[发明专利]一种基于多级介电泳的细胞检测装置和方法

权利要求书

1.一种基于多级介电泳的细胞检测装置，其特征在于，包括：

电源模块，包括信号发生器和功率放大器，用于为检测模块提供放大后的交流信号电压；

驱动模块，用于将检测样品液和鞘液送入和送出检测模块，并在检测模块中流动进行检测；

检测模块，用于检测区分正常细胞与癌细胞，利用微流控检测芯片提供检测通道，检测通道中电源模块提供的放大后的交流信号电压产生的非均匀电场与细胞相互作用，产生的介电泳力使得癌细胞与正常细胞发生不同偏移，检测出癌细胞；

显示模块，用于显示放大的细胞的运动状态，收集细胞的运动图像；

图像处理模块为计算机，用于对细胞的运动状态变化图像进行处理；

所述的检测模块为ITO导电玻璃、微电极、微流控芯片三层结构封装而成的检测芯片；第一层为与电源模块相连的ITO导电玻璃；第二层微电极与ITO导电玻璃面面接触，用于导电；第三层为微流控芯片，将微流控芯片有通道的一侧向下盖在微电极凸起上，三层结构密封封装成检测芯片；

所述的检测模块的第三层微流控芯片上设置有检测的T形通道、细胞样品槽、鞘液槽、第一出液槽和第二出液槽，细胞样品槽、鞘液槽、第一出液槽和第二出液槽分别与驱动模块相连，细胞样品槽和第二出液槽位于T形通道主通道的两端并与T形通道主通道连通，鞘液槽位于细胞样品槽同侧的T形通道的支路上并连通T形通道主通道，第一出液槽与T形通道支路通道连通；在T形通道主通道和支路的交汇处设置有微电极安装位置，安装的微电极延伸至T形通道主通道内，用于产生电场，形成检测区域；T形通道的支路通道中设置有微电极安装位置；

所述的微流控芯片上在T形通道主通道和支路的交汇处设置有微电极安装位置，在T形通道主通道和支路的交汇处设置有对应微电极结构的凹槽，在交汇处T形通道主通道的侧壁上设有深度与T形通道深度相同的三角形微电极凹槽，即用于安装厚度与通道深度相同的三角形微电极，T形通道的支路通道中设有矩形微电极凹槽，矩形微电极凹槽的深度等于T形通道的1/2深度，即用于安装厚度为T形通道深度1/2的矩形微电极。

2.根据权利要求1所述的一种基于多级介电泳的细胞检测装置，其特征在于，所述的检测模块的第一层的ITO导电玻璃，为通过湿法刻蚀将设计好的固定形状ITO导电膜覆在玻璃片上，ITO导电膜通过导线与电源模块相连，第二层微电极置于ITO导电膜上，与ITO导电膜进行面面接触。

3.根据权利要求1所述的一种基于多级介电泳的细胞检测装置，其特征在于，所述的检测模块的第二层微电极，包括三角形微电极和矩形微电极，三角形微电极和矩形微电极分别与ITO导电膜相连，用于在微流控芯片上的检测通道中产生电场，进而产生介电泳力，使得细胞的运动轨迹发生变化。

4.根据权利要求1所述的一种基于多级介电泳的细胞检测装置，其特征在于，所述的在T形通道主通道和支路的交汇处安装厚度与通道深度相同的三角形微电极，三角电极的三角尖端延伸至T形通道主通道宽度的1/2处。

5.根据权利要求1所述的一种基于多级介电泳的细胞检测装置，其特征在于，所述的驱动模块为压力注射泵，利用压力驱动将检测样品液和鞘液送入和送出检测模块，并在检测模块中流动进行检测。

6.根据权利要求1所述的一种基于多级介电泳的细胞检测装置，其特征在于，进一步地，显示模块由显微镜和CCD组成。

7.基于多级介电泳的细胞检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)检测芯片准备

检测芯片为ITO导电玻璃、微电极、微流控芯片三层结构封装而成的；第一层为与电源模块相连的ITO导电玻璃；第二层微电极与ITO导电玻璃面面接触，用于导电；第三层为微流控芯片，将微流控芯片有通道的一侧向下盖在微电极凸起上，三层结构密封封装成检测芯片；以检测芯片的第一层ITO导电玻璃所在的平面为x-y面，T形通道的主通道方向在x轴方向，T形通道的支路通道在y轴方向上，第三层微流控芯片通道高度为z轴方向；

第三层微流控芯片上设置有检测的T形通道、细胞样品槽、鞘液槽、第一出液槽和第二出液槽，细胞样品槽、鞘液槽和出液槽与驱动模块相连，细胞样品槽和第二出液槽位于T形通道主通道的两端并与T形通道主通道连通，鞘液槽位于细胞样品槽同侧的T形通道的支路上并连通T形通道主通道，第一出液槽与T形通道支路通道连通；在T形通道主通道和支路的交汇处设置有微电极安装位置，安装的微电极延伸至T形通道主通道内，用于产生电场，形成检测区域；T形通道的支路通道中也设置有微电极安装位置；

(2)开始检测

将鞘液加入到鞘液槽，将细胞的样品溶液加入到细胞样品槽中，打开电源和样品液、鞘液驱动模块，通过驱动模块将鞘液槽中的鞘液和细胞样品槽中的样品细胞液推动到T形通道主通道和支路交汇处的检测区域，在检测区域T形通道主通道的侧壁上设有厚度与通道深度一致的三角形微电极，三角形微电极延伸至T形通道主通道内，用于产生电场，形成检测区域，样品细胞会受到三角形微电极产生的介电泳力的作用，通过调节电源模块的频率使得样品细胞受负介电泳力的作用，样品细胞的原有的运动轨迹会发生改变，向着远离三角形微电极的方向运动，即沿y轴方向运动进入T形通道的支路通道，由于在T形通道的支路通道中设有矩形微电极，矩形微电极的厚度等于T形通道的1/2深度，产生的介电泳力会使的细胞在z轴方向上发生位移；

(3)结果处理

通过显微镜和CCD组成的显示模块及计算机的图像处理，显示放大检测芯片T形通道中细胞在x轴、y轴和z轴方向上运动状态，由于介电泳力为体积力，并且癌变的细胞比正常细胞的体积大，所以癌细胞受到的负介电泳力比较大，在介电泳力的作用下在y轴和z轴方向上发生的位移变化比正常细胞大，所以癌细胞产生的总位移变化要远大于比正常细胞，收集细胞的运动图像，并对细胞的运动状态变化图像进行处理，得到精确的检测结果。