基于电阻抗信号的库尔特计数器是最早实现细胞计数检测的自动化设备之一。将库尔特计数器原理与微流控芯片技术相结合的微流控阻抗细胞计数芯片(Microfluidic impedance cytometer,MIC)更加有利于发展成为小型化便携式检测设备,从而适用于临场检测(Point-of-care testing,POCT)等应用场景。目前的微流控阻抗细胞计数芯片主要有共面电极和对面平行电极两种电极排布方式,但两者都存在电场强度在垂直方向上分布不均匀的缺陷,且均需要对每一块芯片进行贵金属镀膜、光刻、蚀刻等过程,工艺繁琐,不利于批量化生产,成本也会随之增高。针对以上这些问题,本论文在理论分析和仿真研究的基础上,开发了一种基于低熔点金属电极的微流控阻抗细胞计数芯片及系统,不但使芯片的制作过程变得十分简单,而且有效解决了垂直方向电场分布的均匀性问题,因此仅需平面聚焦就能实现较高的检测精度和灵敏度。所开展的研究工作主要有几下方面:(1)利用Comsol多物理场仿真软件对检测区域电场分布和有可能影响系统检测精度、灵敏度的因素进行了仿真研究。结果表明,与排布于上下底面的平行电极相比,将电极设置在样品通道的左右两侧并与样品通道等高,能够使电场在通道深度方向上的分布更加均匀。这种电极排布形成的电场会沿样品通道宽度方向成对称的纺锤状分布,即越靠近电极电场强度越大,因此使细胞聚焦于此区域将可以获得更高的灵敏度。此外,仿真结果还显示样品通道越窄、电极宽度越小,检测的精度和灵敏度也越高,这与细胞电阻抗检测的原理分析结果相一致,即检测区域越小,样品流经检测区域时所引起的阻抗变化就会越明显。上述仿真结果可以为本研究中微流控阻抗细胞计数芯片的开发提供理论依据。(2)开发了一种基于低熔点金属电极的高精度微流控阻抗细胞计数芯片。通过将低熔点金属材料在较温和的加热条件下融化成液态,可以直接注入到芯片的电极通道内,并在室温下自然凝固成与样品通道等高的固体金属电极,从而保证检测区域同一水平位置的不同深度具有相同的电场强度,大大降低了微粒阻抗信号在深度方向的敏感度。该芯片仅由一次软光刻形成单层通道结构组成,电极的制备也无需精确控制和任何对准操作,因而加工过程十分简单、成本也较低。在此基础上,进一步构建了微流控阻抗细胞计数检测系统,并通过基线校正、卷积滤波等算法去除背景噪声和测量误差。实验结果表明,所开发的微流控阻抗芯片及检测系统可以很好地区分粒径差异仅为2微米的微粒,并成功用于血液中的红细胞(平均为8微米),白细胞(平均为10微米)和人体乳腺癌细胞(粒径大于10微米)的计数检测。(3)提出了一种基于原位光固化技术缩小芯片检测区域的方法。由仿真及理论分析可知,检测区域体积越小,系统的检测灵敏度越高,但现有的软光刻技术很难加工出尺寸更小而且深宽比较大的微结构。针对这一问题,本文提出了一种二步法加工超微结构的方案,即首先利用传统软光刻技术加工所需的微流控芯片,再利用原位光固化技术在芯片通道内对光敏试剂进行特定图案的固化,从而进一步减小检测区域的尺寸。研究结果表明,利用该方案可在经过表面修饰及除氧处理的PDMS通道中原位加工出最小为10微米(深宽比为3:1)的电极微结构,并成功实现了对直径仅为4微米(血小板的平均直径)微粒的有效检测。该方法进一步提高了系统的检测灵敏度,拓宽了检测范围,在包括血小板在内的全部血细胞分析中具有更大的潜力。