[發明專利]一種基于電阻抗技術的微流控芯片微粒計數系統

有效

• 申請號: 201310217688.4
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN103323383A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 劉志文;周治國;王群;范哲意;梅哲
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10;B01L3/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;楊志兵

技術領域

發明涉及一種微粒計數系統，具體涉及一種基于電阻抗技術的微流控芯片微粒計數系統，屬于電學檢測技術領域。?

背景技術

電阻抗計數技術是最早用于微粒/細胞計數的自動化技術。由于微粒/細胞在一定程度上可以當作絕緣物體，當微粒/細胞穿越某一固定區域電場時，會使該固定電場區域的阻抗變大；當微粒/細胞離開電場區域時，阻抗又恢復正常；阻抗信號的大小和微粒/細胞的體積成正比。因此人們利用這個特性對微粒/細胞進行計數和分類。但現在的商用電阻抗計數器一般相對較大，無法滿足便攜式的要求；而基于微流控芯片技術的計數技術，針對這項要求提供了解決的可能性。?

微流控芯片技術是指把生物和化學等領域中所涉及的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成或基本集成到一塊幾平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成網絡，以可控流體貫穿整個系統，用以取代常規生物或化學實驗室的各種功能的一種技術平臺。顯然，微流控芯片技術具有體積小、便攜性高、應用方便等一系列特征，使得對一些病理學參數的現場即時檢測成為可能，應用空間十分廣泛。近十年來，微流控芯片技術發展十分迅速，尤其是在針對微粒/細胞計數和分選的研究領域。?

但現階段的微流控芯片微粒計數裝置都需要在微流控芯片上電鍍或者濺射金屬作為電極，并將電極用于產生橫跨微通道的電場。這種設計使得芯片制造工藝和成本相對復雜，成本比較高昂。同時這種設計，電極彼此間隔很近，容易導致通道內感應電場強度不均勻。即使同一類大小的微粒，由于流經微通道的位置不同，也會導致信號強度不一；嚴重影響計數裝置的具體應用。為了解決這類問題，研究人員引入各種聚焦方法，例如介電泳聚焦，超聲波聚焦等方法對微粒/細胞進行聚焦，這樣雖然在一定程度上改進了信號穩定性，但是也同時提高了整套裝置的復雜度和成本。?

同時，現階段的微流控芯片微粒計數裝置中，由于信噪比較低，所以檢測系統一般采用比較復雜的技術，例如同步檢波技術，或者使用非常昂貴的儀器，例如鎖相放大器等來實現對微弱信號的檢測。使得整個裝置的成本負擔很大，同時專用的儀器，也無法滿足便攜化，低成本的要求。?

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種基于電阻抗技術的微流控芯片微粒計數系統，該系統結構簡單、制造方便、成本低且便于攜帶。?

該系統包括微流控芯片和信號檢測電路；所述微流控芯片包括：玻璃基片、聚二甲基硅氧烷PDMS基片和兩對用作電極的金屬針；所述信號檢測電路包括：兩個I/V轉換電路、差分電路、包絡檢波電路、高通濾波電路、低通濾波電路和放大電路。?

所述微流控芯片中，PDMS基片鍵合在玻璃基片的上表面，在PDMS基片上表面分別加工有樣品流入口、液流出口、主流道、鞘液流入口和電極安裝孔；具體為：在PDMS基片上表面的中心位置，沿其長度方向加工條形凹槽作為主流道。在主流道的兩側對稱加工兩組電極安裝孔，在每個電極安裝孔內嵌入一根金屬針。四個電極安裝孔與主流道之間通過矩形凹槽貫通；在主流道的一端端部加工與主流道貫通的樣品流入口，另一端的端部加工與主流道貫通的液流出口。在所述樣品流入口的兩側對稱加工有鞘液流入口，兩個鞘液流入口與主流道貫通。上述樣品流入口、液流出口、鞘液流入口及電極安裝孔的深度均與PDMS基片的厚度一致。將所述微流控芯片上的主流道以及與主流道貫通的通道統稱為微通道，所述微通道的深度均一致；所述微流控芯片上的兩對金屬針中，位于主流道一側的兩個金屬針分別與外部正弦波交流激勵源相連，另一側的兩個金屬針各與一個I/V轉換電路相連。?

所述信號檢測電路中，兩個I/V轉換電路的輸出端分別與差分電路的兩個輸入端相連，差分電路的輸出端與包絡檢波電路相連，包絡檢波電路通過高通濾波電路與低通濾波電路相連，低通濾波電路的輸出端接最后一級的放大電路。所述I/V轉換電路用于將采集到的電流信號轉換為電壓信號，兩路電壓信號通過差分電路產成差分信號；所述包絡檢波電路用于提取差分信號中的阻抗信號，并對提取到的阻抗信號進行第一級的放大；高通濾波電路濾除所接收到的阻抗信號中的直流成分后對阻抗信號進行第二級的放大；低通濾波電路濾除接收到的阻抗信號中的載波信號后，通過放大電路對阻抗信號進行最后一級的放大，最后依據輸出的阻抗信號的個數實現對微粒的計數。?

所述主流道的深度和寬度均為待檢測微粒直徑的1.5倍至3倍；貫通電極安裝孔與主流道之間矩形凹槽的寬度為10μm至50μm；所述電極安裝孔與和主流道之間的距離為20μm；兩組金屬針之間的距離H₁為100μm至200μm。?