基于光学显微流体力学的颗粒包裹液滴系统测量

液滴微流体力学结合光学检测已成为高通量单细胞 assay的强大方法，但这些系统常面临灵敏度有限和信号异质性问题，源于光学和几何约束。我们研究了关键操作参数如何影响基于液滴的光学显微流体平台的性能。实验检验了引导光与含有荧光(FL)颗粒的水滴在油中流动的光学相互作用。几何光学仿真建模光-液滴相互作用，荧光仿真定量了由颗粒尺寸和位置引起的信号变化。观察到两种折射信号：一种是液滴折射信号(DRS)，其比例随液滴直径变化；另一种是颗粒折射信号(PRS)，由光与包裹颗粒的相互作用产生。实验和仿真结果表明，当颗粒到液滴尺寸比$D^*_\text{p}$处于0.23-0.33之间时，PRS变得突出，实现无标签检测。当颗粒靠近液滴中心($r^*_\text{p} < 0.4$)时，显示出较少的角度依赖性和更均匀的FL信号。仿真进一步表明，FL强度随着$D^*_\text{p}$的增加而增大，从0.33快速上升到0.5，然后缓慢上升至0.66。此外，减小油层厚度可提高荧光强度，通过最小化液滴-通道界面处的光学损失。这些结果表明，通过控制$D^*_\text{p}$、颗粒位置和油层厚度，可提高FL强度和均匀性，为优化基于液滴的荧光检测在微流体细胞计数和单细胞 assay中提供了框架。