自驱动颗粒计数仪及其计数方法技术

技术编号:20174902 阅读:33 留言:0更新日期:2019-01-22 23:43
本发明专利技术公开了一种自驱动颗粒计数仪及其计数方法。其中,自驱动颗粒计数仪,包括:微流道板,提供一微流道,供待计数的颗粒通过;两个微电极,分别在微流道的上、下方相对设置;摩擦纳米发电机,与两个微电极电性连接,输出的电信号加载于两个微电极之间;以及信号收集处理装置,收集并处理两个微电极在颗粒通过时的电脉冲信号,实现自驱动计数。该自驱动颗粒计数仪计数精度高,操作方便,制备材料来源广,经济成本低,保证了使用者的人身安全,实现了自驱动计数;并且微流道易加工,宏观上便于操作,流道堵塞易清理。

Self-driving Particle Counting Instrument and Its Counting Method

The invention discloses a self-driving particle counting instrument and a counting method thereof. Among them, self-driving particle counting instrument includes: micro-channel plate, providing a micro-channel for particles to be counted through; two micro-electrodes, respectively, are relatively arranged on the upper and lower parts of the micro-channel; friction nano-generator, electrically connected with two micro-electrodes, the output electric signal is loaded between the two micro-electrodes; and signal collection and processing device, collecting and processing two micro-electrodes. The self-driving counting is realized by the electric pulse signal when the particles pass through. The self-driving particle counter has high counting accuracy, easy operation, wide source of materials, low cost, guarantees the personal safety of users, realizes self-driving counting, and is easy to process micro-runners, easy to operate macroscopically, and easy to clean up the blockage of runners.

【技术实现步骤摘要】
自驱动颗粒计数仪及其计数方法
本公开属于微米尺寸的颗粒计数和微流道
,涉及一种自驱动颗粒计数仪及其计数方法。
技术介绍
对于微米尺寸的颗粒来说,对其数目的计量成为生命科学研究、工业、农业、诊断和其它医疗等不可缺少的部分。以细胞计数为例来说,现有的颗粒计数仪主要有两种,一种是血细胞计数仪器,基于“库尔特原理”,即电阻检测法;一种是流式细胞仪或体细胞计数仪,基于荧光流式计数器原理。电阻检测法是在待测液体中置一微孔,在微孔的两端各加恒定电流或电压的电极,当液体中的颗粒经过微孔时,电极间的电阻就会产生瞬间的变化,进而产生电脉冲,对这种电脉冲进行计数就可得到颗粒的数量,脉冲幅度的大小表示颗粒的大小。血细胞是电的不良导体,标本稀释液为电解质溶液,能使血细胞保持在血液中的原有形状,通过各种血细胞所产生的脉冲的大小以区分不同种类的细胞。但是这种血细胞计数仪需要外接电源,这里的电源包括:恒定电压源、恒定电流源或者脉冲电源,没有外接电源,则不能进行细胞计数,这样进行测试对应的电源能耗就不可避免;另外,此类细胞计数仪制备价格高昂,市场售价几十万至几百万不等。荧光流式计数器进行颗粒计数的方法为:细胞经荧光染色后,通过高速流动系统,细胞排成单行,逐个流经检测区进行测定。当细胞从流动室喷嘴处流出时,细胞经激光束照射产生荧光和散射光,由光电倍增管接收,转换成脉冲信号,数据经电脑处理,分辨细胞的类型并计数。这种流式细胞仪或体细胞计数仪仍然需要外部电源产生激光束,需要大量电源能耗,而且细胞计数前要经过荧光染色、流动室流出并使细胞排列等步骤,过程比较繁琐;此外,仪器的制备价格高昂,市场售价上百万。因此,亟需提出一种能够减少能耗的自驱动的颗粒计数仪,不需要外界的电压源、电流源或脉冲电源提供驱动力,并且计数过程简单,仪器成本较低。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种自驱动颗粒计数仪及其计数方法,以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案本公开提供了一种自驱动颗粒计数仪,包括:微流道板,提供一微流道,供待计数的颗粒通过;两个微电极,分别在微流道的上、下方相对设置;摩擦纳米发电机,与两个微电极电性连接,输出的电信号加载于两个微电极之间;以及信号收集处理装置,收集并处理两个微电极在颗粒通过时的电脉冲信号,实现自驱动计数。在本公开的一些实施例中,两个微电极和微流道之间处于导通状态或者绝缘状态。在本公开的一些实施例中,微流道板包含一上、下开放的中空结构,该中空结构为微流道,在微流道板与两个微电极之间至少设置有一绝缘层,该绝缘层使两个微电极和微流道之间处于绝缘状态;或者微流道板包含一封闭的中空结构,该中空结构为微流道,当微流道板的材料为绝缘材料时,两个微电极处于微流道板外侧,该微流道板使两个微电极和微流道之间处于绝缘状态;或当微流道板的材料为金属材料时,在微流道板与两个微电极之间至少设置有一绝缘层,该绝缘层使两个微电极和微流道之间处于绝缘状态。在本公开的一些实施例中,微流道板包含一上、下开放的中空结构,该中空结构为微流道,该微流道与两个微电极之间处于导通状态;或者微流道板包含一封闭的中空结构,该中空结构为微流道,当微流道板的材料为绝缘材料时,两个微电极处于微流道板内侧,与微流道之间处于导通状态;或当微流道板的材料为金属材料时,两个微电极设置于微流道板的内侧或外侧。在本公开的一些实施例中,当微流道板包含一上、下开放的中空结构,该中空结构为微流道时,对应微流道板的材料至少为如下材料中的一种:金属材料、高分子材料、或无机材料。在本公开的一些实施例中,微流道的横截面的有效尺寸供单个粒子通过,通过调节该微流道的形状及微流道长度,实现对微流道中流体的流速调节,其中,横截面的有效尺寸表示当该横截面通过颗粒时,能够通过该颗粒的最大尺寸对应的长度和宽度。在本公开的一些实施例中,微流道横截面的有效尺寸满足:长度介于0.01μm~1cm之间,宽度介于0.001μm~0.5cm之间,面积大于1×10-5μm2;和/或微流道的长度介于1μm到100cm之间;和/或微电极的宽度介于0.01μm~500μm之间;和/或微电极的厚度大于5nm。在本公开的一些实施例中,摩擦纳米发电机包括:垂直接触分离模式的摩擦纳米发电机、线性滑动模式的摩擦纳米发电机、以及自由摩擦层模式的摩擦纳米发电机。在本公开的一些实施例中,摩擦纳米发电机的输出电压大于或等于0.1mV。根据本公开的另一个方面,提供了一种基于自驱动颗粒计数仪的计数方法,包括:利用摩擦纳米发电机产生的电能输出加载于微流道的两个微电极之间,通过信号收集处理装置测量在待测颗粒通过微电极过程中两个微电极之间的电信号变化,从而根据电信号变化的强度和数目判断颗粒的大小和数目,实现自驱动计数。在本公开的一些实施例中,摩擦纳米发电机产生的电能输出包括:周期性机械激发产生的脉冲电信号以及滑动、旋转式摩擦产生的连续性电信号。(三)有益效果从上述技术方案可以看出,本公开提供的自驱动颗粒计数仪及其计数方法,具有以下有益效果:(1)通过结合摩擦纳米发电机和微流道技术,利用摩擦纳米发电机周期性机械激发产生的脉冲电信号或者滑动、旋转式摩擦产生的连续性电信号施加在微流道的两个微电极之间,通过对颗粒流过微电极之间时产生的瞬间电脉冲信号进行放大、阈值调节、甄别和计数便可以实现对流过微流道的颗粒计数,计数精度高,操作方便,制备材料来源广,经济成本低,摩擦纳米发电机高电压、低电流的特点充分保证了使用者的人身安全,无需考虑电源漏电,短路及人体接触之类的安全问题,实现了自驱动计数;(2)微流道具有尺寸和形状微型化及易调节的优势,通过调整微流道截面尺寸可限制流道中单位体积通过的颗粒数量,通过调整微流道的整体形状及流道长度可调节流道中流体的流速;相比于现有细胞计数仪,微流道本身的尺寸(面积≥1×10-5μm2)可自动将进入流道的细胞限制在单个细胞水平,可保证细胞计数的准确性;并且微流道易加工,宏观上便于操作,流道堵塞易清理;(3)通过设置微流道上正对的两个微电极之间有、无绝缘层,对应该颗粒计数仪有两种工作模式:当两个微电极之间不存在绝缘层时,通过观察微电极之间的电阻变化即可实现计数,当两个微电极之间存在绝缘层时,通过观察两个电极之间的介电常数的变化即可实现计数。附图说明图1为根据本公开一实施例的自驱动颗粒计数仪的示意图。图2A为根据本公开一实施例的微电极之间绝缘时,微流道沿着流道方向的剖面图。图2B为根据图2A所示的微流道沿着M-M截面剖开的剖面图。图3A为根据本公开其它一实施例的微电极之间绝缘时,微流道沿着流道方向的剖面图。图3B为根据图3A所示的微流道沿着m-m截面剖开的剖面图。图4A为根据本公开一实施例的微电极之间导通时,微流道沿着流道方向的剖面图。图4B为根据图4A所示的微流道沿着N-N截面剖开的剖面图。图5A为根据本公开其它一实施例的微电极之间导通时,微流道沿着流道方向的剖面图。图5B为根据图5A所示的微流道沿着n-n截面剖开的剖面图。图6A为根据本公开一实施例的垂直分离模式的摩擦纳米发电机的结构示意图。图6B为根据本公开一实施例的线性滑动模式的摩擦纳米发电机的结构示意图。图6C为根据本公开一实施例的自由摩擦层模式的摩擦纳米发电机本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种自驱动颗粒计数仪,包括:微流道板,提供一微流道,供待计数的颗粒通过;两个微电极,分别在微流道的上、下方相对设置;摩擦纳米发电机,与两个微电极电性连接,输出的电信号加载于两个微电极之间;以及信号收集处理装置,收集并处理两个微电极在颗粒通过时的电脉冲信号,实现自驱动计数。

【技术特征摘要】
1.一种自驱动颗粒计数仪,包括:微流道板,提供一微流道,供待计数的颗粒通过;两个微电极,分别在微流道的上、下方相对设置;摩擦纳米发电机,与两个微电极电性连接,输出的电信号加载于两个微电极之间;以及信号收集处理装置,收集并处理两个微电极在颗粒通过时的电脉冲信号,实现自驱动计数。2.根据权利要求1所述的自驱动颗粒计数仪,其中,所述两个微电极和微流道之间处于导通状态或者绝缘状态。3.根据权利要求1或2所述的自驱动颗粒计数仪,其中:所述微流道板包含一上、下开放的中空结构,该中空结构为所述微流道,在微流道板与两个微电极之间至少设置有一绝缘层,该绝缘层使两个微电极和微流道之间处于绝缘状态;或者所述微流道板包含一封闭的中空结构,该中空结构为所述微流道,当所述微流道板的材料为绝缘材料时,两个微电极处于所述微流道板外侧,该微流道板使两个微电极和微流道之间处于绝缘状态;或当所述微流道板的材料为金属材料时,在微流道板与两个微电极之间至少设置有一绝缘层,该绝缘层使两个微电极和微流道之间处于绝缘状态。4.根据权利要求1或2所述的自驱动颗粒计数仪,其中:所述微流道板包含一上、下开放的中空结构,该中空结构为所述微流道,该微流道与两个微电极之间处于导通状态;或者所述微流道板包含一封闭的中空结构,该中空结构为所述微流道,当所述微流道板的材料为绝缘材料时,两个微电极处于所述微流道板内侧,与微流道之间处于导通状态;或当所述微流道板的材料为金属材料时,两个微电极设置于微流道板的内侧或外侧。5.根据权利要求3或4所述的自驱动颗粒计数仪,其中,当所述微流道板包含一上、下开放的中空结构...

【专利技术属性】
技术研发人员:李舟李虎王华英石波璟谈溥川张兆龙
申请(专利权)人:北京纳米能源与系统研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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