基于微流控的颗粒检测器制造技术

公开了一种基于微流控的颗粒检测器，其由配样模块、进样模块、样本预处理模块、颗粒聚焦模块、系统监测及控制模块、传感器模块、信号输出与处理模块和显示与打印模块组成。配样模块完成待检测颗粒样本液的配制。进样模块实现颗粒样本液的自动化、定量、连续加注。样本预处理模块将样本液中的杂质颗粒去除并对颗粒横向位置进行调控。颗粒聚焦模块将目标颗粒聚焦至检测区域。系统监测及控制模块实时监测各参数变化并控制各动作组件。传感器模块实现对目标颗粒的准确检测。信号输出与处理模块将检测到的信号进行降噪、放大、输出。显示与打印模块将最终的颗粒数量、浓度、尺寸等信息进行屏幕显示，并输出至打印机进行书面报告打印。并输出至打印机进行书面报告打印。并输出至打印机进行书面报告打印。

【技术实现步骤摘要】
基于微流控的颗粒检测器


[0001]本专利技术属于颗粒检测
，特别是一种基于微流控的颗粒检测器。

技术介绍

[0002]颗粒检测在大气监测、环境(水)治理、工业制药、临床诊断、生物技术、食品检测、机械检测等领域有着广泛的应用。例如通过检测大气气溶胶颗粒的浓度和粒径分布了解颗粒物特性和来源并评估空气质量；通过检测工业废水中细菌、病毒的颗粒大小和数目判断废水质量；通过对尿液样本中细菌颗粒的分类和计数分析尿路感染疾病的临床症状，比传统的沉积物分析方法有更高的效率和准确性；以转基因腺病毒为载体的转基因药物的精确定量估计有助于保障治疗基因的成功表达同时避免过多腺病毒的摄入；食品如乳制品中细菌颗粒物的计数用于评估产品的质量；发动机、旋转机器或齿轮箱中零件的健康状况监测可通过检测润滑油中金属磨粒的粒径和浓度实现。可见微颗粒检测是相关环境安全评估、产品质量评估的关键指标。因而，颗粒检测对于上述领域中环境安全和产品质量的保证至关重要。
[0003]典型的颗粒检测器是用于生物医学领域的流式细胞仪，其利用细胞颗粒的散射特性或所附着探针的荧光强度检测，价格昂贵、体积庞大且操作复杂，随着微流控技术的发展以及越来越多应用场景的需要，微流控式颗粒检测器因其样本消耗量少、便携的优点而被广泛研究。基于微流控技术的颗粒检测原理主要有光信号检测和电信号检测两种方式。基于电阻检测的方式实际上是库尔特计数器在微通道中的集成，但由于产生电阻响应需要电解质环境，因此以直流电阻为检测信号的电阻式颗粒检测器难以检测在绝缘流体(如润滑油)中的金属颗粒，而采用以交流电容为检测信号的电容式颗粒检测器虽然可以检测低电导率流体中的颗粒，但其需要用于严格调控交流电压频率的调频控制器，且与电阻式颗粒检测器相同难以避免因电极和待测流体接触界面处的电荷屏蔽效应而引起的阻抗值失真，检测部件结构复杂，且所需辅助检测设备价格昂贵。基于光信号检测的方式对待检测颗粒无特定要求，但目前市面上已有的基于光信号的检测器，如光散射计数器因其复杂的光路而需要精密、昂贵的光学元件。利用光阻挡原理的光阻挡检测器通过检测被颗粒遮挡的无光区域对颗粒进行检测和计数，但目前市面上的光阻挡检测器通常用于大尺寸物体的检测，对微纳米尺度的物体无法准确检测。这是因为其受光面较大，被颗粒遮挡的无光区域在其中的占比较小，造成比较低的信噪比和检测精度。此外，市面上用于光学检测的光纤尺寸通常为固定规格，无法灵活调整，使得通过调控光纤的尺寸实现对信噪比的调控变得极其困难。
[0004]另外，检测区域上游颗粒的流体动力精准聚焦是颗粒被准确检测的必要前提，现有装置中通常采用鞘流挤压的方式实现颗粒聚焦，难以严格控制颗粒单排通过检测区域，容易造成误检和低检测率。
[0005]综上所述，急需发展一种精度高、成本低、适用性强、体积小、便携的微/纳米颗粒检测器。
[0006]在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于微流控的颗粒检测器，具有自动配样、进样、样本预处理、颗粒聚焦、系统检测及控制、颗粒检测、信号输出与处理、结果显示与打印等功能，在生物医学、食品安全检测及环境监测等领域有着巨大的应用潜力。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现，
[0009]一种基于微流控的颗粒检测器包括，
[0010]颗粒聚焦模块，其位于微流控芯片上，为具有不同通道直径的多个聚焦通道，所述聚焦通道为截面先缩小而后增加的微通道以逐个通过目标颗粒；
[0011]传感器模块，其位于所述多个聚焦通道下游，所述传感器模块包括，
[0012]多个激光笔，其分别垂直照射所述聚焦通道下游，
[0013]入射光孔层，其为贴附于微流控芯片一侧的不透光层，所述入射光孔层具有在垂直方向对齐所述激光笔的第一通孔，
[0014]出射光孔层，其为贴附于微流控芯片一侧的不透光层，所述出射光孔层具有在垂直方向对齐所述第一通孔或与第一通孔成一定角度的第二通孔，其中，入射光孔层与出射光孔层可在同侧或异侧，
[0015]光电转换元件，其经由所述第二通孔采集来自所述激光笔的光信号以生成目标颗粒的检测信息。
[0016]所述的基于微流控的颗粒检测器中，弹性微结构体筛分颗粒样本液中小于预定尺寸的目标颗粒以进入所述聚焦通道，所述弹性微结构体为高度大于目标颗粒直径的实心或中空棒，所述弹性微结构体经由软管连接气泵以调节弹性微结构体之间的间距。
[0017]所述的基于微流控的颗粒检测器中，所述第一通孔和第二通孔的孔径可调。
[0018]所述的基于微流控的颗粒检测器中，所述光电转换元件具有接收光信号的光纤头，其角度可调，以接收不同角度的光散射信号。
[0019]所述的基于微流控的颗粒检测器中，信号输出与处理模块连接所述光电转换元件以基于所述检测信息生成待测颗粒的粒径、数量或浓度，显示与打印模块连接所述信号输出与处理模块以显示和打印。
[0020]所述的基于微流控的颗粒检测器中，聚焦通道中流体为粘弹性流体溶液。
[0021]所述的基于微流控的颗粒检测器中，粘弹性流体溶液为聚乙烯吡咯烷酮或聚氧化乙烯溶液。
[0022]所述的基于微流控的颗粒检测器中，所述基于微流控的颗粒检测器还包括连接配样模块、进样模块、样本预处理模块、颗粒聚焦模块、传感器模块、信号输出与处理模块和显示与打印模块的系统监测及控制模块，
[0023]系统监测及控制模块控制所述流量计量开关、第一电控开关、第二电控开关、磁力搅拌器和超声振荡器以配制待检测的颗粒样本液，
[0024]响应于所述压力数据和流量数据，系统监测及控制模块控制所述泵泵送待检测的颗粒样本液，
[0025]系统监测及控制模块基于预定尺寸控制所述气泵调节弹性微结构体之间的间距，控制激光笔的光学参数、第一通孔和第二通孔的孔径以及控制信号输出与处理模块生成检测结果并经由所述显示与打印模块显示和打印。
[0026]当所述聚焦通道被堵塞时，系统监测及控制模块通过调控泵的抽吸动作，改变上游与下游的压力使流体反向或往复流动以疏通聚焦通道。
[0027]所述聚焦通道的渐缩段内侧壁设有压力传感器或基于光干涉原理的薄膜传感器，当渐缩段通道内发生阻塞时，压力传感器或基于光干涉原理的新型薄膜传感器的信号输出为系统监测及控制模块判断通道是否阻塞提供依据。
[0028]优选地，在另一组技术方案中，一种基于微流控的颗粒检测器包括：
[0029]样本预处理模块，其包括颗粒液过滤子模块和颗粒分选子模块，其中，颗粒液过滤子模块包括，
[0030]管路，其导入待检测的颗粒样本液，
[0031]栅栏结构，其垂直地设于所述管路中以通过所述颗粒样本液中小于预定尺寸的目标颗粒，所述栅栏结构由弹性微结构体构成，
[0032]颗粒分选子模块，其位于所述颗粒液过滤子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控的颗粒检测器，其特征在于，其包括，颗粒聚焦模块，其位于微流控芯片上，为具有不同通道直径的多个聚焦通道，所述聚焦通道为截面先缩小而后增加的微通道以逐个通过目标颗粒；传感器模块，其位于所述多个聚焦通道下游，所述传感器模块包括，多个激光笔，其分别垂直照射所述聚焦通道下游；入射光孔层，其为贴附于微流控芯片一侧的不透光层，所述入射光孔层具有在垂直方向对齐所述激光笔的第一通孔；出射光孔层，其为贴附于微流控芯片一侧的不透光层，所述出射光孔层具有在垂直方向对齐所述第一通孔或与第一通孔成一定角度的第二通孔，其中，入射光孔层与出射光孔层可在同侧或异侧；光电转换元件，其经由所述第二通孔采集来自所述激光笔的光信号以生成目标颗粒的检测信息。2.根据权利要求1所述的基于微流控的颗粒检测器，其特征在于，优选的，弹性微结构体筛分颗粒样本液中小于预定尺寸的目标颗粒以进入所述聚焦通道，所述弹性微结构体为高度大于目标颗粒直径的实心或中空棒，所述弹性微结构体经由软管连接气泵以调节弹性微结构体之间的间距。3.根据权利要求1所述的基于微流控的颗粒检测器，其特征在于，所述第一通孔和第二通孔的孔径可调。4.根据权利要求1所述的基于微流控的颗粒检测器，其特征在于，所述光电转换元件具有接收光信号的光纤头，其角度可调，以接收不同角度的光散射信号。5.根据权利要求1所述的基于微流控的颗粒检测器，其特征在于，信号输出与处理模块连接所述光电转换元件以基于所述检测信息生成待测颗粒的粒径、数量或浓度，显示与打印模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：范亮亮，荀振宇，赵亮，赵宏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：