Design and implementation of integrated GHz frequency capacitance cytometer with aF sensitivity for single cell characterization
Notice bibliographique
Résumé
This thesis is focused on the design, implementation, and measurements of integrated electronic sensors developed for detection and analysis of single biological cells in microfluidic systems. This work introduces three separate designs. The first is a microwave frequency reflectometer on a printed circuit board (PCB) which operates at ~1.8 GHz, and achieves ~1.25 aF capacitance sensitivity in less than 100 mV sensing voltage. It is used for detection of 5.7 μm Poly-Styrene Spheres (PSS) and Chinese Hamster Ovary cells (CHO). This sensor was successfully used to detect DEP response of PSS with a sensitivity close to the connectorized resonator based microwave interferometer. The second design is a differential ring oscillator based capacitance sensor on a PCB. The oscillation frequency of two oscillators (one connected to detection microelectrodes) are compared by an XOR gate, and is monitored using a frequency counter. It achieves ~180 aF sensitivity in 100 ms averaging time and ~2.5 V sensing voltages. It is used for detection of water with Isopropyl Alcohol contents up to 1%, and for detection of 15 µm PSS. The third design is an integrated DEP cytometer sensor. It is composed of an optimized capacitance sensor implemented using 0.35 μm CMOS technology, on which a machined PMMA microfluidic is clamped to provide a path for cells to flow. The capacitance sensor operates at 500 MHz/1.4 GHz, and achieves ~14 aF sensitivity in 100 ms averaging time and ~1.4 V sensing voltage. The sensor is used for detection of 10 μm PSS and CHO cells. It is used to observe shifts in PSS and CHO cells signatures normalized peak difference histograms when positive or negative DEP forces are applied. Finally, equations of the capacitance sensor noise and sensitivity are calculated. Calculated noise in frequency and time domains are compared with measurement results and suggestions are given to improve this sensor. These integrated sensors are small in size, low cost, portable and easily reproducible compared with bulky electrical sensors. They are markerless compared with conventional single cell analysis assays. These designs introduce new approaches for detection of biomaterials in a wide range of microfluidic applications.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».