基于低熔点金属电极的高精度微流控阻抗细胞计数系统开发
发布时间：2021-03-24 07:16
基于电阻抗信号的库尔特计数器是最早实现细胞计数检测的自动化设备之一。将库尔特计数器原理与微流控芯片技术相结合的微流控阻抗细胞计数芯片（Microfluidic impedance cytometer,MIC）更加有利于发展成为小型化便携式检测设备,从而适用于临场检测（Point-of-care testing,POCT）等应用场景。目前的微流控阻抗细胞计数芯片主要有共面电极和对面平行电极两种电极排布方式,但两者都存在电场强度在垂直方向上分布不均匀的缺陷,且均需要对每一块芯片进行贵金属镀膜、光刻、蚀刻等过程,工艺繁琐,不利于批量化生产,成本也会随之增高。针对以上这些问题,本论文在理论分析和仿真研究的基础上,开发了一种基于低熔点金属电极的微流控阻抗细胞计数芯片及系统,不但使芯片的制作过程变得十分简单,而且有效解决了垂直方向电场分布的均匀性问题,因此仅需平面聚焦就能实现较高的检测精度和灵敏度。所开展的研究工作主要有几下方面:（1）利用Comsol多物理场仿真软件对检测区域电场分布和有可能影响系统检测精度、灵敏度的因素进行了仿真研究。结果表明,与排布于上下底面的平行电极相比,将电极设置在样品通...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１癌症转移过程示意图［４６］??
浙江大学硕士学位论文?绪论??细胞性质进行分析。其原理如图１．２所示，首先通过鞘液将含有细胞的样品流压缩，以确??保细胞可以逐一流经检测区域；穿过准直激光束的细胞会对光产生前向散射（Ｆｏｒｗａｒｄ??ｓｃａｔｔｅｒ，ＦＳＣ）和侧向散射（Ｓｉｄｅｓｃａｔｔｅｒ，?ＳＳＣ）。其中ＦＳＣ与细胞大小相关，粒径越大的细??胞具有更强的前向散射信号；Ｓ?Ｓ?Ｃ可以反应细胞的内部复杂度，细胞内部复杂度越高表示??细胞质颗粒越多，光的侧向散射越强；根据大小和内部复杂度的差异可以将细胞分成不同??的细胞群体。除此之外，流式细胞仪还可以对标记在细胞上的荧光分子进行检测，从而表??征出细胞膜表面的生物标志物。目前商品化流式细胞仪一般都具有极高的通量，对细胞的??分析速度高达１〇５个／秒，而且可以逬行多通道的荧光捡测，因而在生物医学研究中具有??非常重要的价值，是目前最常用的细胞分析技术之一。但实际上，基于光学的流式细胞仪??也存在一些不足，包括复杂的光学系统（图１．３的流式细胞仪的硬件结构包含了多种光学??器件，如激光器、偏转板、光学捡测器、分光器等）、较高的成本、较大的仪器体积、需??要专业操作人员等等。这些不足严重限制了流式细胞仪在ＰＯＣＴ及资源有限环境／地区??的广泛应用。??图１．２流式细胞仪的检测原理示意图［４７１??３??
浙江大学硕士学位论文?绪论??喷嘴?．，??湛光器??＿＿?＼Ｗ／ｙ?：?ｚ／Ｃ?前向角散射光检测器??１［０￣ｎ?＿?＿．液淌充电信号??激光束＇?ｉＳＥＴ??正獅转板繁负电＿板觀一了．齢??收料收雜?Ｈ／??废液贽??图１．３流式细胞仪硬件结构示意图［４８］??另一种是基于电信号的库尔特计数器，最早是由Ｗａｌｌａｃｅ?Ｈ．?Ｃｏｕｌｔｅｒ和他的兄弟在??１９４０年代发现的，并在１９５３年申请了发明专利，之后成立了?一家名为库尔特电子的公司??（后来被贝克曼仪器公司收购，并更名为贝克曼库尔特）。其原理如图１．４所示：库尔特??计数器包括两个接入电路并伸进导电溶液中的电极，电极之间有一个用绝缘材料分隔出??来的小孔；这个小孔附近的细胞都会使电路中的阻抗发生变化，当细胞经过小孔中心时，??阻抗变化最明显；这些微小的阻抗变化被接入小孔的电路转化为电压或电流的变化，并在??信号接收端产生一个阻抗峰值，最终形成一个抛物线形状的波峰信号。其峰值与细胞的体??积成正比关系，因此根据电路中电压或电流的变化就可以分析出细胞的尺寸［７］。这项技术??首次实现了血细胞计数的自动化，也是当前血液检测中最常用的技术之一。??图１．４库尔特计数器结构原理示意图［４９］??目前商业化的流式细胞仪和库尔特计数器虽然拥有较高的检测精度和灵敏度，但这??两种仪器一般都是用于实验室或医院的大型台式仪器，不便于携带，也就不能满足现场即??时检测（Ｐｏｉｎｔ－ｏｆ－ｃａｒｅｔｅｓｔｉｎｇ，?Ｐ０ＣＴ）等需求，而且仪器的价格比较昂贵，检测成本也较??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]家兔全血细胞电阻抗频率特性[J]. 王力,陈林,马青. 浙江大学学报(医学版). 2009(04)
博士论文
[1]微流控单细胞电阻检测系统的开发与实验研究[D]. 唐文来.东南大学 2017
本文编号：3097312
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１癌症转移过程示意图［４６］??
浙江大学硕士学位论文?绪论??细胞性质进行分析。其原理如图１．２所示，首先通过鞘液将含有细胞的样品流压缩，以确??保细胞可以逐一流经检测区域；穿过准直激光束的细胞会对光产生前向散射（Ｆｏｒｗａｒｄ??ｓｃａｔｔｅｒ，ＦＳＣ）和侧向散射（Ｓｉｄｅｓｃａｔｔｅｒ，?ＳＳＣ）。其中ＦＳＣ与细胞大小相关，粒径越大的细??胞具有更强的前向散射信号；Ｓ?Ｓ?Ｃ可以反应细胞的内部复杂度，细胞内部复杂度越高表示??细胞质颗粒越多，光的侧向散射越强；根据大小和内部复杂度的差异可以将细胞分成不同??的细胞群体。除此之外，流式细胞仪还可以对标记在细胞上的荧光分子进行检测，从而表??征出细胞膜表面的生物标志物。目前商品化流式细胞仪一般都具有极高的通量，对细胞的??分析速度高达１〇５个／秒，而且可以逬行多通道的荧光捡测，因而在生物医学研究中具有??非常重要的价值，是目前最常用的细胞分析技术之一。但实际上，基于光学的流式细胞仪??也存在一些不足，包括复杂的光学系统（图１．３的流式细胞仪的硬件结构包含了多种光学??器件，如激光器、偏转板、光学捡测器、分光器等）、较高的成本、较大的仪器体积、需??要专业操作人员等等。这些不足严重限制了流式细胞仪在ＰＯＣＴ及资源有限环境／地区??的广泛应用。??图１．２流式细胞仪的检测原理示意图［４７１??３??
浙江大学硕士学位论文?绪论??喷嘴?．，??湛光器??＿＿?＼Ｗ／ｙ?：?ｚ／Ｃ?前向角散射光检测器??１［０￣ｎ?＿?＿．液淌充电信号??激光束＇?ｉＳＥＴ??正獅转板繁负电＿板觀一了．齢??收料收雜?Ｈ／??废液贽??图１．３流式细胞仪硬件结构示意图［４８］??另一种是基于电信号的库尔特计数器，最早是由Ｗａｌｌａｃｅ?Ｈ．?Ｃｏｕｌｔｅｒ和他的兄弟在??１９４０年代发现的，并在１９５３年申请了发明专利，之后成立了?一家名为库尔特电子的公司??（后来被贝克曼仪器公司收购，并更名为贝克曼库尔特）。其原理如图１．４所示：库尔特??计数器包括两个接入电路并伸进导电溶液中的电极，电极之间有一个用绝缘材料分隔出??来的小孔；这个小孔附近的细胞都会使电路中的阻抗发生变化，当细胞经过小孔中心时，??阻抗变化最明显；这些微小的阻抗变化被接入小孔的电路转化为电压或电流的变化，并在??信号接收端产生一个阻抗峰值，最终形成一个抛物线形状的波峰信号。其峰值与细胞的体??积成正比关系，因此根据电路中电压或电流的变化就可以分析出细胞的尺寸［７］。这项技术??首次实现了血细胞计数的自动化，也是当前血液检测中最常用的技术之一。??图１．４库尔特计数器结构原理示意图［４９］??目前商业化的流式细胞仪和库尔特计数器虽然拥有较高的检测精度和灵敏度，但这??两种仪器一般都是用于实验室或医院的大型台式仪器，不便于携带，也就不能满足现场即??时检测（Ｐｏｉｎｔ－ｏｆ－ｃａｒｅｔｅｓｔｉｎｇ，?Ｐ０ＣＴ）等需求，而且仪器的价格比较昂贵，检测成本也较??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]家兔全血细胞电阻抗频率特性[J]. 王力,陈林,马青. 浙江大学学报(医学版). 2009(04)
博士论文
[1]微流控单细胞电阻检测系统的开发与实验研究[D]. 唐文来.东南大学 2017
本文编号：3097312
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/3097312.html
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