一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置及其方法，该装置包括设置在微通道内的多个共面电极对，其中，多个共面电极对之间的间距互不相同，共面电极对通过焊盘连接有对应的感应电路，感应电路连接有处理器，感应电路用于检测共面电极对的颗粒识别信号幅值；处理器根据多个颗粒识别信号幅值，基于预先训练好的颗粒探测模型，输出得到对应的颗粒大小和高度数据。与现有技术相比，本发明专利技术通过在微通道设置非等间距共面电极对，并结合机器学习算法，以进行颗粒大小和高度的探测，能够克服通道中粒子位置对测量信号产生的不良影响，提高对于颗粒大小高度的探测准确性。提高对于颗粒大小高度的探测准确性。提高对于颗粒大小高度的探测准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置及其方法


[0001]本专利技术涉及电阻脉冲传感
，尤其是涉及一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置及其方法。

技术介绍

[0002]电阻脉冲传感器是一种通过测量微颗粒或者细胞通过微通道时产生的电阻变化来表征粒子相关性质的仪器[1]。通道电阻可以通过共面电极来感应并测量，这种共面电极采用光刻的方法制作，易于小型化、组装简单(只需将通道粘在电极上)，也方便与其他电子元件(如晶体管)直接集成用于信号处理。但由于共面电极产生的电场并不均匀，这就导致通道中粒子的位置对产生的信号影响很大，从而影响对颗粒大小、密度等其他参数的表征[2]。
[0003]为了克服粒子位置对测量信号产生的不良影响，来自瑞典德隆大学的研究者们通过利用二维声聚焦的技术，将颗粒聚焦在通道中的固定位置，从而减小颗粒横向或纵向的位置扩散[3]，通过这种方法消除了颗粒零散分布在不同位置的情况。来自土耳其Aksaray大学的研究者们开发了一种精确无聚焦的电阻脉冲系统，他们制作了一种浅层微通道，并通过调节通道尺寸和颗粒大小来实现精确的无聚焦微流控阻抗细胞术[4]。来自中科院的研究者们不是致力于消除高度的影响，而是测量分析了颗粒的高度信息，他们使用五个共面电极通过从信号中得到的四个参数来进行模板拟合，进而得到颗粒速度、高度以及直径等具体信息[5]。来自法国国家科学院的研究者们通过一对共面星形电极来实时估计粒子的位置，他们是利用卡尔曼滤波将探测到的电流的变化与粒子的速度相结合来预测颗粒的位置[6]。
[0004]综上所述，现有技术主要分为两大类：一类是致力于消除颗粒位置对测量信号的影响，其中又分为聚焦的方法和无聚焦的方法，另一类则是通过测量颗粒高度的相关信息，从而更精确地进行颗粒参数表征。其中，聚焦方法的使用往往需要复杂的器件设计和额外的流体系统(如注射器和压力泵)或控制系统(如声聚焦控制系统)，而且流体速度的增加也会对这种技术带来新的挑战，因此并不适用于微流体系统当中；而非聚焦方法的使用通常是以减小通道尺寸或调整颗粒大小等手段实现的，这种策略极大地增加了通道阻塞的风险，并减少了可测试的细胞或粒子的范围，因此它在异质性生物样品中的应用受到了限制。在进行测量颗粒高度的方案设计当中，中科院使用的较长的传感区域增加了同时检测的风险，法国国家科学院提出的使用卡尔曼滤波来预测颗粒实时位置的方法则并不适用于非均匀生物样品。
[0005]以下给出检索的相关文献：
[0006]1.Song,Y.,J.Zhang,and D.Li,Microfluidic and Nanofluidic Resistive Pulse Sensing:A Review.Micromachines,2017.8(7).
[0007]2.Schuett,J.,et al.,Nanocytometer for smart analysis of peripheral blood and acute myeloid leukemia:a pilot study.Nano Letters,2020.20(9):
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[0008]3.Grenvall,C.,et al.,Two
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dimensional acoustic particle focusing enables sheathless chip Coulter counter with planar electrode configuration.Lab on a Chip,2014.14(24):p.4629
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[0009]4.Bilican,I.,et al.,Focusing
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free impedimetric differentiation of red blood cells and leukemia cells:A system optimization.Sensors and Actuators B
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Chemical,2020.307.
[0010]5.Vaclavek,T.,J.Prikryl,and F.Foret,Resistive pulse sensing as particle counting and sizing method in microfluidic systems:Designs and applications review.Journal of Separation Science,2019.42(1):p.445
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[0011]6.Brazey,B.,et al.,Impedance
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time position sensor for lab
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on
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a
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chip devices.Lab on a Chip,2018.18(5):p.818
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831.

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置及其方法，能够克服通道中粒子位置对测量信号产生的不良影响，提高对于颗粒大小高度的探测准确性。
[0013]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置，包括设置在微通道内的多个共面电极对，所述多个共面电极对之间的间距互不相同，所述共面电极对通过焊盘连接有对应的感应电路，所述感应电路连接有处理器，所述感应电路用于检测共面电极对的颗粒识别信号幅值；
[0014]所述处理器根据多个颗粒识别信号幅值，基于预先训练好的颗粒探测模型，输出得到对应的颗粒大小和高度数据。
[0015]进一步地，所述共面电极对位于微通道的底部。
[0016]进一步地，所述共面电极对位于微通道的内壁。
[0017]进一步地，所述多个共面电极对的尺寸互不相同。
[0018]一种用于探测颗粒大小高度的方法，包括以下步骤：
[0019]S1、获取多个已知颗粒大小和高度的样本数据；
[0020]S2、基于样本数据以及设置于微通道的多个共面电极对，通过感应电路检测得到对应的颗粒识别信号幅值，结合机器学习算法，训练得到颗粒探测模型；
[0021]S3、针对待测颗粒，基于设置于微通道的多个共面电极对，通过感应电路检测得到待测颗粒的识别信号幅值；
[0022]S4、将待测颗粒的识别信号幅值输入颗粒探测模型，输出得到待测颗粒的大小和高度数据。
[0023]进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0024]S21、基于样本数据以及设置于微通道的多个共面电极对，通过与共面电极对应的感应电路，检测得到多个共面电极对在同一样本数据下的一组颗粒识别信号幅值；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置，其特征在于，包括设置在微通道内的多个共面电极对，所述多个共面电极对之间的间距互不相同，所述共面电极对通过焊盘连接有对应的感应电路，所述感应电路连接有处理器，所述感应电路用于检测共面电极对的颗粒识别信号幅值；所述处理器根据多个颗粒识别信号幅值，基于预先训练好的颗粒探测模型，输出得到对应的颗粒大小和高度数据。2.根据权利要求1所述的一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置，其特征在于，所述共面电极对位于微通道的底部。3.根据权利要求1所述的一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置，其特征在于，所述共面电极对位于微通道的内壁。4.根据权利要求1所述的一种用于探测颗粒大小高度的电阻脉冲传感装置，其特征在于，所述多个共面电极对的尺寸互不相同。5.一种用于探测颗粒大小高度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取多个已知颗粒大小和高度的样本数据；S2、基于样本数据以及设置于微通道的多个共面电极对，通过感应电路检测得到对应的颗粒识别信号幅值，结合机器学习算法，训练得到颗粒探测模型；S3、针对待测颗粒，基于设置于微通道的多个共面...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘安，王琪，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：