一种基于微流控芯片的高通量颗粒计数装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种在微流控芯片上对颗粒进行全自动、高通量计数和尺寸判定的装置和方法。本发明包括PDMS微流控芯片以及玻璃底片，在PDMS微流控芯片与玻璃底片之间形成待测样品流通的微通道，PDMS微流控芯片中心位置处设置有一中央进液孔，沿中央进液孔圆周均布若干与微通道配套使用的样品出液孔；中央进液孔、各个出液孔内均插入铂电极，中央进液孔内的铂电极另一端与直流电源的正极连接，出液孔内的铂电极另一端均通过一参考电阻与直流电源的负极连接；参考电阻的两端均通过导线与相应的信号放大元件的输入端连接，信号放大元件的输出端均连接至信号采集控制系统。本发明结构简单，使用便捷，可实现高通量检测。
【专利说明】一种基于微流控芯片的高通量颗粒计数装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于微流控芯片的高通量颗粒检测技术，具体说是涉及一种在微流控芯片上对颗粒进行全自动、高通量计数和尺寸判定的装置和方法。
【背景技术】
[0002]随着经济社会的发展，发展便携式颗粒快速检测技术和装置，用于确定目标物，如细菌、病毒和海洋微生物等的个数和粒径谱，在公众健康检测、生物医学研究和海洋环境监测等领域均有较为迫切的需求。
[0003]微流控芯片装置可在一块几平方厘米的微流控芯片上，构建出复杂的微通道网络，并对其中的流体(样品或试剂)进行准确的操纵和控制，完成不同的生物或化学反应过程，可在短时间内分析大量的生物分子，准确获取样品中的大量信息，信息量是传统检测手段的成百上千倍，是便携化仪器的核心支撑技术。
[0004]库尔特电阻脉冲计数法是一种对颗粒和细胞进行检测、计数和尺寸判定的有效方法，并且近年来，随着微流控芯片加工技术的快速发展，目前已有许多在微流控芯片上利用库尔特原理对微纳颗粒、血细胞、细菌和病毒等进行计数的研究报道。
[0005]由于微流控芯片的样品通道为微米级，且为了提高检测精度，就要求检测区的尺寸和待检测物的尺寸相接近。此外，在微尺度下，样品的输运速度也较低，这些都造成了在实际应用中较低检测通量的问题。
[0006]目前提高微流控芯片颗粒检测通量的通常方法是设置多个平行主通道，在每个主通道检测区的两端布设检测微电极，并且通过在每路通道内施加不同特征频率的交流信号来区分来自不同检测通道的信号，用以避免计数通道信号之间的干扰。该方法虽有较高的检测通量，但是芯片加工程序复杂，需要昂贵的电极溅射设备，并且需要大型商品化的信号发生器来对每路检测通道施加特征频率，很难获得实际应用。
[0007]颗粒差分电阻脉冲法检测，通过在检测区两端分别设置检测臂(液体检测电极)，虽避免了传统的溅射金属电极的加工困难，具有较高的检测精度。但若仍采用设置多个平行主通道来提高检测通量的做法，其布设检测臂的数量是有限的，即检测通量的提高有限。
【发明内容】
[0008]鉴于已有技术在提高检测通量方面存在的不足，本发明的目的是要提供一种新型的基于微流控芯片的颗粒高通量计数和尺寸判定的装置及其检测方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明的技术方案:
[0010]一种基于微流控芯片的高通量颗粒计数装置，包括设置有若干微通道的PDMS微流控芯片，且所述PDMS微流控芯片凹刻有微流道一侧与玻璃底片封接为一体结构，在所述PDMS微流控芯片与玻璃底片之间形成待测样品流通的微通道，其特征在于:所述的PDMS微流控芯片中心位置处设置有一中央进液孔，沿中央进液孔圆周均布若干与微通道配套使用的样品出液孔；所述中央进液孔、各个出液孔内均插入钼电极，所述中央进液孔内的钼电极另一端与直流电源的正极连接，所述出液孔内的钼电极另一端均通过一参考电阻与直流电源的负极连接，用以实现待测样品自中央进液孔流经微通道至出液孔的电渗流驱动过程；所述参考电阻的两端均通过导线与相应的信号放大元件的输入端连接，所述信号放大元件的输出端均与信号采集控制系统连接，用以实现各个检测通道内待测样品颗粒(细胞等)个数信号的放大采集检测过程。
[0011]所述信号放大元件采用差分放大器元件。
[0012]所述信号采集系统采用ARM处理器。
[0013]所述信号采集系统输出的信号可以在与信号采集系统连接的ARM处理器显示屏上显示，也可以直接存储在存储卡中，或者与PC端连接进行分析。
[0014]采用上述装置进行待测颗粒(细胞等)高通量快速检测的方法，包括如下步骤:
[0015]I)样品滴加:首先在中央进液孔和各个出液孔中滴加相同体积的磷酸盐缓冲液，然后将一定量的待测样品滴加入到中央进液孔中；
[0016]2)样品输运:接通直流电源，将中央进液孔中的样品电渗输运至各个出液孔内；
[0017]3)信号放大采集分析:设置出液孔的个数为η个，即检测通道的数量为η个，当样品颗粒经过第i个检测微通道检测区域时，相应的参考电阻Ri两端会产生电压脉冲信号，该信号进入与参考电阻Ri连接的Fi差分放大器放大，放大后发送至信号采集系统，记录并显示检测数据，所述检测数据包括各个检测通道获得样品颗粒的个数以及该颗粒的尺寸，所述的I≤i≤n，且为自然数。
[0018]所述颗粒的个数检测值等于所有检测微通道内产生的脉冲信号的个数之和。
[0019]所述颗粒尺寸的检测值:根据参考电阻Ri两端检测到的电压脉冲信号的幅值来判定颗粒的大小，具体的是当校正用的标准聚苯乙烯颗粒的直径为dg时，利用该标准聚苯
乙烯颗粒进行试验，测得电阻两端检测到的标准电压脉冲信号的幅值记为;样品
测试时，若电阻两端检测到的电压脉冲信号的幅值为Α ，根据公式
【权利要求】
1.一种基于微流控芯片的高通量颗粒计数装置，包括设置有若干微流道的PDMS微流控芯片，且所述PDMS微流控芯片凹刻有微流道一侧与玻璃底片封接为一体结构，在所述PDMS微流控芯片与玻璃底片之间形成待测样品流通的微通道，其特征在于:所述的PDMS微流控芯片中心位置处设置有一中央进液孔，沿中央进液孔圆周均布若干与微通道配套使用的样品出液孔；所述中央进液孔、各个出液孔内均插入钼电极，所述中央进液孔内的钼电极另一端与直流电源的正极连接，所述出液孔内的钼电极另一端均通过一参考电阻与直流电源的负极连接，用以实现待测样品自中央进液孔流经微通道至出液孔的电渗流驱动过程；所述参考电阻的两端均通过导线与相应的信号放大元件的输入端连接，所述信号放大元件的输出端均与信号采集控制系统连接，用以实现各个检测微通道内待测样品颗粒个数信号的放大采集检测过程。
2.根据权利要求1所述的计数装置，其特征在于:所述信号放大元件采用差分放大器元件。
3.根据权利要求1所述的计数装置，其特征在于:所述的信号采集系统采用ARM处理器。
4.根据权利要求1或3所述的计数装置，其特征在于:所述信号采集系统输出的信号可以在与信号采集系统连接的ARM处理器显示屏上显示，也可以直接存储在存储卡中，或者与PC端连接进行分析。
5.一种根据权利要求1所述的计数装置进行待测颗粒高通量检测方法，其特征在于:包括如下步骤: 1)样品滴加:首先在中央进液孔以及各个出液孔中滴加相同体积的磷酸盐缓冲液，然后将一定量的待测样品滴加入到中央进液孔中；. 2)样品输运:接通直流电源，将中央进液孔中的样品电渗输运至各个出液孔内； 3)信号放大采集分析:设置出液孔的个数为η个，即检测的微通道的数量为η个，当样品颗粒经过第i个检测微通道的检测区域时，相应的参考电阻Ri两端电压会发生变化，该电压变化信号进入与参考电阻Ri连接的Fi差分放大器放大，放大后发送至信号采集系统，记录并显示检测数据，所述检测数据包括各个检测微通道获得样品颗粒的个数以及该颗粒的尺寸。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于:所述颗粒的个数检测值等于所有检测微通道内产生的脉冲信号的个数之和。
7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于:所述颗粒尺寸的检测值:根据参考电阻Ri两端检测到的电压脉冲信号的幅值来判定颗粒的大小，具体的是当校正用的标准聚苯乙烯颗粒的直径为dg时，利用该标准聚苯乙烯颗粒进行试验，测得电阻两端检测到的标准电压脉冲信号的幅值记为;样品测试时，若电阻两端检测到的电压脉冲信号的幅值为，根据公式进行换算，推算获得该样品颗粒的直径值d2。
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【文档编号】G01N15/02GK103471981SQ201310393016
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】宋永欣, 杨建东, 潘新祥, 李冬青 申请人:大连海事大学