样体积。例如，对于高度>1mm且底面积～12.5mm×12.5mm的腔室，获得>156μl的腔室容积。

根据该实施例，载体元件105具有多个层220，其中载体基底105的结构在下面的附图之一中更详细地描述。根据该实施例，载体基底105具有腔室225，在该腔室中检查试样液体。根据该实施例，微腔110布置在腔室225的区域中。此外，微腔110中的每个具有例如能够被单独操控的至少一个电极230。微腔110可选地以矩阵方式布置在载体基底105上。

图3示出根据实施例的***件区域205的示意图。这里示出的***件区域205是或至少类似于图2中描述的***件区域205。根据该实施例，***件区域205在此在分解区段300中作为分解图示出并且在横截面区段302中作为剖视图示出。

在此，电路板125构造成基础元件，在其上布置有***件303，该***件具有例如中间元件305和/或覆盖元件310。根据该实施例，***件303、中间元件305和覆盖元件310以及电路板125彼此压合。

根据该实施例，示出模块化结构：使用***件303针对单细胞分选的时长通过按压使在这里由电路板125和施加到其上的在图3中不可见的载体基底组成的在电学上无源的分选芯片与有源的操控电路接触。在此，无源芯片上的每个底部电极以及配对电极分别配设有接触垫，该接触垫能够被排他地操控。例如，要在经典矩阵中实现10000个DEP笼，则需要100+100+1＝201个接触垫。接触垫的尺寸例如是500μm×500μm。对于使用PCB技术实现的电气化微腔，必要的接触垫直接地设置在相同的电路板125上。与之相对地，如果使用Si技术，则推荐额外的载体PCB，在其上施加必要的接触垫。这意味着Si芯片和载体PCB之间的电连接例如通过键合线(Bonding-)来实现。

无源部件例如位于芯片实验室微流体***内，其在这里被描述为微流体设备，而有源部件只可选地位于所属的且空间上分隔开的评估单元内。

图4示出载体基底105的实施例的示意性结构示意图。在此，这里示出的载体基底105对应于或类似于图1或图2之一中描述的载体基底105。根据该实施例，载体基底105具有多个层220，这些层在六个子图像a)至f)中示出。根据该实施例，子图像a)至f)应理解为构件在彼此之上。

在此，子图像a)示出载体基底105的基础材料400，例如硅，其具有第一氧化物层405并因此用作基底。在此，子图像b)对应于子图像a)。不同之处仅在于，子图像b)中的载体基底105根据该实施例额外具有金属层410，该金属层具有多个金属条415或者例如金属带。在此，金属层410布置在氧化物层405上，以对每个待成形的微腔充当至少一个电极。根据该实施例，金属条415彼此间隔开地布置，使得在它们之间相应地布置有间隙S。

子图像c)示出载体基底105，根据该实施例，其对应于子图像b)中所示的载体基底105。不同之处仅在于，根据本实施例的载体基底105额外具有第二氧化物层420，该第二氧化物层沿着金属层410的金属条415具有多个开口412。在此，这些开口412如此布置在金属条415上，使得它们在载体基底105运行就绪的状态下充当微腔的腔底部上的至少一个电极。在此，开口412的直径d分别对应于金属条415的宽度w。

根据该实施例，子图像d)示出子图像c)的改型方案。作为附加方案，载体基底105具有另外的金属层425，其也由多个另外的金属条430构成。在此，另外的金属条430横向于金属条415延伸。在第二氧化物层420的开口412的区域中，另外的金属条430具有环形区段，这些环形区段的尺寸和位置取决于开口412的尺寸和位置，并且根据该实施例，这些环形区段构成了至少一个另外的电极445。在此，根据该实施例，电极230和另一电极445彼此电绝缘并且此外可选地同心布置。作为附加方案或替代方案，电极230、445相对于彼此层状地布置。这意味着至少一个电极230布置在微腔110中的至少一个的腔底上和/或腔壁中。

子图像e)对应于子图像d)，其不同之处在于，根据该实施例，在第二金属层425上额外布置有光刻胶层450。如前面所述的第二氧化物层420那样，光刻胶层450也具有布置在电极230、445的位置上的另外的开口。然而，另外的金属条430被光刻胶层450覆盖，该光刻胶层具有例如电绝缘特性。根据该实施例，电极230、445彼此间隔开地布置。根据该实施例，由此形成的隔片具有与每个金属条415相同的宽度w。

子图像f)中示出的载体基底105例如对应于子图像e)中描述的载体基底105。不同之处仅在于，子图像f)中的载体基底105额外具有配对电极455(其在这里构造成金属层)，该配对电极布置在光刻胶层450上并且因此实施成第三电极。

换言之，以示例性尺寸示出使用硅技术的新型DEP芯片的层结构。该芯片由多个层组成。

根据该实施例，微腔110使用薄膜技术来实现。在这种情况下，载体基底105例如被实现为热氧化硅晶片。通过金属条415、430形成的底部电极230、445以及将它们电绝缘的氧化物层420例如能够通过光刻形成图案：可选地，这能够或是结合喷涂或外延生长工艺及蚀刻来实现、或是替代地以蒸镀和剥离来实现。在此，能够容易地实现～1μm的水平分辨率。针对金属膜和氧化物的层厚度例如是几纳米至最大～3μm。这里描述为金属层的配对电极455能够以与底部电极230、445相同的方式制造并且具有与其相同的制造规定限制。腔壁例如通过厚的、光刻结构化的光刻胶生成，其在这里称为光刻胶层450，该光刻胶层具有2μm至200μm的厚度尺寸、具有不超过～1:10的宽高比。腔110的底面形状能够任意选择，例如圆形、六边形或方形。腔110能够布置在“经典矩阵”内的底部电极230、445上，或者替代地以最密集装入的方式布置。

作为替代方案，微腔110能够采用印刷电路板(PCB)技术来实现，具体如下：载体基底105例如由刚性FR4载体、例如>1mm厚的基础材料400组成。载体基底105的功能层例如通过粘合材料彼此连接。金属层或导体电路例如具有薄铜箔，其由通过光刻进行结构化的并且通过湿化学方法蚀刻而成并且包括例如6μm至70μm的厚度。例如根据标准，导体电路宽度和间距从15μm起已经能够实现。导体电路之间的绝缘体例如通常具有12μm以上厚度的薄聚酰亚胺箔。不同的金属层和绝缘体通过层压工艺彼此接合在一起。在底部电极230、445的交叉点处的钻孔、也称为“未电镀盲孔”例如通过用(超)短脉冲激光进行的烧蚀来产生。例如，它们具有约15μm以上的直径并且宽高比为～1:1。裸露的金属表面、尤其是那些与介质接触的金属表面，能够通过所谓的“精加工”进行保护。PCB技术中的标准端表面例如是ENIG、ENEPIG、EPIG或电镀金。在这里还应当注意的是，在该实施例中的端表面存在于所有独立的金属表面上，也在所有电极230、445和455上。应当注意的是，精加工不允许导致不同触点之间的电短路。微腔110具有例如100μm的直径和66μm的深度。

图5示出载体基底105的横截面示意图。这里示出的载体基底105对应于或至少类似于图1、图2或图4之一中描述的载体基底105。根据该实施例，在载体基底105中或之上，至少一个腔室220布置主区段500中。另外，载体基底105在副区段504中具有副腔室502，该副腔室小于腔室220。在这里，两个腔室220、502具有相同的高度h。腔室220通过隔板505与副腔室502分开。在此，腔室220构造用于容纳试样液体。试样液体具有至少一种有核细胞510，尤其还具有至少一种另外的有核细胞515。有核细胞510形成为肿瘤细胞，而另外的有核细胞515形成为白细胞。此外，电极230、445同心地布置在腔室220的底部区域中。载体基底105具有可导电的金属层455，其例如构造成第三电极并且与电极230、445相对置地布置。电极230、445和455构造用于在笼区域540中产生电场535，该电场像笼一样作用到有核细胞510上。由此将有核细胞510固定在其位置中。此外，电场535分别作用到有核细胞510、515中的每一个有核细胞上。因此能够运送有核细胞510经过至少一个另外的有核细胞515而不使它们彼此接触，从而实现单细胞分选。在此，有核细胞510被运送到副腔室502中。

为了利用血液样本中循环肿瘤细胞的信息内容，CTC量化与为此所需的样本预处理以及如果随后进行的话CTC单细胞分析与为此所需的单细胞分选通常是彼此分开的过程。通常为此需要多个设备，例如作为“处理阶段”连接在一起的独立平台，以及在使用例如滴管、反应容器或离心机等实验室设备的情况下进行的手动处理步骤。

试样预处理典型地至少设置消除红细胞(英文：Red Blood Cells，RBC)以及对有核细胞进行荧光染色(标记)，以用于进行CTC的光学探测和分类。根据是否在CTC计数之前进行从白细胞(英文：White Blood Cells，WBC)中(进一步)分选CTC，将其称为涉及分离的方法或(准)免分离方法。

单细胞分选的解决方案通常会在分选通量和分选灵敏度之间进行折中。在此，所选择的策略很大程度上取决于具体应用。这能够与初始状态下试样的性质以及后续单细胞分析的要求相关。

传统上例如使用基于荧光活化细胞分选器(FACS)用于较大细胞数目、例如起始数量超过一百万个细胞的分选。然而，它们具有相对较大的死体积，并且根据细胞上要验证的标记的大小和强度，可能相对较易损耗。此外，在分选过程中通常无法进行视觉控制(成像)。在微流体***之外，在初级阶段检测到并可能经富集的单个靶细胞、例如循环肿瘤细胞也能够以传统的方式通过微毛细管(“细胞选择器”)从非靶细胞、例如白细胞等健康血细胞中分离。为此，通常使用微操作器将由玻璃制成的具有例如在几十微米范围内的内径的超细毛细管移至靶细胞。通过施加明确限定的负压，将靶细胞从周围的非靶细胞吸离，并且例如转移到单独的容器中以进行进一步分析。

如果人们关注微流体环境中的小型活检的高效分选，其起始数量例如具有几万个细胞，这又对应于例如几微升血液中的白细胞数量，基于生物细胞的介电特性对生物细胞进行操控的方案迄今为止呈现出大有可为的前景。所基于的作用原理，即所谓的介电泳(DEP)，是指甚至是不带电的可极化粒子在空间非均匀的恒定或交变电场中的运动。在此，从外部施加的电场与恰好通过该外部场感应的电多极相互作用，并对粒子产生介电泳的力作用。

通过这种方式，能够在不接触且独立于标记物的情况下操控生物细胞。由于该效应能够以大规模扩展，由此还与现代MEMS技术具有良好的兼容性。对于球状粒子——这例如表示要从细胞构成的血液成分中分离出来的存活的循环肿瘤细胞——这种最简单的情况而言，能够使用：

在空间静止电场的最为普遍的情况下，将时间平均的介电泳力一阶方程(对于适度不均匀的电场而言该表达式足以描述介电泳)表达为：

在这里R代表所考虑的粒子的半径；以及和/>代表粒子p和周围介质m的绝对复介电常数，其中适用：

其中，ε为绝对实介电常数；为复数单位；σ为电导率；并且ω为所施加电场的角频率。根据克劳修斯-莫索蒂因子/>(的实部)的符号——这取决于电场的频率以及介质与粒子(内部)之间的与频率相关的绝对实介电常数ε和电导率σ之间的相对协调——能够对单个粒子产生或是吸引(正介电泳或pDEP以朝向电场强度最大值的方向的作用，/>最大值+1)、或是排斥(负介电泳或nDEP以朝向电场强度最小值的方向的作用，最小值-1/2)的力作用以用于操作。

如果该方案通过pDEP操纵细胞，则应当考虑到这只能在低电导率的缓冲液中实现。虽然，这一方面总体上会导致(显著)较少的热损失，但另一方面，该措施涉及额外的、单独的去离子过程并且强制的“人工气氛”能够对细胞的生存能力和增殖行为产生负面影响(“细胞内部的泄漏”)。

对于吸引的DEP力而言，稳定的力平衡总是空间上出现在场生成的电极表面上或更一般地讲在芯片表面上的电场强度最大的部位出现。通过这种方式，尽管显著更容易地产生了DEP陷阱(DEP-Falle)并且更强，尤其约束力由于电压上升而增大，但这会导致细胞接触，并且因此也许会导致细胞与芯片表面粘连，并且细胞会由于电场强度太高而裂解。这些时常是关键性的缺点，其能够导致通过pDEP进行的分选效率或分选纯度(严重)降低。如果力求避开刚刚列举的问题，则能够替代地使用负的DEP力来分选细胞，因为它们“本来只有”在例如血浆、PBS或细胞培养基等生理介质中实现。虽然相比之下要考虑到有功电能转化为热量的增加，该热量在必要时只能够通过合适的附加组件、例如通风装置或珀耳帖元件消散，但为此不需要事先去离子。此外，通过维持天然介质，能够最大程度地保持细胞存活能力和细胞表达谱。

在排斥的DEP力的情况下，细胞总是朝向场强最小的位置移动，即通常远离基底移动。这避免了细胞与芯片表面之间的接触，并且对抗由于电场过高而引起的细胞粘附和破坏。鉴于此，在足够强的DEP陷阱内实现稳定的力平衡被证明是相当具有挑战性的，其约束力通常随着电压的升高而减小。这种方案的策略在于，在一个平面上借助两个分开的腔室将靶细胞从非靶细胞中分离出来。在此，分选过程包括以下两个步骤：

首先，将制备的重点关注的细胞悬浮液注入大的主腔室、在这里也称为腔室220并且在下文中称为“腔室1”，相邻的小的副腔室502、在下文中称为“腔室2”用生理成分的干净的清洗缓冲液充满。为了加注过程，在各个腔室220、502中分别提供了用于注入的入口和用于排气或输出的出口。加注之后，两个腔室220、502彼此流体无空气地连接。腔室1中的细胞510、515是随机但均匀分布的，没有细胞到达腔室2。在腔室1中，对靶细胞进行纯(介)电地捕获并且将其“确定性地”即沿着可个体化编程的轨迹无碰撞地经过同样被捕获在固定平面545中的非靶细胞直至运送到腔室2中。例如，腔室220、502和它们的壁通过适当高度和适当布局的双面胶带进行限定，该双面胶带密封地连接底部和顶盖。靶细胞的运送在三维“永久封闭的DEP笼”中且借助其来非接触地进行。在“标准配置”中的这种笼例如由3×3平面方形硅电极230、445组成，这些电极位于腔室底部上(每个电极：～18.8μm×18.8μm具有距相邻的电极1.2μm的间距)，以及透明的锡化铟氧化物-配对电极(ITO)455，其在腔室顶盖上整面地延伸。为了在腔室当中产生场最小值，细胞通过nDEP稳定地定位到该场最小值中，将中央的底部电极230和腔室顶盖上的配对电极455设置到相同的交变电势(“同相”或“+”)，而外部底部电极445对此反相运行(“反相”或“-”)。

在腔室2中，事先从腔室1中“排出”的靶细胞510在用干净的缓冲液进行最后冲洗过程中输出到外部反应容器、例如Eppendorf离心管中。因此，该过程以纯粹微流体的方式并因此“非确定性地”发生，这意味着根据这种变体方案的有核细胞仅遵循直线轨迹。

这里阐述的分选过程分别确保了100％的可重复效率和纯度，但随之而来的“后果”应解释如下：

为了在能够易于实现和操控的、尚未感应引起电解效应的电源电压(U_DEP≤5V_RMS)的范围内为细胞操作产生足够高的电场强度或DEP力，腔室1的高度并且因此相关地腔室1能够容纳的最大试样容积是有限的。例如，对于腔室1的底面积为～12.5mm×12.5mm而言，最大～100μm的腔室高度导致最大～15.6μl的腔室体积。相对于腔室2中的情况，腔室1中的有效清洗此外无法保证或不切实可行。由于这些原因规定的是，在干净的缓冲液中额外借助靶细胞的富集来进行外部浓缩。这通常通过离心机来实现，其中需要在设备之间手动转移试样，并且会担心额外的细胞损失。为致动所需的“动态”DEP笼，即如前所述在其位置和尺寸方面能够变化的DEP笼，只能够通过有源的元器件、例如晶体管或存储元件来实现。这些元器件通过CMOS技术集成在各个硅电极内。

根据这种变体方案，在腔室1中，靶细胞的最大运送速度受到限制(～1电极宽度/秒)，因为用于运送的(横向的)DEP力是受限的。此外可选地，最大运送速度在个别情况下取决于的芯片负载。这意味着，仅用2×2电极的模型虽然也能够产生用于容纳理论上多于标准配置总共3×3/2×2＝9/4＝2.25倍的细胞的封闭的DEP笼(“重新配置”)，然而对于这种情况中的靶细胞首先需要“空出一条通往出口的路径”，这与分选时间的增加相关。负向选择没有被设置或不切实可行。

图6示出载体基底105的示意图。这里示出的载体基底105例如相应于图5中描述的载体基底105。它们的不同之处仅在于呈现视角不同。这意味着载体基底105由俯视图示出。纯示例性示出轨迹600，使用电场和变化的电压值将有核细胞510沿着该轨迹首先运送到副区段504中，然后从载体基底105运送到例如试样容器605中。

这里，主区段500和腔室220方形地构造。此外可选地，腔室220通过瓶颈状的连接区段610与副腔室502连接。在此，副腔室502基本上直线地构造并且具有入口615以及与入口615相对置的出口620。为此，存在单独的入口-出口-偶对IN 615和OUT 620，其中该入口-出口-偶对仅设置用于以清澈的缓冲液进行冲洗/运送/输出过程。出口620构造用于将分离的有核细胞510从载体基底105经由副腔室502排出到试样容器605中。

图7示出载体基底105的实施例的横截面示意图。这里所示的载体基底105例如能够用于如在图1中示例性描述的微流体设备。此外，载体基底105至少类似于图1、2、4、5、6之一中描述的载体基底105。根据该实施例示出微腔110，其作为凹穴布置在载体基底105中。根据该实施例，这里示出的载体基底105还具有同心布置的电极230、445，该电极构造用于形成电场535。为了能够形成电场535(“DEP笼”)，还能够非常有利地也使用扁平电极作为配对电极455，其在这里形成微腔110的顶部上的第三电极并且与电极230相对置。根据该实施例，所有微腔110以相同的方式构造，使得能够在每个微腔中产生电场。由此例如能够在载体基底105上实现单细胞分选。此外，由此能够将有核细胞510沿着轨迹600从微流体设备运送出。根据该实施例，出口620与阀700连接，该阀例如构造为双阀。阀700构造用于将有核细胞510引导到试样容器605中并且用于排出非期望的液体705，例如试样液体的裂解残留物。

换言之，说明一种借助电气化微腔110进行的单细胞分选，其中尤其借助于两个分开的平面545、710从非靶细胞、即从腔室中其他的有核细胞515中来分离有核细胞510。在此，相应的分选过程设置有预备过程和空间分离，由此能够实现有核细胞510的量化。

根据该实施例，载体基底105具有用于单细胞分选的电气化微腔110。在外部提供二通阀，该二通阀在这里也称为阀700。阀700构造用于，在单细胞分选期间，使用随后而来的干净的清洗缓冲液将预备过程中要洗去并且当作污物的血液裂解物705在空间上完全与有核细胞510分离。替代地也可以设想的是，在没有阀700的情况下使用两个不同的反应容器来分离血液裂解物705，这两个反应容器顺序地放置在出口处，即出口620处。

在单个的微腔110的底部是第一点状电极230，该第一点状电极被第二环形电极445电绝缘地包围。这两个底部电极230、445同心地布置并且与微腔110的底面重心重合。作为点状电极230延伸穿过腔110的电极230形成列。此外，作为环形电极延伸穿过腔的扭转了90°的电极445形成矩阵的行，在该矩阵中能够单独地操控每个底部电极230、445。为了能够生成三维“具有释放功能的DEP笼”，最后需要第三个整面的配对电极，其也称为金属层455并且在相邻的凹槽之间形成网状顶面(Stegoberseite)。

根据该实施例，在所有的点状的底部电极230和配对电极455设置到足够高且相等的交变电势，同时所有的环形底部电极445相对于此强度相同且反相地运行的情况下，接近底部且随机地、但均匀分布的完好的有核细胞510、515即白细胞和循环肿瘤细胞在静止介质中随着沉降过程以无接触的方式引导到微腔110当中稳定的悬浮位置中。然而，电压水平U_DEP,min在此同时要选择得足够低，以获得打开的DEP笼。

直接地在清洗之前在此外底部电极230、445处的信号分配保持不变的情况下，将电压增加到设定的最大值U_DEP,max，以最大保持力产生闭合的DEP笼，在其中所有的细胞510、515对抗主导流动力而稳定地保持捕获状态，而与腔110的壁或底部不发生接触。由此，位于笼外的完好的细胞不再能够进入笼内，而所有在笼内的细胞510、515稳定地保持捕获状态。清洗过程使腔室完全不受污染，并且只是可选的。

在不限制普遍性的情况下，在下文中可选地介绍正向选择的过程，即从非靶细胞515中分离出靶细胞510。相反地，当然也类似地实现负向选择，方法是将非靶细胞515从微腔110中释放出来，而靶细胞510不被释放。

沉降到腔室底部的所有细胞510、515在最初状态下首先处于微腔110内的平衡位置中，即处在从腔110的底部起始的恒定高度。在进一步的研究中，这个下方的捕获平面称为平面710。施加的DEP电压的水平仍是最大值，腔室内的介质仍在移动中。为了将靶细胞510、515从位于平面710中的稳定捕获状态中移出并将其转移到网状顶面之上的上方运送平面、在这里称为平面545中，用适当的电信号对位于靶细胞510的位置上相交的底部电极230、445进行操控。为此，将释放电压U_F,S施加到所属的列上并且将释放电压U_F,Z施加到所属的行上。在此，释放电压与几何形状相关。对于0≤U_F,S≤U_F,Z≤U_DEP,max，按以下方式来选择释放电压，以确保单个电池“确定性地”从其悬浮位置得到纯(介)电释放，尤其没有妨碍位于其捕获位置的相邻细胞。所有使用的信号都是例如具有恒定频率的谐波激励。

细胞释放需要在沿着穿过微腔110(“DEP悬浮体”)的中心对称轴线的负z方向上有足够大的净排斥DEP力。为此，针对微腔110的给定的几何形状，通过U_F,S和U_F,Z的适当组合确保来自配对电极455的电场强度线全部尽可能与z轴平行地落到点状的底部电极230(列)的暴露表面上，并且此外存在足够大的场强。在微腔110的靠近壁的边缘区域中，应尽可能抑制由于环形的底部电极445(行)对该场强变化曲线造成的干扰。

同时，U_F,Z应选择得如此小，使得避免了沿着释放行的、即在靶细胞510的腔110旁边左侧和右侧的非靶细胞515对DEP笼造成干扰并且使得具有足够的保持力的封闭DEP笼维持原状。另一方面，U_F,S要选择得足够大，使得在降低的封闭DEP笼内新的临时平衡状态下，沿着释放列的、即在靶细胞510的腔110的上方和下方的非靶细胞515和所属腔110的底部之间不发生接触。

如果释放的细胞事先已在腔110内的平面710中得到保护并且在清洗过程中只经受整体减小的斯托克斯力，那么在平面545中的情况则发生改变。在这里，朝向出口620的运送(运离)以及输出借助干净的(清洗)缓冲液纯粹以微流体的方式、即非确定性地，通过最大斯托克斯力来实现并且因此相对较快。被释放的细胞无法进入相邻的DEP笼，因为它们是封闭的。因此，分选原理总体上能够实现效率和纯度最大化。

图8示出载体基底105的实施例的示意图。在这里示出的载体基底105对应于或相似于例如图1、2或4至7之一中描述的载体基底105。根据该实施例，不同之处仅在于视角。也就是说，这里示出的载体基底105由俯视图示出。在这里，载体基底105还具有多个微腔110。在这里，微腔110也布置成矩阵状、即以行和列的方式布置。在这里，还示出了用于至少一个有核细胞510的轨迹600。

图9示出针对微流体设备的运行模式900的实施例的示意图。在此，这里所示的载体基底105至少类似于图1、图2或图4至图8之一中描述的载体基底105。根据该实施例，微流体设备的电极在其中被激活并形成电场535的状态称为运行模式900。根据该实施例，使用具有层状布置的电极230、445和455的载体基底105的微腔110的横截面示图来示出运行模式900。在此，电极230、445和455布置在每个单独的微腔110上或之中。在此，它们如此布置，使得在电场535的激活状态中，有核细胞510到达微腔110的中心。这意味着电气笼打开。

换言之，根据该实施例示出且描述了以PCB技术借助于电气化微腔110进行的单细胞分选的运行模式900、例如正向选择：其描述了从非靶细胞515中分离靶细胞510。

图10示出针对微流体设备的运行模式900的实施例的示意图。在这里示出的微腔110例如类似于图9中描述的微腔110。根据该实施例，示出的不同之处仅在于电场535。根据该实施例，电气笼是封闭的，使得有核细胞510被捕获在它位于微腔110中的中间位置中。在此，位于有核细胞510周围的液体例如能够被冲洗掉，而不将有核细胞510从微腔110中洗掉(＝清洗过程)。这同样适用于有核的非靶细胞515。

图11示出针对微流体设备的运行模式900的实施例的示意图。这里示出的微腔110类似于例如图10中描述的微腔110。根据该实施例，示出的不同之处仅在于电场535。根据该实施例，如此对电极230、445和455进行操控，使得能够将有核细胞510、也称为靶细胞从微腔110中以电的方式推出，并且然后通过冲洗能够将已经在微腔上方的有核细胞以微流体方式冲洗出来。例如，这通过改变施加到电极上的电压U来实现。

图12示出针对微流体设备的运行模式900的实施例的示意图。这里示出的微腔110类似于例如图11中描述的微腔110。根据该实施例，示出的不同之处仅在于电场535。根据该实施例，如此对电极230、445和455进行操控，使得另外的有核细胞515、也称为非靶细胞被保持在微腔110中。例如，通过改变电压将另外的有核细胞515释放或替代地保持在其位于微腔110中的位置中。例如，这通过改变施加到电极230、445和455上的电压U来实现。在此，为此所需的电压U可选地不同于有核细胞510所需的电压U。由此例如能够将有核细胞510传送经过另外的有核细胞515。

图13示出针对微流体设备的运行模式900的实施例的示意图。这里示出的微腔110类似于例如图12中描述的微腔110。根据该实施例，示出的不同之处仅在于电场535。根据该实施例，如此对电极230、445和455进行操控，使得另外的有核细胞515、也称为非靶细胞保持在微腔110中。电压如此来选择，使得恰好避免非靶细胞与腔底部的接触(非接触式单细胞分选)。

图14示出根据针对微流体设备的实施例的电压变化曲线1400的示意图。在此，这里所示的电压变化曲线1400示出了在时间t内施加在微腔中的电压U的特性。根据本实施例，被称为电压U_DEP的电压例如代表预定参考值，其代表例如最小阈值和最大阈值。根据该实施例，示出多个以不同方式施加的电压变化曲线，这些电压变化曲线例如对应于在图9至图13中所描述的那些运行模式。这意味着，通过调节和/或改变各个微腔中的和/或各个电极上的电压U来以如图9至图13所示的方式改变电场。

根据该实施例，第一曲线1405和第二曲线1410代表图9中描述的运行模式，其中电气笼打开。在此，第一曲线1405指示出施加到电极230和455上的电压U。第二曲线1410表明了施加到另外的电极445上的电压U。U_DEP,min表示曲线1405和1410的时间平均值。

第三曲线1415和第四曲线1420示例性表明了图10中描述的运行模式。在此表明的是，第三曲线1415实施成第一曲线1405的电压变体方案，其也施加到电极230和455上。与此类似地，作为第二曲线1410的电压变体方案的第四曲线1420示出了另外的电极445的电压变化曲线。

此外，第五曲线和第六曲线1425和1430表示图11至图13中示出的运行模式。在此U_F,Z是曲线1425的时间平均值，并且在此U_F,S是曲线1430的时间平均值。

换言之，靶细胞能够例如使用：

被释放。

图15示出根据实施例的具有尺寸的微腔110的示意图。微腔110对应于或至少类似于图1、图2或图4至图13之一中描述的微腔110。根据该实施例，电极230、445和455还同心地布置。图15中示出的尺寸理解为仅是示例性的并且能够在替代实施例中有所不同。

换言之，根据该实施例，以示例性尺寸示出采用硅技术的电气化微腔110的侧视图。图15还以最大预期直径(大虚线圆圈)和最小预期直径(小圆圈)示出了与位于腔110内的细胞510的尺寸比较。

根据该实施例，空腔110包括例如50μm的直径和大约37.5μm的深度。下面列出的数值示例涉及最轻和最小的预期类似球形的CTC的轨迹(ρ_p＝1070kg/m³且R＝3μm)，其通过电气化微腔110在生理介质(σ_m≈1.4S/m)中进行介电泳操作。在大约1MHz至10MHz之间的运行频率下，在生理介质中能够产生足够大的负DEP力 而没有电解效应并且具有最小跨膜电压。类似水的清洗缓冲液应具有密度ρ_f＝1000kg/m³和粘度η＝1mPa·s。

第一过程部分使用相对较小体积的全血(≤20μl)作为“输入”。“输出”是过程第二部分通过DEP进行的单细胞分选的理想初始状态。在最终的光学探测中，待分离的CTC预计在不到100μl的血液裂解物中有少于80000至220000个白细胞，由此这样的细胞悬浮液总体上能够解释为相对较小的活检。负载：例如，打开的DEP笼产生运行电压U_DEP＝U_DEP,min＝1.5V_RMS。

如果为了可靠性起见，将50μl较大的腔室容积例如在5分钟内更换、即用清洗缓冲液冲洗30次，以使腔室有足够的光学透明度和纯度，则产生5μl/s的体积流量，该体积流量能够通过微流体***以平均恒定的方式进行设定。因此，对于端部入口面积和端部出口面积为12.5mm×320μm的腔室而言，相关平均流速为在运行电压U_DEP＝U_DEP,max＝5V_RMS下产生的封闭的DEP笼具有足够的保持力以抵抗通过腔110内清洗所引起的流动力或湍流。

图16示出根据实施例的用于使用微流体设备的至少一个电极捕获至少一个有核细胞的方法1600的流程图。这可以是能够在根据前面的附图描述的微流体设备的装置之一中使用的方法。在此，方法1600包括输出步骤1605和提供步骤1610。在输出步骤1605中，输出施加信号，将具有至少一个有核细胞的试样液体施加到微流体设备的载体基底上。在提供步骤1610中，将电流信号提供给至少一个电极的接口，以便在载体基底的微腔处或微腔中产生电场，该电场形成用于将至少一个有核细胞作为靶细胞捕获在微腔中。根据该实施例，在输出步骤1605中输出施加信号，该施加信号促使裂解物施加到载体基底上，以便获得具有至少一个有核细胞的细胞沉积物以及裂解物的细胞悬浮液。这意味着，例如要等待一段确定的时间，其间细胞沉淀物沉淀。此外可选地，在提供步骤1610中或之后，在捕获到有核细胞之后将释放信号提供给电极，以便将试样液体中的另外的有核细胞作为非靶细胞从电场释放。输出也可以是可选的新的步骤1630。

根据该实施例，方法1600还包括在输出步骤1605之后、在提供步骤1610之前或之后的改变电流强度和/或电压的步骤1615，以便改变、例如增强或减弱电场。在提供步骤1610之后的可选的识别步骤1620中，从试样液体中识别有核细胞，并且尤其从细胞沉积物中进行光学探测和/或量化。

方法1600进一步可选地包括试样液体清洗步骤1625。在此，在提供步骤1610之后，使用清洗缓冲液来清洗试样液体，以便将试样液体的悬浮液从微腔中洗掉。

这里介绍的处理步骤可以重复地并且以不同于所描述的顺序实施。

图17示出根据实施例的设备1700的框图。设备1700例如实现为控制器或控制单元，其构造用于使用针对微流体设备的至少一个电极来操控或执行如图16所示的用于捕获至少一个有核细胞的方法。为此，设备1700具有用于输出施加信号1710的输出单元1705，该施加信号1710将具有至少一个有核细胞的试样液体施加到微流体设备的载体基底上，以及用于将电流信号1720提供给至少一个电极的接口的提供单元1715，以便在载体基底的微腔上或微腔中产生电场，该电场形成用于将至少一个有核细胞作为靶细胞捕获在微腔中。此外，提供单元1715构造用于在将有核细胞捕获到电极之后仅可选地提供释放信号1725，以便将试样液体中的另外的有核细胞作为非靶细胞从电场释放出来。设备1700还具有改变单元1730，其引起电流强度的改变来增强、减弱和/或改变电场。根据该实施例，设备1700还具有清洗单元1735，其构造用于使用清洗缓冲液来实现试样液体的清洗，以便将试样液体的悬浮物从微腔中洗出。此外，设备1700可选地具有识别单元1740，其构造用于识别试样液体中的有核细胞，尤其用于对细胞沉积物中的有核细胞进行光学探测和/或量化。

图18a示出载体基底105的实施例的示意图。这里示出的载体基底105对应于或至少类似于图2中描述的载体基底105，该载体基底例布置在或能够布置在微流体设备100中。这种微流体设备100已经在图1至图8中的至少一幅中进行了描述。根据该实施例，微腔110以网格状或无源矩阵即以行和列的方式布置。此外，微腔110与多个开关单元1800电耦合，因此它们相应地具有例如电接触件。更准确地说，所有微腔110按行和列与各一个开关耦合。这还意味着，也能够按行和/或列的方式对微腔110进行操控。

根据该实施例，示出了布置在载体基底105中央的微腔110作为重点关注的微腔110。在此，与其直接连接的微腔110实施成临界相邻的微腔110，其中分别通过闪电1805来象征性表示电压降。闪电1805表示寄生电串扰并且意味着重点关注的中央的腔110的场分布变化非期望地导致相邻微腔110中的状态发生不明确的变化。

换言之，微腔110基于具有准平面层结构的底部电极，该底部电极仅示例性地以能够分开操控且彼此绝缘的列和行的形式布置，其中所述列具有点状电极作为最下方的第一金属层；所述行具有环形电极作为中间的第二金属层。然而，由于根据该实施例示出无源矩阵，其以导体电路的简单交叉为特点，因此电压降能够不只在重点关注的微腔110处施加或读取。然而，为了实现选择性寻址的状态，如图18b中所描述和/或示出的，通过在导体电路的交叉点处以及在相应的列和行处适当集成的晶体管电路，将无源矩阵扩展成有源矩阵。

图18b示出载体基底105的实施例的示意图。在这里示出的载体基底105类似于例如图18a中描述的载体基底105，其中，在这里示出的载体基底105根据该实施例被实施成有源矩阵。这意味着，各个微腔110虽然也按行和列布置，但是单个微腔分别与一个开关耦合或能耦合。然而为了清楚起见，这根据该实施例以简化的方式示出。由此，微腔110分别用各自的开关单元并且借助各自的控制信号1850以单独的方式得到操控并且防止电串扰且因此防止对相邻微腔110的影响。

换言之，通过有源开关元件对微流体设备100进行扩展，该有源开关元件使重点关注的各个微腔110能够进行“理想的”选择性寻址，使得载体基底105形成有源矩阵。重点关注的微腔110例如是下述这些微腔，在这些微腔上检测到DEP操作和/或发生电化学探测。此外，有源开关元件使在微腔110内的电极不仅能够作为用于细胞介电泳移动的操纵元件使用，而且能够作为用于对溶液中通过细胞释放的粒子进行电化学检测的传感器元件来使用。由此附加地扩展出在密封微腔110之后进行芯片上分析的可能性、例如在图20a至图20b中所示，以便例如对微腔110中的细胞510的环境条件进行监测。

准平面有源矩阵的开关元件能够以集成半导体开关技术的形式实现。为此，例如能够使用互补金属氧化物半导体技术(CMOS)，其以硅单片制成。替代地，能够设想到使用其他技术、例如双极技术和半导体材料、例如砷化镓。用于各个微腔110的选择性寻址所需的电路的非线性元器件、也就是说例如晶体管、存储元件、二极管等通常能够典型地以这些技术中的任一种作为标准来制造。如果使用半导体开关技术来实现有源矩阵，则所描述的整面的配对电极、也描述为第三电极能够例如借助于光刻胶***构造成最上方的第三金属层。为此，仅示例性地使用SU-8光刻胶，该光刻胶在第一厚层、例如>30μm中相对于微腔110的限定未经改动地进行喷涂，以及然后在第二薄层、例如<1μm中用金属粒子、例如银相对于整面的配对电极的限定偏移地进行喷涂。在两层的所谓软烘烤、曝光、显影和硬烘烤之后，可选地还用化学惰性金属、例如金对配对电极进行电镀，以增加电导性能。半导体芯片的电接触例如通过将键合线与载体电路板连接来实现，将芯片事先粘合到该载体电路板上。

如果微腔110内的电极也要用作传感器元件以对溶液中的通过细胞510输出的粒子进行电化学检测，则预先在一定条件下用合适的反粒子(Gegenpartikel)这些电极进行功能化以增加灵敏度。在此，反粒子例如具有下述任务：高效地结合待检测的粒子或增强粒子与电极之间的电化学反应。传感器元件能够有利于多种应用。例如，由B淋巴细胞分泌的相关抗体(＝粒子)能够在电极用相应的抗原(＝反粒子)功能化后通过这种方式进行识别，以用于药物生产。另一个例子是用于细胞系开发的细胞培养，其中借助于电极作为传感器元件来精确且实时地跟踪和控制生长条件，例如pH值、O₂含量、CO₂含量和/或葡萄糖浓度。

图19a示出微流体设备100的实施例的横截面示意图。在此，根据该实施例，有核细胞510布置在每个微腔110中。在此，裂解物作为水介质布置在细胞510周围以及在载体基底105和透明盖1905之间的中间区域1900中。中间区域1900例如也可以称为微流体设备100的探测区域。根据该实施例，每个微腔110具有第一电极1910和第二电极1915。在此，电极1910、1915也可称为底部电极并且被构造成底部电极，以便在运行状态下相应地产生例如电场和/或磁场。通过所产生的场将有核细胞510保持在相应的微腔110中，同时例如清洗裂解物。在此，第一电极1910在腔底部1920处居中地且点状地实现，并且第二电极1915例如在第一电极1910周围环状地布置。在此，电极1910、1915彼此不接触。根据该实施例，第一电极1910形成正极，第二电极1915形成负极。

根据该实施例，载体基底105还具有第三电极1925，其根据该实施例以面状布置在基底表面上。在此，第三电极1925也实施成正极并且遵循图14所示的随时间变化的电压变化曲线。

换言之，微腔110作为电气化微腔110示出，其中每个电气化微腔具有负载的有核细胞510。

图19b示出微流体设备100的实施例的横截面示意图。在这里示出的微流体设备100类似于例如图19a中描述的微流体设备100。根据该实施例，只有每个有核细胞510的粒子1950穹顶状地围绕相应的细胞510布置，以便它们各自影响相邻的微腔110。这意味着，这里仅示例性示出电和/或微流体串扰。

图20a示出微流体设备100的实施例的横截面示意图。在这里示出的微流体设备100类似于例如图19a中描述的微流体设备100。在这里，在每个微腔110中也布置有一个有核细胞510，并且通过电极1910、1915、1925保持在其位置中。然而，根据该实施例，微流体设备100用非水介质2000或非水相加载，其包括例如硅油或空气，以便消除相互影响的或者相邻的微腔110的微流体串扰如图19b所示并且例如密封微腔110。这意味着，微腔110通过选择非水介质2000以及因此相关物理特性来进行密封。

根据该实施例，在芯片上进行单细胞分析期间，用至少一种非水相介质2000对芯片即微流体设备100进行冲洗。因此实现了水相的细胞510在微腔110中的密封以及隔离，其在这里描述为具有生理特性的水介质。

换言之，在加载细胞510之后，腔110上方的裂解物、即水相层首先被非水相介质2000置换，以便实现将水相的细胞510密封在微腔内以用于在芯片上进行单细胞分析。如果附加地要将单个细胞510输出到收集容器中以用于在芯片外进行分析，则事先输入的非水相2000再被水相置换，并且情况因此返回到初始状态。

图20b示出微流体设备100的探测室的实施例的横截面示意图。这里示出的探测室类似于图20a中描述的探测室。根据该实施例，除了微腔110之外，中间区域1900仅被非水介质2000完全填充，使得微腔110彼此隔离。换言之，水介质仅存在于微腔110本身中。

换言之，示出的是消除寄生微流体串扰。电气化微腔110与水相中的有核细胞510通过非水介质2000彼此完全隔离。因此，通过细胞510释放到溶液中的粒子不再能够扩散和对流拖动，并且各个微腔110中的分析彼此独立地进行。

如果实施例包括第一特征和第二特征之间的“和/或”联接，则这应当理解为根据一个实施例的实施例具有第一特征和第二特征，并且根据另外的实施例，或是仅具有第一特征、或是仅具有第二特征。

Claims (16)

1.一种用于使用针对微流体设备(100)的至少一个电极(230)捕获至少一个有核细胞(510)的方法(1600)，其中所述方法(1600)包括以下步骤：

-输出(1605)施加信号(1710)，所述施加信号促使具有至少一个有核细胞(510)的试样液体施加到所述微流体设备(100)的载体基底(105)上；以及

-提供(1610)电流信号(1720)给所述至少一个电极(230)的接口，以便在所述载体基底(105)的微腔(110)上或中产生电场(535)，所述电场形成用于将所述至少一个有核细胞(510)作为靶细胞捕获在所述微腔(110)中。

2.根据权利要求1所述的方法(1600)，在输出步骤(1605)之后或者在提供步骤(1610)之前或之后具有改变电流强度的步骤(1615)，用以改变、尤其是增强或减弱所述电场(535)，尤其其中，所述电场(535)在所述电极(230)和对置于所述微腔(110)中或上的电极(230)的配对电极(455)之间建立和/或变化。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1600)，其中，在提供步骤(1610)中，所述电流信号(1720)输出到所述至少一个电极(230)的接口和布置在相邻的微腔(110)中的至少一个另外的电极的接口，使得在至少一个另外的电极处产生不同于在所述电极(230)处的电场，尤其其中，在所述电极处产生的场在方向和/或强度方面与在另外的电极处产生的电场不同，并且/或者其中另外的电场在另外的电极处产生，所述另外的电极布置在微腔(110)中，所述微腔布置在相对于带有电极(230)的微腔(110)的共同的列或共同的行中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1600)，其具有试样液体的清洗步骤(1625)，所述清洗步骤在提供步骤(1610)之后使用清洗缓冲液来进行，以便将所述试样液体的悬浮物从所述微腔(110)洗掉，并且/或者其中在提供步骤(1610)中或之后，将释放信号(1725)在捕获有核细胞(510)之后提供给电极，以便将试样液体中的另外的有核细胞(515)作为非靶细胞从电场(535)释放出来。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1600)，其中在输出步骤(1605)中，将所述施加信号(1710)输出，所述施加信号促使裂解物施加到所述载体基底(105)上，以便获得具有至少一个有核细胞(510)的细胞沉淀物以及裂解物的细胞悬浮液，并且/或者其中在所述提供步骤(1610)之后设置有从试样液体中识别有核细胞(510)的识别步骤(1620)，尤其其中，在有核细胞(510)的识别步骤(1620)中，从细胞沉积物中进行光学检测和/或量化。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1600)，其中在所述提供步骤(1610)中，将有核细胞(510)或者至少一个另外的有核细胞(515)捕获在所述微腔(110)的捕获平面中，并且/或者其中通过释放信号(1725)将试样液体中的细胞(510)或至少一个另外的有核细胞(515)从电场(535)释放到运送平面中。

7.一种用于使用针对微流体设备(100)的至少一个电极(230)捕获至少一个有核细胞(510)的方法，其中所述方法(1600)包括以下步骤：

-将具有至少一个有核细胞(510)的试样液体施加到所述微流体设备(100)的载体基底(105)上；以及

-用所述至少一个电极(230)在所述载体基底(105)的微腔(110)上或中产生电场(535)，所述电场形成用于将至少一个有核细胞(510)作为靶细胞捕获在微腔(110)中。

8.一种设备(1700)，所述设备设立用于在相应的单元(1705、1715、1730、1735、1740)中执行和/或操控根据前述权利要求中任一项所述的方法(1600)的步骤(1605、1610、1615、1620、1625、1630)。

9.一种计算机程序，其设立用于执行和/或操控根据权利要求1至7中任一项所述的方法(1600)的步骤(1605、1610、1615、1620、1625、1630)。

10.一种机器可读存储介质，在其上存储根据权利要求9所述的计算机程序。

11.一种用于捕获试样液体的至少一个有核细胞(510)的微流体设备(100)，尤其其中，所述微流体设备(100)构造成芯片实验室盒，其中所述微流体设备(100)具有以下特征：

-用于容纳试样液体的载体基底(105)，其中所述载体基底(105)具有至少一个微腔(110)；以及

-至少一个电极(230)，其布置在所述微腔(110)上或中，以用于产生电场(535)，所述电场形成用于将有核细胞(510)捕获在微腔(110)中。

12.根据权利要求11所述的微流体设备(100)，其中所述载体基底(105)具有多个微腔(110)，所述多个微腔分别具有至少一个电极(230)，其中所述微腔(110)矩阵状地布置在所述载体基底(105)上。

13.根据权利要求12所述的微流体设备(100)，其中至少一个电极(230)布置在所述微腔(110)的至少一个微腔的腔底部上和/或腔壁中。

14.根据权利要求12至13中任一项所述的微流体设备(100)，其中在所述微腔(110)中的每个微腔中能够单独地操控电极(230)，并且/或者其中所述电极(230)以环状、点状和/或层状成形，尤其其中，还设置有操控单元，所述操控单元构造用于给在不同的微腔(110)中的电极的每个电极施加相互独立的电压。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的微流体设备(100)，其中所述微腔(110)具有至少一个另外的电极(445)，其中所述电极(230)和所述至少一个另外的电极(445)彼此电绝缘。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的微流体设备(100)，其中至少一个配对电极(455)布置在所述微腔(110)上，其中所述配对电极(455)与所述电极(230)并且/或者与至少一个另外的电极(445)彼此相对置地布置在微腔(110)中或上，并且/或者与所述电极(230)和/或至少一个另外的电极(445)电绝缘。