控芯片(11)、数据采集卡(12)、微型计算机(13)、样品进样装置(14)和样品收集装置(15)，其中: 所述微流控芯片(11)包括由上到下依次封装的流道层(111)、基底层(112)和PCB板(113)； 所述流道层(111)包括一端相互连接的非对称正弦形流道(21)和检测主流道(22);而所述非对称正弦形流道(21)另一端设置有样品入口(211)，同时检测主流道(22)另一端设置有样品出口(221);所述检测主流道(22)的流道一侧设置有一个以上的激励施加电极，而另一侧设置有与激励施加电极相对应的响应传感电极；所述激励施加电极包括依次连接的第一聚电解质凝胶(231)、第一电导液储蓄池(241)以及激励银-氯化银导线(261)，所述第一聚电解质凝胶(231)与检测主流道(22)相接；所述响应传感电极包括依次连接的第二聚电解质凝胶(232)、第二电导液储蓄池(242)和响应银-氯化银导线(262)，所述第二聚电解质凝胶(232)与检测主流道(22)相接； 所述PCB板(113)的集成电路包括激励信号接口(281)、激励电极连接端口(271)、响应电极连接端口(272)、跨阻放大器(273)、差分放大器(274)以及响应信号接口(282);所述激励信号接口(281)分成两路分别与激励电极连接端口(271)连接；所述响应信号接口(282)、差分放大器(274)、跨阻放大器(273)以及响应电极连接端口(272)依次连接；所述激励银-氯化银导线(261)与激励电极连接端口(271)连接；而所述响应银-氯化银导线(262)与响应电极连接端口(272)连接； 所述数据采集卡(12) —端与微型计算机(13)连接，所述数据采集卡(12)另一端均与PCB板(113)上的激励信号接口(281)和响应信号接口(282)连接；所述样品进样装置(14)与样品入口(211)连接；所述样品收集装置(15)与样品出口(221)连接； 所述微型计算机(13)通过软件编程实现伪随机激励信号的产生、系统响应信号的处理，以及细胞多性能参数的分析和显示。2.根据权利要求1所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于:所述激励施加电极的个数为两个，所述激励电极连接端口(271)的个数为两个，所述激励信号接口(281)分成两路分别与激励电极连接端口(271)连接；所述响应电极连接端口(272)的个数为两个，跨阻放大器(273)分成两路分别与响应电极连接端口(272)连接。3.根据权利要求2所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于:所述第一聚电解质凝胶(231)与第二聚电解质凝胶(232)关于检测主流道(22)对称设置。4.根据权利要求3所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于:所述非对称正弦形流道(21)为曲率半径不同的正弦形弯流道交替组成；所述非对称正弦形流道(21)的截面为矩形。5.根据权利要求4所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于:所述样品进样装置(14)通过第一微管(161)与样品入口(211)连接；所述样品收集装置(15)通过第二微管(162)与样品出口(221)连接；所述基底层(112)和PCB板(113)之间通过紧固件29固定。6.根据权利要求5所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于:所述基底层(112)所用材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一种，流道层(111)的流道结构所用材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、环氧树脂、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一种。7.根据权利要求6所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于:所述非对称正弦形流道(21)、检测主流道(22)以及电导液储蓄池(24)可通过光刻技术或其他刻蚀技术加工得到，并利用化学修饰对流道表面进行改性；所述第一聚电解质凝胶(231)与第二聚电解质凝胶(232)均通过在微流道中填充聚二烯丙基二甲基氯化铵母液，利用对准光刻技术进行曝光固化制备。8.一种基于权利要求1所述的集成细胞聚焦与检测的方法，其特征在于:样品进样装置(14)将细胞悬浮液样品通过样品输入口(211)输送至非对称正弦形流道(21);细胞(41)在非对称正弦形流道(21)内承受惯性升力与Dean拽力的共同作用，逐渐稳定形成聚焦；当聚焦成束的细胞(41)随非对称正弦形流道(21)进入到检测主流道(22)的测量区域时，由微型计算机(13)、数据采集卡(12)、激励信号接口(281)、激励电极连接端口(271)、激励施加电极构成的激励信号施加电路对聚焦成束的细胞(41)施加激励信号，而此时细胞(41)受到激励信号引起的电流响应信号通过由响应传感电极、响应电极连接端口(272)、跨阻放大器(273)、差分放大器(274)、响应信号接口(282)、数据采集卡(12)和微型计算机(13)依次连接构成的响应信号传感电路检测测量，从而实现对细胞的差分阻抗测量。9.根据权利要求8所述的集成细胞聚焦与检测的方法，其特征在于:所述细胞(41)在非对称正弦形流道(21)内的聚焦方法为:细胞悬浮液在非对称正弦形流道(21)弯流道中的运动可在流道剖面和截面上进行分解；在流道剖面方向上，细胞悬浮液的泊肃叶流动使得细胞受到横向惯性升力F1;在流道截面上，细胞悬浮液形成Dean流，使细胞(41)受到横向Dean拽力Fd;且在流道截面作用相互抵消点细胞(41)受到的这两种力的作用相互抵消；使得非对称正弦形流道(21)入口处随机分散于整个流道的细胞(41)，在经过周期性的惯性升力FjPDean拽力F D作用后，在非对称正弦形流道(21)的出口处均匀聚焦成一束。10.根据权利要求9所述的集成细胞聚焦与检测的方法，其特征在于:采用伪随机序列进行阻抗测量时，在微型计算机(13)上编写程序产生最大长度序列，通过数据采集卡(12)的D/A转换器将数字信号转换成模拟信号后，分成两路施加到激励施加电极上；当细胞(41)经过检测主流道(22)的测量区域时，细胞(41)引起的电流响应信号通过信号传感电极传送至跨阻放大器(273)上转换成电压信号；两路响应电压信号通过差分放大器(274)进行差分运算后，通过数据采集卡(12)进行低通滤波和A/D转换，将得到的数字信号传送至微型计算机(13);在微型计算机(13)中，对获取的数字响应信号进行快速m序列变换得到系统的脉冲响应信号，对脉冲响应信号进行快速傅里叶变化得到系统的阻抗谱。
【专利摘要】本发明公开了一种集成细胞聚焦与检测的方法及其微型化系统，包括微流控芯片、数据采集卡、微型计算机和样品进样装置，其中微流控芯片由流道层、基底层和PCB板依次对准封装而成，流道层设有非对称正弦形流道、检测主流道、聚电解质凝胶和电导液储蓄池，聚电解质凝胶、电导液储蓄池和银-氯化银导线构成检测电极，银-氯化银导线通过PCB板的跨阻放大器、差分放大器与数据采集卡、微型计算机相连构成细胞的差分阻抗检测电路，微型计算机用于实现伪随机激励信号的产生、系统响应信号的处理，以及对细胞多性能参数的分析和显示。本发明整合细胞的聚焦与检测功能，实现了系统的微型化和便携式，可广泛用于血细胞、稀有细胞的生物学研究。
【IPC分类】B01L3/00
【公开号】CN104941704
【申请号】CN201510280209
【发明人】易红, 唐文来, 倪中华, 项楠, 黄笛, 张鑫杰, 顾兴中
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月27日