【導讀】基於電阻抗的細胞分析是一種無標記
、非侵入性技術
，已廣泛用於分析和識別各種應用中的細胞特征，如組織培養、細胞生長及活力檢測等。微流控技術能夠將涉及樣品製備、操作和基於阻抗檢測的分析過程集成到單片芯片上，最大限度地減少係統尺寸

、重量。

據麥姆斯谘詢報道，近期，中國科學院上海微係統與信息技術研究所的研究人員於《功能材料與器件學報》發表論文，搭建了一種簡便的微流控電阻抗檢測係統，可根據電學差異對體積相近的不同微粒進行區分，具有成本低、易集成、非標記等優勢，未來可進一步用於現場細胞即時檢測。

微流控芯片的設計與製作

采用的微流控阻抗檢測芯片主要分為三層：微通道層
、電極層和引線層（圖1（a））。微(wei)通(tong)道(dao)層(ceng)主(zhu)要(yao)提(ti)供(gong)細(xi)胞(bao)流(liu)動(dong)通(tong)道(dao)，電(dian)極(ji)層(ceng)用(yong)來(lai)感(gan)測(ce)阻(zu)抗(kang)變(bian)化(hua)
，引(yin)線(xian)層(ceng)用(yong)於(yu)連(lian)接(jie)信(xin)號(hao)的(de)輸(shu)入(ru)與(yu)輸(shu)出(chu)。此(ci)外(wai)，檢(jian)測(ce)電(dian)極(ji)采(cai)用(yong)剝(bo)離(li)工(gong)藝(yi)，在(zai)玻(bo)璃(li)上(shang)形(xing)成(cheng)金(jin)電(dian)極(ji)（Au/Cr，厚度200nm/50nm）
，檢測電極寬度為30μm
，間隔為15μm，檢測口流道寬度為30μm
，高度為30μm。微通道模具為SU-8結構
，由勻膠
、前烘、曝光、顯影
、硬烘等步驟製成。將PDMS預聚物與固化劑（10:1）混合後澆築在模具上
，80℃烘箱烘烤90min後脫模
，然後將微通道層和電極層通過氧等離子對準鍵合（圖1（c）），最後焊接電極和PCB引線層，完成微流控阻抗檢測芯片的製作
，如圖1（b）。

圖1 細胞阻抗檢測芯片設計：（a）芯片結構；（b）最終製作出的檢測芯片；（c）微通道層和電極層的鍵合

阻抗測試平台的搭建

鎖相放大器能夠將微弱的阻抗脈衝信號從噪聲中提取出來，原理如圖２
，鎖相放大器首先將輸入信號經過運算放大器OPA657實現跨阻放大後，采用高速乘法器AD835與參考信號混頻，然後通過低通濾波器進行濾波，將期望頻率的信號從其他頻率信號中分離出來。

圖2 鎖相放大電路原理

目前用於微流控阻抗檢測的鎖相放大器主要有蘇黎世係列和美國斯坦福SR係xi列lie，但dan是shi商shang用yong儀yi器qi體ti積ji較jiao大da，不bu易yi集ji成cheng。本ben實shi驗yan采cai用yong運yun算suan放fang大da器qi和he乘cheng法fa器qi自zi行xing設she計ji出chu模mo擬ni鎖suo相xiang放fang大da器qi

，並bing基ji於yu此ci搭da建jian流liu式shi阻zu抗kang檢jian測ce係xi統tong，如ru圖tu３suoshi。xinpianfangzhizaixianweijingshangguancha
，youzhushebengjinyang，xinhaoyuanshijiajilixinhao，suoxiangdianlufangdaganyingxinhao，ranhoushujutongguocaijikachuanshudaodiannaojinxingxianshi
、儲存和分析。

圖３ 流式阻抗檢測係統

不同粒徑微球的區分

采用直徑分別為5μm和10μm的聚苯乙烯微球進行實驗，分別取728和797個點進行統計，得到電不透明度-低頻幅值散點圖及電不透明度和低頻幅值直方圖（圖4（a））、幅值的均值及標準差（圖4（b））。兩種粒子低頻幅值差異明顯、重zhong疊die較jiao少shao，可ke進jin行xing有you效xiao區qu分fen，驗yan證zheng了le該gai係xi統tong具ju有you根gen據ju電dian學xue特te征zheng區qu分fen粒li子zi體ti積ji的de功gong能neng。電dian不bu透tou明ming度du反fan映ying樣yang品pin內nei容rong物wu的de信xin息xi，兩liang者zhe均jun為wei同tong等deng材cai質zhi的de微wei球qiu
，故gu通tong過guo電dian不bu透tou明ming度du無wu法fa區qu分fen。

圖4 不同粒徑聚苯乙烯微球檢測：（ａ）電不透明度－低頻幅值散點圖及電不透明度和低頻幅值直方圖；（ｂ）幅值的均值及標準差

相似粒徑微球和細胞的區分

為驗證係統對相似粒徑不同粒子的區分能力
，采用HEPG2肝癌細胞和10μm的聚苯乙烯微球進行實驗。HEPG2肝癌細胞的尺寸約12μm。分別取755和797個點進行數據處理，獲得電不透明度-低頻幅值散點圖及電不透明度和低頻幅值直方圖（圖5（a））。結(jie)果(guo)顯(xian)示(shi)
，在(zai)粒(li)徑(jing)上(shang)區(qu)分(fen)不(bu)開(kai)的(de)兩(liang)種(zhong)微(wei)粒(li)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)電(dian)不(bu)透(tou)明(ming)度(du)區(qu)分(fen)
，電(dian)不(bu)透(tou)明(ming)度(du)反(fan)映(ying)了(le)顆(ke)粒(li)內(nei)容(rong)物(wu)的(de)信(xin)息(xi)，細(xi)胞(bao)與(yu)微(wei)球(qiu)內(nei)容(rong)物(wu)的(de)確(que)不(bu)一(yi)樣(yang)，兩(liang)者(zhe)電(dian)學(xue)差(cha)異(yi)較(jiao)大(da)，實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)與(yu)實(shi)際(ji)相(xiang)符(fu)。

圖5 相似粒徑聚苯乙烯微球和細胞檢測：（a）電不透明度－低頻幅值散點圖及電不透明度和低頻幅值直方圖；（b）幅值的均值及標準差

綜(zong)上(shang)所(suo)述(shu)，該(gai)研(yan)究(jiu)通(tong)過(guo)自(zi)行(xing)搭(da)建(jian)的(de)微(wei)流(liu)控(kong)阻(zu)抗(kang)流(liu)式(shi)係(xi)統(tong)
，實(shi)現(xian)了(le)對(dui)不(bu)同(tong)粒(li)徑(jing)的(de)聚(ju)苯(ben)乙(yi)烯(xi)微(wei)球(qiu)和(he)細(xi)胞(bao)的(de)無(wu)標(biao)記(ji)檢(jian)測(ce)。鎖(suo)相(xiang)放(fang)大(da)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)微(wei)粒(li)信(xin)號(hao)的(de)放(fang)大(da)並(bing)通(tong)過(guo)算(suan)法(fa)提(ti)取(qu)。通(tong)過(guo)聚(ju)苯(ben)乙(yi)烯(xi)微(wei)球(qiu)和(he)細(xi)胞(bao)驗(yan)證(zheng)了(le)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)。5μm微球低頻幅值與10μm微球差異明顯，HEPG2肝癌細胞電不透明度與10μmweiqiubijiaojuyouyidingchayi，biaominggaixitongjuyougenjudianxuetezhengqufenlizitijiheneirongwudegongneng，weiweiliukongzukangliushiyanjiukaipileyigeyouyingyongqianjingdepingtai。

論文鏈接：

https://doi.org/10.20027/j.gncq.2022.0052

來源：MEMS

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