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微流體電阻抗測試
2023/01/31
技術簡介
電阻抗測量技術廣泛應用於各個領域，如材料科學、生命科學、食品安全、疾病診斷等。由於電阻抗檢測的流式細胞儀作為無標記、非侵入式技術的特性，而被廣泛的使用於細胞的計數、分選、分離、捕獲及鑑別等用途。目前，結合螢光細胞分選(fluorescent activated cell sorting，FACS)的螢光標記技術可以快速、準確地執行高通量的細胞分選。然而，FACS技術主要有兩個缺陷：
一、需使用標記和抗體對細胞進行修飾，這表示可能會改變研究目標的本質。
二、FACS設備非常昂貴且操作複雜。
而電阻抗檢測的微流道技術，是無需對測量物件做標記，也不會侵入到其內部，並不會對其造成任何損傷破壞。再者，微流體電阻抗檢測技術所用的樣品量較少，且電阻抗檢測的設備易於操作和攜帶。所以，電阻抗檢測的微流控技術實為細胞檢測提供一個絕佳分析方法。
應用產品
法國Fluigent品牌微流體控制模組驅動幫浦有正壓力泵和負壓力泵兩種。
(1)範圍：
正壓力泵的壓力範圍可從0 到 7000 mbar。
負壓力泵的壓力範圍可從0 到 -800 mbar。
(2)穩定性：
穩定性均可小於0.1%，壓力感測器的解析度為其量程的0.03 %。
(3)通道數：
16個通道的輸出壓力，並可同時對16個支路進行液體驅動。
(4)軟體：
MAESFLOTM以及All-in-One軟體，可對16個通道的輸出壓力進行單獨設置。軟體介面可同時顯示輸出壓力的數值和曲線。可自由執行簡單或複雜波形的壓力驅動，通過SDK軟體發展包，用戶可自行將MAESFLOTM軟體集成到MATLAB、LabVIEW、Python、C/C++、JAVASCRIPT等軟體中。
圖1. 法國Fluigent品牌微流體道控制裝置
晶片模組
微流體晶片是微流體道實驗，不可或缺的一個核心元件。對於特定的應用研究，需要採用特定材質及不同通道結構的微流體晶片。電阻抗檢測晶片主要有兩大類材質：PDMS-玻璃晶片及玻璃-玻璃晶片。PDMS電阻抗檢測晶片
(1)十字交叉型的微液滴檢測晶片：可用於例行微液滴的製備與測量、細胞或病毒包裹的微液滴製備與測量以及無機納米顆粒包裹的微液滴製備與測量。(2)溶液混合的檢測晶片：主要用於研究兩種不同溶液間的擴散程度，不同溶液發生化學反應的過程等。
(3)電譜測量的檢測晶片：可用於生物細胞(紅細胞、酵母細胞、大腸桿菌等)懸浮液的測量、生物組織/生物大分子溶液的測量、表面活性劑膠束體系的測量以及反膠束與微乳液體系的測量。
圖2. PDMS電阻抗檢測晶片示意圖
玻璃電阻抗檢測晶片
由於玻璃具有良好的可見光通透性，有利於光學顯微鏡觀察玻璃晶片通道的形貌，因此，玻璃電阻抗檢測晶片常被應用於細胞鑑別與計數、微生物種群鑑別、血液檢驗等方面。玻璃通道頂部和底部的製作，由兩對對面電極的電阻抗晶片組成。
圖3. 玻璃電阻抗檢測晶片
流量監控模組
Fluigent Flow-Rate Control Module (FRCM)流速回饋控制模組，透過全區域控制方式，將微流體的流速，長時間穩定於設定的數值上。而驅動幫浦的輸出壓力則隨儲液池內的液面高度、外界的干擾等因素自動進行調節。因此，在儲液池與晶片之間連接Fluigent FLOW UNIT流量計，可以即時監測流入到晶片通道內的液體流速，並可執行恆流控制，且可以藉由改變流速，來控制產生微滴的大小以及頻率。FLOW UNIT流量計可與任一家的流體控制器相容，可測量的液體流速從0到±5 mL/min。FLOW UNIT有5種不同的型號，每個型號皆對應一個流速監測範圍。可以根據自己的實驗要求選擇流量範圍，所有的測量結果都藉由軟體顯示，使系統測量的資料可以儲存紀錄。在內置的水/異丙醇溶液測量的模式下，透過簡單的校準就可以測量與硼矽酸鹽玻璃相容的任何流體。
圖4. Fluigent Flow-Rate Control Module
動態電阻抗檢測模組
微流體動態電阻抗檢測模組，可以完成不同測量物件的動態阻抗測量。該模組主要由Zurich Instruments MFLI鎖相放大器和跨阻差分放大器構成。蘇黎世鎖相放大器同時解調一個頻率或多個不同頻率的差分電壓訊號，從而給出每一個頻率訊號的同相分量和正交分量或者幅值和相位值，同時抵制所有其他頻率訊號的干擾。所測量電阻抗的變化，可在操控電腦上的LabOne軟體裡的Plotter進行即時觀察，且測量的資料可直接儲存在操控電腦內，後續可使用MATLAB、Python等軟體進行分析處理。
圖5. Zurich Instruments MFLI
