CN104941704A - 一种集成细胞聚焦与检测的方法及其微型化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成细胞聚焦与检测的方法及其微型化系统，包括微流控芯片、数据采集卡、微型计算机和样品进样装置，其中微流控芯片由流道层、基底层和PCB板依次对准封装而成，流道层设有非对称正弦形流道、检测主流道、聚电解质凝胶和电导液储蓄池，聚电解质凝胶、电导液储蓄池和银-氯化银导线构成检测电极，银-氯化银导线通过PCB板的跨阻放大器、差分放大器与数据采集卡、微型计算机相连构成细胞的差分阻抗检测电路，微型计算机用于实现伪随机激励信号的产生、系统响应信号的处理，以及对细胞多性能参数的分析和显示。本发明整合细胞的聚焦与检测功能，实现了系统的微型化和便携式，可广泛用于血细胞、稀有细胞的生物学研究。

Description

一种集成细胞聚焦与检测的方法及其微型化系统

技术领域

本发明涉及一种集成非对称正弦形流道惯性聚焦和伪随机序列电阻抗测量技术的微型化细胞检测系统，属于微流控芯片、生物粒子操控和电阻抗检测领域。

背景技术

单细胞水平的生物化学和生物物理特性分析，能够有效阐明细胞的单体差异，以及揭示细胞的功能和状态，对于细胞的生理、病理研究具有重要意义。微流控芯片因具有与细胞尺度相匹配的微米级腔道，已经成为单细胞研究的一种重要技术平台。到目前为止，研究者已成功将免疫细胞化学、逆转录聚合酶链反应和荧光原位杂交等生化分析方法成功运用到微流控芯片中，然而这些技术以细胞表达的生物分子标记物为分析对象，存在操作复杂、检测效率低等共同缺点。

近年来，出现了一些表征单细胞生物物理特性的微流控器件，如测量细胞质量(密度)的微通道谐振器、分析细胞机械性能的光延伸器和微管吸吮等。然而微通道谐振器的加工过程繁琐、系统组成庞大、检测通量较低，而细胞的机械变形则需要借助昂贵的高速显微设备进行观察。因此，作为一种高通量、非标记并且易于实现微型化的检测方法，单细胞电阻抗测量技术引起了广泛关注。根据测量频率的特点，现有的微流控细胞电阻抗检测技术主要分为静态扫频测量和动态单频(或几种频率)测量。静态扫频测量时将细胞固定在检测电极附近，通过施加不同频率的交流电信号，测量得到细胞的宽频阻抗谱。这种方法虽然能够获取准确的细胞电学特性，但检测耗时较长，且无法表征细胞的实时状态。动态单频测量能够实现细胞流动态的高通量检测，但因测量的频率有限，无法获得完整的细胞阻抗谱。另外，现阶段的微流控细胞电阻抗检测系统一般需要借助商用的昂贵仪器如锁相放大器、频谱仪等，造成整个检测的系统庞大，不易实现临床即时诊断。因此，如能提出一种能够实现动态多频同时测量的微型化细胞检测系统，必将在一定程度上克服上述局限。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种集成细胞聚焦与检测的微型化系统，该系统集成了非对称正弦形流道惯性聚焦技术与伪随机序列电阻抗测量技术，实现了细胞的高通量、动态多频检测。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种集成细胞聚焦与检测的微型化系统，包括微流控芯片(11)、数据采集卡(12)、微型计算机(13)、样品进样装置(14)和样品收集装置(15)，其中：

所述微流控芯片(11)包括由上到下依次封装的流道层(111)、基底层(112)和PCB板(113)；

所述流道层(111)包括一端相互连接的非对称正弦形流道(21)和检测主流道(22)；而所述非对称正弦形流道(21)另一端设置有样品入口(211)，同时检测主流道(22)另一端设置有样品出口(221)；所述检测主流道(22)的流道一侧设置有一个以上的激励施加电极，而另一侧设置有与激励施加电极相对应的响应传感电极；所述激励施加电极包括依次连接的第一聚电解质凝胶(231)、第一电导液储蓄池(241)以及激励银-氯化银导线(261)，所述第一聚电解质凝胶(231)与检测主流道(22)相接；所述响应传感电极包括依次连接的第二聚电解质凝胶(232)、第二电导液储蓄池(242)和响应银-氯化银导线(262)，所述第二聚电解质凝胶(232)与检测主流道(22)相接；

所述PCB板(113)的集成电路包括激励信号接口(281)、激励电极连接端口(271)、响应电极连接端口(272)、跨阻放大器(273)、差分放大器(274)以及响应信号接口(282)；所述激励信号接口(281)分成两路分别与激励电极连接端口(271)连接；所述响应信号接口(282)、差分放大器(274)、跨阻放大器(273)以及响应电极连接端口(272)依次连接；所述激励银-氯化银导线(261)与激励电极连接端口(271)连接；而所述响应银-氯化银导线(262)与响应电极连接端口(272)连接；

所述数据采集卡(12)一端与微型计算机(13)连接，所述数据采集卡(12)另一端均与PCB板(113)上的激励信号接口(281)和响应信号接口(282)连接；所述样品进样装置(14)与样品入口(211)连接；所述样品收集装置(15)与样品出口(221)连接；

所述微型计算机(13)通过软件编程实现伪随机激励信号的产生、系统响应信号的处理，以及细胞多性能参数的分析和显示。

优选的：所述激励施加电极的个数为两个，所述激励电极连接端口(271)的个数为两个，所述激励信号接口(281)分成两路分别与激励电极连接端口(271)连接；所述响应电极连接端口(272)的个数为两个，跨阻放大器(273)分成两路分别与响应电极连接端口(272)连接。

优选的：所述第一聚电解质凝胶(231)与第二聚电解质凝胶(232)关于检测主流道(22)对称设置。

优选的：所述非对称正弦形流道(21)为曲率半径不同的正弦形弯流道交替组成；所述非对称正弦形流道(21)的截面为矩形。

优选的：所述样品进样装置(14)通过第一微管(161)与样品入口(211)连接；所述样品收集装置(15)通过第二微管(162)与样品出口(221)连接；所述基底层(112)和PCB板(113)之间通过紧固件29固定。

优选的：所述基底层(112)所用材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一种，流道层(111)的流道结构所用材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、环氧树脂、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一种。

优选的：所述非对称正弦形流道(21)、检测主流道(22)以及电导液储蓄池(24)可通过光刻技术或其他刻蚀技术加工得到，并利用化学修饰对流道表面进行改性；所述第一聚电解质凝胶(231)与第二聚电解质凝胶(232)均通过在微流道中填充聚二烯丙基二甲基氯化铵母液，利用对准光刻技术进行曝光固化制备。

一种集成细胞聚焦与检测的方法，样品进样装置(14)将细胞悬浮液样品通过样品输入口(211)输送至非对称正弦形流道(21)；细胞(41)在非对称正弦形流道(21)内承受惯性升力与Dean拽力的共同作用，逐渐稳定形成聚焦；当聚焦成束的细胞(41)随非对称正弦形流道(21)进入到检测主流道(22)的测量区域时，由微型计算机(13)、数据采集卡(12)、激励信号接口(281)、激励电极连接端口(271)、激励施加电极构成的激励信号施加电路对聚焦成束的细胞(41)施加激励信号，而此时细胞(41)受到激励信号引起的电流响应信号通过由响应传感电极、响应电极连接端口(272)、跨阻放大器(273)、差分放大器(274)、响应信号接口(282)、数据采集卡(12)和微型计算机(13)依次连接构成的响应信号传感电路检测测量，从而实现对细胞的差分阻抗测量。

优选的：所述细胞(41)在非对称正弦形流道(21)内的聚焦方法为：细胞悬浮液在非对称正弦形流道(21)弯流道中的运动可在流道剖面和截面上进行分解；在流道剖面方向上，细胞悬浮液的泊肃叶流动使得细胞(41)受到横向惯性升力F_I；在流道截面上，细胞悬浮液形成Dean流，使细胞(41)受到横向Dean拽力F_D；且在流道截面作用相互抵消点细胞受到的这两种力的作用相互抵消；使得非对称正弦形流道(21)入口处随机分散于整个流道的细胞(41)，在经过周期性的惯性升力F_I和Dean拽力F_D作用后，在非对称正弦形流道(21)的出口处均匀聚焦成一束。

优选的：采用伪随机序列进行阻抗测量时，在微型计算机(13)上编写程序产生最大长度序列，通过数据采集卡(12)的D/A转换器将数字信号转换成模拟信号后，分成两路施加到激励施加电极上；当细胞(41)经过检测主流道(22)的测量区域时，细胞(41)引起的电流响应信号通过信号传感电极传送至跨阻放大器(273)上转换成电压信号；两路响应电压信号通过差分放大器(274)进行差分运算后，通过数据采集卡(12)进行低通滤波和A/D转换，将得到的数字信号传送至微型计算机(13)；在微型计算机(13)中，对获取的数字响应信号进行快速m序列变换得到系统的脉冲响应信号，对脉冲响应信号进行快速傅里叶变化得到系统的阻抗谱。

有益效果：本发明提供的一种集成细胞聚焦与检测的方法及其微型化系统，相比现有技术，具有以下有益效果：

有限雷诺数情况下，细胞在非对称正弦形流道中受到流体的惯性迁移效应和Dean流作用，将逐渐稳定聚焦在特定的横向位置上。当聚焦呈束的细胞沿检测主流道运输到测量区域时，借助伪随机序列差分阻抗测量电路分析细胞存在造成的系统阻抗变化。伪随机序列阻抗测量方法的基本流程为，微型计算机通过软件编程产生伪随机序列信号，利用数据采集卡进行D/A转换后通过激励施加电极向检测主流道中施加激励信号。响应传感电极得到的响应信号依次经过跨阻放大运算、差分放大运算后，通过数据采集卡进行A/D转换，并将得到的数字信号传输至微型计算机进行数据转换和分析。

采用上述非对称正弦形流道惯性聚焦技术，使细胞在测量区域的横向位置一致，有效提高了细胞检测系统的准确性和稳定性。构建的伪随机序列电阻抗测量电路，将激励信号的产生与响应信号的分析都通过软件编程实现，极大降低了细胞检测系统的复杂度，并能在极短的时间内获取细胞的宽频阻抗谱。采用的差分检测方法能够避免细胞悬浮液波动等带来的影响，提高了检测的稳定性。另外，本系统在检测过程中无需鞘液、无需复杂的生化标记预处理，具有操作简单、自动化程度高等优点，可广泛用于细胞生物学研究。

附图说明

图1为本发明集成细胞聚焦与检测的微型化系统整体结构示意图；

图2为本发明微流控芯片的结构示意图；

图3为本发明非对称正弦形流道中细胞惯性聚焦的原理示意图；

图4为本发明非对称正弦形流道入口处和出口处的细胞分布示意图；

图5为本发明测量区域的局部放大图；

图6为本发明伪随机序列电阻抗测量电路原理示意图。

图中：11、微流控芯片，12、数据采集卡，13、微型计算机，14、样品进样装置，15、样品收集装置，161、第一微管，162、第二微管，111、流道层，112、基底层，113、PCB板，121、电缆线，131、数据线，21、非对称正弦形流道，22、检测主流道，231、第一聚电解质凝胶，232、第二聚电解质凝胶，241、第一电导液储蓄池，242、第二电导液储蓄池，25、密封圈，29、紧固件，211、样品入口，221、样品出口，261、激励银-氯化银导线，262、响应银-氯化银导线，271、激励电极连接端口，272、响应电极连接端口，273、跨阻放大器，274、差分放大器，281、激励信号接口，282、响应信号接口，31、非对称正弦形流道流道内壁面，32、非对称正弦形流道流道外壁面，33、Dean流，41、细胞。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种集成细胞聚焦与检测的微型化系统，如图1所示，包括微流控芯片11、数据采集卡12、微型计算机13、样品进样装置14和样品收集装置15。其中，所述微流控芯片11包括由上到下依次对准封装的流道层111、基底层112和PCB板113。样品进样装置14、样品收集装置15通过微管与流道层111连接，分别用于细胞悬浮液样品的进样、收集。微型计算机13通过数据线131与数据采集卡12连接，用于通过软件编程实现伪随机激励信号的产生和对系统响应信号的处理，以及细胞多性能参数的分析和显示。数据采集卡12通过电缆线121与PCB板113连接，用于数据采集并进行D/A转换和A/D转换。

如图2所示，所述流道层111包括非对称正弦形流道21、检测主流道22。非对称正弦形流道21一端为样品入口211，样品入口211通过第一微管161与样品进样装置14连接。非对称正弦形流道21的另一端为检测主流道22，检测主流道22出口为样品出口221，样品出口221通过第二微管162与样品收集装置15连接。

所述检测主流道22的流道一侧设置有两个激励施加电极，而另一侧设置有与激励施加电极相对应的响应传感电极；所述激励施加电极包括依次连接的第一聚电解质凝胶231、第一电导液储蓄池241以及激励银-氯化银导线261，所述第一聚电解质凝胶231与检测主流道22相接；所述响应传感电极包括依次连接的第二聚电解质凝胶232、第二电导液储蓄池242和响应银-氯化银导线262，所述第二聚电解质凝胶232与检测主流道22相接；如图5所示，两对电导液储蓄池对称分布于检测主流道22的两侧，聚电解质凝胶位于检测主流道22和电导液储蓄池之间。所述非对称正弦形流道21为曲率半径不同的弯流道交替组成；所述非对称正弦形流道21的截面为矩形，且截面宽度可不一致。

所述第一聚电解质凝胶231与第二聚电解质凝胶232关于检测主流道22对称设置。

所述PCB板113的集成电路包括激励信号接口281、激励电极连接端口271、响应电极连接端口272、跨阻放大器273、差分放大器274以及响应信号接口282。激励信号接口281一端通过铜箔线分成两路与激励电极连接端口271连接，激励信号接口281另一端通过电缆线121与数据采集卡12连接。响应电极连接端口272、跨阻放大器273、差分放大器274、响应信号接口282通过铜箔线依次连接，响应信号接口282另一端通过电缆线121与数据采集卡12连接。

所述激励银-氯化银导线261一端插入第一电导液储蓄池241，并通过密封圈25进行密封，激励银-氯化银导线261的另一端与激励电极连接端口271连接。响应银-氯化银导线262一端插入第二电导液储蓄池242，并通过密封圈25进行密封，响应银-氯化银导线262的另一端与响应电极连接端口272连接。激励银-氯化银导线261、第一电导液储蓄池241和第一聚电解质凝胶231构成激励施加电极，第二电解质凝胶232、第二电导液储蓄池242和响应银-氯化银导线262构成响应传感电极。

所述数据采集卡12一端与微型计算机13连接，所述数据采集卡另一端与PCB板113连接；所述样品进样装置14与样品入口211连接；所述样品收集装置15与样品出口221连接。

所述微型计算机13、数据采集卡12、激励信号接口281、激励电极连接端口271、激励施加电极依次连接构成激励信号施加电路，响应传感电极、响应电极连接端口272、跨阻放大器273、差分放大器274、响应信号接口282、数据采集卡12和微型计算机13依次连接构成响应信号差分传感电路。微型计算机13通过软件编程实现伪随机激励信号的产生、系统响应信号的处理，以及细胞多性能参数的分析和显示。

微流控芯片11的基底层112所用材质为透明的聚二甲基硅氧烷、玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一种，流道层111的流道结构所用材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、环氧树脂、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一种。流道层111的流道结构(包括非对称正弦形流道21、检测主流道22和电导液储蓄池)可通过光刻技术或其他刻蚀技术快速加工得到，并利用化学修饰等特定方式对流道表面进行改性，以减少流道内表面对细胞的吸附。在微流道中填充聚二烯丙基二甲基氯化铵母液，利用对准光刻技术对特定位置进行曝光固化制备聚电解质凝胶23。设置微结构对准标记，借助紫外/臭氧照射或氧等离子体处理等表面改性技术实现流道层111和基底层112的不可逆键合。通过紧固件29实现基底层112和PCB板113之间的固定。

一种集成细胞聚焦与检测的方法，样品进样装置14将细胞悬浮液样品通过样品输入口211输送至非对称正弦形流道21；细胞41在非对称正弦形流道21内承受惯性升力与Dean拽力的共同作用，逐渐稳定形成聚焦；当聚焦成束的细胞41随非对称正弦形流道21进入到检测主流道22的测量区域时，由微型计算机13、数据采集卡12、激励信号接口281、激励电极连接端口271、激励施加电极构成的激励信号施加电路对聚焦成束的细胞41施加激励信号，而此时细胞41受到激励信号引起的电流响应信号通过由响应传感电极、响应电极连接端口272、跨阻放大器273、差分放大器274、响应信号接口282、数据采集卡12和微型计算机13依次连接构成的响应信号传感电路检测测量，从而实现对细胞的差分阻抗测量。

细胞悬浮液在非对称正弦形流道21弯流道中的运动可在流道剖面和截面上进行分解；在流道剖面方向上，细胞悬浮液的泊肃叶流动使得细胞41受到横向惯性升力F_I；在流道截面上，细胞悬浮液形成Dean流，使细胞41受到横向Dean拽力F_D；且在流道截面作用相互抵消点细胞41受到的这两种力的作用相互抵消；使得非对称正弦形流道21入口处随机分散于整个流道的细胞41，在经过周期性的惯性升力F_I和Dean拽力F_D作用后，在非对称正弦形流道21的出口处均匀聚焦成一束。

采用伪随机序列进行阻抗测量时，在微型计算机13上编写程序产生最大长度序列，通过数据采集卡12的D/A转换器将数字信号转换成模拟信号后，分成两路施加到激励施加电极上；当细胞41经过检测主流道22的测量区域时，细胞41引起的电流响应信号通过信号传感电极传送至跨阻放大器273上转换成电压信号；两路响应电压信号通过差分放大器274进行差分运算后，通过数据采集卡12进行低通滤波和A/D转换，将得到的数字信号传送至微型计算机13；在微型计算机13中，对获取的数字响应信号进行快速m序列变换得到系统的脉冲响应信号，对脉冲响应信号进行快速傅里叶变化得到系统的阻抗谱。

下面以白细胞的聚焦与检测为例来阐述本发明微型化系统的工作流程和基本原理。

本发明微型化系统的主要工作流程：将全血样品进行红细胞溶解后配置白细胞悬浮液，样品进样装置14将白细胞悬浮液样品输送至非对称正弦形流道21。细胞在非对称正弦形流道21内承受惯性升力与Dean拽力的共同作用，逐渐稳定在特定的横向位置上形成聚焦。当聚焦成束的白细胞随检测主流道22进入测量区域时，微型计算机13、数据采集卡12、差分放大器274、跨阻放大器273、激励施加电极和响应传感电极构成的伪随机序列阻抗检测电路对白细胞进行差分阻抗测量。

如图3，4所示，细胞在非对称正弦形流道21内的惯性聚焦原理为：在非对称正弦形流道21弯流道中，流体的运动可在流道剖面和截面上进行分解。在流道剖面方向上，抛物线形的泊肃叶流使得细胞41受到指向壁面的剪切诱导惯性升力和指向流道中心的壁面诱导惯性升力，这两种作用力的合力称为惯性升力F_I。弯流道中心处的流体因流速最高而受到最强的离心力作用，离心力的不平衡致使流道中心区域的流体远离内壁面31流动，为满足封闭流道中流体的质量守恒，靠近外壁面32的流体将沿着流道上下底面回流，在流道截面上形成Dean流33。弯流道中Dean流33的引入，将对流体中细胞41施加一个额外的横向Dean拽力F_D。因此，在流道截面上细胞将受到惯性升力F_I和Dean拽力F_D的共同作用，且只有在位置①处这两种力的作用相互抵消。这就使得非对称正弦形流道21入口处随机分散于整个流道的细胞41，在经过周期性的惯性升力F_I和Dean拽力F_D作用后，在非对称正弦形流道21的出口处均匀聚焦成一束。

如图5所示，经过非对称正弦形流道21形成聚焦的细胞41，随着检测主流道22进入电阻抗测量区域。在电导液储蓄池内添加电导液，将银-氯化银导线插入电导液中，聚电解质凝胶23将电导液与检测主流道22中的细胞悬浮液隔离，避免了银-氯化银导线与细胞41直接接触。采用非极化的银-氯化银导线构建检测电极，解决了双电层现象对低频阻抗测量的影响。设计的两对电极结构用于实现阻抗信号的差分测量，提高了检测系统的稳定性，且根据细胞41经过两对电极的时间间隔，可计算得到细胞41的运动速度。

如图6所示，采用伪随机序列进行阻抗测量时，在微型计算机13上编写程序产生最大长度序列，通过数据采集卡12的D/A转换器将数字信号转换成模拟信号后，分成两路施加到激励施加电极上。当细胞41经过测量区域时，细胞41引起的电流响应信号通过信号传感电极传送至跨阻放大器273上转换成电压信号。两路响应电压信号通过差分放大器274进行差分运算后，通过数据采集卡12进行低通滤波和A/D转换，将得到的数字信号传送至微型计算机13。数据采集卡12的D/A转换器和A/D转换器同步采样，且采样频率与最大长度序列的时钟频率保持一致。在微型计算机13中，对获取的数字响应信号进行快速m序列变换得到系统的脉冲响应信号，对脉冲响应信号进行快速傅里叶变化得到系统的传递函数(系统的阻抗谱)。在对响应信号处理过程中，可采用自适应过滤器等方法进行降噪。根据奈奎斯特-香农采样定理，系统测量的最高频率为采样频率的一半，且由于最大长度序列的时钟频率与采样频率一致，因此当选用高速数据采集卡时，即可方便地实现快速的宽频阻抗测量。

细胞的阻抗信息依赖于频率，低频时细胞膜的电容性阻碍电流通过，阻抗的幅值与细胞体积成比例；而高频时交流信号可以穿透细胞膜和细胞内液，此时得到的阻抗值反映细胞的内部电学性能。因此，通过建立细胞悬浮液系统宽频阻抗谱的电学模型，即可实现对细胞个数、体积以及内部电学特性的表征。最后，绘制细胞各性能参数的散点图，完成具有实际意义的统计学分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于：包括微流控芯片(11)、数据采集卡(12)、微型计算机(13)、样品进样装置(14)和样品收集装置(15)，其中：

所述微流控芯片(11)包括由上到下依次封装的流道层(111)、基底层(112)和PCB板(113)；

所述流道层(111)包括一端相互连接的非对称正弦形流道(21)和检测主流道(22)；而所述非对称正弦形流道(21)另一端设置有样品入口(211)，同时检测主流道(22)另一端设置有样品出口(221)；所述检测主流道(22)的流道一侧设置有一个以上的激励施加电极，而另一侧设置有与激励施加电极相对应的响应传感电极；所述激励施加电极包括依次连接的第一聚电解质凝胶(231)、第一电导液储蓄池(241)以及激励银-氯化银导线(261)，所述第一聚电解质凝胶(231)与检测主流道(22)相接；所述响应传感电极包括依次连接的第二聚电解质凝胶(232)、第二电导液储蓄池(242)和响应银-氯化银导线(262)，所述第二聚电解质凝胶(232)与检测主流道(22)相接；

所述PCB板(113)的集成电路包括激励信号接口(281)、激励电极连接端口(271)、响应电极连接端口(272)、跨阻放大器(273)、差分放大器(274)以及响应信号接口(282)；所述激励信号接口(281)分成两路分别与激励电极连接端口(271)连接；所述响应信号接口(282)、差分放大器(274)、跨阻放大器(273)以及响应电极连接端口(272)依次连接；所述激励银-氯化银导线(261)与激励电极连接端口(271)连接；而所述响应银-氯化银导线(262)与响应电极连接端口(272)连接；

所述数据采集卡(12)一端与微型计算机(13)连接，所述数据采集卡(12)另一端均与PCB板(113)上的激励信号接口(281)和响应信号接口(282)连接；所述样品进样装置(14)与样品入口(211)连接；所述样品收集装置(15)与样品出口(221)连接；

所述微型计算机(13)通过软件编程实现伪随机激励信号的产生、系统响应信号的处理，以及细胞多性能参数的分析和显示。

2.根据权利要求1所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于：所述激励施加电极的个数为两个，所述激励电极连接端口(271)的个数为两个，所述激励信号接口(281)分成两路分别与激励电极连接端口(271)连接；所述响应电极连接端口(272)的个数为两个，跨阻放大器(273)分成两路分别与响应电极连接端口(272)连接。

3.根据权利要求2所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于：所述第一聚电解质凝胶(231)与第二聚电解质凝胶(232)关于检测主流道(22)对称设置。

4.根据权利要求3所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于：所述非对称正弦形流道(21)为曲率半径不同的正弦形弯流道交替组成；所述非对称正弦形流道(21)的截面为矩形。

5.根据权利要求4所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于：所述样品进样装置(14)通过第一微管(161)与样品入口(211)连接；所述样品收集装置(15)通过第二微管(162)与样品出口(221)连接；所述基底层(112)和PCB板(113)之间通过紧固件29固定。

6.根据权利要求5所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于：所述基底层(112)所用材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一种，流道层(111)的流道结构所用材质为聚二甲基硅氧烷、玻璃、环氧树脂、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的任一一种。

7.根据权利要求6所述的集成细胞聚焦与检测的微型化系统，其特征在于：所述非对称正弦形流道(21)、检测主流道(22)以及电导液储蓄池(24)可通过光刻技术或其他刻蚀技术加工得到，并利用化学修饰对流道表面进行改性；所述第一聚电解质凝胶(231)与第二聚电解质凝胶(232)均通过在微流道中填充聚二烯丙基二甲基氯化铵母液，利用对准光刻技术进行曝光固化制备。

8.一种基于权利要求1所述的集成细胞聚焦与检测的方法，其特征在于：样品进样装置(14)将细胞悬浮液样品通过样品输入口(211)输送至非对称正弦形流道(21)；细胞(41)在非对称正弦形流道(21)内承受惯性升力与Dean拽力的共同作用，逐渐稳定形成聚焦；当聚焦成束的细胞(41)随非对称正弦形流道(21)进入到检测主流道(22)的测量区域时，由微型计算机(13)、数据采集卡(12)、激励信号接口(281)、激励电极连接端口(271)、激励施加电极构成的激励信号施加电路对聚焦成束的细胞(41)施加激励信号，而此时细胞(41)受到激励信号引起的电流响应信号通过由响应传感电极、响应电极连接端口(272)、跨阻放大器(273)、差分放大器(274)、响应信号接口(282)、数据采集卡(12)和微型计算机(13)依次连接构成的响应信号传感电路检测测量，从而实现对细胞的差分阻抗测量。

9.根据权利要求8所述的集成细胞聚焦与检测的方法，其特征在于：所述细胞(41)在非对称正弦形流道(21)内的聚焦方法为：细胞悬浮液在非对称正弦形流道(21)弯流道中的运动可在流道剖面和截面上进行分解；在流道剖面方向上，细胞悬浮液的泊肃叶流动使得细胞受到横向惯性升力F_I；在流道截面上，细胞悬浮液形成Dean流，使细胞(41)受到横向Dean拽力F_D；且在流道截面作用相互抵消点细胞(41)受到的这两种力的作用相互抵消；使得非对称正弦形流道(21)入口处随机分散于整个流道的细胞(41)，在经过周期性的惯性升力F_I和Dean拽力F_D作用后，在非对称正弦形流道(21)的出口处均匀聚焦成一束。

10.根据权利要求9所述的集成细胞聚焦与检测的方法，其特征在于：采用伪随机序列进行阻抗测量时，在微型计算机(13)上编写程序产生最大长度序列，通过数据采集卡(12)的D/A转换器将数字信号转换成模拟信号后，分成两路施加到激励施加电极上；当细胞(41)经过检测主流道(22)的测量区域时，细胞(41)引起的电流响应信号通过信号传感电极传送至跨阻放大器(273)上转换成电压信号；两路响应电压信号通过差分放大器(274)进行差分运算后，通过数据采集卡(12)进行低通滤波和A/D转换，将得到的数字信号传送至微型计算机(13)；在微型计算机(13)中，对获取的数字响应信号进行快速m序列变换得到系统的脉冲响应信号，对脉冲响应信号进行快速傅里叶变化得到系统的阻抗谱。