8] 请参阅图1和图2,本发明提供一种微波流式细胞仪，包括：同步信号源1、测试传 感器2、对照传感器3、两个微波检波器4、差分放大器5、A/D转换器6、微处理器7,所述同 步信号源1连接测试传感器2和对照传感器3的激励端，所述测试传感器和对照传感器均 为嵌有两端宽中间窄的导体带的多层介质的共面波导8,所述波导上安置U型液体管11作 为检测通道，所述两个微波检波器分别与所述两个共面波导的输出端相连，将来自两个传 感器的信号送到差分放大器，所述差分放大器5通过一个A/D转换器6与微处理器7相连。
[0039] 导体带两端宽是为了到达端口阻抗50欧姆的要求，中间是测试区，中间窄是为 了束缚中间的电磁场更加的集中（电磁场在纵向上是主要分布在导体带两侧的间隙当中 的），以提尚测量的精度；
[0040] 所述多层介质的共面波导包括：底部的黄铜材料制作的接地板14、接地板上方的 介质基板13、介质基板上方正中的包括两端宽部和中间窄部的导体带12、所述导体带两侧 的铜板17、紧贴于所述导体带上方的粘合膜10、粘合膜10上方的玻璃板9,所述导体带与铜 板位于同一平面且两者隔有间隙16,玻璃板底部设有U型通孔，U型通孔中安置U型液体管 11，U型通孔中间的弯曲部分位于中心导体带中间窄部的上方。
[0041] 所述测试传感器2和对照传感器3的结构相同，用途不同，测试传感器2的U型液 体管11用作细胞悬液的通道，对照传感器3的U型液体管11用作纯净培养液的通道。
[0042] 导体带中间窄部和铜板之间的间隙填充磷酸盐缓冲液（PBS) 15,导体带两端宽部 和铜板之间的间隙填充空气。中间填充高介电材料PBS是因为共面波导结构测量高介电的 材料精度更高，而培养液是低介电的，所以这样能增加测试区域的总的介电常数，增加测量 准确度。
[0043] 所述多层介质的共面波导长25. 4mm、宽12. 7mm，所述导体带两端的宽部分别长 15mm、宽1. 92mm，中间窄部长5mm、宽0· 4臟，宽部和窄部由直线相连。
[0044] 导体带两端宽部和铜板之间的间隙为0. 15_，导体带中间窄部和铜板之间的间隙 为 0· 06mm。
[0045] 本发明还提供一种利用上述微波流式细胞仪测量细胞介电常数的方法，包括如下 步骤：
[0046] (1)校准：首次使用该微波流式细胞仪时，启动所述同步信号源，输出正弦波信 号，所述两个传感器将反馈信号发送给微波检波器，所述微波检波器将检波信号发送给差 分放大器，所述差分放大器对两个检波信号差值的幅度进行调制并放大，并发送给A/D转 换器，所述A/D转换器将接收到的信号转成数字信号后发送给微处理器，所述微处理器将 接收到的信号通过相应程序计算得到校准数据并存储于内部寄存器中，关闭同步信号源；
[0047] (2)准备：开始在所述测试传感器的U型液体管中注入待检测的含有细胞的悬液， 在对照传感器的U型液体管中注入纯净的培养液，调节至液体流速一致，保证同步对照测 量；
[0048] (3)测试：打开同步信号源，给两个传感器的激励端口发送正弦波信号，所述两个 微波检波器检测到相应传感器输出端的反馈信号，并将检波信号发送给差分放大器，所述 差分放大器对两个检波信号差值的幅度进行调制并放大，并发送给A/D转换器，所述A/D转 换器将接收到的信号转成数字信号后发送给微处理器；
[0049] (4)计算：所述微处理器中内嵌相应程序，将接收到的数字信号进行反演计算，得 到细胞介电常数，最后通过相应软件分析细胞结构性质。
[0050] 共面波导装置中散射参数与传播常数和介电常数的关系式如下：
[0051]
[0052]
[0053]
[0054]
[0055] 其中：Sn为激励端反射系数，S22为输出端反射系数，S12为输出端到激励端的传输 系数，S21为激励端到输出端的传输系数，γ为传播常数，L为共面波导装置的长度，ε为介 电常数，c为光速，f为工作频率。
[0056] 利用界面极化理论计算细胞介电常数的关系式如下：
[0057]
[0058] 其中：Φ为细胞体积积分，η为形状因素，εsaiiplf；为待测细胞悬液的介电常数， erall为细胞介电常数，εfluid为培养液的介电常数。
[0059] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因 此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种微波流式细胞仪，其特征在于，包括：同步信号源、测试传感器、对照传感器、两 个微波检波器、差分放大器、A/D转换器、微处理器，所述同步信号源连接测试传感器和对照 传感器的激励端，所述测试传感器和对照传感器均为嵌有两端宽中间窄的导体带的多层介 质的共面波导，所述波导上安置U型液体管作为检测通道，所述两个微波检波器分别与所 述两个共面波导的输出端相连，将来自两个传感器的信号送到差分放大器，所述差分放大 器通过一个A/D转换器与微处理器相连。2. 根据权利要求1所述的微波流式细胞仪，其特征在于：所述多层介质的共面波导包 括：底部的接地板、接地板上方的介质基板、介质基板上方正中的包括两端宽部和中间窄 部的导体带、所述导体带两侧的铜板、紧贴于所述导体带上方的粘合膜、粘合膜上方的玻璃 板，所述导体带与铜板位于同一平面且两者隔有间隙，玻璃板底部设有U型通孔，U型通孔 中安置U型液体管，U型通孔中间的弯曲部分位于中心导体带中间窄部的上方。3. 根据权利要求2所述的微波流式细胞仪，其特征在于：导体带中间窄部和铜板之间 的间隙填充磷酸盐缓冲液PBS，导体带两端宽部和铜板之间的间隙填充空气。4. 根据权利要求2所述的微波流式细胞仪，其特征在于：所述多层介质的共面波导 长25. 4mm、宽12. 7mm，所述导体带两端的宽部分别长15mm、宽1. 92mm，中间窄部长5mm、宽 0. 4_，宽部和窄部由直线相连。5. 根据权利要求2所述的微波流式细胞仪，其特征在于：导体带两端宽部和铜板之间 的间隙为〇. 15mm，导体带中间窄部和铜板之间的间隙为0. 06mm。6. 利用权利要求1至5任意一项所述的微波流式细胞仪测量细胞介电常数的方法，其 特征在于包括如下步骤： (1) 校准：首次使用该微波流式细胞仪时，启动所述同步信号源，输出正弦波信号，所 述两个传感器将反馈信号发送给微波检波器，所述微波检波器将检波信号发送给差分放大 器，所述差分放大器对两个检波信号差值的幅度进行调制并放大，并发送给A/D转换器，所 述A/D转换器将接收到的信号转成数字信号后发送给微处理器，所述微处理器将接收到的 信号通过相应程序计算得到校准数据并存储于内部寄存器中，关闭同步信号源； (2) 准备：开始在所述测试传感器的U型液体管中注入待检测的含有细胞的悬液，在对 照传感器的U型液体管中注入纯净的培养液，调节至液体流速一致，保证同步对照测量； (3) 测试：打开同步信号源，给两个传感器的激励端口发送正弦波信号，所述两个微波 检波器检测到相应传感器输出端的反馈信号，并将检波信号发送给差分放大器，所述差分 放大器对两个检波信号差值的幅度进行调制并放大，并发送给A/D转换器，所述A/D转换器 将接收到的信号转成数字信号后发送给微处理器； (4) 计算：所述微处理器中内嵌相应程序，将接收到的数字信号进行反演计算，得到细 胞介电常数，最后通过相应软件分析细胞结构性质。
【专利摘要】本发明提供一种微波流式细胞仪，包括同步信号源、测试传感器、对照传感器、两个微波检波器、差分放大器、A/D转换器、微处理器，同步信号源连接测试传感器和对照传感器的激励端，测试传感器和对照传感器均为嵌有两端宽中间窄的导体带的多层介质的共面波导，波导上安置U型液体管作为检测通道，两个微波检波器分别与所述两个共面波导的输出端相连，差分放大器通过一个A/D转换器与微处理器相连，本发明还提供一种利用微波流式细胞仪测量细胞介电常数的方法，包括校准、准备、测试、计算；本发明减小了培养液介电常数变化带来的误差，避免了矢量网络分析仪等昂贵设备的使用，采用模块化设计理念，各模块功能清晰，易于后期维护检修工作。
【IPC分类】G01N15/10
【公开号】CN105424581
【申请号】CN201510719653
【发明人】高源慈, 刘艺昭, 马骁, 冯晨晨, 卢燕陵
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月30日