微流控单细胞计数/分选

电阻抗检测技术广泛应用于材料科学、生命科学、食品安全、疾病诊断等领域。在微流控领域，电阻抗检测技术可应用于单细胞或微液滴的检测与分析、生物组织分析、细胞计数、细胞分选、交流介电电泳（DEP）和生物阻抗测量等。实验室内的微流控电阻抗检测系统在一定程度上可以看成是由多个不同功能的模块经过有效的有机组合而成的。该检测系统主要包括五个模块：微流控电阻抗检测芯片、微流控芯片进样泵、流量计或压力计、电阻抗分析仪/锁相放大器、光学显微镜等，如下图所示。

对于以上四个模块的组合，我们仅仅给出一个微流控电阻抗检测系统的连接示例，如下图1所示。对于该系统中所用到的设备，可以使用其他的实验设备进行代替，但是总体的连接方式是相同的。MFCS或者OB1Mk3驱动泵把储液池内的液体推入到微流控芯片的通道内。MFLI或者HF2LI产生一个或多个不同频率的正弦电压信号，施加在电阻抗芯片的激励电极上，敏感电极测量到的电流信号经过跨阻放大器转化为电压信号并对信号进行放大。放大后的电压信号输送到MFLI或者HF2LI锁相放大器。MFLI或者HF2LI锁相放大器和MFCS或者OB1mk3驱动泵的参数调节和控制都在PC电脑上的LabOne软件和MAESFLO软件或者Elveflow Smart Interface上进行设置。

图1 微流控动态电阻抗检测系统连接图

HF2仪器与电阻抗芯片连接的实物图

如下以瑞士苏黎世仪器的MFLI锁相放大器连接电阻抗芯片为例介绍微流控动态电阻抗检测的原理。

MFLI锁相放大器与电阻抗芯片的连接图

动态电阻抗检测可用于测量微流体芯片通道内单个粒子的介电特性。以两对共面电极的微流控电阻抗芯片为例介绍动态电阻抗检测的过程，芯片结构示意图[8]如上图所示。在微流体芯片通道内加工两对金属微电极，一对微电极作为测量电极，用于测量介质溶液中单个粒子经过时的电流变化，而另一对电极作为参考电极，仅用于测量介质溶液的电流。当MFLI锁相放大器对两对电极同时施加一定幅值且具有一个频率或多个不同频率的交流信号时，微流体芯片通道内两对电极之间会产生电场。当粒子经过电极对之间的间隙时，电场会受到扰动而产生电流的变化，电流变化的幅度取决于粒子的尺寸、形状和介电性质。变化的电流经跨阻差分放大器进行放大并转换为差分电压信号。MFLI锁相放大器同时解调一个频率或多个不同频率的差分电压信号，从而给出每一个频率信号的同相分量和正交分量或者幅值和相位值，同时抵制所有其他频率信号的干扰。所测量的电阻抗的变化可在本地电脑上的LabOne软件里的Plotter进行实时观察且测量的数据可直接保存在本地电脑，方便后续使用MATLAB、Python等软件进行分析处理。

LabOne软件显示动态差分测量的显示曲线

带有共面金属电极的PDMS芯片中产生油包水微液滴，石蜡油为连续相（含span80表面活性剂），经过滤后的去离子水为分散相。产生的微液滴如下视频所示。

MFLI锁相放大器动态差分输入检测PDMS芯片中产生的微液滴视频如下所示。