面向细胞多参数表型分析的微流控阻抗细胞仪与面对面电极技术

本文报道了一种基于惯性微流控和阻抗细胞术（impedance cytometry）的新型CellDetector装置，通过集成蛇形通道和四对面对面电极，结合双电流差分法（2-current differential method）实现了细胞多参数生物物理特征的高通量获取。该装置在100 μL/min流速下可精准聚焦7-20 μm颗粒及白细胞（WBCs）/肿瘤细胞，并提取29类细胞介电特征，结合机器学习算法使细胞分类准确率高达99.1%，为单细胞分析（single-cell analysis）和医学诊断提供了便携化解决方案。

　　

Device design and working principle

CellDetector被设计为一款用于大规模细胞特征提取和精准细胞分类的高效装置。如图1a、S1和S2所示，该装置由流体连接模块、电路连接模块及检测芯片构成。流体连接模块用于样本注入，电路连接模块则主要负责将检测芯片上的电极与外部电路相连。检测芯片作为核心部件，集成了蛇形通道和创新的四对面对面电极，分别用于细胞聚焦和精准传感。

Conclusion

本研究报道了一种基于惯性微流控和阻抗细胞术的CellDetector装置，可用于提取大规模细胞特征并实现精准细胞分类。CellDetector由流体/电路连接模块和检测芯片组成。检测芯片作为核心，通过蛇形通道实现细胞聚焦，并利用四对面对面电极进行精确细胞传感。独特的双电流差分法能够从非对称信号波形中提取29类细胞介电特征，结合机器学习算法在白细胞与肿瘤细胞分类中达到99.1%的最高准确率。该装置兼具便携性、易操作性和高通量优势，在单细胞分析领域具有广阔应用前景。

Device construction and fabrication

CellDetector的结构通过Solidworks 2018软件设计。核心部件采用机械加工的透明亚克力板制成，侧壁组件为3D打印尼龙材质。流体连接模块配备定位销和橡胶O型圈，以实现检测芯片的精密安装与密封。电路连接模块则集成弹簧探针、同轴射频电缆和微型接口，确保电极信号的稳定传输。

CRediT authorship contribution statement

Shu Zhu： 负责初稿撰写、验证实验及概念设计；Zheng Zhou： 负责可视化、验证及软件实现；Nan Xiang： 负责论文审阅、监督及方法学指导；Zhonghua Ni： 负责论文审阅、监督、研究调查及资金支持。

Declaration of Competing Interest

作者声明无利益冲突。

Acknowledgements

本研究受国家自然科学基金（52375562、51875103、81727801）、山西省科技合作交流专项（202304041101032）、江苏省自然科学基金（BK20190064）及江苏省“333工程”资助。