组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
磁珠（magnetic beads, MMI-105）；样品基质：PBS导电样品流（鞘流为去离子水）
检测原理
在T型微通道中，低电导率去离子水鞘流将高电导率PBS样品流压向玻璃金电极表面，形成薄导电层并限制电场。外工作电极施加240 Hz方波驱动，产生约0.5 μA峰峰值恒定电流，内感测电极测量电位差。当导电磁珠被外部永磁体捕获在感测电极之间时，颗粒提供额外导电通路，电场线向颗粒偏转，电极间电阻和电压下降；颗粒尺寸越大、数量越多，电压变化越大。通过提高鞘流/样品流比可减小导电层厚度、增强电场密度，从而提高灵敏度；但雷诺数增大时聚焦层出现尖角，电流经尖角旁路且剪切力可能移除颗粒，因此存在最优Re<5。
检测灵敏度
未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
概念验证中，2 μm磁珠被捕获后，感测电极间电压和电阻下降，且信号变化随鞘流/样品流比增大而增大；但实验灵敏度在高流比下趋于饱和，而模拟预测近似线性。共聚焦显示流比10–30及更高流速下聚焦层弯曲，雷诺数增大时尖角增强，导致电流旁路和颗粒剪切损失。作者认为Re<5可获得较平坦聚焦层，有利于提高电导灵敏度和表面结合效率。该平台可用于高通量检测多种细胞或颗粒，并降低堵塞风险。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：硼硅酸盐玻璃载玻片，光刻Ti（300 Å）粘附层与Au（3000 nm）四电极，外工作电极500 μm宽、内感测电极250 μm宽、间距2 mm
- 微通道结构：PMMA（Plexiglas G）铣削T型双入口矩形微通道，宽1 mm、入口间高150 μm、鞘流入口后高250 μm、长3 cm，含500 μm×200 μm防漏沟槽与金属管接口
- 鞘流：去离子水（DI H2O，σ≈5×10−8 S/m），以较高流速聚焦样品流并限制电场
- 样品流：PBS（σ≈1.5 S/m），携带颗粒/细胞形成导电聚焦层
- 捕获元件：外部永磁体，将2 μm磁珠（Bioclone MMI-105）捕获于感测电极之间
- 信号标记物：导电磁珠（σ≈1×10^4 S/m）或模拟绝缘颗粒（σ≈1×10−9 S/m），改变电极间电阻
- 读出电路：电压-电流转换电路、240 Hz函数发生器、锁相放大器、仪器放大器与LabVIEW数据采集
- 表征/模拟：共聚焦显微镜（FWT Red Powder荧光染料可视化）与COMSOL Multiphysics有限元模拟
中文摘要
本文报道了一种基于流体聚焦的四电极电导率生物传感器。该器件采用双入口T型微通道，以低电导率去离子水作为鞘流，将高电导率PBS样品流压向玻璃表面上的金电极，从而在两个感测电极之间形成受限的导电电流路径。传感器通过外工作电极施加恒定电流，并由内感测电极测量电位差，以检测被捕获在电极间的颗粒或细胞。结合COMSOL有限元模拟与共聚焦显微流动实验，作者发现聚焦导电层的平坦程度取决于雷诺数和通道几何；较平坦的聚焦层有利于提高电导灵敏度和表面结合效率。实验以2 μm磁珠作为概念验证，证明在流体聚焦导电流中可通过电导测量检测被捕获颗粒。
英文摘要
Hydrodynamic focusing of a conducting fluid by a non-conducting fluid to form a constricted current path between two sensing electrodes is implemented in order to enhance the sensitivity of a 4-electrode conductance-based biosensor. The sensor has a simple two-inlet T-junction design and performs four-point conductivity measurements to detect particles immobilized between the sensing electrode pair. Computational simulations conducted in conjunction with experimental flow studies using confocal microscopy show that a flat profile for the focused layer is dependent on the Reynolds number for the chosen flow parameters. The results also indicate that a flat focused layer is desirable for both increased sensitivity as well as surface-binding efficiency. Proof of concept for conductance measurements in a hydrodynamically focused conducting fluid was demonstrated with entrapped magnetic beads.