[實(shí)用新型]一種基于電阻抗技術(shù)的微流控芯片微粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320317407.8
• 申請日: 2013-06-03
• 公開（公告）號: CN203337513U
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志文;周治國;王群;范哲意;梅哲
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01N15/12
• 分類號: G01N15/12
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安;楊志兵

技術(shù)領(lǐng)域

實(shí)用新型涉及一種微粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)，具體涉及一種基于電阻抗技術(shù)的微流控芯片微粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)，屬于電學(xué)檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電阻抗計(jì)數(shù)技術(shù)是最早用于微粒/細(xì)胞計(jì)數(shù)的自動化技術(shù)。由于微粒/細(xì)胞在一定程度上可以當(dāng)作絕緣物體，當(dāng)微粒/細(xì)胞穿越某一固定區(qū)域電場時，會使該固定電場區(qū)域的阻抗變大；當(dāng)微粒/細(xì)胞離開電場區(qū)域時，阻抗又恢復(fù)正常；阻抗信號的大小和微粒/細(xì)胞的體積成正比。因此人們利用這個特性對微粒/細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)和分類。但現(xiàn)在的商用電阻抗計(jì)數(shù)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(shù)的計(jì)數(shù)技術(shù)，針對這項(xiàng)要求提供了解決的可能性。

微流控芯片技術(shù)是指把生物和化學(xué)等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、反應(yīng)、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(wǎng)絡(luò)，以可控流體貫穿整個系統(tǒng)，用以取代常規(guī)生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各種功能的一種技術(shù)平臺。顯然，微流控芯片技術(shù)具有體積小、便攜性高、應(yīng)用方便等一系列特征，使得對一些病理學(xué)參數(shù)的現(xiàn)場即時檢測成為可能，應(yīng)用空間十分廣泛。近十年來，微流控芯片技術(shù)發(fā)展十分迅速，尤其是在針對微粒/細(xì)胞計(jì)數(shù)和分選的研究領(lǐng)域。

但現(xiàn)階段的微流控芯片微粒計(jì)數(shù)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(chǎn)生橫跨微通道的電場。這種設(shè)計(jì)使得芯片制造工藝和成本相對復(fù)雜，成本比較高昂。同時這種設(shè)計(jì)，電極彼此間隔很近，容易導(dǎo)致通道內(nèi)感應(yīng)電場強(qiáng)度不均勻。即使同一類大小的微粒，由于流經(jīng)微通道的位置不同，也會導(dǎo)致信號強(qiáng)度不一；嚴(yán)重影響計(jì)數(shù)裝置的具體應(yīng)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(xì)胞進(jìn)行聚焦，這樣雖然在一定程度上改進(jìn)了信號穩(wěn)定性，但是也同時提高了整套裝置的復(fù)雜度和成本。

同時，現(xiàn)階段的微流控芯片微粒計(jì)數(shù)裝置中，由于信噪比較低，所以檢測系統(tǒng)一般采用比較復(fù)雜的技術(shù)，例如同步檢波技術(shù)，或者使用非常昂貴的儀器，例如鎖相放大器等來實(shí)現(xiàn)對微弱信號的檢測。使得整個裝置的成本負(fù)擔(dān)很大，同時專用的儀器，也無法滿足便攜化，低成本的要求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本實(shí)用新型提供一種基于電阻抗技術(shù)的微流控芯片微粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低且便于攜帶。

基于電阻抗技術(shù)的微流控芯片微粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)，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(zhuǎn)換電路、差分電路、包絡(luò)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(cè)對稱加工兩組電極安裝孔，在每個電極安裝孔內(nèi)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(cè)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(tǒng)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(cè)的兩個金屬針分別與外部正弦波交流激勵源相連，另一側(cè)的兩個金屬針各與一個I/V轉(zhuǎn)換電路相連。

所述信號檢測電路中，兩個I/V轉(zhuǎn)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(luò)檢波電路相連，包絡(luò)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(zhuǎn)換電路用于將采集到的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，兩路電壓信號通過差分電路產(chǎn)成差分信號。所述包絡(luò)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行最后一級的放大，最后依據(jù)輸出的阻抗信號的個數(shù)實(shí)現(xiàn)對微粒的計(jì)數(shù)。

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。