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