RU174320U1 - Dielectric electrophoretic measuring cell - Google Patents

Dielectric electrophoretic measuring cell Download PDF

Info

Publication number
RU174320U1
RU174320U1 RU2017100206U RU2017100206U RU174320U1 RU 174320 U1 RU174320 U1 RU 174320U1 RU 2017100206 U RU2017100206 U RU 2017100206U RU 2017100206 U RU2017100206 U RU 2017100206U RU 174320 U1 RU174320 U1 RU 174320U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
cell
measuring
microparticles
polarizability
Prior art date
Application number
RU2017100206U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Владимирович Шувалов
Владимир Михайлович Генералов
Константин Владимирович Генералов
Галина Алексеевна Буряк
Александр Сергеевич Сафатов
Маргарита Витальевна Кручинина
Антон Витальевич Байкалов
Мария Геннадьевна Клековкина
Евгений Сергеевич Коптев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт метрологии" (ФГУП "СНИИМ")
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт метрологии" (ФГУП "СНИИМ") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Сибирский государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт метрологии" (ФГУП "СНИИМ")
Priority to RU2017100206U priority Critical patent/RU174320U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU174320U1 publication Critical patent/RU174320U1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/447—Systems using electrophoresis

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для определения физических характеристик микрочастиц методом диэлектрофореза, в частности поляризуемости микрочастиц, и может быть использована в метрологии, биофизике и аэробиологии. Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерения поляризуемости микрочастиц за счет минимизации искажения структуры электрического поля между электродами, а также снижения относительной погрешности измерения указанного параметра частиц микронного размера в измерительном объеме. Ячейка для измерения поляризуемости микрочастиц методом диэлектрофореза образована между двумя оптически прозрачными пластинами и содержащая два металлических прямоугольных электрода, расположенных с зазором относительно друг друга, достаточным для формирования в измерительном объеме средней напряженности неоднородного переменного электрического поля в пределах от 10до 10В/м. Поверхности контактных площадок электродов ячейки на участке подключения к электрическому разъему генератора переменного электрического напряжения покрыты золотом. Ширина (В) прямоугольных электродов в зазоре между двумя электродами имеет размер не менее 3-5 мм. Зазор (D) между электродами в области измерительного объема (А) ячейки составляет 120-180 мкм, а высота (Н) электродов в области измерительного объема ячейки составляет не более 0,2 мкм. 5 ил., 1 табл.The utility model relates to devices for determining the physical characteristics of microparticles by dielectrophoresis, in particular the polarizability of microparticles, and can be used in metrology, biophysics and aerobiology. The technical result of the claimed utility model is to increase the accuracy of measuring the polarizability of microparticles by minimizing the distortion of the structure of the electric field between the electrodes, as well as reducing the relative measurement error of the specified parameter of micron-sized particles in the measuring volume. A cell for measuring the polarizability of microparticles by dielectrophoresis is formed between two optically transparent plates and contains two rectangular metal electrodes located with a gap relative to each other sufficient to form an average inhomogeneous alternating electric field in the measuring volume in the range from 10 to 10 V / m. The surfaces of the contact pads of the cell electrodes in the area of connection to the electrical connector of the alternating voltage generator are coated with gold. The width (B) of the rectangular electrodes in the gap between the two electrodes has a size of at least 3-5 mm. The gap (D) between the electrodes in the region of the measuring volume (A) of the cell is 120-180 μm, and the height (H) of the electrodes in the region of the measuring volume of the cell is not more than 0.2 μm. 5 ill., 1 tab.

Description

Полезная модель относится к устройствам для определения физических характеристик микрочастиц методом диэлектрофореза, в частности поляризуемости микрочастиц, и может быть использована в метрологии, биофизике и аэробиологии.The utility model relates to devices for determining the physical characteristics of microparticles by dielectrophoresis, in particular the polarizability of microparticles, and can be used in metrology, biophysics and aerobiology.

Известен биологический микрочип для измерения параметров микрочастиц методом диэлектрофореза, в частности вирусов для их идентификации. Биологический микрочип включает оптически прозрачную пластину-матрицу со съемным покровным стеклом, на которой сформирована одна или несколько ячеек, ограниченных по крайней мере тремя и более электродами, установленными с зазором относительно друг друга и соединенными с источником переменного напряжения, обеспечивающим последовательно на частотах отрицательного и положительного диэлектрофореза формирование между электродами неоднородного переменного электрического поля со средней напряженностью Е>105 В/м (пат. РФ №2477310, МПК G01N 27/453, опубл. 10.03.2013 г.).Known biological microchip for measuring the parameters of microparticles by dielectrophoresis, in particular viruses for their identification. The biological microchip includes an optically transparent matrix plate with a removable coverslip, on which one or several cells are formed, limited by at least three or more electrodes, installed with a gap relative to each other and connected to an alternating voltage source, providing successively at negative and positive frequencies dielectrophoresis the formation between the electrodes of a non-uniform alternating electric field with an average intensity of E> 10 5 V / m (US Pat. RF No. 2477310, IPC G01N 27/453 , published on March 10, 2013).

Недостатками указанного устройства является:The disadvantages of this device are:

наличие множества электродов, которое для измерения величины поляризуемости не требуется;the presence of many electrodes, which is not required to measure the polarizability;

большая собственная паразитная электрическая емкость, которая сокращает частотный диапазон применения измерительной ячейки и величины поляризуемости.large intrinsic stray capacitance, which reduces the frequency range of the application of the measuring cell and the magnitude of the polarizability.

Известна камера для комплексного анализа параметров живых клеток, содержащая разъемный корпус, выдвижную платформу с расположенными на ней электродами и установленным на них отстоящим от платформы покровным стеклом (пат. РФ №2357251, МПК G01N 33/487, опубл. 27.05.2009 г.). Устройство предусматривает создания в одной камере условий как для микроэлектрофореза, так и для диэлектрофореза.A well-known camera for a comprehensive analysis of the parameters of living cells, containing a detachable case, a retractable platform with electrodes located on it and a cover glass placed on them (pat. RF No. 2357251, IPC G01N 33/487, publ. 27.05.2009) . The device provides for the creation in one chamber of conditions for both microelectrophoresis and dielectrophoresis.

Недостатками указанного устройства является выполнение электродов с большим радиусом закругления, а в качестве материала электродов использован графит. В результате возможно наличие переходного сопротивления электрического контакта между электродом и контактными площадками разъема со стороны генератора напряжения.The disadvantages of this device is the implementation of electrodes with a large radius of curvature, and graphite is used as the material of the electrodes. As a result, there may be a transition resistance of the electrical contact between the electrode and the connector pads on the side of the voltage generator.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является ячейка для измерения физических параметров микрочастиц, в частности поляризуемости, методом диэлектрофореза, образованная между двумя оптически прозрачными пластинами и содержащая два металлических хромированных прямоугольных электрода, расположенных с зазором относительно друг друга, достаточным для формирования в измерительном объеме средней напряженности неоднородного переменного электрического поля в пределах от 104 до 106 В/м (пат. РФ №2296327, МПК G01N 27/00, опубл. 27.03.2007 г.). Зазор между двумя электродами в экспериментальной конструкции ячейки устанавливают в пределах 50-100 мкм, а толщина указанных электродов составляет 0,2-2 мкм.The closest analogue (prototype) is a cell for measuring the physical parameters of microparticles, in particular polarizability, by the method of dielectrophoresis formed between two optically transparent plates and containing two metal chrome rectangular electrodes located with a gap relative to each other, sufficient to form an average tension in the measuring volume heterogeneous alternating electric field in the range from 10 4 to 10 6 V / m (US Pat. RF No. 2296327, IPC G01N 27/00, publ. March 27, 2007). The gap between the two electrodes in the experimental design of the cell is set within 50-100 microns, and the thickness of these electrodes is 0.2-2 microns.

Однако, в выше указанных конструкциях измерительных ячеек (аналогах и прототипе) не учитывается образование индуцированного объемного заряда совокупности микрочастиц, которые искажают структуру электрического поля между электродами в измерительном объеме. В результате, индуцированный объемный заряд способен влиять на процесс поляризации отдельной микрочастицы, ее реакцию в широком амплитудно-частотном диапазоне в ответ на воздействие со стороны неоднородного переменного электрического поля (НПЭП). Таким образом, такой подход без сомнений является общим недостатком всех выше указанных конструкций.However, in the above mentioned designs of the measuring cells (analogues and prototype), the formation of the induced space charge of a set of microparticles that distort the structure of the electric field between the electrodes in the measuring volume is not taken into account. As a result, the induced space charge is capable of influencing the polarization process of an individual microparticle, its reaction in a wide amplitude-frequency range in response to the action of an inhomogeneous alternating electric field (NPEP). Thus, this approach is without a doubt a common drawback of all of the above structures.

Кроме того, недостатком ячейки-прототипа является узкая щель между электродами, малая ширина прямоугольных электродов. В результате частицы располагаются в измерительной камере близко относительно друг друга; реакция микрочастицы в ответ на воздействие со стороны внешнего электрического поля зависит от характеристик соседней близко расположенной к ней микрочастицы и ее местоположения; невозможно наблюдать одновременно более 30 частиц с радиусом r 2-4 мкм, которые не оказывают влияние на поляризацию друг друга, получать их представительную выборку, осуществить статистическую обработку с вероятностью 0,95, например, по величине радиуса, скорости поступательного движения, поляризуемости.In addition, the disadvantage of the prototype cell is the narrow gap between the electrodes, the small width of the rectangular electrodes. As a result, the particles are located in the measuring chamber close to each other; the reaction of the microparticle in response to exposure from an external electric field depends on the characteristics of the adjacent microparticle located close to it and its location; it is impossible to observe simultaneously more than 30 particles with a radius r of 2-4 μm that do not affect each other's polarization, obtain a representative sample of them, perform statistical processing with a probability of 0.95, for example, in terms of radius, translational speed, and polarizability.

Малая ширина прямоугольных электродов, приводит к сокращению области поля со стабильными пространственными характеристиками неоднородного переменного электрического поля. В результате возрастает суммарная относительная погрешность градиента напряженности электрического поля между электродами в плоскости X-Y, а также общая погрешность всех измеряемых характеристик микрочастиц.The small width of the rectangular electrodes leads to a reduction in the field region with stable spatial characteristics of an inhomogeneous alternating electric field. As a result, the total relative error of the gradient of the electric field strength between the electrodes in the X-Y plane increases, as well as the total error of all the measured characteristics of the microparticles.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности измерения физических характеристик микрочастиц, в частности поляризуемости, методом диэлектрофореза за счет минимизации искажения структуры электрического поля между электродами, а также снижения относительной погрешности измерения указанного параметра частиц микронного размера в измерительном объеме.The technical result of the claimed utility model is to increase the accuracy of measuring the physical characteristics of microparticles, in particular polarizability, by dielectrophoresis by minimizing the distortion of the structure of the electric field between the electrodes, as well as reducing the relative measurement error of the indicated parameter of micron-sized particles in the measuring volume.

Указанный технический результат достигается тем, что в ячейке для измерения физических характеристик микрочастиц методом диэлектрофореза, образованной между двумя оптически прозрачными пластинами и содержащая два металлических прямоугольных электрода, расположенных с зазором относительно друг друга, достаточным для формирования в измерительном объеме средней напряженности неоднородного переменного электрического поля в пределах от 104 до 106 В/м, согласно полезной модели, поверхность контактных площадок электродов ячейки на участке подключения к электрическому разъему генератора переменного электрического напряжения покрыты золотом, ширина (В) прямоугольных электродов в зазоре между двумя электродами имеет размер не менее 3-5 мм, зазор (D) между электродами в области измерительного объема (А) ячейки составляет 120-180 мкм, а высота (Н) электродов в области измерительного объема ячейки составляет не более 0,2 мкм.The specified technical result is achieved by the fact that in the cell for measuring the physical characteristics of microparticles by dielectrophoresis formed between two optically transparent plates and containing two rectangular metal electrodes located with a gap relative to each other, sufficient to form an average inhomogeneous AC electric field in the measuring volume ranges from 10 4 to 10 6 V / m, according to a utility model, the surface of the contact pads of the cell electrodes in the area e connections to the electrical connector of the alternating voltage generator are coated with gold, the width (B) of the rectangular electrodes in the gap between the two electrodes is at least 3-5 mm in size, the gap (D) between the electrodes in the measuring volume region (A) of the cell is 120-180 μm, and the height (H) of the electrodes in the region of the measuring volume of the cell is not more than 0.2 μm.

Покрытие контактных площадок электродов измерительной ячейки в области подключения к электрическому разъему золотом обеспечивает устранение влияния переходного сопротивления на участке электрод - электрический разъем со стороны генератора напряжения. При этом стабилизируется амплитуда напряжения непосредственно на электродах и напряженность электрического поля в измерительной камере. Увеличение зазора между электродами до 120-180 мкм и ширины электродов не менее 3-5 мм обеспечивает увеличение объема измерительной камеры, а процесс измерения физических характеристик, в частности величины поляризуемости микрочастиц, осуществляется в центральной области между электродами.Coating the contact pads of the electrodes of the measuring cell in the area of connection to the electrical connector with gold eliminates the influence of transition resistance on the electrode - electrical connector from the voltage generator. In this case, the voltage amplitude directly at the electrodes and the electric field strength in the measuring chamber are stabilized. Increasing the gap between the electrodes to 120-180 μm and the width of the electrodes of at least 3-5 mm provides an increase in the volume of the measuring chamber, and the process of measuring physical characteristics, in particular the polarizability of microparticles, is carried out in the central region between the electrodes.

В результате уменьшается отношение индуцированного объемного заряда одной измеряемой микрочастицы к общему всей измерительной ячейки, а также уменьшается степень влияния между индуцированными объемными зарядами измеряемых микрочастиц между собой.As a result, the ratio of the induced space charge of one measured microparticle to the total of the entire measuring cell decreases, and the degree of influence between the induced volume charges of the measured microparticles among themselves decreases.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения физических характеристик микрочастиц методом диэлектрофореза. На фиг. 2 изображена схема ячейки, размещенная на предметном столе микроскопа. На фиг. 3 представлена конструкция измерительной ячейки в изометрии. На фиг. 4 представлена измерительная ячейка, вид сверху. На фиг. 5 приведена область поля измерительного объема между электродами со стабильными пространственными характеристиками неоднородного переменного электрического поля и эквипотенциальные линии напряженности электрического поля между электродами в измерительной ячейке.In FIG. 1 shows a block diagram of a device for measuring the physical characteristics of microparticles by dielectrophoresis. In FIG. 2 shows a diagram of a cell placed on a microscope stage. In FIG. Figure 3 shows the construction of a measuring cell in isometry. In FIG. 4 shows a measuring cell, a top view. In FIG. Figure 5 shows the field region of the measuring volume between electrodes with stable spatial characteristics of an inhomogeneous alternating electric field and the equipotential lines of the electric field strength between the electrodes in the measuring cell.

Устройство для измерения физических характеристик микрочастиц методом диэлектрофореза включает разборную оптически прозрачную измерительную ячейку 1 (фиг. 2, 3), например между двумя стеклянными пластинами, в которой расположены металлические электроды 2 и 3, соединенные с источником электропитания 4, а также измерительный блок. Источник электропитания 4 представляет собой генератор переменного электрического напряжения, а измерительный блок (фиг. 1) содержит микроскоп 5, оптически связанный с измерительной кюветой 1 и систему анализа изображения для измерения скорости движения микрочастиц, содержащую видеокамеру 6, оптически связанную с микроскопом 5, и компьютер 7, соединенный с видеокамерой 6. Компьютер 7 содержит специализированную программу обработки изображений. Измерительная кювета 1 размещена на подвижном столе микроскопа 5 (фиг. 2). Причем электроды 2 и 3 в измерительной ячейке 1 установлены с зазором (D), достаточным для формирования в нем средней напряженности электрического поля в пределах от 104 до 106 В/м.A device for measuring the physical characteristics of microparticles by dielectrophoresis includes a collapsible optically transparent measuring cell 1 (Fig. 2, 3), for example between two glass plates, in which metal electrodes 2 and 3 are located, connected to an electric power source 4, as well as a measuring unit. The power source 4 is an alternating voltage generator, and the measuring unit (Fig. 1) contains a microscope 5 optically coupled to a measuring cell 1 and an image analysis system for measuring the speed of microparticles, comprising a video camera 6 optically coupled to a microscope 5 and a computer 7 connected to the video camera 6. Computer 7 contains a specialized image processing program. The measuring cell 1 is placed on a movable table of the microscope 5 (Fig. 2). Moreover, the electrodes 2 and 3 in the measuring cell 1 are installed with a gap (D) sufficient to form in it an average electric field in the range from 10 4 to 10 6 V / m.

Поверхность контактных площадок 8 и 9 соответственно электродов 2 и 3 ячейки 1 на участке подключения к электрическому разъему источника 4 электропитания (генератора переменного электрического напряжения) покрыты золотом. Ширина (В) прямоугольных электродов 2 и 3 в зоне измерительного объема имеет размер не менее 3-5 мм. Зазор (D) между электродами 2 и 3 в области измерительного объема (А) ячейки 1 составляет 120-180 мкм, а высота (Н) электродов в области измерительного объема ячейки 1 составляет не более 0,2 мкм (фиг. 3-5).The surface of the contact pads 8 and 9, respectively, of the electrodes 2 and 3 of the cell 1 in the area of connection to the electrical connector of the power supply 4 (alternating voltage generator) is coated with gold. The width (B) of the rectangular electrodes 2 and 3 in the area of the measuring volume has a size of at least 3-5 mm. The gap (D) between the electrodes 2 and 3 in the region of the measuring volume (A) of the cell 1 is 120-180 μm, and the height (H) of the electrodes in the region of the measuring volume of the cell 1 is not more than 0.2 μm (Fig. 3-5) .

Конструкция устройства дополнительно предусматривает наличие осциллографа (на чертежах не показан), подключенного к электродам 2 и 3 измерительной ячейки 1 для контроля электрических параметров, а также соединенный с цифровой видеокамерой 6 монитор компьютера.The design of the device additionally provides for an oscilloscope (not shown in the drawings) connected to the electrodes 2 and 3 of the measuring cell 1 for monitoring electrical parameters, as well as a computer monitor connected to the digital video camera 6.

Устройство работает следующим образом. Измерительную ячейку 1 устанавливают на подвижный стол микроскопа 5 и фиксируют на нем указанную ячейку 1. В измерительную ячейку 1 вносят пробу суспензии микрочастиц, например, латекса с известной степенью разведения. На электроды 2 и 3 измерительной ячейки 1 подают напряжение (не более 10 Вольт) от источника 4 (генератора) переменного напряжения, между которыми формируют среднюю напряженность электрического поля в пределах от 104 до 106 В/м. С помощью видеокамеры 6 регистрируют динамику движения отдельных микрочастиц в измерительной кювете 1. С видеокамеры 6 видеосигнал динамики движения микрочастиц подают на компьютер 7, имеющий специализированную программу обработки изображений, где обрабатываются данные и вычисляются характеристики микрочастиц, в частности их поляризуемости.The device operates as follows. The measuring cell 1 is mounted on a movable table of the microscope 5 and the indicated cell 1 is fixed on it. A sample of a suspension of microparticles, for example, latex with a known degree of dilution, is introduced into the measuring cell 1. The electrodes 2 and 3 of the measuring cell 1 are supplied with voltage (not more than 10 Volts) from an alternating voltage source 4 (generator), between which an average electric field is generated in the range from 10 4 to 10 6 V / m. Using the video camera 6, the dynamics of the movement of individual microparticles is recorded in the measuring cell 1. From the video camera 6, the video signal of the dynamics of the movement of the microparticles is fed to a computer 7, which has a specialized image processing program, where data are processed and the characteristics of the microparticles, in particular, their polarizability, are calculated.

Теоретическое обоснование возможности повышения точности измерений поляризуемости микрочастиц. Повышение точности измерения коэффициента поляризуемости клеток осуществлялся путем анализа уравнения (1) с целью минимизации величины относительной погрешностиTheoretical justification of the possibility of increasing the accuracy of measurements of the polarizability of microparticles. Improving the accuracy of measuring the polarizability coefficient of cells was carried out by analyzing equation (1) in order to minimize the relative error

Figure 00000001
Figure 00000001

где: ηср - [Па⋅с];where: η cf - [Pa⋅s];

νкл - скорость поступательной движения клетки в измерительной камере;ν cells - the speed of the translational movement of the cell in the measuring chamber;

rкл - радиус клетки, м;r cells is the radius of the cell, m;

εo - диэлектрическая постоянная 8,85⋅10-12, Ф/м;ε o is the dielectric constant 8.85⋅10 -12 , f / m;

Figure 00000002
- модуль вектора градиента квадрата напряженности электрического поля среды, скалярная величина, В2/м3.
Figure 00000002
- the modulus of the gradient vector of the square of the electric field strength of the medium, the scalar value, In 2 / m 3 .

В векторной алгебре операция деления на вектор отсутствует, поэтому множитель

Figure 00000003
в знаменателе уравнения (1) приводится к скалярной величине. Модуль произвольного вектора в трехмерном евклидовом пространстве есть скаляр, пропорциональный его длине:There is no vector division operation in vector algebra, therefore, the factor
Figure 00000003
in the denominator of equation (1) is reduced to a scalar quantity. The modulus of an arbitrary vector in three-dimensional Euclidean space is a scalar proportional to its length:

Figure 00000004
Figure 00000004

где ∇x, ∇y, ∇z - компоненты векторного оператора. where ∇ x , ∇ y , ∇ z are the components of the vector operator.

Искомая относительная погрешность измерений поляризуемости

Figure 00000005
, как скалярная величина, находится через частное дифференцирование функции (1) по всем переменным. Она не превышает суммы отдельных взятых по модулю относительных погрешностей: вязкости суспензии клеток
Figure 00000006
, радиуса клетки
Figure 00000007
, скорости ее движения
Figure 00000008
и градиента квадрата напряженности плоского электрического поля
Figure 00000009
в месте ее нахождения.The required relative error of polarizability measurements
Figure 00000005
, as a scalar quantity, is found through the partial differentiation of function (1) with respect to all variables. It does not exceed the sum of the individual relative errors taken modulo: viscosity of the cell suspension
Figure 00000006
cell radius
Figure 00000007
her speed
Figure 00000008
and the gradient of the squared electric field
Figure 00000009
at her location.

Figure 00000010
Figure 00000010

здесь

Figure 00000011
- абсолютная погрешность измерений радиуса клетки.here
Figure 00000011
- absolute error of measurement of the radius of the cell.

Наибольшую долю ~40% в нее вносят измерения связанные с характеристиками электрического поля и расстояние между электродами. Для снижения относительной погрешности измерения величины поляризуемости следует уменьшать каждое слагаемое, входящее в его состав (2). Например,The largest share of ~ 40% is made by measurements related to the characteristics of the electric field and the distance between the electrodes. To reduce the relative measurement error of the polarizability, each term included in its composition should be reduced (2). For example,

Figure 00000012
Figure 00000012

-

Figure 00000013
уменьшение относительной погрешности измерений переменного напряжения на электродах, достигается снижением абсолютной погрешности
Figure 00000014
путем применением вольтметра с более низкой абсолютной погрешностью, увеличением U напряжения на электродах, устранением переходных потерь (переходного сопротивления) напряжения на участке электрод - разъем со стороны генератора, увеличением L расстояния между электродами (см. выражение 3). Аналогично, уменьшение
Figure 00000015
- абсолютной погрешности измерения расстояния между электродами измерительной ячейки. В совокупности, это приведет к снижению величины относительной погрешности поляризуемости. Применение заявляемой ячейки для диэлектрофореза в экспериментальных исследованиях позволяет достичь погрешности измерения относительной поляризуемости частицы микронного размера не более 12,6% (см. таблица).-
Figure 00000013
a decrease in the relative measurement error of the alternating voltage at the electrodes is achieved by reducing the absolute error
Figure 00000014
by using a voltmeter with a lower absolute error, increasing the U voltage on the electrodes, eliminating the transient losses (transient resistance) of the voltage on the electrode - connector section from the generator side, increasing the L distance between the electrodes (see expression 3). Similarly, decrease
Figure 00000015
- absolute error of measuring the distance between the electrodes of the measuring cell. Together, this will lead to a decrease in the relative polarizability error. The use of the inventive cell for dielectrophoresis in experimental studies allows us to achieve an error in measuring the relative polarizability of a micron particle of not more than 12.6% (see table).

Таким образом, заявляемое устройство для измерения физических характеристик, в частности поляризуемости микрочастиц, методом диэлектрофореза позволяет сформировать область поля в измерительной ячейке со стабильными пространственными характеристиками неоднородного переменного электрического поля, а также минимизировать влияние переходного сопротивления на участке электрод измерительной ячейки - электрический разъем со стороны источника 4 (генератора напряжения), а также индуцированных объемных зарядов клеток друг на друга, что позволяет повысить точность измеряемой поляризуемости.Thus, the inventive device for measuring physical characteristics, in particular the polarizability of microparticles, by dielectrophoresis allows you to form a field region in the measuring cell with stable spatial characteristics of an inhomogeneous alternating electric field, as well as minimize the effect of the transient resistance on the electrode section of the measuring cell - electrical connector from the source side 4 (voltage generators), as well as induced space charges of cells on each other, which, according to Wola improve the accuracy of the measured polarizability.

Figure 00000016
Figure 00000016

Claims (1)

Измерительная ячейка для диэлектрофоретических исследований, образованная между двумя оптически прозрачными пластинами и содержащая два металлических прямоугольных электрода, расположенных с зазором относительно друг друга, достаточным для формирования в измерительном объеме средней напряженности неоднородного переменного электрического поля в пределах от 104 до 106 В/м, отличающаяся тем, что поверхность контактных площадок электродов ячейки на участке подключения к электрическому разъему генератора переменного электрического напряжения покрыты золотом, ширина (В) прямоугольных электродов в измерительном объеме в зазоре между двумя электродами имеет размер не менее 3-5 мм, зазор (D) между электродами в области измерительного объема ячейки составляет 120-180 мкм, а высота (Н) электродов в области измерительного объема ячейки составляет не более 0,2 мкм.A measuring cell for dielectrophoretic studies, formed between two optically transparent plates and containing two rectangular metal electrodes located with a gap relative to each other, sufficient to form in the measuring volume the average intensity of an inhomogeneous alternating electric field in the range from 10 4 to 10 6 V / m, characterized in that the surface of the contact pads of the electrodes of the cell in the area of connection to the electrical connector of the alternating electric generator the spacers are coated with gold, the width (B) of the rectangular electrodes in the measuring volume in the gap between the two electrodes is at least 3-5 mm, the gap (D) between the electrodes in the region of the measuring volume of the cell is 120-180 μm, and the height (N) of the electrodes in the region of the measuring volume of the cell is not more than 0.2 μm.
RU2017100206U 2017-01-09 2017-01-09 Dielectric electrophoretic measuring cell RU174320U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017100206U RU174320U1 (en) 2017-01-09 2017-01-09 Dielectric electrophoretic measuring cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017100206U RU174320U1 (en) 2017-01-09 2017-01-09 Dielectric electrophoretic measuring cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU174320U1 true RU174320U1 (en) 2017-10-11

Family

ID=60120590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017100206U RU174320U1 (en) 2017-01-09 2017-01-09 Dielectric electrophoretic measuring cell

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU174320U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2055884C1 (en) * 1989-11-27 1996-03-10 Нэшнл Рисерч Дивелопмент Корпорейшн Process of determination of rates of dielectrophoresis of collection of particles polarized dielectrically in liquid suspension and device for its realization
RU2296327C2 (en) * 2004-08-30 2007-03-27 Федеральное государственное учреждение науки "Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФГУН ГНЦ ВБ "Вектор" Роспотребнадзора) Method for differential diagnostics of hepatic diseases
RU2357251C2 (en) * 2006-01-10 2009-05-27 Научно-техническое учреждение "Инженерно-технический центр" открытого акционерного общества "Ижевский мотозавод "Аксион-холдинг" (НТУ "ИТЦ") Method of complex analysis of live cell parametres, device for method implementation, and its version
US20100126865A1 (en) * 2000-04-13 2010-05-27 Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Electrode for dielectrophoretic apparatus, dielectrophoretic apparatus, method for manufacturing the same, and method for separating substances using the electrode or dielectrophoretic apparatus
US20150285760A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Drexel University Dielectrophoretic device for analysis of cell mechanics

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2055884C1 (en) * 1989-11-27 1996-03-10 Нэшнл Рисерч Дивелопмент Корпорейшн Process of determination of rates of dielectrophoresis of collection of particles polarized dielectrically in liquid suspension and device for its realization
US20100126865A1 (en) * 2000-04-13 2010-05-27 Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Electrode for dielectrophoretic apparatus, dielectrophoretic apparatus, method for manufacturing the same, and method for separating substances using the electrode or dielectrophoretic apparatus
RU2296327C2 (en) * 2004-08-30 2007-03-27 Федеральное государственное учреждение науки "Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии "Вектор" Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (ФГУН ГНЦ ВБ "Вектор" Роспотребнадзора) Method for differential diagnostics of hepatic diseases
RU2357251C2 (en) * 2006-01-10 2009-05-27 Научно-техническое учреждение "Инженерно-технический центр" открытого акционерного общества "Ижевский мотозавод "Аксион-холдинг" (НТУ "ИТЦ") Method of complex analysis of live cell parametres, device for method implementation, and its version
US20150285760A1 (en) * 2014-04-02 2015-10-08 Drexel University Dielectrophoretic device for analysis of cell mechanics

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. A comparison of methods to assess cell mechanical properties
Wang et al. Real-time, label-free monitoring of the cell cycle with a cellular impedance sensing chip
KR970000633B1 (en) Determination of particle size and electric charge
JP7055126B2 (en) Nanostructured array-based sensors for electrochemical detection, capacitance detection, and field emission detection
Zhong et al. Submicron-precision particle characterization in microfluidic impedance cytometry with double differential electrodes
Hassan et al. Recent advances in monitoring cell behavior using cell-based impedance spectroscopy
Zhang et al. Characterization of single-cell biophysical properties and cell type classification using dielectrophoresis model reduction method
Liu et al. Identification of neural stem and progenitor cell subpopulations using DC insulator-based dielectrophoresis
Chen et al. Microfluidic technologies for cell deformability cytometry
US20040112748A1 (en) Dielectrophoretic particle profiling system and method
US20020118005A1 (en) Single-molecule detector
RU174320U1 (en) Dielectric electrophoretic measuring cell
KR20140091640A (en) Single cell trap, rotating device, and single cell trap, rotating process using the same
Honrado et al. Label-free quantification of cell cycle synchronicity of human neural progenitor cells based on electrophysiology phenotypes
Bakewell et al. Quantifying dielectrophoretic collections of sub-micron particles on microelectrodes
Hamidreza et al. Optimize the Geometrical Parameters of Interdigital Micro-Electrodes Used in Bioimpedance Sensing System
Wu et al. Comparative study of cell mechanics methods
Wang et al. Effect of electrode shape on impedance of single HeLa cell: A COMSOL simulation
CN109682745B (en) Single cell parameter measuring method and device
Moazzeni et al. Single-cell mechanical analysis and tension quantification via electrodeformation relaxation
Harwood et al. Cell cycle‐dependent characterization of single MCF‐7 breast cancer cells by 2‐D CE
EP2042239A1 (en) Dielectrophoretic device and method for cell membrane studies
Baidya et al. Analysis of different computational techniques for calculating the polarizability tensors of stem cells with realistic three-dimensional morphologies
Papagiakoumou et al. Evaluation of trapping efficiency of optical tweezers by dielectrophoresis
US20230366803A1 (en) Information processing apparatus, particle analysis apparatus, particle fractionation apparatus, and information processing method

Legal Events

Date Code Title Description
PD9K Change of name of utility model owner
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20190110

NF9K Utility model reinstated

Effective date: 20210203