一種集成細胞聚焦與檢測的方法及其微型化系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種集成非對稱正弦形流道慣性聚焦和偽隨機序列電阻抗測量技術的微型化細胞檢測系統，屬于微流控芯片、生物粒子操控和電阻抗檢測領域。
【背景技術】
[0002]單細胞水平的生物化學和生物物理特性分析，能夠有效闡明細胞的單體差異，以及揭示細胞的功能和狀態，對于細胞的生理、病理研宄具有重要意義。微流控芯片因具有與細胞尺度相匹配的微米級腔道，已經成為單細胞研宄的一種重要技術平臺。到目前為止，研宄者已成功將免疫細胞化學、逆轉錄聚合酶鏈反應和熒光原位雜交等生化分析方法成功運用到微流控芯片中，然而這些技術以細胞表達的生物分子標記物為分析對象，存在操作復雜、檢測效率低等共同缺點。
[0003]近年來，出現了一些表征單細胞生物物理特性的微流控器件，如測量細胞質量(密度)的微通道諧振器、分析細胞機械性能的光延伸器和微管吸吮等。然而微通道諧振器的加工過程繁瑣、系統組成龐大、檢測通量較低，而細胞的機械變形則需要借助昂貴的高速顯微設備進行觀察。因此，作為一種高通量、非標記并且易于實現微型化的檢測方法，單細胞電阻抗測量技術引起了廣泛關注。根據測量頻率的特點，現有的微流控細胞電阻抗檢測技術主要分為靜態掃頻測量和動態單頻(或幾種頻率)測量。靜態掃頻測量時將細胞固定在檢測電極附近，通過施加不同頻率的交流電信號，測量得到細胞的寬頻阻抗譜。這種方法雖然能夠獲取準確的細胞電學特性，但檢測耗時較長，且無法表征細胞的實時狀態。動態單頻測量能夠實現細胞流動態的高通量檢測，但因測量的頻率有限，無法獲得完整的細胞阻抗譜。另外，現階段的微流控細胞電阻抗檢測系統一般需要借助商用的昂貴儀器如鎖相放大器、頻譜儀等，造成整個檢測的系統龐大，不易實現臨床即時診斷。因此，如能提出一種能夠實現動態多頻同時測量的微型化細胞檢測系統，必將在一定程度上克服上述局限。

【發明內容】

[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種集成細胞聚焦與檢測的微型化系統，該系統集成了非對稱正弦形流道慣性聚焦技術與偽隨機序列電阻抗測量技術，實現了細胞的高通量、動態多頻檢測。
[0005]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:一種集成細胞聚焦與檢測的微型化系統，包括微流控芯片(11)、數據采集卡(12)、微型計算機(13)、樣品進樣裝置
(14)和樣品收集裝置(15)，其中:
[0006]所述微流控芯片(11)包括由上到下依次封裝的流道層(111)、基底層(112)和PCB 板(113)；
[0007]所述流道層(111)包括一端相互連接的非對稱正弦形流道(21)和檢測主流道
(22);而所述非對稱正弦形流道(21)另一端設置有樣品入口(211)，同時檢測主流道(22)另一端設置有樣品出口(221);所述檢測主流道(22)的流道一側設置有一個以上的激勵施加電極，而另一側設置有與激勵施加電極相對應的響應傳感電極；所述激勵施加電極包括依次連接的第一聚電解質凝膠(231)、第一電導液儲蓄池(241)以及激勵銀-氯化銀導線(261)，所述第一聚電解質凝膠(231)與檢測主流道(22)相接；所述響應傳感電極包括依次連接的第二聚電解質凝膠(232)、第二電導液儲蓄池(242)和響應銀-氯化銀導線(262)，所述第二聚電解質凝膠(232)與檢測主流道(22)相接；
[0008]所述PCB板(113)的集成電路包括激勵信號接口(281)、激勵電極連接端口
(271)、響應電極連接端口(272)、跨阻放大器(273)、差分放大器(274)以及響應信號接口(282);所述激勵信號接口(281)分成兩路分別與激勵電極連接端口(271)連接；所述響應信號接口(282)、差分放大器(274)、跨阻放大器(273)以及響應電極連接端口(272)依次連接；所述激勵銀-氯化銀導線(261)與激勵電極連接端口(271)連接；而所述響應銀-氯化銀導線(262)與響應電極連接端口(272)連接；
[0009]所述數據采集卡(12) —端與微型計算機(13)連接，所述數據采集卡(12)另一端均與PCB板(113)上的激勵信號接口(281)和響應信號接口(282)連接；所述樣品進樣裝置(14)與樣品入口(211)連接；所述樣品收集裝置(15)與樣品出口(221)連接；
[0010]所述微型計算機(13)通過軟件編程實現偽隨機激勵信號的產生、系統響應信號的處理，以及細胞多性能參數的分析和顯示。
[0011]優選的:所述激勵施加電極的個數為兩個，所述激勵電極連接端口(271)的個數為兩個，所述激勵信號接口(281)分成兩路分別與激勵電極連接端口(271)連接；所述響應電極連接端口(272)的個數為兩個，跨阻放大器(273)分成兩路分別與響應電極連接端口
(272)連接。
[0012]優選的:所述第一聚電解質凝膠(231)與第二聚電解質凝膠(232)關于檢測主流道(22)對稱設置。
[0013]優選的:所述非對稱正弦形流道(21)為曲率半徑不同的正弦形彎流道交替組成；所述非對稱正弦形流道(21)的截面為矩形。
[0014]優選的:所述樣品進樣裝置(14)通過第一微管(161)與樣品入口(211)連接；所述樣品收集裝置(15)通過第二微管(162)與樣品出口(221)連接；所述基底層(112)和PCB板(113)之間通過緊固件29固定。
[0015]優選的:所述基底層(112)所用材質為聚二甲基硅氧烷、玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一種，流道層(111)的流道結構所用材質為聚二甲基硅氧烷、玻璃、環氧樹脂、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一種。
[0016]優選的:所述非對稱正弦形流道(21)、檢測主流道(22)以及電導液儲蓄池(24)可通過光刻技術或其他刻蝕技術加工得到，并利用化學修飾對流道表面進行改性；所述第一聚電解質凝膠(231)與第二聚電解質凝膠(232)均通過在微流道中填充聚二烯丙基二甲基氯化銨母液，利用對準光刻技術進行曝光固化制備。
[0017]一種集成細胞聚焦與檢測的方法，樣品進樣裝置(14)將細胞懸浮液樣品通過樣品輸入口(211)輸送至非對稱正弦形流道(21);細胞(41)在非對稱正弦形流道(21)內承受慣性升力與Dean拽力的共同作用，逐漸穩定形成聚焦；當聚焦成束的細胞(41)隨非對稱正弦形流道(21)進入到檢測主流道(22)的測量區域時，由微型計算機(13)、數據采集卡(12)、激勵信號接口(281)、激勵電極連接端口(271)、激勵施加電極構成的激勵信號施加電路對聚焦成束的細胞(41)施加激勵信號，而此時細胞(41)受到激勵信號引起的電流響應信號通過由響應傳感電極、響應電極連接端口(272)、跨阻放大器(273)、差分放大器(274)、響應信號接口(282)、數據采集卡(12)和微型計算機(13)依次連接構成的響應信號傳感電路檢測測量，從而實現對細胞的差分阻抗測量。
[0018]優選的:所述細胞(41)在非對稱正弦形流道(21)內的聚焦方法為:細胞懸浮液在非對稱正弦形流道(21)彎流道中的運動可在流道剖面和截面上進行分解；在流道剖面方向上，細胞懸浮液的泊肅葉流動使得細胞(41)受到橫向慣性升力F1;在流道截面上，細胞懸浮液形成Dean