可抛弃式多功能集成电阻抗细胞检测芯片的研究

• 作 者: 郑宇
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 电阻抗检测 激光加工 聚焦与分选 粘弹性聚焦 高通量

随着微流控技术和单细胞电阻抗技术的不断成熟,集成了微电极的微流控芯片在医疗诊断等即时检测仪器方面得到了更为广泛的关注。然而传统微流控芯片加工技术对于低成本大批量的微流控芯片制作由于其昂贵的设备和繁琐的加工流程而受到了限制。本文以激光切割技术为基础,针对课题组现有的单细胞电阻抗检测平台,研究了低成本的薄膜型的集成了聚焦或者分选功能以及微电极的微流控芯片。论文取得的具体研究成果如下:(1)对集成惯性聚焦、分选以及液体传感电极的微流控芯片进行了探究。设计了能实现惯性聚焦、分选与直流电阻抗检测的螺旋微流道。使用该芯片获得了实现粒子与细胞混合液聚焦、分选的流速范围。并用单细胞电阻抗检测平台对激光切割技术制作的微流控芯片进行了性能探究。微电极采用Ag/AgCl电极配合KCl溶液作为电极腔补充液,利用离子交换的原理进行检测区域处电信号的测量。通过实验对电极腔补充液的最佳通量进行了优化,并探究了不同尺寸粒子的阻抗峰与其体积之间的严格线性关系。集成了惯性聚焦、分选与单细胞电阻抗检测,对经过聚焦、分选并通过检测区域的目标微粒进行计数。该芯片实现了高样品液通量的分选与库尔特计数。(2)对集成了粘弹性聚焦、分选以及电镀立体电极的微流控芯片进行了探究。设计了一种集成电镀电极的缩扩直流道薄膜芯片,使用该芯片探究了不同质量分数透明质酸溶液(HA溶液)中粒子的聚焦与分选效果,得到质量分数为0.1%的HA溶液具有最好的聚焦和分选效果。探究了电镀立体铜电极的工艺流程,并得到其工艺参数。对电镀的铜电极实验后发现其氧化现象,改进电镀电极工艺,在电镀铜层后继续在铜表面镀金。对电镀立体电极和平面ITO电极进行了对比实验,发现立体电极能够产生更均匀和更强的电场。实现了集成粘弹性聚焦、分选与交流电阻抗检测的实验探究。(3)对集成了缩扩直流道聚焦以及液体金属电极的微流控芯片进行了探究。设计了一种上侧具有缩扩结构的直流道薄膜型芯片,对该芯片的聚焦效果进行了探究,对比普通直流道,该芯片能实现粒子的三维聚焦功能。同时使用该芯片对MCF-7、Hela和PC-3细胞进行了聚焦现象的观察并得到优异的效果。探究了液体金属制作微电极的工艺,利用单细胞电阻抗检测平台对集成该电极的薄膜芯片进行了性能探究,发现该电极既能用于直流电阻抗检测又能用于交流电阻抗检测。实现了集成高通量惯性聚焦与直流检测计数的功能。