[发明专利]微波流式细胞仪及其测量方法在审

专利信息
申请号: 201510719653.X 申请日: 2015-10-30
公开(公告)号: CN105424581A 公开(公告)日: 2016-03-23
发明(设计)人: 高源慈;刘艺昭;马骁;冯晨晨;卢燕陵 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: G01N15/10 分类号: G01N15/10
代理公司: 成都点睛专利代理事务所(普通合伙) 51232 代理人: 敖欢;葛启函
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 微波 细胞 及其 测量方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种利用微波网络散射参数反演悬液中细胞介电常数的微波流式细胞仪及利用所述细胞仪测量细胞介电常数的方法,属于微波测量领域。

背景技术

流式细胞仪是20世纪70年代初发展起来的先进的对细胞进行自动分析和分选的检测仪器。它可以快速测量、存储、显示悬浮在液体中的分散细胞的一系列重要的生物物理、生物化学方面的特征参量,并可以根据预选的参量范围把指定的细胞亚群从中分选出来。流式细胞仪主要有四部分组成,它们是:流动室和液流系统;激光源和光学系统;光电管和检测系统;计算机和分析系统。流式细胞仪的一般工作原理:流式细胞仪可同时进行多参数测量,信息主要来自特异性荧光信号及非荧光散射信号。测量是在检测区进行的,所谓的检测区就是照射激光束和喷出孔的液流束垂直相交点。液流中央的单个细胞通过测量区时,受到激光照射会向立体角为2π的整个空间散射光线,散射光的波长和入射光的波长相同。散射光的强度及其空间分布与细胞大小、形态、质膜和细胞内部结构密切相关,因为这些生物学参数又和细胞对光线的反射、折射等光学特性有关。流式细胞术是分析细胞的一个重要技术,为细胞学研究手段之一,能够对细胞和细胞器及生物大分子进行高达每秒上万个染色体的分析,并可以进行细胞的多参数分析和细胞分选,这种以流动方式测量细胞的定量分析技术,目前在细胞生物学、医学等领域得到了广泛的应用。流式细胞术集鞘液原理、液流驱动系统、细胞染色、激光技术和计算机技术为一体。其中液流驱动系统为流式细胞术的核心技术之一,常采用鞘液包裹带动式。单细胞悬液在细胞流动室里被鞘液流包绕通过流动室内的一定孔径的孔,检测区在该孔的中心,细胞与此激光垂直相交,在鞘液流约束下细胞成单行排列依次通过激光检测区,流式细胞仪所测的细胞要求排列成单列,这种驱动方式下处理细胞悬液,对鞘液流的消耗量很大。流式细胞仪的核心部件流动室有交叉封闭式、开放式、空气喷射式、顶端开口式等形状,这些流动室的结构复杂,制造难度大。

在传统的流式细胞仪中,往往采用荧光检测和光散射原理,导致技术复杂而又价格昂贵、体积庞大,维持费用高,尤其是目前市场上的流式细胞仪基本被欧美发达国家的大公司所垄断,难以在普通实验室推广和使用。

发明内容

本发明的目的在于:解决传统流式细胞仪技术复杂、价格昂贵、体积庞大的问题;从微波测量技术领域入手,通过直接测量微波网络散射参数,反演细胞介电常数,进而达到分析细胞结构性质的目的。

为实现上述发明目的,本发明提供一种微波流式细胞仪,包括:同步信号源、测试传感器、对照传感器、两个微波检波器、差分放大器、A/D转换器、微处理器,所述同步信号源连接测试传感器和对照传感器的激励端,所述测试传感器和对照传感器均为嵌有两端宽中间窄的导体带的多层介质的共面波导,所述波导上安置U型液体管作为检测通道,所述两个微波检波器分别与所述两个共面波导的输出端相连,将来自两个传感器的信号送到差分放大器,所述差分放大器通过一个A/D转换器与微处理器相连。

导体带两端宽中间窄的设计既兼顾了端口阻抗50欧姆的要求,又达到了提高测量精度的目的。因为中间是测试区,中间窄是为了束缚中间的电磁场更加的集中;

作为优选方式,所述多层介质的共面波导包括:底部的接地板、接地板上方的介质基板、介质基板上方正中的包括两端宽部和中间窄部的导体带、所述导体带两侧的铜板、紧贴于所述导体带上方的粘合膜、粘合膜上方的玻璃板,所述导体带与铜板位于同一平面且两者隔有间隙,玻璃板底部设有U型通孔,U型通孔中安置U型液体管,U型通孔中间的弯曲部分位于中心导体带中间窄部的上方。

作为优选方式,导体带中间窄部和铜板之间的间隙填充磷酸盐缓冲液PBS,导体带两端宽部和铜板之间的间隙填充空气。中间填充高介电材料PBS是因为共面波导结构测量高介电的材料精度更高,而培养液是低介电的,所以这样能增加测试区域的总的介电常数,增加测量准确度。

作为优选方式,所述多层介质的共面波导长25.4mm、宽12.7mm,所述导体带两端的宽部分别长15mm、宽1.92mm,中间窄部长5mm、宽0.4mm,宽部和窄部由直线相连。

作为优选方式,导体带两端宽部和铜板之间的间隙为0.15mm,导体带中间窄部和铜板之间的间隙为0.06mm。

上述尺寸是经过反复优化仿真最终确定的,测量精度最高。

本发明还提供一种利用上述微波流式细胞仪测量细胞介电常数的方法,包括如下步骤:

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