CN109900917A

CN109900917A - 一种基于微流控芯片的便携式流式细胞计数系统

Info

Publication number: CN109900917A
Application number: CN201910271925.2A
Authority: CN
Inventors: 翁璇; 姜海; 黄学武
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2019-04-04
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2019-06-18

Abstract

该发明公开了一种可用于医学细胞计数的基于微流控芯片的便携式流式细胞计数系统，其技术方案是：被荧光染料染色后的两种细胞通过电渗诱导压力流的驱动在微流控芯片的通道内流动，当通过检测区域时，被经过物镜聚焦的激光二极管/LED产生的光源激发出两种荧光信号，两种荧光信号分别被位于上下两侧的滤光片和光电二极管筛选并转换为电信号，电信号经过放大滤波处理后输入蓝牙数据采集卡进行模数转换，最后将转换后的数据以蓝牙传输的方式传入手机，通过手机分析信号的特征即可完成两种细胞的计数，系统的供电由锂电池和电压转换模块完成。本发明提出的细胞计数系统结构简单，生产成本低，检测效率高，便携性极强，具有较高的实用价值和商业价值。

Description

一种基于微流控芯片的便携式流式细胞计数系统

技术领域

本发明涉及一种基于微流控芯片的便携式流式细胞计数系统，可用于医学细胞计数领域。该发明对于医学细胞分析有重要的应用价值。

背景技术

传统的流式细胞计数仪价格昂贵、体积庞大及高消耗的问题已经成为制约传统流式细胞计数仪进一步发展的主要瓶颈。而微流控技术与传统流式细胞术相结合，发展一套基于微流控技术的便携式、低成本的流式细胞计数系统，有望克服传统流式细胞计数仪的瓶颈问题。但是，现阶段的基于微流控技术的流式细胞计数设备仍然有不足之处，主要表现在以下几个方面：(1)检测方式过于复杂，需要较多的外围装置，如泵、激光装置、光电倍增管(PMT)等，增大了整体体积；(2)一次只能检测一种细胞，检测效率低；(3)采用计算机作为信号接收装置，体积庞大，不便于携带；(4)供电麻烦，需要庞大的供电装置；(5)维护费用高，操作不便。总之，迄今为止还没有一种能做到真正便携的细胞计数仪器，而现如今基层医疗机构对于医疗用品及检验仪器设备的需求也不断增长，因此提出一种真正便携的细胞计数仪器是非常有价值的。

发明内容

针对背景技术的不足，在充分研究现有流式细胞计数仪器的前提下，发明了一种基于微流控芯片的便携式流式细胞计数系统，本发明的目的是提供一种便携式的流式细胞计数系统，它可以同时对两种细胞进行计数，并且采用电渗诱导压力流的方法驱动细胞，信号的分析处理也通过手机来完成，检测精度高、样品消耗少并且具有高度的便携性，生产及维护费用都极低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述的细胞计数系统由细胞荧光激发及检测系统、信号放大及滤波系统、信号显示及处理系统和供电系统组成，其中细胞荧光激发及检测系统由微流控芯片、激光二极管/LED、显微镜物镜、滤光片和光电二极管组成，信号放大及滤波系统由放大和滤波电路组成，信号显示及处理系统由蓝牙数据采集卡和手机组成，供电系统由锂电池和电压转换模块组成；其特征在于所述的细胞荧光激发及检测系统与信号放大及滤波系统相连，被特定荧光染料染色后的两种细胞通过电渗诱导压力流的驱动，在微流控芯片的通道中流动，在通过检测区域时，被激光二极管/LED产生并被物镜聚焦后的光源激发出荧光信号，通过选用特定波长的带通滤光片来分别过滤掉其他杂光，最后由光电二极管接收并转换为电信号，输入信号放大及滤波系统；所述的信号放大及滤波系统与信号显示及处理系统相连，通过放大和滤波电路对光电二极管传过来的电信号进行放大滤波，最后将处理后的信号传入信号显示及处理系统；所述的信号显示及处理系统接收经过放大滤波后的信号，信号输入蓝牙数据采集卡，被转换为数字信号，同时编写应用程序，并在手机上安装，采集卡即可将采集到的数据以蓝牙传输的方式传入手机，在手机端对信号进行显示，最后通过分析信号的特征来完成细胞的计数；所述的供电系统分别与细胞荧光激发及检测系统、信号放大及滤波系统相连，通过锂电池和电压转换模块转换出需要的电压，分别对细胞荧光激发及检测系统中芯片上的电极、光电二极管和激光二极管/LED以及信号放大及滤波系统中的放大滤波电路进行供电。

本发明的优点是：(1)采用基于微流控芯片的电渗诱导压力流的方式驱动细胞流动，使得系统不再需要庞大的泵来提供驱动力，同时该驱动方式不会对细胞造成损伤；(2)采用激光二极管/LED和硅基光电二极管分别作为激发光源和荧光信号接收管，相比于传统的荧光检测中使用的激光光源和光电倍增管(PMT)，大大缩小了系统的体积，同时生产成本也极大降低；(3)采用手机作为最终信号的接收和处理装置，只需开发相应功能的应用程序，将应用程序移植到任意一部手机，就能完成信号的显示和处理。该方式摒弃了传统细胞计数仪器中庞大的计算机而改用手机作为显示和处理终端，使得该部分从系统中脱离出来，极大的缩小了检测系统的体积，降低了成本，使得流式细胞计数仪器能做到真正意义上便携；(4)系统检测效率和检测精度都较高，对于样品的消耗也极少，并且整个系统易于维护，具有较高的实用价值和商业价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意框图。

图2为本发明的具体结构示意图。

图3为本发明中的芯片结构示意图。

图中：1-细胞荧光激发及检测系统、11-微流控芯片、111-样品池、112-聚焦及检测口、113-储液池A、114-储液池B、115-电极A、116-电极B、117-电极C、12-激光二极管/LED、13-显微镜物镜、14-上侧滤光片、15-下侧滤光片、16-上侧光电二极管、17-下侧光电二极管、2-信号放大及滤波系统、21-放大电路、22-滤波电路、3-信号显示及处理系统、31-蓝牙数据采集卡、32-手机、4-供电系统、41-锂电池、42-电压转换模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明：

如附图1所示，本发明提出的细胞计数系统由细胞荧光激发及检测系统1、信号放大及滤波系统2、信号显示及处理系统3和供电系统4组成。各部分具体组成如附图2和附图3所示，其特征在于细胞荧光激发及检测系统1由微流控芯片11、激光二极管/LED12、显微镜物镜13、上侧滤光片14、下侧滤光片15、上侧光电二极管16、下侧光电二极管17组成，并与信号放大及滤波系统2连接，被荧光染料染色后的两种细胞通过电渗诱导压力流的驱动在微流控芯片11的通道内流动，激光二极管/LED12发出的光源被显微镜物镜13聚焦，当有细胞流经聚焦及检测口112时，就会被聚焦后的光源激发出荧光信号，两种细胞分别激发出不同的荧光信号，上侧滤光片14用于滤除杂光只透过其中一种荧光信号，该荧光信号被上侧光电二极管16转换为电信号，下侧滤光片15用于筛选另一种荧光信号，并由下侧光电二极管17转换为电信号，经光电二极管16和17转换后的电信号传入信号放大及滤波系统2。信号放大及滤波系统2与信号显示及处理系统3相连，由放大电路21和滤波电路22组成，对信号进行放大和滤波，并将处理后的信号输入信号显示及处理系统3。信号显示及处理系统3由蓝牙数据采集卡31和手机32组成，经过放大滤波后的信号首先被传入蓝牙数据采集卡31，采集卡将模拟信号转换为数字信号，手机32下载编写好的应用程序，采集卡将数据以蓝牙传输的方式输入手机32，进行信号的显示和处理，通过对信号的特征进行分析，即可完成两种细胞的计数。供电系统4由锂电池41和电压转换模块42组成，并与细胞荧光激发及检测系统1、信号放大及滤波系统2相连，通过锂电池41进行总体供电，同时根据需要，使用电压转换模块转42换出需要的电压，分别对电极A115、电极B116、电极C117、激光二极管/LED12、上侧光电二极管16、下侧光电二极管17、放大电路21和滤波电路22进行供电，所述的蓝牙数据采集卡31和手机32均自带电池供电，不需要再额外提供。

微流控芯片11的结构如图3所示，采用电渗诱导压力流驱动细胞流动，工作原理是：检测样品从样品池111注入芯片，电极A115上施加正电压、电极B116和电极C117上施加相同的负电压，在OA和OB段通道内会分别产生电渗流，该电渗流会引起CO段通道内的流场变化，从而产生一个压力梯度，而这个压力梯度就会在微通道内产生一个连续的电渗诱导压力流，样品池111内的检测样品就会持续在通道内流动，在经过聚焦及检测口时，细胞被聚焦成单个样品流动，并被激光激发出荧光信号，检测完成的样品最终流入储液池A113和储液池B114中。

Claims

1.一种基于微流控芯片的便携式流式细胞计数系统，由细胞荧光激发及检测系统(1)、信号放大及滤波系统(2)、信号显示及处理系统(3)和供电系统(4)组成；细胞荧光激发及检测系统(1)与信号放大及滤波系统(2)连接；信号放大及滤波系统(2)与信号显示及处理系统(3)连接；供电系统(4)与细胞荧光激发及检测系统(1)和信号放大及滤波系统(2)连接。

2.按权利要求1所述的流式细胞计数系统，其特征在于：细胞荧光激发及检测系统(1)包括微流控芯片(11)、激光二极管/LED(12)、显微镜物镜(13)、上侧滤光片(14)、下侧滤光片(15)、上侧光电二极管(16)、下侧光电二极管(17)；激光二极管/LED(12)与显微镜物镜(13)连接，并位于微流控芯片(11)的侧面；上侧滤光片(14)与上侧光电二极管(16)连接并位于微流控芯片(11)的上侧，下侧滤光片(15)与下侧光电二极管(17)连接并位于微流控芯片(11)的下侧；上侧光电二极管(16)和下侧光电二极管(17)与放大电路(21)连接。

3.按权利要求1所述的流式细胞计数系统，其特征在于：信号放大及滤波系统(2)包括放大电路(21)和滤波电路(22)；放大电路(21)与滤波电路(22)连接；滤波电路(22)与蓝牙数据采集卡(31)连接。

4.按权利要求1所述的流式细胞计数系统，其特征在于：信号显示及处理系统(3)包括蓝牙数据采集卡(31)和手机(32)；蓝牙数据采集卡(31)以蓝牙传输的方式把信号传入手机(32)。

5.按权利要求1所述的流式细胞计数系统，其特征在于：供电系统(4)包括锂电池(41)和电压转换模块(42)，锂电池(41)和电压转换模块(42)连接；电压转换模块(42)与电极A(115)、电极B(116)、电极C(117)、激光二极管/LED(12)、上侧光电二极管(16)、下侧光电二极管(17)、放大电路(21)和滤波电路(22)相连，进行供电。

6.按权利要求1所述的流式细胞计数系统，其特征在于：微流控芯片(11)包括样品池(111)、聚焦及检测口(112)、储液池A(113)、储液池B(114)、电极A(115)、电极B(116)、电极C(117)；电极A(115)施加正电压，电极B(116)和电极C(117)施加相同的负电压，以产生电渗诱导压力流，驱动细胞流动。