[go: up one dir, main page]

EE201900007A - Mikrovooluti meetod ja seade - Google Patents

Mikrovooluti meetod ja seade

Info

Publication number
EE201900007A
EE201900007A EEP201900007A EEP201900007A EE201900007A EE 201900007 A EE201900007 A EE 201900007A EE P201900007 A EEP201900007 A EE P201900007A EE P201900007 A EEP201900007 A EE P201900007A EE 201900007 A EE201900007 A EE 201900007A
Authority
EE
Estonia
Prior art keywords
electrodes
channel
measurement
solution
measuring chamber
Prior art date
Application number
EEP201900007A
Other languages
English (en)
Inventor
Jaan Ojarand
Mart Min
Olev MÄRTENS
Original Assignee
Tallinna Tehnikaülikool
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tallinna Tehnikaülikool filed Critical Tallinna Tehnikaülikool
Priority to EEP201900007A priority Critical patent/EE05830B1/et
Priority to US16/783,647 priority patent/US11585772B2/en
Publication of EE201900007A publication Critical patent/EE201900007A/et
Publication of EE05830B1 publication Critical patent/EE05830B1/et

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/1023—Microstructural devices for non-optical measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N15/1031—Investigating individual particles by measuring electrical or magnetic effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/128—Microapparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645—Electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/10—Investigating individual particles
    • G01N2015/1006—Investigating individual particles for cytology
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/026—Dielectric impedance spectroscopy
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
    • G01N27/07—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Leiutise sisuks on mikrovooluti meetod ja seade vedelike, lahuste, gaaside ja osakeste omaduste tuvastamiseks, kus uuritav vedelik või gaas, koos osakestega või ilma, kulgeb vähemalt ühes kanalis, läbi omavahel elektriliselt isoleeritud, vähemalt ühe elektroodide paari vahel moodustuva miniatuurse mõõtekambri, kus mõõdetakse elektrilist impedantsi. Lahendust iseloomustab see, et tundlikkuse ja mõõtetäpsuse tõstmiseks samade mõõtmetega ruumiliste elektroodide paaride ristlõige väheneb mõlemalt poolt sujuvalt suunaga mõõtekambri poole. Tüüpiliselt on otstarbekas mitme kanaliga seadme kasutamine võrdlevaks mõõtmiseks ning diferentsiaalsete mõõteskeemide kasutamine kahe või enama kanaliga lahendustes.

Description

 Tehnikavaldkond
Leiutis kuulub mõõtetehnika, täpsemalt vedelike, lahuste ja gaaside ning neis sisalduvate osakeste (näiteks bakterid ja rakud) tuvastamise ja omaduste mõõtmise valdkonda. Leiutise olulisteks kasutusaladeks on meditsiiniline diagnostika mh mikrovooluti (inglise keeles microfluidic) ja kiiplabori lahendustes, eesmärgiga tuvastada vedelikes ja gaasides olevate osakeste olemasolu ja omadusi lahuse elektriliste omaduste kaudu, samuti elektrokeemilised analüsaatorid ning lahendused vedelike ja gaaside omaduste uurimiseks ja tuvastamiseks. Peamisteks kasutusvaldkondadeks on lahuses olevate osakeste (näiteks bioloogilised rakud) kontsentratsiooni määramine, loendamine ja sorteerimine, samuti osakeste (näiteks patogeensed bakterid) tüübi ja seisundi tuvastamine.
Tehnika tase
On tuntud lahendused, kus lahuse ja seal sisalduvate osakeste sageduskarakteristikut mõõdetakse mõõtekambris vedelikus olevate elektroodide abil neile rakendatud vahelduvsignaaliga ergutuse tulemusena tekkinud vastussignaali mõõtmise ning sellele järgnevate arvutuste teel. Ergutussignaali ja vastussignaali suhte kaudu leitud kompleksväärtus (teisiti nimetatult vektorväärtus) näitab uuritava lahuse elektrilist impedantsi kasutataval vahelduvsignaali mõõtesagedusel või ka mitmel sagedusel korraga, kui ergutussignaal sisaldab mitut sageduskomponenti, millele vastavad vastussignaali komponendid leitakse sobiva signaalitöötluse, näiteks Fourier’ teisenduse abil (S. Grimnes and O. G. Martinsen, 2015. Bioimpedance and bio-electricity basics.3rd edition. Elsevier-Academic Press,; M. Min et al 2015. Impedance detection. In: Prof. Dongqing Li ed. Encyclopedia of microfluidics and nanofluidics.
2nd edition. New York: Springer, pp. 1338-1361).
Impedantsi mõõtmine mitmel erineval sagedusel annab tulemuseks impedantsi kompleksspektri, mis annab rohkem informatsiooni vedeliku ja selles sisalduvate osakeste omaduste kohta. Vedeliku, lahuse või gaasi ja selles sisalduvate osakeste omaduste seostamine impedantsi spektriga toimub üldiselt lahuse ja osakeste ekvivalentse elektrilise mudeli või aseskeemi kaudu, kusjuures elektrilise mudeli olulisteks osadeks on ka uuritava lahusega kontaktis olevad eiektroodid (S. Grimnes 2015; Chen, J. et af, “Microfluidic Impedance Flow Cytometry Enabling High-Throughput Single-Cell Electrical Property Characterization. Review", Int. J. Mol. Sci, 2015,
16, 9804-9830; US6703819B2), sest nende impedantsid jäävad järjestikku mõõdetava lahuse impedantsiga. Selliseid lahuste ja neis sisalduvate osakeste tuvastamise, loendamise ja omaduste mõõtmise seadmeid mitmesuguste elektroodide paigutusega on kirjeldatud artiklites (Min 2015; Chen 2015) ning USA patentides (US6703819B2; USS329437B1; US7417418B1), kusjuures osakeste detekteerimise tundlikkuse tõstmiseks on pakutud välja ka diferentsiaalseid mõõteskeeme, kus osakese liikumisel mitme elektroodi vahel muutub järsult signaalide vahe amplituud ja polaarsus.
Tüüpiline mikrovooluti seadme mõõtekambri impedantsi magnituudi sageduskarakteristik on kujutatud joonisel fig 1A, kus on kujutatud lahuse kompleksimpedantsi magnituudi tüüpilist sageduskäiku, kui mõõtekambri diameeter d = 1 mm, pikkus 1 = 1 mm ja elektroodide pindala s = 0.8 mm2. Mõõdetavaks lahuseks on standardsele bioloogilise lahusesele vastav soolade lahus erijuhtivusega 1 S/m. Magnituudi esimene langev osa on siin määratud elektroodide ja vedeliku liitekoha elektrilise mahtuvusega, täpsemini nn konstant-faas-elemendiga (CFE, inglise keeles CPE), mis tekib keemiliselt inertsete metallide (nt kuld ja plaatina) elektriliselt laetud pinna ja lahuse nn kaksikkihi efekti tõttu (Min 2015; Chen 2035). Siledate ja puhaste elektroodide puhul on CFE ligikaudu samaväärne elektrilise mahtuvusega, kusjuures selle väärtus on võrdeline elektroodi pindalaga. Magnituudi teine langev osa on põhjustatud elektroodide vahelisest elektrilisest mahtuvusest, mis moodustub lahuse mahtuvusest ja parsasiitmahtuvustest (põhiliselt ühendusjuhtmete ja mõõteelektroonika sisendmahtuvusest). Magnituudi keskmine horisontaalne osa on põhjustatud lahuse takistusest.
Kiiplabori lahendustes on mitmel põhjusel eesmärgiks mõõtekambri füüsiliste mõõtmete vähendamine. Esiteks on see vajalik piisava tundlikkuse saavutamiseks väikeste osakeste (rakud, bakterid jms) puhul, sest see oleneb osakeste ja neid ümbritseva vedeliku ruumalade suhtest. Bioloogiliste objektide puhul on aga sobiva lahuse eritakistus suhteliselt väike (~1 Ω m, erijuhtivus 1 S/m) mistõttu palju suurema takistusega (ja impedantsiga) väikeste osakeste mõju jääb mõõtekambris oleva suurema lahusekoguse puhul väikeseks. Teiseks põhjuseks on paljudel juhtudel mõõtmiste juures kasutatavate kallimate reagentide (antikehade lahused jms) hind. Koos mõõtekambri mõõtude vähenemisega väheneb ka elektroodide pindala ja elektriline mahtuvus, mis toob kaasa magnituudi spektri esimese (madalama sageduse) langeva osa nihkumise kõrgemate sageduste suunas (joonis fig 1B, kus on kujutatud sama lahuse kompleksimpedantsi magnituudi
sageduskäiku väiksema mõõtekambri ja väiksemate eiektroodidega (d = 0.1 mm, I = 0,05 mm, s = 1000 pm2) juhul. Seejuures nihkub siin magnituudi teine (kõrgema sageduse) langev osa oluliselt vähem, kuna mõõteelektroonika sisendmahtuvused jäävad ligikaudu samaks ning lahuse mahtuvuse osakaal on suhteliselt väike. Magnituudi spektri keskosa nihkumine kõrgemate sageduste poole teeb selle mõõtmise keerukamaks ja halvendab muude võrdsete tingimuste juures selle täpsust ja eraldusvõimet. Suureneb ka paralleelse parasiitmahtuvuse mõju (sest see mahtuvus mõjutab spektri horisontaalset osa nüüd lõikesageduse läheduse tõttu rohkem - kuni selleni välja, et horisontaalset osa ei jäägi), mis on tihti temperatuuris, sisendpingete amplituudides ja lõppkokkuvõttes ka ajas muutuva iseloomuga. Kuna bioloogiliste objektide omaduste tuvastamisel (nt. patogeenide detekteerimisel selektiivsete vahekihtide abil) on spektri keskosal oluline tähtsus, siis halveneb koos mõõtmete vähendamisega seadme (sensori) efektiivsus.
On teada lahendused, kus elektroodide pindala on suurendatud poorsete elektroodide kasutamisega (S. Zheng, “Micro coulter counters with platinum black electroplated electrodes for human blood cell sensing”, Biomed Microdevices (2008) 10:221-231). Taolise lahenduse puudusteks on mõõtetulemuste ebamäärasuse suurenemine, mis on tingitud lahuste pikaajalisest liikumisest elektroodide mikropoorides ja selleks kuluva aja varieerumisest erinevate elektroodide vahel. Eriti oluliselt mõjutab see tulemusi võrdleva (diferentsiaalse) mõõtmise korral. Probleemiks on ka elektroodide suurem määrdumine.
Tuntud on lahendus, kus elektroodide pindala on suurendatud sõrmekujuliste elektroodide kasutamisega (US8841924B2). Selle lahenduse puudusteks on voolutiheduse ja impedantsi mõõtmise tundlikkuse suur ebaühtlus elektroodide ümbruses, mistõttu mõõtetulemuste seostamine osakeste elektrilise mudeli parameetritega on keerukas ja ebatäpne.
Leiutise eesmärk ja olemus
Leiutise eesmärgiks on seadme tundlikkuse, eraldusvõime ja täpsuse tõstmine vedelike (nt lahuste) ja osakeste (nt bakterid, rakud jmt) tuvastamisel.
Püstitatud eesmärk saavutatakse esiteks elektroodide sellise konstruktsiooniga, mis võimaldab mõõtekambri mõõtude vähendamist ilma impedantsi magnituudi esimese langeva osa nihkumiseta kõrgemate sageduste poole ja ilma seadme mõõtmete olulise suurenemiseta, kusjuures ka mõõtekambri mõõtude vähendamine omakorda võimaldab suurendada väikeste osakeste tuvastamise tundlikkust ja osakeste omaduste määramise täpsust; teiseks kanali ja elektroodide
sellise lahendusega, mis tagab vedeliku või gaasi sujuva ja turbulentsideta liikumise seadmes; kolmandaks sellise mõõtekambri, elektroodide ja vedeliku kanali lahendusega, mis võimaldab lisaks otsesele mõõtmisele suurendatud tundlikkuse ja täpsusega mõõta ka mitme kanali vedelike, lahuste, või gaaside omaduste vahet (diferentsi) erinevate mõõteskeemidega; neljandaks kanalite ja elektroodide sellise paigutusega, mis tagab kanalite elektroodide ja mõõtekambrite ühesugused omadused ning eraldatuse, mis võimaldab vedelike või gaaside omaduste teineteisest sõltumatut efektiivset võrdlust samades tingimustes, võimaldades samal ajal võrdlust ka segatud lahustega täiendava samade omadustega lisakanalitega.
Leiutise eesmärk saavutatakse (fig 2A) kahes dielektrilises materjalis 04 ja 05 paiknevate ruumiliste (näiteks kooniliselt) sujuvalt vähenevate mõõtudega juhtivate elektroodidega 02, kus mõõtekamber 07, 37 (fig 3), 47 (fig 4) moodustatakse elektroodide vertikaalse paigutuse korral kolmanda, elektroode eraldava dielektrilise materjali kihiga 05 või horisontaalse paigutuse korral kahe liidetud dielektrilise materjali (fig 6A) 24 ja 26 poolt elektroodide 22 vahel 27. Kooniliselt väheneva kujuga elektroodid võivad seejuures teises tasapinnas olla mitmesuguse kujuga - näiteks silindrilised (fig 2A), ristkülikulised (fig 2B) või ovaalsed (fig 3C).
Tähtis on, et nende pindala on oluliselt suurem kui mitmesugustel tasapinnalistel elektroodidel, mis on näidatud tuntud lahendustes, ning et nende ristlõige kahaneb sujuvalt mõõtekambri suunas. Ruumiliste elektroodide suurema pindalaga kaasneb suurem elektriline mahtuvus, mis nihutab impedantsi magnituudi spektri madalamate sageduste suunas (fig 1C) ja võimaldab selle takistuslikku osa mõõta madalamatel sagedustel. Vedeliku või gaasi kanalid (fig 2-fig 6) 01, 21 võivad olla moodustatud elekroodidest 02, 22, kuid ka eraldi osana 31, 41, juhul kui elektroodide 32, 42 osa on lühem. Elektroodide elektrilise väljaviigu ühendused moodustatakse kas kolmanda dielektrilise kihi 05, 35, 45 tasapinnas või välispinnal 03, 03a, 03b, 23, 53a, 53b.
Joonistel kujutatud seadmed on näidatud ühe, kahe ja kolme kanaliga, kuid kanalite arv võib olla erinev, kusjuures vedeliku sisendid ja väljundid võivad moodustada liitmikke ja hargnemisi vastavalt rakenduse vajadustele.
Elektroodide väljaviigud võivad olla kõik eraldi välja toodud, kuid ka seadmes elektriliselt ühendatud (fig 4) 43, 47 ja grupeeritud vastavalt mõõteskeemi lahendusele. Näiteks võib mitme kanali ergutussignaali pool olla kokku ühendatud, kui soovitakse kasutada ühist sünfaasset
ergutussignaali. Teiseks näiteks on kanalite paar, kus vastussignaalide pool on kokku ühendatud, kuid ergutussignaali poolel rakendatakse vastasfaasis ergutussignaale.
Põhimõtteliseks erinevuseks võrreldes tuntud lahendustega on see, et seadme ühesuguste omadustega, suure ruumilise pinnaga, sujuva kujuga ja sümmeetriliste elektroodidega kanalid võimaldavad samaaegselt mõõta ja võrrelda mitme erineva vedeliku, lahuse, gaasi ja neis sisalduvate osakeste erinevusi, sh mõõta nende impedantside spektrite erinevust.
Joonisel fig 1C on kujutatud pakutud lahenduse lahuse kompleksimpedantsi magnituudi sageduskäiku väiksema mõõtekambriga, kuid suurema pindalaga juhul. Elektroodide suurem pindala on selles näites saavutatud ümmarguste kooniliste elektroodidega, mille laiema otsa läbimõõt on 0,66 mm ja pikkus 0,33 mm.
Jooniste lühikirjeldus
Joonisel fig 1A on kujutatud lahuse kompleksimpedantsi magnituudi tüüpilist sageduskäiku mõõtekambris.
Joonisel fig 1 В on kujutatud sama lahuse kompleksimpedantsi magnituudi sageduskäiku väiksema mõõtekambriga ja väiksemate elektroodidega juhul.
Joonisel fig 1C on kujutatud lahuse kompleksimpedantsi magnituudi sageduskäiku väiksema mõõtekambriga, kuid pakutud lahenduse suurema pindalaga ümmarguste kooniliste elektroodide puhul.
Joonisel fig 2A on kujutatud eestvaate lõikes pakutud ühe kanaliga ja ruumiliste kooniliste elektroodide paariga lahendust.
Joonistel fig 2B, fig 2C, fig 2D on näidatud sama lahendus pealtvaates selle kanali ümmarguse, ristkülikulise ja ovaalse kujuga teostuse variantides, vastavalt.
Joonisel fig 3 on kujutatud eestvaate lõikes kahe kanaliga seadme varianti, kus kõikide elektroodide elektrilised ühendused on eraldi välja toodud.
Joonisel fig 4 on kujutatud eestvaate lõikes kahe kanaliga seadme varianti, kus elektroodid on elektriliselt paari kaupa kokku ühendatud.
Joonisel fig 5 on kujutatud eestvaate lõikes kahe kanaliga seadme varianti, kus elektroodide elektrilised ühendused paiknevad dielektrike ülemisel ja alumisel pinnal.
Joonisel fig 6А on kujutatud eestvaates kahe kanaliga seadme varianti, kus elektroodide paarid asuvad kanalites kahe dielektrilise materjali vahel.
Joonisel fig 6B on kujutatud sama lahendus pealtvaate lõikes.
Joonise] fig 7 on kujutatud kahe kanaliga jaotatud elektroodidega seadme eestvaate lõige.
Joonisel fig 8A on kujutatud kolme kanaliga rakendusnäite lahenduse eestvaade ning joonisel fig 8B ja fig 8C sama rakendusnäite pealtvaade ning külgvaate lõige.
Leiutise teostamise näited
Joonisel fig2A on kujutatud eestvaate lõikes ühe kanaliga 01 ja ruumiliste kooniliste elektroodide 02 paariga seadet, kus elektrilised ühendused 03 on tehtud ülemise 04 ja alumise 06 dielektrilise materjali vahel asuva kolmanda dielektrilise materjali 05 tasapindades. Dielektrilise materjali 05 elektroodide kitsenevate otste vahel asuv ava moodustab mõõtekambri 07. Nooled kanali otstes tähistavad vedeliku või gaasi liikumise suundi.
Joonistel fig 2B, fig 2C, fig 2D on näidatud sama lahenduse variandid pealtvaates kanali ümmarguse 01a, ristkülikulise 01b ja ovaalse 01c kujuga.
Lahendus töötab järgmiselt - vedelikukanalis 01 voolab mõõdetav vedelik (lahus, gaas, osakesed vms) ning elektroodidega 02 mõõdetav vahelduvvoolu impedants või eelistatult selle spekter sõltub vedeliku (lahuse, gaasi) koostisest ja muudest omadustest, impedantsi (või selle spektri) väärtus reageerib mõõtekambris olevatele osakestele ja nende omadustele, võimaldades neid mõõta, loendada või iseloomustada.
Joonisel fig 3 on kujutatud eestvaate lõikes kahe kanaliga seadme teostuse näidet, kus kõikide elektroodide elektrilised ühendused 33 on eraldi välja toodud. Märkus: elektrilised ühendused võivad olla välja toodud ka risti joonise tasapinnaga. Taoline lahendus võimaldab võrdlevalt mõõta kahes kanalis, näiteks kasutades ühte kanalit referentskanalina, näiteks teadaolevate omadustega vedelikuga, lahusega, vms.
Joonisel fig 4 on kujutatud eestvaate lõikes kahe kanaliga seadme varianti, kus elektroodide elektrilised ühendused 43 on seadmes paarikaupa kokku ühendatud. Märkus: elektrilised ühendused võivad olla välja toodud ka risti joonise tasapinnaga.
Joonisel fig 5 on kujutatud eestvaate lõikes kahe kanaliga seadme varianti, kus elektroodide (2) elektrilised ühendused 3 paiknevad dielektrike 4 ja 6 ülemisel ja alumisel pinnal.
Joonisel fig 6A on kujutatud eestvaates kahe kanaliga seadme varianti, kus elektroodide paarid asuvad kanalites 21 kahe dielektrilise materjali 24 ja 26 vahel.
Joonisel fig 6B on toodud sama seadme variant pealtvaate lõikes, dielektrikute 24 ja 26 liitekoha tasapinnas. Mõõtekambrid 27 elektroodide 22 paaride vahel on variandina moodustatud samade dielektrikute 24 ja 26 poolt ning elektroodid 22 on variandina kumeralt kahaneva kujuga.
Joonisel fig 7 on kujutatud kahe kanaliga seadme eestvaate lõiget, kus elektroodide paarid on kaheks jaotatud nn nelja elektroodiga impedantsi mõõteskeemi rakendamiseks.
Joonistel fig 8A, fig 8B ja fig 8C on detailsemalt kujutatud kolme kanaliga rakendusnäite seadet. Joonisel fig 8A on kujutatud rakendusnäite seadme eestvaate lõige elektroodide 52 paaride ja kanalite tsentrite tasapinnas. Kanalite hermetiseerimiseks on kasutatud rõngastihendeid 8 ja 9. Ülemiseks 54 ja alumiseks 56 dielektrikuks on trükkkplaadid, milles asuvad koonilised kullatud avad moodustavad elektroodide 52 paarid. Elektroodide vahel asuvad mõõtekambrid 57, mis on moodustatud avaga dielektrikus 55. Joonisel fig 8B on kujutatud sama seadme pealtvaadet, kus 10 on pistikühendused ja 17 niplid vedelike voolikute ühendamiseks. Joonisel fig 8C on kujutatud sama seadme külgvaate lõige ühe elektroodide 52 paari ja kanali tsentri tasapinnas. Elektroodide ühendused 53 kulgevad pistikusse 10. Vedeliku mahuti (reservuaar) on lisaks moodustatud dielektrilisest materjalist detailidega 12, 13 ja 14 ning on varustatud nipliga 17 voolikute ühendamiseks. Uuritav lahus sisestatakse lehtrikujulisse avasse 15 ning selle saab mõõtekambri 57 elektroodide 52 vahele suunata nipli kaudu tekitatava alarõhuga, kuid ka tagurpidi, läbi nipli ja mahuti, rakendades ülerõhku. Rõhu suuna muutmisega saab vedelikku mahutis ja elektroodide vahel edasi tagasi liigutada, näiteks segamiseks.

Claims (9)

  1. 1. Mikrovooluti meetod, kus uuritav vedelik või gaas (osakestega või ilma) kulgeb vähemalt ühes kanalis, kus selle elektrilisi parameetreid mõõdetakse omavahel isoleeritud elektroodide vahel, mis erineb selle poolest, et elektroodide pindala suurendatakse elektroodide ruumilise konstruktsiooni abil kusjuures elektroodide ristõige väheneb sujuvalt miniatuurse mõõtekambri suunas.
  2. 2. Mikrovooluti meetod vastavalt nõudluspunktile 1, mis erineb sellepoolest, et elektroodide vahel mõõdetakse elektrilist impedantsi.
  3. 3. Mikrovooluti meetod vastavalt nõudluspunktile 2, mis erineb selle poolest, et elektroodide vahel mõõdetakse elektrilist impedantsi mitmel sagedusel, spektrina.
  4. 4. Mikrovooluti meetod vastavalt nõudluspunktile 2, mis erineb selle poolest, et uuritav vedelik või gaas (osakestega või ilma) voolab paralleelselt kahes või enamas (võrreldavas) kanalis, millest igal on oma vähemalt üks elektroodipaar, mille kaudu mõõdetakse kanalis impedantsi.
  5. 5. Mikrovooluti meetod vastavalt nõudluspunktile 4, mis erineb selle poolest, et üks vedeliku (või gaasi) kanal on referentskanaliks, millega võrreldakse teise (teiste) kanali(te) tulemust.
  6. 6. Mikrovooluti meetod vastavalt nõudluspunktile 4, mis erineb selle poolest, et kasutatakse diferentsiaalset (erinevuse ehk vahe) mõõtmist kahe või enama kanali vahel.
  7. 7. Mikrovooluti seade vastavalt nõudluspunktile 1 , mis sisaldab vähemalt ühte dielektrilistes materjalides paiknevat vedeliku või gaasi kanalit, milles on vähemalt kaks omavahel isoleeritud elektroodi, mis erineb selle poolest, et paarikaupa sarnaste ruumiliste elektroodide ristlõige väheneb mõlemalt poolt sujuvalt suunaga mõõtekambri poole.
  8. 8. Mikrovooluti seade vastavalt nõudluspunktile 7, mis erineb selle poolest, et elektroodid on koonilised, suunatuna väheneva ristlõikega mõõtekambri poole.
  9. 9. Mikrovooluti seade vastavalt nõudluspunktile 7, mis erineb selle poolest, et kanaleid ning neis paiknevaid elektroodipaare, mille kaudu teostatakse mõõtmisi, on kaks või enam.
EEP201900007A 2019-02-08 2019-02-08 Mikrovooluti meetod ja seade EE05830B1 (et)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EEP201900007A EE05830B1 (et) 2019-02-08 2019-02-08 Mikrovooluti meetod ja seade
US16/783,647 US11585772B2 (en) 2019-02-08 2020-02-06 Microfluidic method and device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EEP201900007A EE05830B1 (et) 2019-02-08 2019-02-08 Mikrovooluti meetod ja seade

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EE201900007A true EE201900007A (et) 2020-09-15
EE05830B1 EE05830B1 (et) 2020-12-15

Family

ID=71945015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EEP201900007A EE05830B1 (et) 2019-02-08 2019-02-08 Mikrovooluti meetod ja seade

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11585772B2 (et)
EE (1) EE05830B1 (et)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006104839A2 (en) * 2005-03-28 2006-10-05 Mds Analytical Technologies, A Business Unit Of Mds Inc. Multiwell sample plate with integrated impedance electrodes and connection scheme
EP2103933A1 (en) * 2008-02-25 2009-09-23 KeyNeurotek Pharmaceuticals AG Device and method for measuring impedance in organotypic tissues
WO2018108880A1 (en) * 2016-12-12 2018-06-21 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Measuring system and manufacturing process of such a measuring system
WO2019028122A1 (en) * 2017-08-01 2019-02-07 Acea Biosciences, Inc. MONITORING IMPEDANCE OF CELLULAR SUBSTRATE OF CANCER CELLS OF DIFFERENT LINEAGE, ORIGIN OR STAGE

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6703819B2 (en) 2001-12-03 2004-03-09 Board Of Regents, The University Of Texas System Particle impedance sensor
US20070163883A1 (en) * 2004-02-04 2007-07-19 Evotec Technologies Gmbh Microfluidic system comprising an electrode arrangement and associated control method
US8329437B1 (en) 2004-07-29 2012-12-11 E.I. Spectra, Llc Disposable particle counter cartridge
US7417418B1 (en) 2005-06-14 2008-08-26 Ayliffe Harold E Thin film sensor
EP1984723B1 (en) * 2006-02-01 2019-05-15 Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) Impedance measurement device for characterizing particles in a micro channel
DE102008018170B4 (de) * 2008-04-03 2010-05-12 NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen Mikrofluidisches System und Verfahren zum Aufbau und zur anschließenden Kultivierung sowie nachfolgender Untersuchung von komplexen Zellanordnungen
NO329758B1 (no) * 2008-12-19 2010-12-13 Abbon As Flerfase stromningsmaler
EP2211164A1 (en) 2009-01-27 2010-07-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Fingered electrodes for microfluidic single particle analysis
US10274492B2 (en) * 2015-04-10 2019-04-30 The Curators Of The University Of Missouri High sensitivity impedance sensor
BR112018006145B1 (pt) * 2015-09-30 2021-04-13 Semen Refinement B.V. Sistema para realizar análise e seleção de esperma e método para classificação de células espermáticas
US10670544B2 (en) * 2018-08-13 2020-06-02 Saudi Arabian Oil Company Impedance-based flowline water cut measurement system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006104839A2 (en) * 2005-03-28 2006-10-05 Mds Analytical Technologies, A Business Unit Of Mds Inc. Multiwell sample plate with integrated impedance electrodes and connection scheme
EP2103933A1 (en) * 2008-02-25 2009-09-23 KeyNeurotek Pharmaceuticals AG Device and method for measuring impedance in organotypic tissues
WO2018108880A1 (en) * 2016-12-12 2018-06-21 Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) Measuring system and manufacturing process of such a measuring system
WO2019028122A1 (en) * 2017-08-01 2019-02-07 Acea Biosciences, Inc. MONITORING IMPEDANCE OF CELLULAR SUBSTRATE OF CANCER CELLS OF DIFFERENT LINEAGE, ORIGIN OR STAGE

Also Published As

Publication number Publication date
EE05830B1 (et) 2020-12-15
US11585772B2 (en) 2023-02-21
US20200256816A1 (en) 2020-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Reale et al. High-throughput electrical position detection of single flowing particles/cells with non-spherical shape
Spencer et al. High accuracy particle analysis using sheathless microfluidic impedance cytometry
EP0858603B1 (en) Planar hematocrit sensor incorporating a seven-electrode conductivity measurement cell
US10222314B2 (en) Flow channel device, complex permittivity measuring apparatus, and dielectric cytometry system
Emaminejad et al. Microfluidic diagnostic tool for the developing world: Contactless impedance flow cytometry
US7250775B1 (en) Microfluidic devices and methods based on measurements of electrical admittance
US20140255911A1 (en) Sample detection apparatus and detection method
EP0314767B1 (en) Improved flow cell
Tang et al. Asymmetric serpentine microchannel based impedance cytometer enabling consistent transit and accurate characterization of tumor cells and blood cells
US20160025610A1 (en) Measurement apparatus and measurement method
US10648936B2 (en) Blood condition analyzing device, blood condition analyzing system, blood conditon analyzing method, and blood condition analyzing program for causing computer to execute the method
US9201058B2 (en) Apparatus and method for sensing a time varying ionic current in an electrolytic system
CN106554909A (zh) 微流控装置
US10823722B2 (en) Probe for measuring the biomass content in a medium
Zhu et al. Detection of bacterial cells by impedance spectra via fluidic electrodes in a microfluidic device
TWI499778B (zh) 微流體裝置
US11585772B2 (en) Microfluidic method and device
US4237416A (en) Apparatus for counting and sizing particles suspended in a liquid electrolyte
JP2005062137A (ja) 液体中の微粒子計数装置
CN105190286A (zh) 用于富集和分离具有的浓度在若干对数级上的细胞的方法
Kim et al. Microfluidic potentiometric cytometry for size-selective micro dispersion analysis
Dawes et al. Modeling and design considerations for resistive impedance-based flow cytometry
JP7003640B2 (ja) 粒子検出装置及び粒子検出方法
Claudel et al. High reliability microfluidic biosensor for single cell impedance cytometry
Sokjabok et al. Analysis of liquids conductivity using hall effect sensor based on electromagnetic field properties