微流控细胞，细菌或粒子等的动态实时电阻抗检测

【概述】

       电阻抗测量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。基于电阻抗检测的流式细胞仪作为无标记、非侵入式技术而被广泛的应用于细胞的计数、分选、捕获、分离及鉴别等。目前，结合荧光激活细胞分选（fluorescent activated cell sorting，FACS）的荧光标记技术可以快速、准确的实现高通量的细胞分选。但是，FACS技术有两个主要缺点：一是需要使用标记和抗体对细胞进行修饰，这意味着有可能会改变研究对象；二是FACS设备非常昂贵且操作复杂。基于电阻抗检测的微流控技术由于无需对测量对象做标记，也不会侵入到其内部，从而不会对其造成任何破坏。此外，微流控电阻抗检测技术所用的样品量较小，而且基于电阻抗检测的设备易于操作和携带。所以，基于电阻抗检测的微流控技术为细胞检测提供了一个全新的分析方法。

【实验原理】

       下图是微流控细胞计数的连接示意图，示意图中用到的信号测量仪器是Zurich Instruments MFLI锁相放大器和跨阻差分放大器HF2TA。当然，也可以使用HF2LI锁相放大器和HF2TA电流放大器来测量细胞通过电极区域时的微弱电流信号。

对面电极结构的玻璃芯片连接示意图

共面电极结构的PDMS芯片连接示意图

       下面将以MFLI锁相放大器为例来阐述微流控细胞计数检测的工作原理。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，芯片结构示意图如下图所示。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。

【实验/设备条件】

HF2LI双通道锁相放大器

HF2TA差分跨阻放大器

Elveflow微流控OB1压力控制器

Micronit玻璃电极芯片

【实验结果】

       在LabOne操作软件的Plotter工具中可以实时的观察微流控芯片通道内的细胞、细菌、粒子等通过测量电极时的阻抗变化。所测量的阻抗峰数据可以保存到本地的电脑硬盘上。下图是Plotter工具实时检测的实验截图。

       如下是几个典型的实时检测视频。

单一频率下的微流控电极芯片内实时细胞的动态检测

两个检测频率同时实时的检测微流控芯片通道内的细胞