[发明专利]一种基于电阻抗技术的微流控芯片微粒计数系统

说明书

技术领域

发明涉及一种微粒计数系统，具体涉及一种基于电阻抗技术的微流控芯片微粒计数系统，属于电学检测技术领域。 

背景技术

电阻抗计数技术是最早用于微粒/细胞计数的自动化技术。由于微粒/细胞在一定程度上可以当作绝缘物体，当微粒/细胞穿越某一固定区域电场时，会使该固定电场区域的阻抗变大；当微粒/细胞离开电场区域时，阻抗又恢复正常；阻抗信号的大小和微粒/细胞的体积成正比。因此人们利用这个特性对微粒/细胞进行计数和分类。但现在的商用电阻抗计数器一般相对较大，无法满足便携式的要求；而基于微流控芯片技术的计数技术，针对这项要求提供了解决的可能性。 

微流控芯片技术是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室的各种功能的一种技术平台。显然，微流控芯片技术具有体积小、便携性高、应用方便等一系列特征，使得对一些病理学参数的现场即时检测成为可能，应用空间十分广泛。近十年来，微流控芯片技术发展十分迅速，尤其是在针对微粒/细胞计数和分选的研究领域。 

但现阶段的微流控芯片微粒计数装置都需要在微流控芯片上电镀或者溅射金属作为电极，并将电极用于产生横跨微通道的电场。这种设计使得芯片制造工艺和成本相对复杂，成本比较高昂。同时这种设计，电极彼此间隔很近，容易导致通道内感应电场强度不均匀。即使同一类大小的微粒，由于流经微通道的位置不同，也会导致信号强度不一；严重影响计数装置的具体应用。为了解决这类问题，研究人员引入各种聚焦方法，例如介电泳聚焦，超声波聚焦等方法对微粒/细胞进行聚焦，这样虽然在一定程度上改进了信号稳定性，但是也同时提高了整套装置的复杂度和成本。 

同时，现阶段的微流控芯片微粒计数装置中，由于信噪比较低，所以检测系统一般采用比较复杂的技术，例如同步检波技术，或者使用非常昂贵的仪器，例如锁相放大器等来实现对微弱信号的检测。使得整个装置的成本负担很大，同时专用的仪器，也无法满足便携化，低成本的要求。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于电阻抗技术的微流控芯片微粒计数系统，该系统结构简单、制造方便、成本低且便于携带。 

该系统包括微流控芯片和信号检测电路；所述微流控芯片包括：玻璃基片、聚二甲基硅氧烷PDMS基片和两对用作电极的金属针；所述信号检测电路包括：两个I/V转换电路、差分电路、包络检波电路、高通滤波电路、低通滤波电路和放大电路。 

所述微流控芯片中，PDMS基片键合在玻璃基片的上表面，在PDMS基片上表面分别加工有样品流入口、液流出口、主流道、鞘液流入口和电极安装孔；具体为：在PDMS基片上表面的中心位置，沿其长度方向加工条形凹槽作为主流道。在主流道的两侧对称加工两组电极安装孔，在每个电极安装孔内嵌入一根金属针。四个电极安装孔与主流道之间通过矩形凹槽贯通；在主流道的一端端部加工与主流道贯通的样品流入口，另一端的端部加工与主流道贯通的液流出口。在所述样品流入口的两侧对称加工有鞘液流入口，两个鞘液流入口与主流道贯通。上述样品流入口、液流出口、鞘液流入口及电极安装孔的深度均与PDMS基片的厚度一致。将所述微流控芯片上的主流道以及与主流道贯通的通道统称为微通道，所述微通道的深度均一致；所述微流控芯片上的两对金属针中，位于主流道一侧的两个金属针分别与外部正弦波交流激励源相连，另一侧的两个金属针各与一个I/V转换电路相连。 

所述信号检测电路中，两个I/V转换电路的输出端分别与差分电路的两个输入端相连，差分电路的输出端与包络检波电路相连，包络检波电路通过高通滤波电路与低通滤波电路相连，低通滤波电路的输出端接最后一级的放大电路。所述I/V转换电路用于将采集到的电流信号转换为电压信号，两路电压信号通过差分电路产成差分信号；所述包络检波电路用于提取差分信号中的阻抗信号，并对提取到的阻抗信号进行第一级的放大；高通滤波电路滤除所接收到的阻抗信号中的直流成分后对阻抗信号进行第二级的放大；低通滤波电路滤除接收到的阻抗信号中的载波信号后，通过放大电路对阻抗信号进行最后一级的放大，最后依据输出的阻抗信号的个数实现对微粒的计数。 

所述主流道的深度和宽度均为待检测微粒直径的1.5倍至3倍；贯通电极安装孔与主流道之间矩形凹槽的宽度为10μm至50μm；所述电极安装孔与和主流道之间的距离为20μm；两组金属针之间的距离H₁为100μm至200μm。