与复用电子检测的粒子的空间跟踪微流体平台

Summary

我们证明与结合电阻脉冲感测（RPS）与码分多址（CDMA）的综合表面电极网络的微流体平台，来复用在多个微流体通道的粒子的检测和大小。

Abstract

生物样品的微流体处理典型地涉及以空间分馏基于感兴趣的生物特性的样品在各种力场悬浮颗粒的差动操作。对于要用作化验读数所得的空间分布，微流体装置经常受到需要具有更高的成本和减少的可移植性复杂的仪器显微镜分析。为了解决此限制，我们开发了一种集成电子传感技术用于在微流体芯片上的不同位置的粒子的多重检测。我们的技术，被称为微流控码，结合电阻脉冲感测与码分多址压缩二维空间信息转换成一维的电信号。在本文中，我们介绍了微流控技术CODES的实际演示，检测和大小培养的癌细胞分布在多个微流体通道。如由高速显微镜验证，我们的技术能够准确地分析密集细胞群体的所有电子，而不需要外部的仪器。这样，微流控代码可以潜在地使该非常适合用于生物样品的床边血糖检测低成本集成上实验室的单芯片器件。

Introduction

生物粒子如悬浮在液体中的细胞，细菌或病毒的精确检测和分析是一系列应用^1，2，3的极大兴趣。在大小旗鼓相当，微流体器件提供用于此目的的独特优势，如高感光度，柔和的样本处理和控制良好的微环境^{，4，5，6，7。}此外，微流体装置可被设计成采用流体动力学和力场的组合来被动地分馏基于各种属性^{8，9，10，11，12}生物颗粒的异质群体。在这些设备s时，得到的颗粒分布可以用作读出，但空间信息典型地只能通过显微镜，通过其直接连接到一个实验室基础设施限制了微流体装置的实用价值。因此，一个集成的传感器，可以容易地报告粒子的时空映射，因为它们是一个微流体装置上操作，可以潜在地实现低成本，集成上实....

Protocol

1.编码电极的设计

注意:图1a示出了微图案化电极的3-D结构。

1. 设计一组四个的7位Gold码进行编码的微流体通道^23。
   1. 构造两个线性反馈移位寄存器（的LFSR），每个代表本原多项式。
   2. 使用的LFSR生成一个优选的一对7-m位-sequences。
   3. 循环移位首选对米 -sequences并加入他们MOD 2，产生四种不同的Gold码。
2. 设计编码电极（ 图1b）的布局。
   1. 将三个电极端子，在三个角表示正，负电极和参考电极。
   2. 路线正极和负极迹线在每个微流体通道的相对两侧。
   3. 延长的正极和负极进微流体通道作为电极指，以下的唯一分配金码（ 图1c）。
   4. 放置参考电极中的正，负电极指之间。
   5. 放置正极和负极痕迹远离最外层的参考电极指，以最小化的编码区外部的电传导。

2.表面电极的微细

注意:图2b示出表面电极的制造过程。

Results

由分布在四个微流体通道四个传感器微流体码装置， 如图1b所示。在这个系统中，每个微流体通道的横截面被设计为接近的小区的大小，以便（1）的多个细胞不能越过在平行和（2）细胞保持靠近电极提高灵敏度的电极。每个传感器被设计以产生一个唯一的7位的数字码。然后将该装置用的细胞悬浮液进行测试。对应于四个单独的传感器记录，电信号被示出在图4中相关的理想的数字码。记录的信号密切配合与理想的方波脉冲，而确实存在小的偏差。这种偏离的几个因素，包括共面的电极之间的非均匀电场的组合造成的，不同的电极对，的球状之间耦合细胞，以及在微流体通道的细胞的恒定流速。我们创建基础上，重新编码传感器信号的模板库。由所记录的信号与所有的在库中的模板相关，我们确定的模板产生的最大自相关峰值（ 图4）。作为用于微流体通道的数字码被设计成彼此正交，显性自相关峰值可以有力地在此过程中确定。使用这种方法，我们可以计算确定微流体通道中的细胞穿过时，传感器信号的持续时间，因此，细胞的流动速度。

Discussion

多个电阻脉冲传感器先前已经掺入微流控芯片^{28，29，30，31，32。}在这些系统中，电阻脉冲传感器要么不多路复用^{28，29，30，31}或它们需要在不同的频率³²被驱动单个传感器。在这两种情况下，需要有专用的外部连接的芯片上的每个电阻脉冲传感器，因此大量的传感器不能没有更大的硬件的复杂集成。微流体码的重要的优点在于，它允许从一个简单的装置中的单个输出的多个电阻脉冲传感器的同时读取。我们利用米实现这一目标电信常用ult.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
98% 硫酸	BDH Chemicals	BDH3074-3.8LP
30% 过氧化氢	BDH Chemicals	BDH7690-3
三氯氢硅	Aldrich 化学	235725-100G
NR9-1500PY 负性光刻胶	Furuttex
光刻胶显影剂 RD6	Furuttex
丙酮	BDH 化学品	BDH1101-4LP
SU-8 2015 负性光刻胶	Microchem	SU8-2015
SU-8 显影	Microchem	Y010200
聚二甲基硅氧烷 （PDMS）	道康宁	3097358-1004	Sylgard 184 有机硅弹性体套件
丙醇	BDH 化学品	BDH1133-4LP
RPMI 1640	康宁 Cellgro	10-040-CV
胎牛血清 （FBS）	Seradigm	1500-050
青霉素-链霉素	Amresco	K952-100ML
磷酸盐缓冲盐水 （PBS）	康宁 Cellgro	21-040-CM
PHD 22/2000 注射泵	哈佛仪器	70-2001
HF2LI 锁相放大器	苏黎世仪器
HF2TA 电流放大器	苏黎世仪器
EclipseTi-U 显微镜	尼康公司
DS-Fi2 高清彩色相机	尼康公司
v7.3 高速相机	幻影
PCIe-6361 数据采集板	National Instruments	781050-01
BNC-2120屏蔽连接器块	National Instruments	777960-01
PX-250 等离子处理系统	Nordson MARCH