基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法，采用透明质酸溶液对流道内的被测细胞的聚焦位置进行调整，采用多频混合交流电信号对细胞进行电阻抗检测。悬浮于透明质酸溶液中的细胞在非对称正弦流道中受到惯性力与弹性力共同作用，可在较广流速范围内实现细胞的单列聚焦，提高了电阻抗检测精度。多频交流电信号施加于细胞检测区域，电流信号经过处理后得到不同频率信号下细胞引起的电流变化。提取不同频率下细胞引起的电流变化信号峰值，利用机器学习方法训练细胞种类的分类模型，用于细胞混合样本中细胞鉴别与计数。本发明专利技术适用于血液中各种细胞及其他生物样本中生物颗粒的检测与计数。

【技术实现步骤摘要】
基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法
本专利技术涉及细胞检测
，尤其是一种基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法。
技术介绍
细胞的非标记检测与计数是生物传感器领域的重要研究内容。传统的细胞检测与计数一般利用特定的生物化学反应，对细胞进行种类鉴别以及计数。例如针对癌症病人血液中须有循环肿瘤细胞的检测与计数，现有的成熟商业仪器为美国强生公司的CellSearch系统。该系统采用免疫磁珠标记和荧光染色的方式来捕获和检测肿瘤细胞，因此被捕获的肿瘤细胞已失去生物活性，而不能用于后续的抗药性检测等。此外，CellSearch系统检测费用极高(～5000元/次)。而非标记的细胞检测方法一般利用不同种类细胞的生物物理特性对细胞进行检测，具有对细胞损伤小、成本低等特点，成为生物传感器领域的重要研究内容。现有的细胞非标记检测技术主要从细胞的尺寸、质量(密度)、力学性能以及电学性能等方面研究细胞的生理状态以及细胞种类的鉴别。其中，仅仅依靠细胞尺寸这单一参量无法精准鉴别细胞种类(如微筛以及滤膜等技术手段)，而细胞的质量(密度)以及力学性能的研究往往需要较为精密的硬件设备支持。得益于电学理论基础的成熟以及电学检测设备的完善，细胞电学性能的研究具有充足的可行性。由于细胞的异质性，不同种类的细胞群体往往具有不同的介电特性。一般而言，细胞膜与细胞核膜可被视为具有电容性，其细胞质与细胞核内部遗传物质展现出电导性。不同频率的交流电信号可不同程度地穿透细胞膜与细胞核膜，从而可以深入研究细胞内部的介电属性。但是，细胞非标记电阻抗检测的检测精度和检测通量通常难以兼顾。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法，实现细胞电阻抗信号的精确、高通量流式的检测。本专利技术采用的技术方案如下：一种基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法，将单一种类细胞样品经离心、重悬后得到细胞样本，重悬液为溶解透明质酸的磷酸盐缓冲液；然后将所述细胞样本注入电阻抗检测芯片经过非对称正弦流道进行单列聚焦；利用电阻抗检测仪器对单列聚焦后的细胞进行电阻抗检测，利用信号处理分析系统对细胞引起的信号峰值进行提取；重复上述过程，得到两种或两种以上细胞样本在不同频率信号下的幅值与相位峰值；将不同频率信号下的幅值与相位峰值输入至机器学习系统，训练产生细胞鉴别与计数的模型；再将上述过程中使用的两种或两种以上细胞样本制成多种细胞的混合细胞样本，重复上述实验操作，利用所述细胞鉴别与计数模型对所述混合细胞样本中的细胞进行种类鉴别与计数。其进一步技术方案为：具体包括以下步骤：步骤一：将单一种类细胞样品离心处理，并悬浮于溶解透明质酸的磷酸盐缓冲液中制成单一种类细胞样本；步骤二：将所述单一种类细胞样本通入电阻抗检测芯片中，并使细胞样本流经所述电阻抗检测芯片内的非对称正弦流道进行单列聚焦；步骤三：设置与所述电阻抗检测芯片连接的电阻抗检测仪器的参数，通过电阻抗检测仪器将混合多频交流电信号通过施加电极传输到经非对称正弦流道聚焦后的细胞样本；步骤四：所述电阻抗检测仪器通过反馈电极将接收细胞样本的反馈信号，并对反馈信号进行处理：放大、差分以及锁相放大；步骤五：利用信号处理系统对所述步骤四中处理后的信号进行储存与分析；将锁相放大得到的不同频率下的幅值与相位信号进行基线修正，对细胞样本引起的信号峰值进行提取；步骤六：重复步骤一至步骤五以对另一种或多种单一种类细胞样品分别进行检测；步骤七：将两种或以上的细胞样本在不同频率信号下的幅值与相位峰值输入至机器学习系统，训练产生细胞鉴别与计数的模型；步骤八：将步骤六中使用的各单一细胞样品混合后，重复步骤一至步骤五，获得混合细胞样本在不同频率信号下的幅值与相位峰值信号峰值，再利用所述细胞鉴别与计数模型对所述混合细胞样本进行细胞种类鉴别与计数。所述步骤一中，所述溶解透明质酸的磷酸盐缓冲液为溶解0.1％(w/v)透明质酸的浓度为0.01mol/L磷酸盐缓冲液。所述步骤二中，将步骤一种制成的单一种类细胞样本通过样品进样装置输入电阻抗检测芯片中，所述电阻抗检测芯片包括玻璃基底、设于玻璃基底上的芯片上盖板，所述非对称正弦流道设于所述芯片上盖板中，所述施加电极、所述反馈电极在所述玻璃基底镀金玻璃经过软光刻制成。所述施加电极、所述反馈电极位于所述非对称正弦流道出口下游的直流道位置；非对称正弦流道包括膨胀段和收缩段，所述膨胀段内、外壁曲率不同，所述收缩段的内、外壁曲率不同。所述步骤三中，电阻抗检测仪器通过连接线将混合多频交流电信号施加于施加电极，所述混合多频交流电信号的频率范围为500kHz-50MHz。所述混合多频交流电信号为1-8个频率混合的交流电信号，每个交流电信号的幅值范围为0.01V-5V，频率范围为1Hz-50MHz。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用透明质酸溶液对流道内的被测细胞的聚焦位置进行调整以提高电阻抗检测精度，解决了细胞粒子在检测区域流道内分布位置杂乱导致电阻抗信号不均一、检测精度低的问题。悬浮于透明质酸溶液中的细胞在非对称正弦流道中受到惯性力与弹性力的共同作用，可在较广流速范围内实现细胞的单列聚焦。本专利技术利用分别测得的不同种类细胞样本在不同频率信号下的幅值与相位峰值，训练得到细胞鉴别与计数模型，再利用该细胞鉴别与计数模型对混合细胞样本进行鉴别分析，无需进行大量参数计算，识别和计数的计算过程简单高效，准确性高，极大地提升了算力。本专利技术采用多频混合交流电信号对细胞进行电阻抗检测，并使用机器学习的方法建立细胞种类识别模型以用于真实样本中细胞的种类鉴别与计数，可用于血液中各种细胞的检测与计数，也可用于其他生物样本中生物颗粒的检测，具有重要价值和商业前景。附图说明图1为本专利技术检测方法所基于的电阻抗检测系统图。图2为电阻抗检测芯片结构示意图。图3为本专利技术检测方法的流程图。图4是本专利技术具体实施例中非对称正弦流道的结构示意图。图5是本专利技术具体实施例中10微米粒子在非对称正弦流道中不同聚焦状态下测得的原始信号图。图6是本专利技术具体实施例中不同尺寸粒子在低频下阻抗幅值与粒子体积的线性关系图。图7是本专利技术具体实施例中机器学习模型的混淆矩阵图。图中：1、样品前处理装置；2、进样装置；3、电阻抗检测芯片；4、电阻抗检测仪器；5、计算机；6、信号处理分析系统；31、进样管；32、进液池；33、芯片上盖板；34、玻璃基底；35、施加电极；36、反馈电极；37、出样管；38、废液池；39、非对称正弦流道；391、直流道。具体实施方式以下结合附图说明本专利技术的具体实施方式。如图3所示，本实施例的一种基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法，将单一种类细胞样品经离心、重悬后，得到细胞样本，重悬液为溶解透明质酸(HyaluronicAcid，简称HA)的磷酸盐缓冲液(Pho本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法，其特征在于，将单一种类细胞样品经离心、重悬后得到细胞样本，重悬液为溶解透明质酸的磷酸盐缓冲液；然后将所述细胞样本注入电阻抗检测芯片(3)经过非对称正弦流道(39)进行单列聚焦；利用电阻抗检测仪器(4)对单列聚焦后的细胞进行电阻抗检测，利用信号处理分析系统(6)对细胞引起的信号峰值进行提取；重复上述过程，得到两种或两种以上细胞样本在不同频率信号下的幅值与相位峰值；将不同频率信号下的幅值与相位峰值输入至机器学习系统，训练产生细胞鉴别与计数的模型；再将上述过程中使用的两种或两种以上细胞样本制成多种细胞的混合细胞样本，重复上述实验操作，利用所述细胞鉴别与计数模型对所述混合细胞样本中的细胞进行种类鉴别与计数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法，其特征在于，将单一种类细胞样品经离心、重悬后得到细胞样本，重悬液为溶解透明质酸的磷酸盐缓冲液；然后将所述细胞样本注入电阻抗检测芯片(3)经过非对称正弦流道(39)进行单列聚焦；利用电阻抗检测仪器(4)对单列聚焦后的细胞进行电阻抗检测，利用信号处理分析系统(6)对细胞引起的信号峰值进行提取；重复上述过程，得到两种或两种以上细胞样本在不同频率信号下的幅值与相位峰值；将不同频率信号下的幅值与相位峰值输入至机器学习系统，训练产生细胞鉴别与计数的模型；再将上述过程中使用的两种或两种以上细胞样本制成多种细胞的混合细胞样本，重复上述实验操作，利用所述细胞鉴别与计数模型对所述混合细胞样本中的细胞进行种类鉴别与计数。


2.根据权利要求1所述的基于非对称正弦流道的细胞流式电阻抗检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：将单一种类细胞样品离心处理，并悬浮于溶解透明质酸的磷酸盐缓冲液中制成单一种类细胞样本；
步骤二：将所述单一种类细胞样本通入电阻抗检测芯片(3)中，并使细胞样本流经所述电阻抗检测芯片(3)内的非对称正弦流道(39)进行单列聚焦；
步骤三：设置与所述电阻抗检测芯片(3)连接的电阻抗检测仪器(4)的参数，通过电阻抗检测仪器(4)将混合多频交流电信号通过施加电极(35)传输到经非对称正弦流道(39)聚焦后的细胞样本；
步骤四：所述电阻抗检测仪器(4)通过反馈电极(36)将接收细胞样本的反馈信号，并对反馈信号进行处理：放大、差分以及锁相放大；
步骤五：利用信号处理系统(6)对所述步骤四中处理后的信号进行储存与分析；将锁相放大得到的不同频率下的幅值与相位信号进行基线修正，对细胞样本引起的信号峰值进行提取；
步骤六：重复步骤一至步骤五以对另一种或多种单一种类细胞样品分别进行检测；
步骤七：将两种或以上的细胞样本在不同频率信号下的幅值与相位峰值输入至机器学...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪中华，项楠，唐德治，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32