非光学检测方法在微流控检测平台中的应用

2023-03-08 00:00:00
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核心提示:微流控检测平台的信号检测主要依赖于光学信号的检测,但是由于相关组件和设备昂贵以及使用不方便限制了在即使检测中的发展。

  微流控检测平台的信号检测主要依赖于光学信号的检测,但是由于相关组件和设备昂贵以及使用不方便限制了在即使检测中的发展。因此,非光学检测方法的具体策略和发展以及生物颗粒的制作可以成为一种新的解决方法。


  关于生物颗粒的制备主要分为被动和主动两种制备方法,被动方法主要分为惯性驱动,微过滤,确定横向位移,以及压缩流分级四种。惯性驱动如A所示,主要是粒子受主流驱动力,惯性力影响,完成运输,这种方法操作简单,设计简单,高通量,对细胞损伤小,但是惯性力高度依赖颗粒种类,运输效率会收到颗粒种类的影响。微过滤如B所示,是通过设置不同尺寸的过滤孔径,柱间距离等参数选择符合要求的目标颗粒,虽然操作简单,但是存在微流芯片的堵塞问题。确定横向流位移如图C所示是通过利用微阵列中的特定排列达到生物颗粒的分离以及掌握粒子运行轨迹的目的。但是当粒子大小存在多种差异时,需要反复更换阵列尺寸,重复性低。压缩流分级,是通过压缩装置将颗粒推至通道边缘,粒径较大的颗粒会优先进入通道中央,粒径小的颗粒则被推至边缘通道,达到颗粒分离的效果。但是该方法适用于浓度较低的产品,并且由于颗粒与通道的紧密接触容易导致堵塞。主动方法主要分为磁力操控和声波操控以及介电泳操控三种,磁力操控如E所示,结合有免疫磁珠的颗粒在磁力作用下与其他颗粒分离并沿确定方向进行移动,磁体不和颗粒直接接触,所以一般不影响活性,但是需要制作标记所用的磁珠。声波操控如F所示,通过特定声波干扰影响颗粒声压节点破坏力的平衡,从而控制粒子运动。介电泳操纵如G所示,在电场作用下,利用离子和介质的介电性质,控制粒子运动。

  关于非光学方法测定粒子主要分为电学,磁学和声波三种方式。电学检测依赖于不同生物颗粒所具有的不同介电性质。当颗粒进入固定电压的介质中,通过检测在电场中电流变化确定生物颗粒的存在和类型。电学检测主要有依靠直流电与交流电两种方式,直流电流可能会由于电化学反应而降低电极的性能,导致信号检测的变化。交流电方法能够抑制电化学反应,但需要外围仪器来进行信号的产生和处理,增加了电路的复杂性。然而,交流方法有效地使用不同频率表征生物粒子的内部特性。在直流电检测过程中,通过检测颗粒通过固定孔径导致的电流变化实现检测目的,但是存在有微孔尺寸不能灵活变化,电路容易堵塞以及发生电化学反应导致检测结果变化的问题。交流电的使用可以规避关于电化学反应的问题,在检测过程中可以发现由于颗粒位置不同,所产生的阻抗不同,可以据此分析颗粒的运动路径。但是在此过程中,由于电场的不均匀分布,会存在位置依赖效应,因此关于如何制造均匀电场是一个问题。磁力检测主要是通过粒子分布引起磁场变化,将磁信号转变为典型好达到检测目的。声波检测是利用声波对微粒进行操作,使微粒处于声压节点,然后对微粒进行运动轨迹和平衡位置的分析区分微粒以及分析微粒的可压缩性。总的来说,电学检测方法中,直流电虽然能提供稳定电场,但存在电化学反应,影响检测结果;交流电虽能避免电化学反应,但由于电场不稳定,阻抗结果对位置依赖性高;磁场由于和电场密切相关,所以最后的检测结果是以电信号进行表示;声学检测主要用于实时分析微粒的运动运动路径和微粒的基本物理性质等。

  参考文献:

  [1]Bayinqiaoge ,Zhang Yuxin,Cole Tim,Zheng Jiahao,Guo Jinhong,Tang Shi-Yang. Recent advances in non-optical microfluidic platforms for bioparticle detection[J]. Biosensors and Bioelectronics,2023,222.

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