一种多频阻抗学的血细胞分类计数芯片及计数方法技术

本发明专利技术提供一种多频阻抗学的细胞分类计数芯片及分类方法，包括基底、电极，基底上开设有通道，通道进口端连接蠕动泵，在通道上布置有电极，按照从左至右的顺序依次是电源输入电极Ⅰ、浮动电极Ⅰ、信号检测电极Ⅰ、电源输入电极Ⅱ、信号检测电极Ⅱ、浮动电极Ⅱ以及电源输入电极Ⅲ。本发明专利技术对普遍存在的高度影响因素进行校正，同时利用多频阻抗交流方法检测多个细胞电特性，对细胞进行高精确的分类，实现同荧光标记法和光散射法相比拟的准确性。标记法和光散射法相比拟的准确性。标记法和光散射法相比拟的准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种多频阻抗学的血细胞分类计数芯片及计数方法


[0001]本专利技术属于细胞生物学计数领域，尤其涉及一种多频阻抗学的血细胞分类计数芯片及计数方法。

技术介绍

[0002]区分和计数血细胞亚型对于医学诊断是必不可少的，细胞计数是许多疾病早期诊断决策的一项基本医学检查。在过去的十年里，基于微流控阻抗的细胞技术被认为是一种多细胞电学特性的低成本、无标记的细胞分类技术。这其中白细胞分化计数(LDC)包括3部分(淋巴细胞、单核细胞和粒细胞)是诊断感染性疾病和免疫状况的重要血细胞计数方法之一。与需要激光散射系统和荧光染色的五部分LDC不同，三部分LDC方法是无污染的，并且可以与用于护理垫检测和家庭自检的可靠、便携和经济实惠的自动化全血计数器集成在一起。
[0003]然而，三部分LDC细胞计数器多数采用库尔特原理，利用细胞通过小孔时的直流电压变化，根据细胞体积对白细胞进行分类，这会使得相同患者的单核细胞计数有显著差异，导致单核细胞和粒细胞仅按细胞直径计数不准确(单核细胞与粒细胞的大小相似)。因此需要更多关于细胞形态的信息，例如细胞间的透明度和复杂性，以提高检测的准确性。
[0004]交流阻抗细胞技术凭借单细胞检测的高通量和高灵敏度在微流控领域引起了极大的兴趣。交流阻抗方法不仅可以从低交流频率(＜1MHz)获得细胞直径，还可以从其他交流频率(＞1MHz)获得额外的细胞特性，例如细胞膜电容、电阻以及细胞质电导率和介电常数。这些单细胞的电学特性可以提高三部分LDC的精度。
[0005]现有技术一的技术方案：/>[0006]平行电极
[0007]很多工作利用微流控通道中的平行电极来实现高灵敏度的白细胞分类，这一方式在低频下阻抗测量准确性低，因为低频电流会受到不均匀电场的粒子位置的影响，同时高频电流也受到通道内单细胞高度的影响，造成单细胞阻抗测量中有很大的差异。
[0008]现有技术一的缺点：
[0009](1)复杂的器件组装对准技术
[0010](2)需要多个步骤的光刻和金属沉积步骤
[0011](3)电极之间电场不均匀，造成阻抗测量受到垂直位置因素的严重影响
[0012](4)可靠性低、成本高
[0013]现有技术二的技术方案
[0014]光散射技术
[0015]细胞通过光束时使光线发生散射，前向散射与细胞大小有关，而侧向散射则取决于颗粒/细胞的密度(即胞浆颗粒数量、细胞膜尺寸)。因此，透过这种方式，根据细胞大小和密度通常可把不同细胞群区分开。光散射技术通常会与鞘流技术结合进行细胞的检测。检测前会将细胞制备成稀释的悬浮缓冲从进样口加入，由于鞘液的作用，细胞被限制在液流
的轴线上，从而能通过一个非常小的喷嘴。这种微小的“微液束”使细胞一个接一个地通过激光。细胞/颗粒通过通道时所散射的光线将被多个检测器检测到。
[0016]现有技术二的缺点
[0017](1)需要精度很高且造价昂贵的光学仪器，会导致成本的上涨。
[0018](2)鞘流技术增加了系统的复杂度，浪费大量的额外流体。
[0019](3)检测之前需要对红细胞进行溶解，否则会出现大量噪声。
[0020](4)红细胞的裂解会丢失相关红细胞指标信息，对相关疾病诊断缺少数据支撑。

技术实现思路

[0021]本专利技术的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种多频阻抗学的血细胞分类计数芯片及计数方法。
[0022]本专利技术的一种多频阻抗学的血细胞分类计数芯片，是一种微流控高通量(高达1000个细胞/秒)的多频阻抗学的血细胞分类计数芯片，它具有独特的共面电极配置，以消除高度依赖的灵敏度变化，从而准确地绘制电细胞轮廓，同时可以显著降低器件制造的复杂性和成本。所提出的位置不敏感的计数芯片使准确的三部分白细胞分类和定量可与基于荧光的细胞检测方法相比拟。此外，与传统的白细胞分类方法不同，本专利技术所设计的计数芯片可以简单地根据红细胞大小区分红细胞，并同时表征红细胞的平均大小和分布宽度，从而在减少检测时间的情况下为诊断提供红细胞指标。该微流控计数芯片具有巨大的潜力，可以为许多疾病(如感染、癌症和艾滋病毒)提供临床实用的护理点血液分析。
[0023]本专利技术采用如下技术方案：
[0024]一种多频阻抗学的细胞分类计数芯片，基底、电极，基底上开设有通道，通道进口端连接蠕动泵，用于提供动力，电极嵌入通道底部，按照从左至右的顺序依次是电源输入电极Ⅰ、浮动电极Ⅰ、信号检测电极Ⅰ、电源输入电极Ⅱ、信号检测电极Ⅱ、浮动电极Ⅱ以及电源输入电极Ⅲ；
[0025]其中，电源输入电极Ⅰ接180度相位电压(锁相放大器)，电源输入电极Ⅱ接0度相位电压(锁相放大器)，电源输入电极Ⅲ接入电压与电源输入电极Ⅰ相同(锁相放大器)，信号检测电极Ⅰ、信号检测电极Ⅱ连接I
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V转换器(差分放大器)并对信号进行差分放大，以消除介质中的电噪声和I
‑
V转换器(差分放大器)的固有电噪声，浮动电极Ⅰ、浮动电极Ⅱ用于高度校准，当中心及两侧交流电压输入时，会在浮动电极Ⅰ、浮动电极Ⅱ上引起非均匀的电场分布，导致检测结果中的电流信号呈现双峰形状，双峰之间谷的高度取决于流过通道的细胞的高度，利用该特征进行检测信号的校准以消除细胞运动高度对阻抗结果检测的影响，通道内充满高导电介质；
[0026]对于差分阶段，当没有细胞流过电极时，两个具有相同幅度和频率但相位角相反的交流电流信号相加为零，当细胞微粒通过通道时，它会导致电极之间的电流信号发生变化，由于相位抵消信号基线的峰，峰值电流幅度受到抑制，因此需要通过I
‑
V转换器(差分放大器)中的放大器扩大信号增益，避免电压削波，以实现事件的电信号的检测。
[0027]电源输入电极Ⅰ、电源输入电极Ⅱ、电源输入电极Ⅲ的电极宽度为20微米，间距为10微米。
[0028]通道的宽度为20微米，高20微米。
[0029]浮动电极具有更大的宽度25微米。
[0030]浮动电极Ⅰ、浮动电极Ⅱ与相邻电极之间间距设置距离为7.5微米。
[0031]一种多频阻抗学的细胞分类计数芯片对白细胞计数的方法，包括步骤：
[0032]步骤1.以相反的相角向细胞分类计数芯片提供4个频率的电压以提高信噪比，分别是0.26MHz、1MHz、8MHz和25MHz；
[0033]步骤2.用蠕动泵以100mbar的速度向细胞分类计数芯片注入富含白细胞的样本；
[0034]步骤3.血细胞通过微流体通道，造成测量区域的液体发生变化，这一变化可以用多频率的复阻抗来测量，以28.8kSamples/s的采样率对复阻抗进行采集；
[0035]步骤4.利用白细胞阻抗数据聚类基于其电特性，选用人外周血细胞作为验证分类的对照样本，手动设置检测阈值后检测出血液样本的全血白细胞中，淋巴细胞、单核细胞和粒细胞的比例。
[0036]进一步的，步骤4中，白细胞阻抗数据聚类基于其电特性，是指不透明度(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多频阻抗学的细胞分类计数芯片，包括基底、电极，其特征在于，基底上开设有通道，通道进口端连接蠕动泵，电极嵌入通道底部，按照从左至右的顺序依次是电源输入电极Ⅰ、浮动电极Ⅰ、信号检测电极Ⅰ、电源输入电极Ⅱ、信号检测电极Ⅱ、浮动电极Ⅱ以及电源输入电极Ⅲ；其中电源输入电极Ⅰ接180度相位电压，电源输入电极Ⅱ接0度相位电压，电源输入电极Ⅲ接与电源输入电极I相同的电压，信号检测电极Ⅰ、信号检测电极Ⅱ连接差分放大器并对信号进行差分放大，浮动电极Ⅰ、浮动电极Ⅱ用于高度校准，当中心及两侧交流电压输入时，会在浮动电极Ⅰ、浮动电极Ⅱ上引起非均匀的电场分布，导致检测结果中的电流信号呈现双峰形状，双峰之间谷的高度取决于流过通道的细胞的高度，利用该特征进行检测信号的校准以消除细胞运动高度对阻抗结果检测的影响，通道内充满高导电介质；对于差分阶段，当没有细胞流过电极时，两个具有相同幅度和频率但相位角相反的交流电流信号相加为零，当细胞微粒通过通道时，电极之间的电流信号发生变化，由于相位抵消信号基线的峰，峰值电流幅度受到抑制，通过差分放大器中的放大器扩大信号增益，避免电压削波，实现事件的电信号的检测。2.根据权利要求1所述的多频阻抗学的细胞分类计数芯片，其特征在于，电源输入电极Ⅰ、电源输入电极Ⅱ、电源输入电极Ⅲ的电极宽度为20微米，间距为10微米。3.根据权利要求1所述的多频阻抗学的细胞分类计数芯片，其特征在于，通道的宽度为20微米，高20微米。4.根据权利要求1所述的多频阻抗学的细胞分类计数芯片，其特征在于，浮动电极宽度25微米。5.根据权利要求1所述的多频阻抗学的细胞分类计数芯片，其特征在于，浮动电极Ⅰ、浮动电极Ⅱ与相邻电极之间间距设置距离为7.5微米。6.根据权利要求1一种多频阻抗学的细胞分类计数芯片对白细胞计数的方法，其特征在于，包括步骤：步骤1.以相反的相角向细胞分类计数芯片提供4个频率的电压以提高信噪比，分别是0.26MHz、1MHz、8MHz和25MHz；步骤2.用蠕动泵以100mbar的速度向细胞分类计数芯片注入富含白细胞的样本；步骤3.血细胞通过微流体通道，造成测量区域的液体发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭劲宏，严家圣，
申请(专利权)人：四川成电医联科技咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：