基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测方法与系统技术方案

本发明专利技术为基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测方法与系统，在流式阻抗微颗粒分析数据处理的基础上，利用不同尺寸微颗粒的有效矫正因子β与的拟合幂函数之间存在指数相同、幂函数系数成倍数且该倍数与微颗粒尺寸大小成正相关性的特点，利用标定微颗粒所得的有效矫正因子β与所得到的幂函数系数a0、指数c，将样品微颗粒所测得的与有效矫正因子β以及标定微颗粒所得的幂函数指数c，而求得样品微颗粒中不同尺寸下的幂函数系数，利用幂函数系数成倍数且该倍数与微颗粒尺寸大小成正相关性的特点求得样品微颗粒矫正后的尺寸与不同尺寸数量分布。本发明专利技术同样适用于高流道情况，提高通量以及实现微颗粒所处高度检测。高度检测。高度检测。

【技术实现步骤摘要】
基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测方法与系统


[0001]本专利技术涉及微颗粒流式阻抗测量
，具体涉及一种基于流式阻抗测量的微颗粒微颗粒所处高度与尺寸检测方法与系统。

技术介绍

[0002]亚微米到数十微米尺度的各种生物样品的尺寸分布研究在生物医学和临床应用中起到十分重要的作用，例如微颗粒的准确大小与计数在抗菌药物的敏感性实验和抗菌药物的耐药性实验中至关重要。大多数常见微颗粒的大小分布在亚微米到数十微米尺度的范围内，这使得高精度测量微颗粒尺寸与数量成为关键一环。除此之外，凋亡小体在细胞之中凋亡破碎(0.1μm
‑
5μm)已被发现与免疫调节和肿瘤发生有关，而针对上述生物样品大小等参数需要精确的测量。
[0003]近年来，基于流式阻抗微颗粒术的微颗粒分析在微颗粒形态学研究、临床药理学和生物医学工程中发挥着越来越重要的作用。流式阻抗测量等单微颗粒电特性分析可作为无标记生物标志物，揭示微颗粒当前的生理状态。为了避免空间位置对阻抗测量的影响，传统的流式阻抗法是用微颗粒通过尺寸相似或更小的通道减小电流变化但是这种方法十分容易造成堵塞。目前，已经提出使用鞘流方法来聚焦微颗粒位置，但这种微装置的制造十分复杂使得其无法进行实际应用，于是在通道结构以及数据后处理上进行尺寸矫正与所处高度识别变得至关重要。
[0004]Qiang Fang等人提出利用3D浮动电极进行微颗粒所处高度等电学参数的测定，但是该方法局限于显微镜图像模糊度的分析而无法精确获取所处高度数据同时无法对样品微颗粒进行尺寸矫正。Jianwei Zhong等人提出七电极双差分的方法，在一定程度上改善了电场的不均匀性，同时利用低流道下所产生的相对突出度即存在“马鞍面”波形特征，进行微颗粒尺寸的矫正，但是在实际情况下所需要的高通量即高流道的情况下矫正方法失效且无法对流入微颗粒高度获取，使得现有方法中尺寸矫正与所处高度的同时检测变得重要。
[0005]为此，本专利提出一种微颗粒所处高度与尺寸检测的方法，期望能够有效弥补现有微颗粒所处高度与尺寸检测上的不足，对具有“马鞍面”波形特征的常规波形，以及“马鞍面”消失的高通量检测信号波形同样适用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是，提出一种基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测方法与系统。所述检测方法可应用于不同流道高度下的微颗粒所处高度与尺寸检测。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测方法，所述检测方法应用于不同流道高度下的微颗粒所处高度与尺寸检测，所述检测方法包括以下步骤：
[0009]1)设定标定微颗粒，对标定微颗粒采用中心对称式的两组双差分七电极结构获取
两组电阻抗信号，对两组电阻抗信号进行实部的获取并进行高斯滤波处理，利用寻找极值的函数得到两组特征点，所述特征点为极值点；
[0010]2)计算不同所处高度下的两组电阻抗信号对应的矫正因子，选取两组电阻抗信号对应的矫正因子中的较大值作为有效矫正因子；
[0011]3)获得标定微颗粒不同所处高度下所产生的有效矫正因子，将所处高度与有效矫正因子进行拟合，获得所处高度与有效矫正因子之间的函数关系；
[0012]4)记录标定微颗粒不同所处高度下所产生的有效矫正因子所对应的波形最大极值点MAX，计算将标定微颗粒不同所处高度下的有效矫正因子β与按照幂函数进行拟合，获得拟合后幂函数的指数c与幂函数系数a0；
[0013]5)对待测样品微颗粒采用中心对称式的两组双差分七电极结构获取两组电阻抗信号，并按照步骤1)和步骤2)处理后获得待测样品微颗粒的有效矫正因子及所对应的波形最大极值点MAX；
[0014]将待测样品微颗粒的有效矫正因子代入步骤3)的所处高度与有效矫正因子之间的函数关系中，获得待测样品微颗粒所处高度；
[0015]按照公式计算待测样品微颗粒矫正后尺寸，其中，D0为标定微颗粒尺寸，D为测定样品微颗粒矫正后尺寸。
[0016]所述矫正因子的计算公式为：
[0017][0018]其中β0为矫正因子，MIN、MAX为波形最大极值点和最小极值点的纵坐标；在波形为存在“马鞍”型波时，B1、B2分别为第一个马鞍波的波谷、第二个马鞍波的波峰的纵坐标；在波形为“马鞍”型波消失型波时，B1、B2分别为波形中第一极值点、第四极值点的纵坐标；
[0019]若特征点数为4，则为“马鞍”型波消失型波，共具有四个极值点，记“马鞍”型波消失型波波形最大极值点为MAX和最小极值点为MIN，第一极值点记为B1、第四极值点记为B2。
[0020]获得待测样品微颗粒矫正后尺寸后，构建微颗粒矫正后尺寸分布直方图，该直方图中微颗粒尺寸的分布与预期微颗粒尺寸分布符合，矫正之后的尺寸明显分布于预期尺寸附近，且不同尺寸下的微颗粒分类明显，高度依赖性所造成的尺寸检测干扰大幅度减少。
[0021]第二方面，本专利技术提供一种基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测系统，包括：
[0022]中心对称式的两组双差分七电极结构，用于获取两组电阻抗信号；
[0023]COMSOL软件，用于进行不同所处高度的电信号模拟，由微颗粒流经不同高度的流道进行模拟信号获取；
[0024]COMSOLwith MATLAB，用于实时数据处理，进行模拟信号的阻抗信号数据提取，提取阻抗信号数据的实部；
[0025]MATLAB软件，用于对COMSOLwith MATLAB传输的数据进行数字滤波、特征点获取、事件判断、矫正因子计算以及微颗粒所处高度计算与微颗粒矫正尺寸计算；
[0026]所述矫正因子计算的公式为：
[0027][0028]其中β0为矫正因子，MIN、MAX为波形最大极值点和最小极值点的纵坐标；在波形为存在“马鞍”型波时，B1、B2分别为第一个马鞍波的波谷、第二个马鞍波的波峰的纵坐标；在波形为“马鞍”型波消失型波时，B1、B2分别为波形中第一极值点、第四极值点的纵坐标；
[0029]获得两组电阻抗信号波形所对应的矫正因子，将两个矫正因子进行较大值抛弃处理，若相同则任取其一，获得有效矫正因子；
[0030]微颗粒所处高度计算：利用标定微颗粒获得所处高度与有效矫正因子之间的函数关系，获取待测样品微颗粒的有效矫正因子带入所述的函数关系中，获得待测样品微颗粒的所处高度；
[0031]微颗粒矫正尺寸计算：按照公式计算待测样品微颗粒矫正后尺寸，其中，D0为标定微颗粒尺寸，D为待测样品微颗粒矫正后尺寸；a0和c利用标定微颗粒不同所处高度下的有效矫正因子β与按照幂函数拟合获得。
[0032]所述COMSOL软件中微流控芯片结构建模采用两组双差分七电极设计，两组双差分七电极采用相同结构：采用高频率的正弦交流输入电压，利用双差分信号进行噪声弱化；当微颗粒流经流道时，电流受到微颗粒的阻碍产生形变，测量的阻抗幅度将与微颗粒的生物阻抗大小呈线性关系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测方法，所述检测方法应用于不同流道高度下的微颗粒所处高度与尺寸检测，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：1)设定标定微颗粒，对标定微颗粒采用中心对称式的两组双差分七电极结构获取两组电阻抗信号，对两组电阻抗信号进行实部的获取并进行高斯滤波处理，利用寻找极值的函数得到两组特征点，所述特征点为极值点；2)计算不同所处高度下的两组电阻抗信号对应的矫正因子，选取两组电阻抗信号对应的矫正因子中的较大值作为有效矫正因子；3)获得标定微颗粒不同所处高度下所产生的有效矫正因子，将所处高度与有效矫正因子进行拟合，获得所处高度与有效矫正因子之间的函数关系；4)记录标定微颗粒不同所处高度下所产生的有效矫正因子所对应的波形最大极值点MAX，计算将标定微颗粒不同所处高度下的有效矫正因子β与按照幂函数进行拟合，获得拟合后幂函数的指数c与幂函数系数a0；5)对待测样品微颗粒采用中心对称式的两组双差分七电极结构获取两组电阻抗信号，并按照步骤1)和步骤2)处理后获得待测样品微颗粒的有效矫正因子及所对应的波形最大极值点MAX；将待测样品微颗粒的有效矫正因子代入步骤3)的所处高度与有效矫正因子之间的函数关系中，获得待测样品微颗粒所处高度；按照公式计算待测样品微颗粒矫正后尺寸，其中，D0为标定微颗粒尺寸，D为测定样品微颗粒矫正后尺寸。2.根据权利要求1所述的基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测方法，其特征在于，所述矫正因子的计算公式为：其中β0为矫正因子，MIN、MAX为波形最大极值点和最小极值点的纵坐标；在波形为存在“马鞍”型波时，B1、B2分别为第一个马鞍波的波谷、第二个马鞍波的波峰的纵坐标；在波形为“马鞍”型波消失型波时，B1、B2分别为波形中第一极值点、第四极值点的纵坐标；若特征点数为4，则为“马鞍”型波消失型波，共具有四个极值点，记“马鞍”型波消失型波波形最大极值点为MAX和最小极值点为MIN，第一极值点记为B1、第四极值点记为B2。3.根据权利要求1所述的基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测方法，其特征在于，获得待测样品微颗粒矫正后尺寸后，构建微颗粒矫正后尺寸分布直方图，该直方图中微颗粒尺寸的分布与预期微颗粒尺寸分布符合，矫正之后的尺寸明显分布于预期尺寸附近，且不同尺寸下的微颗粒分类明显，高度依赖性所造成的尺寸检测干扰大幅度减少。4.一种基于流式阻抗测量的微颗粒所处高度与尺寸检测系统，其特征在于，包括：中心对称式的两组双差分七电极结构，用于获取两组电阻抗信号；COMSOL软件，用于进行不同所处高度的电信号模拟，由微颗粒流经不同高度的流道进行模拟信号获取；COMSOL with MATLAB，用于实时数据处理，进行模拟信号的阻抗信号数据提取，提取阻抗信号数据的实部；
MATLAB软件，用于对COMSOL with MATLAB传输的数据进行数字滤波、特征点获取、事件判断、矫正因子计算以及微颗粒所处高度计算与微颗粒矫正尺寸计算；所述矫正因子计算的公式为：其中β0为矫正因子，MIN、MAX为波形最大极值点和最小极值点的纵坐标；在波形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李姗姗，苏谭彬，李军委，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：