[实用新型]一种基于非均匀电场的阻抗脉冲颗粒计数装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及颗粒检测技术领域，具体说是涉及一种基于非均匀电场的阻抗脉冲颗粒计数装置。

背景技术

准确地对样品中颗粒进行计数在多个领域具有重要的意义和需求；例如，在生物医学研究、公众健康检测和海洋环境监测等领域，对研究用于确定目标物(如细菌、病毒和海洋微生物等)的个数的便携式颗粒快速计数装置或方法，一直有着迫切的需求。

目前现有常用的颗粒计数的方法包括下述几种：

1)光阻法(光学干涉原理)：光阻法是目前应用最为广泛的颗粒计数方法，又称光障碍法或光遮挡法，是利用微粒对光的遮挡所发生的光强度变化进行微粒粒径检测的方法。此方法原理简单，但需要较为昂贵且结构复杂的光电转换系统，而且检测精度低；

2)电感法：电感法利用颗粒通过检测微孔时会改变微孔电感的现象，对检测微孔电感信号的变化加以监测，可以实现颗粒计数。此方法原理简单，可以对各种金属颗粒进行检测，但仅适用于金属颗粒，检测精度也受限；

3)电容法：电容法是一种非接触式检测方法，当颗粒经过检测微孔时，会改变微孔的电容，通过监测微孔电容信号的变化，可以实现颗粒计数。此方法可以用于低导电溶液(例如油液)中的颗粒计数，且电容检测对象主要为金属颗粒，但微小电容的检测依赖于高精度的检测仪器，因而限制了其便携化发展。

4)激光诱导荧光检测法：颗粒在激光照射后自带荧光，可以被光电传感器检测到并实现颗粒计数。此方法尤其适用于血液分析、免疫学和微生物学相关领域，计数准确，检测方便，但是检测前必须对样品进行处理，检测所用光学元件成本高且结构复杂，无法检测极微小的颗粒；

5)电阻脉冲法(RPS)：电阻脉冲法是基于当颗粒流经存在电场的微孔，微孔处两端电压变化而产生检测信号，实现检测；此方法操作简便，是目前精度最高的颗粒计数方法。

微流控芯片装置可以将生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离和检测等基本操作集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。它具有液体流动可控、消耗试剂和试样极少、分析速度成十倍上百倍地提高等特点，可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且能在线实现样品的预处理及分析全过程。

随着近年来微流控芯片加工技术的快速发展，目前已有许多在微流控芯片上利用RPS法对微纳颗粒、细胞、细菌和病毒等进行计数的研究报道。如，典型的微流控RPS计数芯片是在一条数百微米宽的主通道中部加工出一段线宽比待检测颗粒稍大的检测通道，然后在主通道两端施加一直流电场；当溶液中的绝缘颗粒经过检测通道时会使其两端分电压变化，通过采用合适的信号采集系统获得一个脉冲信号，脉冲信号的个数即为颗粒的个数。为方便的获取检测通道两边电压的变化，人们发明了不同的芯片结构。

最初的检测芯片结构仅包括一条数百微米宽的主通道和设置于主通道中部的一段线宽比待测颗粒稍大的检测通道，通过将插在主通道两端的铂电极串联电阻后与直流电源两端相连，并通过放大电阻两端电压信号的变化实现颗粒计数，但是此方法系统噪音大，信噪比低，所以检测精度低；后来的检测芯片在检测通道前后各设立了一条检测臂通道，用电极直接测量通道两端电压信号，再通过差分放大，使检测信噪比得以提高，进而使得检测精度升高；最新的计数芯片采用了公共进液孔多通道环形分布的结构，每条通道都包括主通道、检测通道和储液孔等，其进液孔连接电源正极，各储液孔串联电阻后连接电源负极，各通道相互作为参考，当前的计数芯片可以较好地消除系统噪音，通过控制各通道依次工作，实现高通量计数。但是需要说明的是，当前的计数芯片为了得到较高的检测信噪比，往往需要使得检测通道尺寸和颗粒的尺寸相近，则对应纳米颗粒的检测也相应的需要加工出纳米尺寸的检测通道，但是这就需要极为复杂的加工步骤和昂贵的加工设备。

此外，由于检测通道的尺寸和颗粒较为接近，也容易造成颗粒阻塞检测通道；同时，溶液中的杂质也会造成检测通道的部分甚至完全堵塞，使得颗粒粒径检测结果出现误差或者检测中断，影响了系统的精度和稳定运行。

实用新型内容

鉴于已有技术存在的不足，本实用新型的目的是要提供一种基于非均匀电场的阻抗脉冲颗粒计数装置，利用本装置进行颗粒计数，待测颗粒从样品通道进入主通道，然后流经主通道与样品通道交界处，即颗粒不进入检测通道，从而有效避免颗粒阻塞通道。

为了实现上述目的，本实用新型技术方案如下：