[发明专利]一种基于液滴的无通道电阻脉冲传感装置及其方法

说明书

本发明涉及一种基于液滴的无通道电阻脉冲传感装置及其方法，该装置包括衬底，其中，衬底上设置有共面电极和扬声设备，共面电极上滴附有待测液滴，待测液滴内混合有待测颗粒，共面电极通过焊盘与感应电路连接，扬声设备用于产生声波，以驱动待测颗粒在待测液滴内部按照设定的声流线运动，当待测颗粒运动经过共面电极上方时，将引发电阻脉冲；感应电路则用于检测共面电极上方的电阻脉冲变化。与现有技术相比，本发明利用液滴中声流对颗粒的控制作用来取代微通道的作用，实现了无通道的电阻脉冲传感，从根本上解决了微通道容易被阻塞的问题，同时能保证检测的准确性。

技术领域

本发明涉及电阻脉冲传感技术领域，尤其是涉及一种基于液滴的无通道电阻脉冲传感装置及其方法。

背景技术

流式细胞仪是一种以库尔特计数器为基础发展起来的用在临床、工业和研究环境中表征液体中悬浮颗粒的基本实验室仪器，主要由微通道形成的微孔、导电液体和感应电路三部分组成，即电阻脉冲式传感器。当绝缘颗粒或细胞通过充满导电液体的微孔时，会引起电流的瞬态变化，感应电路对这一瞬态变化脉冲的监测能够显示出颗粒个数及大小等相关信息[1]。但具有通道的电阻脉冲式传感器所面临的一个重要问题是狭窄的通道容易发生细胞或者颗粒的阻塞，这使得实际操作过程较为不便，并且降低了器件的可重复使用率、提高了实验成本。

为此，瑞典隆德大学研究员通过利用介电泳力将粒子聚集在一个直径与细胞尺寸相当的导电芯流中，芯流被介电、不导电的流体包裹着从而避免了使用与粒子直径相当的狭窄通道[2]。维也纳理工大学研究院利用介质聚焦将粒子悬浮在导电芯流之中，同时外部有不导电的液体护套包围[3]。日本东京医科齿科大学研究员通过将通道内部进行表面改性例如改变疏水能力来抑制表面的非特异性吸附来达到抑制杂志阻塞的目的[4]。美国宾州州立大学研究员利用时分多路访问技术进行多通道粒子分析，这样即使有些通道被阻塞，也可以继续进行分析[5]。美国杜克大学研究员利用锥射流产生液体桥来取代通道的作用[6]。大连海事大学研究员则通过将感应电极设置在通道侧壁来感应粒子的通过，这样可任意防止颗粒通过狭窄的微孔[7]。

综上所述，现有研究主要采用两种方式来克服粒子阻塞通道所带来的影响。其中一种是产生与粒子直径相似的液体导电流来替代传统的机械通道，但这种方式为了维持液体流尺寸和流动方向的稳定，往往需要使液体流有较大的流动速度，在生物应用中这无疑会对细胞产生较强的剪切力，从而对细胞的活性造成影响，并且使流量控制变得更加复杂，此外，液体流的不稳定性也对信号感应电路的精度有较高的要求；另一种方式是对传统微通道进行物理和化学处理，包括表面处理和改进通道结构，但对通道结构的改造容易使检测信号的强度降低，器件的灵敏度降低，而通道的表面处理对阻塞问题的改善效果也是有限的，无法从根本上解决问题。

以下给出检索的相关文献：

1.Song,Y.,J.Zhang,and D.Li,Microfluidic and Nanofluidic ResistivePulse Sensing:A Review.Micromachines,2017.8(7).

2.Evander,M.,et al.,Microfluidic impedance cytometer for plateletanalysis.Lab on a Chip,2013.13(4):p.722-729.

3.Nieuwenhuis,J.H.,et al.,Integrated Coulter counter based on 2-dimensional liquid aperture control.Sensors and Actuators B-Chemical,2004.102(1):p.44-50.

4.Horiguchi,Y.and Y.Miyahara,Surface modification to suppress smallpore clogging in resistive pulse sensing.Applied Physics Express,2020.13(11).