四月回馈,锁相惊喜派

青春四月,除了诗和远方,还有特价促销呀!MFLI 锁相放大器优惠促销等你来~~~

物理学的众多信号测量中,常常会遇到一类极其微弱的信号。如果想要检测出这些湮没在背景噪声中的微弱信号,我们需要用高灵敏数据采集器比如——锁相放大器。即使在噪声高于信号数千倍的情况下,也可得到精确的测量。

瑞士苏黎世仪器的不懈努力下,MFLI 锁相放大器,为中频和低频范围的测量设定了新标杆,受到了各大高校科研工作者的青睐。作为苏黎世仪器-MFLI中国总代理,为感谢大家的支持与信任,为支持各位老师和科研工作者的实验与应用。我们推出两种MFLI优惠方案,活动时间: 4月1日-4月30日 

方案一:MFLI双参考的应用组合

在现代的许多低频光学测量实验中,通常使用斩波器对光源进行调制,调制方式会涉及到双调制。对于两个不同调制频率的信号测量,使用一台MFLI500k锁相放大器结合MF-MD多解调器选件就可以很简单的实现此种测量。

选件小提示:安装 MF-MD 多解调器选件,能同时测量多频电压信号和电流信号。资金不足没关系,所有选件均基于固件和软件,以后可随时在本地升级。

—————  完美搭档  —————

<<<<<<   MFLI 500k锁相放大器(市场价:¥55000) >>>>>>

<<<<<<   C-995斩波器光学(市场价:¥10800) >>>>>>

现在组合出售,含税价仅需    55800元  

没有套路,只有优惠

方案二:仪器运行显示组合

MFLI不仅局限于PC来运行仪器。MFLI还可在任何浏览器设备上运行。MFLI带有浏览器软件,仅需在浏览器中输入“http://mf-dev3XXX”(dev3XXX为仪器序列号)即可实现访问。

—————  就送  —————

<<<<<<   MFLI 500k锁相放大器(市场价:¥55000) >>>>>>

<<<<<<   Apple Ipad Mini4(128G WLAN版)(市场价:¥2700) >>>>>>

MFLI 500k锁相放大器

Apple Ipad Mini4(128G WLAN版)

仅仅价格优势可能不能打动你的心,No!No!No!绝对不止价格优势哦!

产品优势:瑞士苏黎世仪器凭借精心开发的模拟和数字前端,结合FPGA,使得仪器具有高速数字信号处理功能。MFLI 将优越的性能与出色的LabOne® 软件包融合到了一起。

渠道优势:瑞士苏黎世仪器指定MFLI总代理,瑞士原厂直接提货。(目前广州有现货可售,赶紧预定哟~)

服务优势:提供终身免费的技术咨询服务和应用技术支持。

 

MFLI 视频介绍

 

一台好的设备可以让你的数据更加精确,一个好的采购渠道让你售后无忧~

那现在心动了吗?心动那就行动吧!

电话咨询:020-84050816,020-84050813

邮箱咨询:xiaying@snkoo.cn

在线咨询:点击右侧图标

Zurich Instruments锁相放大器在SPM应用中的成像模式与所需的选件

原子力显微镜(AFM)是扫描探针显微镜(SPM)模式中的一员,在尖锐针尖与样品表面之间,使用机械力、电学或者磁学相互作用来获得样品表面的图像。近年来,高精密的电子仪器及光学仪器的出现,促进了SPM向更加复杂的成像模式和更高时间分辨与空间分辨成像方向发展。针对不同的样品特性,把几种现有的成像模式综合在一起来获得样品表面的形貌像也日益受到了人们的广泛关注。此外,随着科研人员对研究样品在微小时间尺度上的相互作用越来越感兴趣,任意波形发生器(AWG)或者飞秒激光器结合AFM可以实现时间分辨的测量与成像。

悬臂梁探针与样品之间相互作用的微弱力转化为电信号后是一个比较微弱的电信号,如果要检测这种微弱的电信号,需要使用锁相放大器、信号平均器(BOXCAR)或者单光子计数技术等。在AFM的各种高级成像模式中,最常见的电学检测设备是宽频数字锁相放大器和信号平均器。Zurich Instruments提供了一系列不同规格的高精密微弱信号检测仪器如双通道锁相放大器(HF2、UHF)、BOXCAR均分器等,其均可以应用于AFM的高级成像。

如下表格展示了Zurich Instruments仪器在AFM中的各种成像模式与所需要的选件[1]。

Zurich <wbr>Instruments锁相放大器在SPM应用中的成像模式与所需的选件

当然,如果仅需要使用锁相放大器来检测AFM光电探测器的输出电信号,也可以选用其他类型的锁相放大器如斯坦福锁相放大器/信号均分器、signal recovery锁相放大器/信号均分器或者NF锁相放大器。光电探测器输出的微弱电信号的检测仪器需要根据实际实验装置及所需要的成像模式来进行选择。

参考资料

[1] SPM的各种成像模式:https://www.zhinst.com/applications/scanningprobe

来源于:fangdzxx_355的博客

电阻抗表征/测量用的二合一设备MFIA分析仪

阻抗分析仪在测量被测对象(DUT)时,通常是以谱图(或曲线)的形式显示DUT的阻抗值随不同频率的变化关系(使用频率扫描的功能),有时在测量过程中,还会同时出现相位的变化关系。DUT的阻抗值和相位值都随测量频率变化的曲线,也叫作阻抗的Bode图。根据测量到的阻抗谱线,通过定义不同的等效电路模型,便可以得到不同阻抗元件(电阻、电容、电感、电纳等)的参数值。此外,从阻抗分析仪测量DUT得到的“阻抗谱”的表面字意上,也可以看到“谱”也就是指曲线的显示方式。在材料科学、生命科学、电化学腐蚀等领域有多种不同的分析表征技术如SEM/EDS、TEM、SRS、Raman Spectroscopy、荧光光谱、红外光谱等,电阻抗测量技术在这些领域的某一方面的表征也具有非常重要的作用。对被测对象进行电阻抗测量时,需要使用阻抗分析仪或LCR表。阻抗分析仪和LCR表具有相似的功能,都能测量被测对象的阻抗值及阻抗参数如电容、电感和电阻。测量的阻抗值是通过测量的相敏电压除以电流而得到的,所得到的阻抗值有绝对阻抗和相位以及阻抗的实部和虚部。阻抗参数可以由用户通过自定义的等效电路模型拟合到所测量到的阻抗数值上而得到。这些阻抗参数除了电阻、电容和电感外,还包括Q因子、耗散因子、电导、电纳等参数。此外,在进行阻抗测量时,有时还会用到阻抗测量夹具以及对测量导线/夹具进行校准如开路校准、短路校准、负载校准及开路-短路-负载校准等。

LCR meter,也就是LCR表,类似于电压表、电流表、电容表等,是以具体数值显示的方式给出DUT的阻抗值。从“meter(表)”的表面字意上,也可以看到LCR表可以直接测量出DUT的具体阻抗值,高级的LCR表还可以同时显示多个不同固定频率下的具体阻抗数值。然后,通过自定义的等效电路模型拟合到所测量的阻抗数值上,便可以得到不同阻抗元件的阻抗参数值。

MFIA阻抗分析仪是通过测量相敏电压值除以电流来得到DUT的阻抗值;然后,用户可以把自定义的等效电路模型拟合到MFIA测量到的阻抗数值上;最后,用户便可得到不同阻抗元件的参数值如电阻和电容的数值,电阻和电感的数值等。MFIA通过锁相检测技术来得到DUT两端的电压和流过DUT的电流值,然后利用电压除以电流来得到基本的阻抗值。

要从MFIA分析仪获得与LCR表相似的功能,可以使用LabOne中的Numeric tab功能,如下图1所示。

image.png

图 1是LabOne中的Numeric截图,显示了10k Ohm电阻在1 kHz测量频率下的阻抗测量结果

在LabOne的Numeric页面可以查看固定测量频率下的DUT阻抗参数值。DUT的测量频率可从1 mHz到5 MHz。如果MFIA上配置多体解调器(MD)选件,那么MFIA可以同时测量2个不同频率的阻抗值。此外,Numeric中显示的阻抗参数值也可以在LabOne中的Plotter页面中显示DUT的阻抗值随时间的变化,如下图2所示。Plotter中显示的阻抗曲线还可以保存成CSV格式的数据,以便后续利用ZView软件进行等效电路模型拟合。

image.png

表 2 LabOne中的Plotter截图,显示了10k Ohm电阻在1 kHz测量频率下的阻抗参数随时间变化的曲线图

由于LabOne软件中的Numeric和Plotter页面可以随意的在LabOne网页中自由调动,因此,用户可以使用鼠标把Numeric和Plotter页面调节到同一个显示页面上,既可以查看DUT的阻抗参数值,又可以观察DUT的阻抗值随时间的变化关系,如下图3所示。

image.png

图 3 LabOne软件的Numeric和Plotter中同时显示了10k Ohm电阻的阻抗参数

要从MFIA分析仪获得与阻抗分析仪相似的功能,可以使用LabOne中的Sweeper功能,如下图4所示。Sweeper工具允许用户在1 mHz到5 MHz频率范围内自定义的设置所需要的扫描频率或者偏置电压,并且获得对应频率下的阻抗参数值。选中“Dual Plot”按钮,还可以同时获得DUT的相位参数值或者曲线(结合阻抗数值或曲线,所测量的阻抗参数也叫Bode图)。此外,除了设置不同的扫描频率外,还可以设置扫描频率区间内的point数值,auto-range范围(可以自动设置,也可以手动设置),线性扫描或者对数(log)扫描等。

image.png

image.png

图 4 LabOne软件中的Sweeper截图,显示了10k Ohm电阻在不同扫描频率范围内的阻抗参数曲线

从以上可以看到,MFIA分析仪既可以当做精密的LCR表使用,也可以当做阻抗分析仪来使用。用户可以在MFIA分析仪上随意的切换使用LCR表和阻抗分析仪的功能。这也就是说,在您拥有了MFIA分析仪后,就相当于拥有了LCR表和阻抗分析仪,一台MFIA仪器等效于LCR表和阻抗分析仪两台仪器。

本博文受Davis Wang(Zurich Instruments)把锁相放大器归因于测量仪器(Instrument)而不是放大器(amplifier)的启发,本人把MFIA分析仪从功能上划分为LCR表和阻抗分析仪,也就是说MFIA不仅仅是阻抗分析仪,而且还具有LCR表的功能。

来源:fangdzxx_355的博客

MFLI锁相放大器用于微流控电阻抗微液滴芯片的检测

微流控动态电阻抗检测可用于细胞的计数、细胞的分类、细胞在微流控芯片通道内的位置判定、细胞的形变测量、细胞组分鉴别及细菌数量的统计等。微流控电阻抗检测的核心是电阻抗芯片,不同类型的芯片,可用于不同的实验检测需求。动态电阻抗检测的设备需要具备检测nV级电压信号或差分电压信号,nA级/pA级电流信号的检测能力。

本文介绍一款低频测量的微弱信号检测设备——MFLI锁相放大器。MFLI锁相放大器具有电流输入端口和差分电压输入端口,具备同时检测4个不同频率信号的能力。本文使用MFLI锁相放大器检测微滴电阻抗芯片生成的油包水微液滴。

微液滴动态电阻抗检测系统及其原理

微液滴动态电阻抗检测系统的连接

滴动态电阻抗检测系统连接示意图如下图所示。将矿物油(Span 80活性剂)和过滤后的超纯水分别放置在油相储液池和水相储液池内。MFCS压力泵将水相和油相液体推入到液滴电阻抗检测芯片内,MFCS输出压力的大小可通过MAESFLO软件进行调节。油包水液滴在芯片通道内的交叉处产生并在后面的检测电极处进行检测。生成后的液滴在芯片的出口端流出到液滴收集器内。MFLI锁相放大器产生4个不同频率的正弦激励电压信号,该电压信号施加在电阻抗芯片的中间激励电极上。当有微液滴通过电极区域时,两侧的检测电极输出电流信号,电流信号经电流放大器转化为电压信号后输送到MFLI锁相放大器。

微液滴动态电阻抗检测原理

当MFLI锁相放大器对电阻抗芯片上的激励电极施加一定幅值且具有一个频率或多个不同频率的交流信号时,微流体芯片通道内激励电极和敏感电极之间会产生电场。当微液滴经过电极对之间的间隙时,电场会受到扰动而产生电流的变化,电流变化的幅度取决于粒子的尺寸、形状和介电性质。变化的电流经电流放大器进行放大并转换为差分电压信号。MFLI锁相放大器同时解调一个频率或多个不同频率的差分电压信号,从而给出每一个频率信号的同相分量和正交分量或者幅值和相位值,同时抵制所有其他频率信号的干扰。所测量的电阻抗的变化可在本地电脑上的LabOne软件里的Plotter中进行实时观察且测量的数据可直接保存在本地电脑,方便后续使用MATLAB、Python等软件进行分析处理或与其他设备进行集成。

LabOne®动态电阻抗检测软件

多功能、易操作的LabOne®软件可运行于浏览器网页,不受限于任何操作系统。LabOne®软件集成Numerical、Plotter、Sweeper、Spectrum、SW Trigger、Scope等软件工具,有利于电阻抗信号的观察与测量。其中Plotter可用于电阻抗测量的实时观察和特定时间内的数据保存,如下图所示。Sweeper可用于DC-5 MHz频率范围内的电阻抗测量,方便用户获得测量对象在不同频率下的阻抗变化。

此外,通过在阈值控制单元(Threshold Unit)里面设置不同幅值电平的控制条件,可实现实时的细胞或粒子的计数功能。监测到的逻辑信号还可通过Trigger Output或DIO输出到其他设备的输入端口,以触发其他设备的自动化运行,例如细胞分选。

油包水微液滴的实验参数

连续相液体为液体石蜡(AR,CS:8042-47-5,aladdin),分散相液体为去离子水,表面活性剂为Span 80(AR,CS:56106-21,farco chemical supplies)。用移液枪量取过滤后的液体石蜡溶液5 mL,将其倒入2.0 mL的储液器内。然后,再量取0.15 mL的Span 80溶液,将其倒入液体石蜡溶液中。随后,将储液器密封并将其放置在超声波水浴中超声振荡处理10-15 min,使SPAN 80和液体石蜡混合均匀。用移液枪量取储液器内1.5 mL的石蜡与Span 80的混合溶液并将其倒入油相容器内。用移液枪量取过滤后的去离子水溶液1.5 mL并倒入水相容器内。

在LabOne软件上,设置输出激励电压幅值为1 V,频率分别为3 MHz、 2 MHz、1 MHz和500 kHz的正弦输出信号。设置电流放大器的总增益为10 k。采用差分电压测量的方式检测油包水液滴。

PDMS微液滴电阻抗检测芯片放置于倒置荧光显微镜(IX83, Olympus)的载物台上。

在MAESFLO软件(MFCS的控制软件)上,增大MFCS的油相输出压强,使液体石蜡溶液充满整个PDMS芯片通道。然后,缓慢增大MFCS的水相输出压强,在PDMS芯片的交叉口处能观察到水相出现,随后,再次缓慢增大水相的输出压强,便可在显微镜上观察到芯片的交叉口处有油包水液滴生成。

实验测量结果

通过调节MFCS压力泵的输出压力值,可以在PDMS微液滴电阻抗芯片的通道交叉处产生矿物油包水液滴。通过调节MFCS压力泵输出压力的大小,可以改变微液滴的生成频率和液滴的直径。实验产生的微液滴和阻抗检测电极如下图所示。

MFLI锁相放大器的参数设置可完全在LabOne软件里进行设置。在LabOne软件里,可设置同时输出4个不同频率和幅值的正弦交流信号,在Plotter工具中观察微液滴阻抗检测的变化行为,如下图所示。实时测量的电阻抗数据可随时通过Record保存在本地电脑上。对于已保存的测量数据,可以使用MATLAB、Python等软件绘制微液滴的散点图、直方图等。

PDMS微液滴电阻抗芯片产生的矿物油包水液滴视频链接如下

PDMS微液滴动态电阻抗检测芯片

LabOne软件中Plotter工具实时检测微液滴的视频链接如下

LabOne动态电阻抗检测软件

PDMS微液滴电阻抗检测芯片放置在奥林巴斯IX83显微镜上的载物台上,在电脑显示器上观察油包水液滴的生成和液滴的检测,同时在LabOne软件上实时显示微液滴的电阻抗检测峰。视频连接如下

MFLI微液滴动态电阻抗检测

本文介绍了利用MFLI锁相放大器检测PDMS芯片生成的油包水微液滴。MFLI可以同时产生4个不同频率的正弦信号施加在电阻抗芯片的激励电极上。LabOne软件中的Plotter工具可以实时显示微液滴的电阻抗谱。所测量的电阻抗数据可以随时保存在本地电脑上,方便后续数据处理。

来源:fangdzxx_355的博客

微流控电阻抗检测系统的通用配置方案

目前,结合荧光激活细胞分选(fluorescent activated cell sorting,FACS)的荧光标记技术可以快速、准确的实现高通量的细胞分选。但是,FACS技术有两个主要缺点[1]:一是需要使用标记和抗体对细胞进行修饰,这意味着有可能会改变研究对象;二是FACS设备非常昂贵且操作复杂。基于电阻抗检测的微流控技术由于无需对测量对象做标记,也不会侵入到其内部,从而不会对其造成任何破坏。此外,微流控电阻抗检测技术所用的样品量较小,而且基于电阻抗检测的设备易于操作和携带。所以,基于电阻抗检测的微流控技术为细胞检测提供了一个全新的分析方法。电阻抗检测技术广泛应用于材料科学、生命科学、食品安全、疾病诊断等领域。在微流控领域,基于电阻抗检测的流式细胞仪作为一种无标记、非侵入式技术而被广泛的应用于细胞的计数、分选、捕获、分离与鉴别等[1-2]。Holmes等[3]利用基于微流控阻抗检测的流式细胞仪对粒细胞、单核细胞和淋巴细胞进行计数和鉴别,通过分析白细胞的三个主要种群的特性来间接判断人体的健康状况。Küttel等[4]利用电阻抗技术检测牛身上的红细胞中是否存在牛巴贝虫寄生虫,由此来鉴别红细胞是否受到感染。Benazzi等[5]利用微流控电阻抗技术对浮游植物的种群进行鉴别和分析。Bernabini等[6]利用微流控电阻抗检测技术成功的检测并鉴别了1 μm和2 μm直径的聚苯乙烯微球和大肠杆菌,实验结果与传统流式细胞仪和动态光散射测量的结果相一致。Zhu等[7]利用微流控多频电阻抗检测技术实时监测了单个酵母菌细胞的生长过程。酵母菌芽的增量大小引起的电阻抗信号也被清晰的检测到。此外,利用电阻抗检测技术还可以监视酵母菌细胞在陷阱里的运动或所处位置的变化。

本文主要介绍微流控领域电阻抗检测系统的通用配置方案。

微流控电阻抗检测系统在一定程度上可以看成是由多个不同功能的模块经过有效的有机组合而成的。该检测系统主要包括五个模块:微流控电阻抗检测芯片、微流控芯片进样泵、流量计或压力计、电阻抗分析仪/锁相放大器、光学显微镜等,如下图所示。

blob.png

对于以上四个模块的组合,我们仅仅给出一个微流控电阻抗检测系统的连接示例,如下图所示。对于该系统中所用到的设备,可以使用其他的实验设备进行代替,但是总体的连接方式是相同的。MFCS驱动泵把储液池内的液体推入到微流控芯片的通道内。MFLI产生一个或多个不同频率的正弦电压信号,施加在电阻抗芯片的激励电极上,敏感电极测量到的电流信号经过跨阻放大器转化为电压信号并对信号进行放大。放大后的电压信号输送到MFLI锁相放大器。MFLI锁相放大器和MFCS驱动泵的参数调节和控制都在PC电脑上的LabOne软件和MAESFLO软件上进行设置。

微流控电阻抗检测系统的通用配置方案blob.png

微流控电阻抗检测芯片

微流体芯片是微流控实验不可缺少的一个核心组件,而且也是实验创新的主要部分。对于特定的应用研究,需要采用特定材质及不同通道结构的微流体芯片。微流体芯片的材质目前主要有玻璃、聚合物及PDMS,而芯片的通道结构会涉及到通道的几何形状、深宽比、表面修饰、键合方式等内容。目前,电阻抗检测芯片最为常见的是PDMS-玻璃芯片、玻璃-玻璃芯片。采用光刻剥离和磁控溅射技术可将金属微电极加工在玻璃的表面。

(1)现有PDMS电极芯片的类型有:

      •“十”字交叉型的微液滴检测芯片

     适当调节连续相和分散相的液体流速,可在芯片的“十”字交叉处快速产生微液滴。微液滴的生成频率可通过电阻抗检测技术进行实时计数,而液滴尺寸的变化可通过电阻抗检测数据进行统计分析得到。

   “十”字交叉型微液滴检测芯片可用于常规微液滴的制备与检测,细胞或病毒包裹的微液滴制备与检测,无机纳米颗粒包裹的微液滴制备与检测等。

blob.png

      •  溶液混合的检测芯片

      将两种或多种不同的溶液同时或按时先后顺序通入芯片通道内,通过电阻抗检测技术测量溶液的阻抗变化,由此间接的判断不同种溶液的扩散性或化学反应程度。溶液混合的芯片主要用于研究两种不同溶液间的扩散程度,不同溶液发生化学反应的过程等。

blob.png

      •  介电谱测量的检测芯片

      将不同性质的液体或同种性质的液体推入芯片通道内,通过阻抗测量技术测量溶液的介电谱,通过介电常数的变化来研究溶液或粒子等的化学性质的变化。

      介电谱测量芯片可用于生物细胞(红细胞、酵母细胞、大肠杆菌、藻细胞等)悬浮液的测量,生物组织/生物大分子溶液的测量,表面活性剂胶束体系的测量以及反胶束与微乳液体系的测量等。

blob.png

(2)玻璃电阻抗检测芯片

由于玻璃具有良好的光学透过性,有利于光学显微镜观察玻璃芯片通道的形貌,因此,玻璃电阻抗检测芯片常被应用于细胞鉴别与计数、微生物种群鉴别、血液检测等方面。玻璃通道上部和底部的制作的两对对面电极的电阻抗芯片[8],如下图所示。

微流控电阻抗检测系统的通用配置方案blob.png

微流控芯片进样泵与流量计

微流控芯片进样泵有多种不同的形式,比如注射泵、蠕动泵、压力泵、压电泵等,主要作用都是把液体推入到微流控芯片的通道内。在微流控芯片的入口之前接入流量计或压力计等传感模块,可以测量微流体通路上的流体流速或流体的压力。我们在这里介绍Fluigent的MFCS压力泵和流量计,当然,其它品牌的进样泵和流量计也可以使用。MFCS压力泵、流量计与芯片之间的连接如下图所示。

blob.png微流控电阻抗检测系统的通用配置方案

MFCSTM驱动泵把储液池内的液体推进到微流体电阻抗芯片的通道内。储液池与芯片之间连接的FluigentFLOW UNIT流量计可以实时的测量流入到芯片通道内的液体流速。Flow-Rate Control Module(FRCM)流速反馈控制模块通过全局控制的方式可以把微流体的流速长时间的维持在所设定的数值上,而MFCSTM驱动泵的输出压力则随储液池内的液面高度、外界的干扰等因素进行自动调节。

MFCSTM驱动泵由于基于气体压力致动而不会产生脉冲波动。多达16个通道的输出压力,允许同时进行16个支路的液体驱动,通过Fluigent MAESFLOTM软件,可对16个通道的输出压力进行单独设置。友好的MAESFLOTM软件界面可同时显示输出压强的数值和曲线。Script Module可实现简单或复杂波形的压力驱动,通过SDK软件开发包,用户可方便的将MAESFLOTM软件集成MATLAB、LabVIEW、Python、C/C++等软件中。

与任何流体控制器相兼容的FLOW UNIT流量计可测量的液体流速从0到±5 mL/min。温度传感器测量结合优异的数学算法可精确的测量液体的实际流速。在内置的水或异丙醇溶液测量的模式下,通过简单的校准就可以测量与硼硅酸盐玻璃相兼容的任何流体。此外,体积狭小的FLOW UNIT流量计易于安装和使用。

基于优异数学算法的流速反馈控制模块(FRCM)可在最低200 ms的时间内达到所设定的液体流速值。此外,FRCM还可以实现微流控芯片交叉或汇聚多通道内的液体流速的稳定控制,不因通道交叉点或汇聚点的流量混合而出现流速波动较大及流速反馈较慢的情况。

电阻抗分析仪/锁相放大器

电阻抗检测分为静态电阻抗检测和动态电阻抗检测。静态电阻抗检测主要测量物体在静止状态下的介电性质如电阻、电抗、电导、电纳、介电常数、介电损耗等。动态电阻抗检测用于测量运动物体的介电性质,主要用于实时测量微流体芯片通道内粒子的介电特性,该粒子可以是各种类型的细胞、细菌、微液滴、聚苯乙烯微球等。此外,动态电阻抗测量还可用于细胞的计数和尺寸测量、细菌数量的测量、细胞形变量的测量以及微液滴的计数等。

微流控电阻抗检测系统需要使用高灵敏的信号检测设备测量微流控芯片通道内的微弱电流变化。常用的设备有高灵敏的电阻抗分析仪(带有差分功能)和锁相放大器。常见的电阻抗分析仪有安捷伦、舒立强、瑞士万通、瑞士苏黎世仪器等;锁相放大器有斯坦福、NF、阿美特克、瑞士苏黎世仪器等。本文将会以瑞士苏黎世仪器的MFLI锁相放大器为例介绍微流控动态电阻抗检测的原理。

微流控电阻抗检测系统的实物连接图如下图所示。

微流控电阻抗检测系统的通用配置方案blob.png

动态电阻抗检测可用于测量微流体芯片通道内单个粒子的介电特性。以两对共面电极的微流控电阻抗芯片为例介绍动态电阻抗检测的过程,芯片结构示意图[10]如上图所示。在微流体芯片通道内加工两对金属微电极,一对微电极作为测量电极,用于测量介质溶液中单个粒子经过时的电流变化,而另一对电极作为参考电极,仅用于测量介质溶液的电流。当MFLI锁相放大器对两对电极同时施加一定幅值且具有一个频率或多个不同频率的交流信号时,微流体芯片通道内两对电极之间会产生电场。当粒子经过电极对之间的间隙时,电场会受到扰动而产生电流的变化,电流变化的幅度取决于粒子的尺寸、形状和介电性质。变化的电流经跨阻差分放大器进行放大并转换为差分电压信号。MFLI锁相放大器同时解调一个频率或多个不同频率的差分电压信号,从而给出每一个频率信号的同相分量和正交分量或者幅值和相位值,同时抵制所有其他频率信号的干扰。所测量的电阻抗的变化可在本地电脑上的LabOne软件里的Plotter进行实时观察且测量的数据可直接保存在本地电脑,方便后续使用MATLAB、Python等软件进行分析处理。

LabOne®动态电阻抗检测软件

多功能、易操作的LabOne®软件可运行于浏览器网页,不受限于任何操作系统。LabOne®软件集成Numerical、Plotter、Sweeper、Spectrum、SW Trigger、Scope等软件包[11],有利于电阻抗信号的观察与测量。其中Plotter可用于电阻抗测量的实时观察和特定时间内的数据保存,如图六所示。Sweeper可用于DC-5 MHz频率范围内的电阻抗测量,方便用户获得测量对象在不同频率下的阻抗变化。

此外,通过在阈值控制单元(Threshold Unit)里面设置不同幅值电平的控制条件,可实现实时的细胞或粒子的计数功能。监测到的逻辑信号还可通过Trigger Output或DIO输出到其他设备的输入端口,以触发其他设备的自动化运行,例如细胞分选。

blob.png

微流控电阻抗检测系统的通用配置方案

光学显微镜

光学显微镜有正置显微镜、倒置显微镜和体视显微镜。常见的显微镜品牌有Zeiss、Leica、Nikon和Olympus。由于微流控芯片的进出口大部分在芯片的上方,在观察芯片通道内几个微米的物体时,正置显微镜的物镜需要靠近芯片的表面,如此近的距离,会影响芯片进出口与导管的连接。因此,进行微流控实验时,建议优先选择倒置显微镜。

 除了以上介绍的五个部分,还需要不同规格的毛细管、转接头、Pt或Au电极、导电银浆、环氧树脂胶等配件,把微流控芯片与微流控芯片进样泵和流量计等连接在一起,形成一条完整的检测通路。

综上所述,微流控电阻抗检测系统主要由5部分组成,分别是:

(1)符合实验研究对象的微流控电阻抗检测芯片。采用磁控溅射或电子束蒸发技术在玻璃表面上制作Au或Pt或Pt/Au电极。然后,选择合适的芯片材质,采用软光刻技术或模塑技术或刻蚀与阳极键合技术/高温键合技术等加工制作共面电极或对面电极结构的电阻抗检测芯片。

(2)高精度、高灵敏与高带宽的多频锁相放大器或多频阻抗分析仪和宽频带的跨阻放大器如MFLI锁相放大器、HF2IS阻抗谱仪、HF2TA跨阻放大器等。多频锁相放大器或阻抗分析仪可同时完成多个不同频率信号的产生与解调。此外,界面友好的仪器操作软件可方便用户简单的设置实验参数;对测量结果可实时的进行曲线可视化显示,并对测量的数据实时的保存到本地的电脑上。

(3)光学显微镜如Zeiss、Leica、Nikon、Olympus等倒置荧光显微镜或体视显微镜

(4)快速稳定的微流控芯片进样泵如注射泵、蠕动泵、压力驱动泵等。驱动泵可将储液池内的液体平稳的推进到微流控芯片的通道内,有助于降低电阻抗测量过程中的阻抗基线漂移现象。

(5)流量计或压力计,用于测量流体通路上的液体流量或液体压力。

参考文献

    [1] T. Sun, H. Morgan, Microfluid Nanofluid, 2010, 8, 423-443

    [2] K. C. Cheung, M. D. Berardino, G. S. Kampmann, et al, Cytometry Part A, 2010, 77A, 648-666

    [3] D. Holmes, D. Pettigrew, C. H. Reccius, et al, Lab on a Chip, 2009, 9, 2881-28894

    [4] C. Küttel, E. Nascimento, N. Demierre, et al, Acta Trop., 2007, 102, 63-68

    [5] G. Benazzi, D. Holmes, T. Sun, et al, IET Nanobiotechnol., 2007, 1, 94-101

    [6] C. Bernabini, D. Holmes, H. Morgan, et al, Lab on a Chip, 2011, 11, 407-412

    [7] Z. Zhu, O. Frey, F. Franke, et al, Anal Bioanal Chem, 2014, 406, 7015-7025

    [8] Micronit microtechnologies, Electrical impedance spectroscopy manual

    [9] Fluigent, MAESFLO User Manual, P21

    [10] H. Morgan, T. Sun, D. Holmes, et al, Journal of Physics D: Applied Physics, 2007, 40, 61-70

    [11] Zurich Instruments, http://www.zhinst.com/labone

    [12] Zurich Instruments, MFLI User Manual

    [13] LabSmith, SVM 340 User Manual

来源:fangdzxx_355的博客