基于Coulter原理的微细颗粒探测新方法

　　1　引　　言

　　Coulter原理是检测悬液中颗粒的数量及大小的有效方法,已在化工、冶金、环保、医药卫生等行业的微细颗粒检测以及血细胞分析计数、注射液等药品的质量检验等方面得到应用[1～4]。

　　原理如图1所示,将等渗电解质溶液稀释的颗粒悬液倒入一个不导电的容器中,再将小孔管插入到颗粒悬液中,在小孔管内侧充满稀释液,并在其内外各置一个电极,当颗粒通过小孔时,由于颗粒具有非传导性的性质,因此,将引起内外电极间的电阻增加,产生一个脉冲。脉冲变化的次数代表颗粒通过小孔的个数,其脉冲高度表征颗粒体积的大小[5～7]。

　　现有的Coulter技术中采用的方法是在两电极间加上一个恒流源,使内外电极间电阻的变化转换成电压的变化。由于颗粒稀释液本身有较大的电阻率,并且由于小孔孔径很小,在没有细胞通过小孔时,内外电极间的电阻仍然有数十千欧,相对于这一电阻值,颗粒通过小孔时电阻的变化(即信号)则很微弱,最大变化量只有几个欧姆,显然其电压的变化亦很微弱。为此,在本文中提出了采用微分检测来提高信号探测灵敏度的方法。

　　2　微分检测原理及方法

　　如图2所示,我们可以计算出颗粒通过小孔时,任一截面的电阻变化为:

　　由于ρf/ρs 1,可以忽略不计,则(1)式变为:

　　设细胞通过小孔时速度为u,时间为t,则Δl=uΔt。将此式代入(2)式,并令F=1/(1-a/A)为修正系数,则有:

　　由上式可知,颗粒通过小孔时的电阻变化率与颗粒的截面积成正比。通过测出(ΔR)′就可以计算出颗粒的体积。

　　在这里,提出了通过图3所示电路来实现(ΔR)′测量的方法。设传感器输出电阻等效为R+ΔR,为便于讨论,设外接电阻的阻值为R,则可以求出:

　　对于血细胞分析仪中的稀释液,由于稀释液的电阻为13kΩ左右,当小孔为100μm时,其电极两端的电阻约为15kΩ,而颗粒引起的电阻值变化最大只有几个欧姆,即有ΔR R。因此,(4)式可简化为:

　　由(5)式可见,输出电压V0与传感器电阻变化率(ΔR)′成正比。由于采用的是微分测量方法,因此,提高了信号检测的灵敏度,可以解决因颗粒通过小孔时引起的电阻变化太小、信号微弱难以探测的困难。

　　3　在血细胞分析仪中的应用

　　本文研制的多参数血细胞自动分析仪的原理框图如图4所示,主要由传感装置、定量装置、信号放大及预处理、液压系统、微机及接口等部分组成[8]。仪器采用了上述所介绍的微分检测原理,整个仪器在微机控制下进行工作,通过对测试数据进行补偿和校正,即可计算出多个血细胞参数。