一種提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置，該裝置具有微通道，所述微通道包括主通道，該主通道具有第一主通道儲液孔以及第二主通道儲液孔；顆粒檢測區(qū)，該顆粒檢測區(qū)具有兩條一端均與主通道相連通，另一端分別與差分放大元件兩輸入端相連接的檢測通道，且該差分放大元件輸出端通過數(shù)據(jù)采集元件與顯示元件相連接；以及第一聚焦通道及第二聚焦通道，并在第一聚焦通道一端設(shè)置第一聚焦儲液孔，在第二聚焦通道一端設(shè)置第二聚焦儲液孔；第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔及第二聚焦儲液孔分別與直流分壓裝置相連接。本實(shí)用新型采用具有高電阻率的聚焦鞘液來減少檢測區(qū)的有效檢測寬度，從而提高了檢測精度。
【專利說明】
一種提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及顆粒檢測領(lǐng)域，尤其是涉及一種能夠有效提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]顆粒檢測技術(shù)在諸如環(huán)境監(jiān)測、海洋微生物檢測、生物小分子檢測和臨床診斷等方面具有廣泛的應(yīng)用。目前，研究者普遍使用顯微鏡觀察和圖像處理技術(shù)等手段來實(shí)現(xiàn)顆粒的檢測，即利用顯微鏡或圖像傳感器進(jìn)行顆粒圖像的采集，再將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。這類檢測手段能夠檢測出顆粒信號，但其裝置大都價(jià)格昂貴、處理時(shí)間長，并且檢測精度有限，從而限制了其更為廣泛的應(yīng)用。同時(shí)由于微流控芯片技術(shù)其檢測效率高、試劑及樣品消耗極少和系統(tǒng)體積小、易于集成化等優(yōu)點(diǎn)，因而其在這些領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。
[0003]目前，基于微流控芯片的顆粒檢測方法主要有:遮光檢測法、熒光檢測法、電容檢測法、電感檢測法和電阻檢測法等。遮光檢測法利用光阻斷原理來檢測微流道中的顆粒;但該檢測方法受氣泡、雜質(zhì)等影響較大，檢測精度不高;熒光檢測法是利用激光照射微流道中的熒光顆粒，使其激發(fā)出激發(fā)光，通過探測激發(fā)光的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)顆粒的檢測，但該檢測方法檢測顆粒種類受限，設(shè)備復(fù)雜；電容檢測法是利用顆粒與溶液介電常數(shù)的差異，檢測顆粒流經(jīng)電容時(shí)引起的電容值變化，從而實(shí)現(xiàn)顆粒的檢測，但該檢測方法檢測顆粒種類受限，電容布置困難;電感檢測法是利用鐵磁性顆粒流經(jīng)電感線圈時(shí)，顆粒被磁化后反作用于電感線圈，使其電感值發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)對顆粒的檢測;但該檢測方法檢測精度不高，并且僅能檢測鐵磁性顆粒；電阻檢測法是應(yīng)用庫爾特原理、通過顆粒流經(jīng)檢測區(qū)引起的電阻變化而實(shí)現(xiàn)顆粒的檢測，該方法檢測精度高、操作簡便，而且測量電路比較簡單、易于集成化，因此其在微流控檢測領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
[0004]理論上看，提高電阻檢測法的精度、即提高信噪比，既可以通過降低噪音的方法實(shí)現(xiàn)，也可以通過減少檢測區(qū)的尺寸實(shí)現(xiàn);研究者已經(jīng)通過隔離檢測裝置、信號差分輸入等手段來降低噪音，但要在此基礎(chǔ)上繼續(xù)降低噪音、提高檢測精度十分困難。研究者通過使用飛秒激光(femtosecond-pulsed laser)、電子束刻蝕、碳納米管以及天然平面脂雙層(lipidbilayers)中的納米孔等方法，加工出納米級的檢測通道，提高了檢測精度;但上述納米通道加工方法價(jià)格昂貴、程序復(fù)雜、可靠性不高，很難在實(shí)際中獲得應(yīng)用。
[0005]目前，加工微流控芯片的材料和工藝方法較多，其中應(yīng)用最廣泛的材料是PDMS，采用的工藝方法是軟光刻法。采用此工藝時(shí)，由于打印掩膜時(shí)打印精度的限制，使得加工出芯片的最小通道尺寸受限，即采用這種加工工藝僅能加工出尺寸大于20微米的通道。當(dāng)需要檢測小微顆粒或者納米顆粒時(shí)，采用這種微流控芯片時(shí)，由于工藝限制不能繼續(xù)縮小檢測區(qū)尺寸，就會使得檢測信號太弱甚至檢測不到信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是要提供一種提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置，該微流控芯片裝置基于超純水與樣品溶液電導(dǎo)率的不同，通過電滲流使超純水在微流控芯片顆粒檢測區(qū)擠壓樣品溶液，使得檢測區(qū)的有效檢測寬度減小，進(jìn)而達(dá)到提尚檢測精度的目的。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:
[0008]—種提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置，該裝置包括凹刻有若干微流道的PDMS微流控芯片，所述PDMS微流控芯片凹刻有微流道一側(cè)與玻璃底片封接為一體結(jié)構(gòu)，以使得所述PDMS微流控芯片與玻璃底片之間形成微通道，其特征在于:所述微通道具有供聚焦鞘液的流入和流出的聚焦通道，微通道包括
[0009]用于存儲樣品液的主通道，該主通道具有用于存儲檢測前的樣品液的第一主通道儲液孔以及用于存儲檢測后的樣品廢液的第二主通道儲液孔；
[0010]設(shè)置于主通道中間位置處，用于獲得與流經(jīng)本區(qū)域的待測樣品液中顆粒所對應(yīng)的檢測信號的顆粒檢測區(qū)，該顆粒檢測區(qū)具有兩條一端均與所述主通道相連通，另一端分別與差分放大元件兩輸入端相連接的檢測臂通道，且該差分放大元件輸出端通過數(shù)據(jù)采集元件與顯示元件相連接；
[0011]以及聚焦通道，該聚焦通道包括兩個(gè)分別以所述顆粒檢測區(qū)為中心，對稱設(shè)置于所述顆粒檢測區(qū)左右兩側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)聚焦作用的第一聚焦通道以及第二聚焦通道，并在第一聚焦通道一端設(shè)置用于存儲檢測前聚焦鞘液的第一聚焦儲液孔，在第二聚焦通道一端設(shè)置用于存儲檢測后聚焦鞘液廢液的第二聚焦儲液孔；
[0012]所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔分別與直流分壓裝置相連接，該直流分壓裝置用于為所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔提供不同的幅值的電壓，以實(shí)現(xiàn)電滲操控微通道內(nèi)待測樣品及驅(qū)動聚焦鞘液的流動。
[0013]進(jìn)一步的，所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔分別通過鉑電極與直流分壓裝置相連接，以克服采用普通電極，在其被電解時(shí)易產(chǎn)生絮狀污染物的缺陷。
[0014]進(jìn)一步的，各所述檢測臂通道分別通過鉑電極與差分放大元件兩輸入端相連接。
[0015]進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集元件采用Labview數(shù)據(jù)采集儀;所述顯示元件采用PC機(jī)。
[0016]進(jìn)一步的，所述聚焦鞘液采用超純水。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果:
[0018]1.本實(shí)用新型通過聚焦通道內(nèi)聚焦鞘液-超純水對主通道內(nèi)樣品溶液在顆粒檢測區(qū)的擠壓作用，使得樣品溶液的實(shí)際尺寸大大地縮小，從而靈敏地檢測到尺寸更小的顆粒；且具有操作簡單，并且在使用過程中可靈活地調(diào)整聚焦寬度等優(yōu)點(diǎn)；
[0019]2.本實(shí)用新型利用直流分壓裝置能夠方便地調(diào)節(jié)輸出電位值，從而改變主通道和聚焦通道的流動狀態(tài)，進(jìn)而方便地調(diào)節(jié)樣品溶液在檢測區(qū)的尺寸，實(shí)現(xiàn)對各種小微尺寸顆粒的最佳檢測；
[0020]3.本實(shí)用新型采用差分放大器進(jìn)行檢測，削弱了信號噪音，提高了信號的信噪比。【附圖說明】[0021 ]圖1為本實(shí)用新型所述的微流控芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)不意圖；
[0023]圖3為本實(shí)用新型一實(shí)施例檢測效果圖。
[0024]圖中:M為TOMS微流控芯片，L為玻璃底片，I為聚焦通道，11、第一聚焦通道，12、第一聚焦通道儲液孔，13、第二聚焦通道，14、第二聚焦通道儲液孔，2為主通道，21、第一主通道儲液孔，22、第二主通道儲液孔，3為檢測臂通道，31、凸起結(jié)構(gòu)，4為直流分壓裝置，5為所述微流控芯片，6為差分放大元件，7為數(shù)據(jù)采集元件，8為顯示元件，9為顆粒檢測區(qū)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]如圖1-圖2所示，本實(shí)用新型所述的微流控芯片裝置，主要包括:直流分壓裝置4、微流控芯片5、差分放大元件6、數(shù)據(jù)采集元件7和顯示元件8;
[0027]如圖1所示，所述的微流控芯片裝置包括凹刻有若干微流道的基片-PDMS微流控芯片M，所述PDMS微流控芯片M凹刻有微流道一側(cè)與蓋片-玻璃底片L封接為一體結(jié)構(gòu)，以使得所述PDMS微流控芯片與玻璃底片之間形成微通道，基片-PDMS微流控芯片M材料采用聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲醋，所述玻璃底片L可由聚甲基丙烯酸甲醋片替代，基片與玻璃底片通過等離子處理后粘合到一起形成對應(yīng)的進(jìn)液孔、廢液孔、微通道和檢測區(qū)域;所述微通道包括主通道2、聚焦通道1、顆粒檢測區(qū)9和兩個(gè)檢測臂通道3;
[0028]用于存儲待測樣品液的主通道，該主通道兩端分別設(shè)置用于存儲檢測前的樣品液的第一主通道儲液孔21以及用于存儲檢測后的樣品廢液的第二主通道儲液孔22;
[0029]設(shè)置于主通道2中間位置處，其用于獲得與流經(jīng)本區(qū)域的待測樣品液中顆粒所對應(yīng)的檢測信號的顆粒檢測區(qū)9，該顆粒檢測區(qū)具有兩條檢測臂通道3，各檢測臂通道3—端與所述主通道相連通，另一端分別與差分放大元件兩輸入端相連接的，且該差分放大元件6輸出端通過數(shù)據(jù)采集元件7與顯示元件8相連接;各檢測臂通道末端各有一個(gè)儲液孔用來插入檢測電極，如在檢測臂通道末端分別埋入鉑電極；
[0030]起聚焦作用，供聚焦鞘液的流入和流出的兩個(gè)聚焦通道1:第一聚焦通道11以及第二聚焦通道12，上述兩個(gè)聚焦通道分別以所述顆粒檢測區(qū)為中心，對稱設(shè)置于所述顆粒檢測區(qū)左右兩側(cè)，在第一聚焦通道11 一端設(shè)置用于存儲檢測前超純水的第一聚焦儲液孔12，在第二聚焦通道13—端設(shè)置用于存儲檢測后超純水廢液的第二聚焦儲液孔14;
[0031]所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔分別與直流分壓裝置4相連接，該直流分壓裝置用于為所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔提供不同的幅值的電壓，以實(shí)現(xiàn)電滲操控微通道內(nèi)待測樣品及驅(qū)動超純水的流動。
[0032]如圖2，所述的直流分壓裝置有4路不同電位值的輸出(即能施加不同幅值的電壓)，從而實(shí)現(xiàn)電滲操控微通道內(nèi)流體的流動，包括電滲操控微通道內(nèi)樣品溶液流動和超純水的流動;且直流分壓裝置與上述各儲液孔相連處采用鉑電極，以防止普通電極被電解產(chǎn)生絮狀污染物。
[0033]優(yōu)選的，在所述檢測臂通道之間設(shè)置向上延伸的凸起結(jié)構(gòu)31，以進(jìn)一步形成較窄的檢測區(qū)，使得含有待檢測顆粒的樣品液和起聚焦作用的超純水在較窄區(qū)域-顆粒檢測區(qū)相遇后再分開流向各自對應(yīng)的廢液孔。
[0034]本實(shí)用新型利用差分放大原理對信號進(jìn)行檢測，從顆粒檢測區(qū)兩端的檢測通道引出信號，從而達(dá)到差分放大目的，消除共同的背景噪音影響，提高信噪比和檢測精度，同時(shí)通過對分別與直流分壓裝置相連接第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔施加不同的電位值，使得聚焦鞘液僅在聚焦通道內(nèi)流動，以克服傳統(tǒng)的流動聚焦方法是鞘液從聚焦通道內(nèi)直接流入主通道的缺陷。
[0035]所述的差分放大元件6采用差分放大器，它的輸入端通過導(dǎo)線與微流控芯片檢測臂通道末端的儲液孔內(nèi)的鉑電極相連。
[0036]本實(shí)用新型具體工作過程如下:在所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔內(nèi)均插入鉑電極，鉑電極的另一端與直流分壓裝置連接，用以電滲驅(qū)動待測樣品液通過顆粒檢測區(qū)進(jìn)入存儲廢液的第二主通道儲液孔，同時(shí)電滲驅(qū)動超純水通過顆粒檢測區(qū)進(jìn)入存儲廢液的第二聚焦儲液孔;通過調(diào)節(jié)直流分壓裝置，使得聚焦通道兩端的電位差高于主通道兩端的電位差，即使得超純水的流量高于樣品溶液的流量;此時(shí)在顆粒檢測區(qū)區(qū)域，超純水流會擠壓樣品液，使得樣品液寬度變窄；而超純水的電導(dǎo)率比樣品液大很多，可以看作絕緣材料，因此樣品液的實(shí)際檢測區(qū)變窄，從而使得檢測裝置能檢測出尺寸更小的顆粒。所述顆粒檢測區(qū)兩端的檢測臂通道末端儲液孔內(nèi)的鉑電極均通過導(dǎo)線與差分放大器的輸入端連接，所述差分放大器的輸出端連接至用于信號采集和處理信號的Labview處理器(Labview數(shù)據(jù)采集儀)，顯示元件采用PC機(jī)，用以實(shí)現(xiàn)檢測信號的差分放大、采集、顯示和存儲。
[0037]下面以小微聚苯乙烯樣品顆粒為例進(jìn)行檢測:
[0038]本例的裝置參數(shù):本實(shí)施案例所用的芯片檢測區(qū)域的尺寸30*40*10μπι(寬X長X高)，待檢測樣品液為3μπι聚苯乙烯顆粒溶液;緩沖液為磷酸鹽(2XPBS)緩沖溶液;施加于第一主通道儲液孔的電位為18V，施加于第二主通道儲液孔的電位為11.5V，施加于第一聚焦儲液孔的電位為30V，施加于第二聚焦儲液孔的電位為OV ；
[0039]其操作步驟:
[0040](I)在所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔內(nèi)加入一定量磷酸鹽緩沖溶液，在第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔內(nèi)加入一定量超純水;在檢測臂通道末端儲液孔內(nèi)插入鉑電極，并將其與差分放大器相連;所述磷酸鹽緩沖溶液可以按照實(shí)際所需的PH值進(jìn)行配置，這里不再贅述；
[0041](2)調(diào)節(jié)直流分壓裝置使各輸出電位為設(shè)定值，并將各輸出端與微流控芯片對應(yīng)的第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔相連；
[0042](3)在第一主通道儲液孔加入少量待檢測樣品液，在第二主通道儲液孔加入相同量的磷酸鹽緩沖溶液，在第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔內(nèi)加入相同量的超純水；
[0043](4)利用Labview數(shù)據(jù)采集儀和PC機(jī)，進(jìn)行信號采集、顯示和存儲，其檢測效果，如圖3。
[0044]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案及其實(shí)用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置，該裝置包括凹刻有若干微流道的PDMS微流控芯片，所述PDMS微流控芯片凹刻有微流道一側(cè)與玻璃底片封接為一體結(jié)構(gòu)，以使得所述PDMS微流控芯片與玻璃底片之間形成微通道，其特征在于:所述微通道具有供聚焦鞘液的流入和流出的聚焦通道，其包括 用于存儲樣品液的主通道，該主通道具有用于存儲檢測前的樣品液的第一主通道儲液孔以及用于存儲檢測后的樣品廢液的第二主通道儲液孔； 設(shè)置于主通道中間位置處，用于獲得與流經(jīng)本區(qū)域的待測樣品液中顆粒所對應(yīng)的檢測信號的顆粒檢測區(qū)，該顆粒檢測區(qū)具有兩條一端均與所述主通道相連通，另一端分別與差分放大元件兩輸入端相連接的檢測臂通道，且該差分放大元件輸出端通過數(shù)據(jù)采集元件與顯示元件相連接； 以及聚焦通道，該聚焦通道包括兩個(gè)分別以所述顆粒檢測區(qū)為中心，對稱設(shè)置于所述顆粒檢測區(qū)左右兩側(cè)，用于實(shí)現(xiàn)聚焦作用的第一聚焦通道以及第二聚焦通道，并在第一聚焦通道一端設(shè)置用于存儲檢測前聚焦鞘液的第一聚焦儲液孔，在第二聚焦通道一端設(shè)置用于存儲檢測后聚焦鞘液廢液的第二聚焦儲液孔； 所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔分別與直流分壓裝置相連接，該直流分壓裝置用于為所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔提供不同的幅值的電壓，以實(shí)現(xiàn)電滲操控微通道內(nèi)待測樣品液及驅(qū)動聚焦鞘液的流動。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置，其特征在于: 所述第一主通道儲液孔、第二主通道儲液孔、第一聚焦儲液孔以及第二聚焦儲液孔分別通過鉑電極與直流分壓裝置相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置，其特征在于: 各所述檢測臂通道分別通過鉑電極與差分放大元件兩輸入端相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置，其特征在于: 所述數(shù)據(jù)采集元件采用Labview數(shù)據(jù)采集儀;所述顯示元件采用PC機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高電阻脈沖法顆粒檢測精度的微流控芯片裝置，其特征在于: 所述聚焦鞘液采用超純水。
【文檔編號】G01N27/26GK205517823SQ201620302316
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】劉志堅(jiān), 江佳威, 宋永欣, 潘新祥
【申請人】大連海事大學(xué)