We present a dielectric model and its parameters for Chinese hamster ovary (CHO) cells based on a double-shell structure which includes the cell membrane, cytoplasm, nuclear envelope, and nucleoplasm. Employing a dielectrophoresis (DEP) based technique and a microfluidic system, the DEP response of many single CHO cells is measured and the spectrum of the Clausius-Mossotti factor is obtained. The dielectric parameters of the model are then extracted by curve-fitting to the measured spectral data. Using this approach over the 0.6–10 MHz frequency range, we report the values for CHO cells' membrane permittivity, membrane thickness, cytoplasm conductivity, nuclear envelope permittivity, and nucleoplasm conductivity. The size of the cell and its nuclei are obtained using optical techniques.

1.
M. S.
Talary
,
J. P. H.
Burt
,
J. A.
Tame
, and
R.
Pethig
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
29
,
2198
(
1996
).
2.
V.
Raicu
,
Biochim. Biophys. Acta, Gen. Subj.
1379
,
7
(
1998
).
3.
A.
Valero
,
T.
Braschler
,
N.
Demierre
, and
P.
Renaud
,
Biomicrofluidics
4
,
022807
(
2010
).
4.
X.
Hu
,
W. M.
Arnold
, and
U.
Zimmermann
,
Biochim. Biophys. Acta
1021
,
191
(
1990
).
5.
I.
Ermolina
,
Y.
Polevaya
,
Y.
Feldman
,
B. Z.
Ginzburg
, and
M.
Schlesinger
,
IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul.
8
,
253
(
2001
).
6.
K.
Ratanachoo
,
P. R. C.
Gascoyne
, and
M.
Ruchirawat
,
Biochim. Biophys. Acta, Biomembr.
1564
,
449
(
2002
).
7.
Y.
Huang
,
S.
Joo
,
M.
Duhon
,
M.
Heller
,
B.
Wallace
, and
X.
Xu
,
Anal. Chem.
74
,
3362
(
2002
).
8.
L.
Altomare
,
M.
Borgatti
,
G.
Medoro
,
N.
Manaresi
,
M.
Tartagni
,
R.
Guerrieri
, and
R.
Gambari
,
Biotechnol. Bioeng.
82
,
474
(
2003
).
9.
C. M.
Das
,
F.
Becker
,
S.
Vernon
,
J.
Noshari
,
C.
Joyce
, and
P. R. C.
Gascoyne
,
Anal. Chem.
77
,
2708
(
2005
).
10.
F. H.
Labeed
,
H. M.
Coley
, and
M. P.
Hughes
,
Biochim. Biophys. Acta
1760
,
922
(
2006
).
11.
L.
Duncan
,
H.
Shelmerdine
,
M. P.
Hughes
,
H. M.
Coley
,
Y.
Hübner
, and
F. H.
Labeed
,
Phys. Med. Biol.
53
,
N1
(
2008
).
12.
P. R. C.
Gascoyne
,
J.
Noshari
,
T. J.
Anderson
, and
F. F.
Becker
,
Electrophoresis
30
,
1388
(
2009
).
13.
M. D.
Vahey
and
J.
Voldman
,
Anal. Chem.
80
,
3135
(
2008
).
14.
M. D.
Vahey
and
J.
Voldman
,
Anal. Chem.
81
,
2446
(
2009
).
15.
H.-W.
Su
,
J. L.
Prieto
, and
J.
Voldman
,
Lab Chip
13
,
4109
(
2013
).
16.
K.
Asami
,
T.
Hanai
, and
N.
Koizumi
,
J. Membr. Biol.
28
,
169
(
1976
).
17.
R.
Hölzel
and
I.
Lamprecht
,
Biochim. Biophys. Acta, Biomembr.
1104
,
195
(
1992
).
18.
19.
V.
Raicu
,
G.
Raicu
, and
G.
Turcu
,
Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg.
1274
,
143
(
1996
).
20.
Y.
Polevaya
,
I.
Ermolina
,
M.
Schlesinger
,
B. Z.
Ginzburg
, and
Y.
Feldman
,
Biochim. Biophys. Acta
1419
,
257
(
1999
).
21.
J.
Yang
,
Y.
Huang
,
X.
Wang
,
X. B.
Wang
,
F. F.
Becker
, and
P. R.
Gascoyne
,
Biophys. J.
76
,
3307
(
1999
).
22.
K.
Jayapal
,
K.
Wlaschin
,
W.
Hu
, and
G.
Yap
,
Chem. Eng. Prog.
103
,
40
(
2007
).
23.
M.
Fiore
,
R.
Zanier
, and
F.
Degrassi
,
Mutagenesis
17
,
419
(
2002
).
24.
M. J.
Fernández
,
A.
López
, and
A.
Santa-Maria
,
J. Appl. Toxicol.
23
,
221
(
2003
).
25.
Q.
Zeng
,
J.-M.
Dong
,
K.
Guo
,
J.
Li
,
H.-X.
Tan
,
V.
Koh
,
C. J.
Pallen
,
E.
Manser
, and
W.
Hong
,
Cancer Res.
63
,
2716
(
2003
).
26.
L. F. Z.
Batista
,
V.
Chiganças
,
G.
Brumatti
,
G. P.
Amarante-Mendes
, and
C. F. M.
Menck
,
Apoptosis
11
,
1139
(
2006
).
27.
S.
Yan
,
J.
Zhang
,
Y.
Yuan
,
G.
Lovrecz
,
G.
Alici
,
H.
Du
,
Y.
Zhu
, and
W.
Li
,
Electrophoresis
36
,
284
(
2015
).
28.
G.
Mernier
,
S.
Majocchi
,
N.
Mermod
, and
P.
Renaud
,
Sens. Actuators B Chem.
166–167
,
907
(
2012
).
29.
J.
Čemažar
,
D.
Vrtačnik
,
S.
Amon
, and
T.
Kotnik
,
IEEE Trans. Nanobiosci.
10
,
36
(
2011
).
30.
J.
Cemažar
and
T.
Kotnik
,
Electrophoresis
33
,
2867
(
2012
).
31.
C.
Justice
,
A.
Brix
,
D.
Freimark
,
M.
Kraume
,
P.
Pfromm
,
B.
Eichenmueller
, and
P.
Czermak
,
Biotechnol. Adv.
29
,
391
(
2011
).
32.
C. F.
Opel
,
J.
Li
, and
A.
Amanullah
,
Biotechnol. Prog.
26
,
1187
(
2010
).
33.
K.
Asami
,
Prog. Polym. Sci.
27
,
1617
(
2002
).
34.
S.
Gawad
,
K.
Cheung
,
U.
Seger
,
A.
Bertsch
, and
P.
Renaud
,
Lab Chip
4
,
241
(
2004
).
35.
A.
Surowiec
,
S. S.
Stuchly
, and
C.
Izaguirre
,
Phys. Med. Biol.
31
,
43
(
1986
).
36.
A. L.
Garner
,
G.
Chen
,
N.
Chen
,
V.
Sridhara
,
J. F.
Kolb
,
R. J.
Swanson
,
S. J.
Beebe
,
R. P.
Joshi
, and
K. H.
Schoenbach
,
Biochem. Biophys. Res. Commun.
362
,
139
(
2007
).
37.
J.
Zhuang
,
W.
Ren
,
Y.
Jing
, and
J. F.
Kolb
,
IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul.
19
,
609
(
2012
).
38.
K.
Asami
,
Y.
Takahashi
, and
S.
Takashima
,
Biochim. Biophys. Acta, Mol. Cell Res.
1010
,
49
(
1989
).
39.
P. R.
Gascoyne
,
R.
Pethig
,
J. P.
Burt
, and
F. F.
Becker
,
Biochim. Biophys. Acta
1149
,
119
(
1993
).
40.
J. P.
Burt
,
R.
Pethig
,
P. R.
Gascoyne
, and
F. F.
Becker
,
Biochim. Biophys. Acta
1034
,
93
(
1990
).
41.
F. H.
Labeed
,
H. M.
Coley
,
H.
Thomas
, and
M. P.
Hughes
,
Biophys. J.
85
,
2028
(
2003
).
42.
T. B.
Jones
and
T. B.
Jones
,
Electromechanics of Particles
(
Cambridge University Press
,
2005
).
43.
K.
Braasch
,
M.
Nikolic-Jaric
,
T.
Cabel
,
E.
Salimi
,
G. E.
Bridges
,
D. J.
Thomson
, and
M.
Butler
,
Biotechnol. Bioeng.
110
,
2902
(
2013
).
44.
J. A.
Stratton
,
Electromagnetic Theory
(
Wiley-IEEE Press
,
2007
).
45.
M.
Nikolic-Jaric
,
S. F.
Romanuik
,
G. A.
Ferrier
,
G. E.
Bridges
,
M.
Butler
,
K.
Sunley
,
D. J.
Thomson
, and
M. R.
Freeman
,
Biomicrofluidics
3
,
034103
(
2009
).
46.
G. A.
Ferrier
,
S. F.
Romanuik
,
D. J.
Thomson
,
G. E.
Bridges
, and
M. R.
Freeman
,
Lab Chip
9
,
3406
(
2009
).
47.
I. H.
Shames
,
Mechanics of Fluids
, 4th ed. (
McGraw-Hill
,
Boston
,
2003
).
48.
S. P.
Williams
,
T.
Koch
, and
J.
Calvin Giddings
,
Chem. Eng. Commun.
111
,
121
(
1992
).
49.
P.
Ganatos
,
S.
Weinbaum
, and
R.
Pfeffer
,
J. Fluid Mech.
99
,
739
(
1980
).
50.
Polysciences Inc., “Polybead polystyrene microspheres technical datasheet,”
2013
.
51.
E. C.
Anderson
,
D. F.
Petersen
, and
R. A.
Tobey
,
Biophys. J.
10
,
630
(
1970
).
52.
G.
Hofmann
,
Iscotables: A Handbook of Data for Biological and Physical Scientists
(
Instrumentation Specialties Company
,
Lincoln, Nebraska
,
1977
).
53.
W. J.
Ellison
,
K.
Lamkaouchi
, and
J. M.
Moreau
,
J. Mol. Liq.
68
,
171
(
1996
).
54.
P. R. C.
Gascoyne
,
F. F.
Becker
, and
X.-B.
Wang
,
Bioelectrochem. Bioenerg.
36
,
115
(
1995
).
55.
A.
Han
,
R.
Abuhabsah
,
J. P.
Blue
,
S.
Sarwate
, and
W. D.
O'Brien
,
J. Acoust. Soc. Am.
130
,
4139
(
2011
).
56.
A.
Irimajiri
,
Y.
Doida
,
T.
Hanai
, and
A.
Inouye
,
J. Membr. Biol.
38
,
209
(
1978
).
57.
C.
Merla
,
M.
Liberti
,
F.
Apollonio
,
C.
Nervi
, and
G.
D'Inzeo
,
IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig.
2009
,
1333
.
58.
P. R. C.
Gascoyne
,
S.
Shim
,
J.
Noshari
,
F. F.
Becker
, and
K.
Stemke-Hale
,
Electrophoresis
34
,
1042
(
2013
).
59.
L.
Wu
,
L.-Y.
Lanry Yung
, and
K.-M.
Lim
,
Biomicrofluidics
6
,
14113
(
2012
).
60.
L. M.
Broche
,
F. H.
Labeed
, and
M. P.
Hughes
,
Phys. Med. Biol.
50
,
2267
(
2005
).
61.
O.
Keminer
and
R.
Peters
,
Biophys. J.
77
,
217
(
1999
).
62.
M. G.
Moisescu
,
M.
Radu
,
E.
Kovacs
,
L. M.
Mir
, and
T.
Savopol
,
Biochim. Biophys. Acta, Biomembr.
1828
,
365
(
2013
).
63.
M.
Nikolic-Jaric
,
T.
Cabel
,
E.
Salimi
,
A.
Bhide
,
K.
Braasch
,
M.
Butler
,
G. E.
Bridges
, and
D. J.
Thomson
,
Biomicrofluidics
7
,
024101
(
2013
).
64.
J.
Oblak
,
D.
Križaj
,
S.
Amon
,
A.
Maček-Lebar
, and
D.
Miklavčič
,
Bioelectrochemistry
71
,
164
(
2007
).
You do not currently have access to this content.