一種基于阻抗譜法的細胞活性檢測方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于阻抗譜法的針對貼壁培養(yǎng)細胞的活性檢測方法與裝置，培養(yǎng)皿的內(nèi)部底部是與培養(yǎng)皿底面相平行的叉指電極，叉指電極的兩極分別通過導線連接控制器，控制器中的單片機控制DDS頻率發(fā)生器分別發(fā)出從高頻到低頻n個頻率的正弦波，電流激勵信號經(jīng)過壓控電流源轉換后被輸出到叉指電極中，叉指電極的n個響應電壓通過差分放大器，模數(shù)轉換后被輸入到單片機中；單片機計算出不同的頻率下的復阻抗值，根據(jù)等效電路模型和復阻抗值計算出雙電層電容值；選取等效電路中雙電層電容的電容值作為評估細胞活性的指標，從而獲得更準確的細胞活性信息，可以對細胞的活性進行實時的監(jiān)控，不會破壞細胞的穩(wěn)態(tài)，實現(xiàn)對細胞活性的定量測量。
【專利說明】
-種基于阻抗譜法的細胞活性檢測方法與裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及一種細胞活性監(jiān)測方法和裝置，細胞活性監(jiān)測特指針對貼壁培養(yǎng)細胞 活性的實時在線監(jiān)測。
【背景技術】
[0002] 細胞的研究是醫(yī)學、生命科學、生物工程等諸多學科的基礎，而細胞活性檢測技術 被廣泛地應用在藥物篩選、毒理學試驗、免疫功能評價、蛋白質組學W及食源和藥源成分的 活性鑒定等各個領域。隨著抗腫瘤研究的不斷升溫，細胞活性檢測在腫瘤細胞敏感性試驗 中也發(fā)揮著重要的作用。
[0003] 為了適應不同條件下的檢測需要，研究人員探索出了多種細胞活性的檢測方法。 按照檢測原理的不同大致可W將實驗室中常用的檢測手段分為染色計數(shù)法和比色法兩大 類。染色計數(shù)法是利用活細胞和死細胞對特定染料的親合力不同，實現(xiàn)活細胞或者死細胞 的選擇性標記，再通過顯微鏡對標記的細胞進行計數(shù)，從而算出細胞的存活率。根據(jù)染料的 不同，染色計數(shù)法可W分為化學染色法和巧光染色法。比色法是利用細胞或細胞器的生理 活動，使得特定化學物質的顏色發(fā)生和細胞的活性成正比的改變運一規(guī)律，通過酶標儀等 比色儀器測定特定波長的吸收率來定量地測量運一顏色的改變，從而獲得細胞活性的量化 衡量指標。常用的比色法有MTT法，XTT法，Alamar Blue法，LDH法，SRB法和ATP法等。除了運 兩大類人工檢測活細胞的方法外，一些儀器如液體閃爍計數(shù)儀和流式細胞儀也可W進行細 胞活性的檢測。
[0004] 現(xiàn)有的細胞活性檢測方法主要存在W下問題： 1、侵入性:不管是人工檢測還是儀器檢測，現(xiàn)有的技術對活細胞和死細胞進行判定之 前，都需要利用化學染料、同位素等物質對特定生存狀態(tài)的細胞進行標記。標記物要么侵入 細胞內(nèi)部，要么改變細胞外部的微環(huán)境。標記過程或多或少對細胞的活性有一定的影響。同 時標記也增加了實驗的復雜性和不確定性，標記染料本身的品質、標記操作的規(guī)范程度和 標記的時間等因素都有可能影響最終的檢驗結果。另外某些標記染料價格昂貴，對環(huán)境也 有一定的危害性。
[0005] 2、終點檢測:所有的檢測手段都是在細胞研究的某一個節(jié)點取樣對細胞進行活性 檢測，檢測完成之后，檢測用的細胞無法繼續(xù)培養(yǎng)。運些檢測方式均屬于終點檢測的范疇， 目前尚沒有有效的手段能夠實現(xiàn)細胞在生長周期內(nèi)細胞活性的實時監(jiān)測。
[0006] 3、對人工操作依賴性:傳統(tǒng)檢測離不開操作人員的人工操作，不同熟練程度的操 作人員對同一個實驗的結果有一定的影響。利用流式細胞儀等設備雖然能在分選過程實現(xiàn) 自動化操作，但是前期的標記過程依然離不開檢驗員的人工操作。人工操作的依賴性將直 接導致實驗的重復精度難W得到突破。
[0007] 傳統(tǒng)的阻抗法，是利用特定頻率下電極之間的總阻抗作為測量指標，運一方法雖 然操作簡便，易于實現(xiàn)。然而，系統(tǒng)的總阻抗除了包括了細胞本身的阻抗，細胞和電極的間 隙阻抗W外還包含了電極和溶液界面的容抗，電解液的電阻等。因此總阻抗無法直接地反 映細胞和電極之間粘附的緊密程度，選取其作為評估細胞活性的指標，最終的檢測結果將 會受到電解質、電極、細胞類型等諸多因素干擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有細胞活性檢測技術存在的問題，提出一種非侵 入、無標記、全程自動化操作的基于阻抗譜法的細胞活性檢測方法與裝置，利用細胞和培養(yǎng) 液系統(tǒng)的復阻抗、細胞貼壁性W及細胞活性運=者的內(nèi)在邏輯關系，實現(xiàn)對細胞活性的檢 測。
[0009] 本發(fā)明一種基于阻抗譜法的細胞活性檢測裝置采用的技術方案是:包括注有細胞 培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿，培養(yǎng)皿的內(nèi)部底部是與培養(yǎng)皿底面相平行的叉指電極，叉指電極的兩極 分別通過導線連接控制器，所述叉指電極具有兩個相互平行且垂直于培養(yǎng)皿底面的電極本 體，兩個電極本體之間是多個連接兩個電極本體、均與培養(yǎng)皿底面平行且上下布置的矩形 叉指，上下相鄰兩個叉指有間距，連接兩個電極本體上的叉指數(shù)量相同，相互成對上下交 叉;所述控制器包括單片機、DDS數(shù)字頻率合成器、壓控電流源、差分放大電路和A/D轉換器， 單片機的輸出端依次連接DDS數(shù)字頻率合成器、壓控電流源和叉指電極，叉指電極的輸出端 依次連接差分放大電路、A/D轉換器和單片機。
[0010] 本發(fā)明一種基于阻抗譜法的細胞活性檢測裝置的檢測方法采用的技術方案是包 括W下步驟： A、 由細胞內(nèi)液電阻Rc和細胞膜電容Cc串接后與溶液電阻Rs并接、并接后的兩端再分別 串接一個雙電層電容Cd構成與細胞溶液相似電學特性的等效電路模型； B、 單片機控制DDS頻率發(fā)生器，分別發(fā)出從高頻到低頻n個頻率的正弦波，經(jīng)過壓控電 流源轉換為電流激勵信號，電流激勵信號被輸出到叉指電極中；叉指電極的n個響應電壓通 過差分放大器，模數(shù)轉換后被輸入到單片機中；單片機根據(jù)激勵電流和響應電壓計算出不 同的頻率fn下的復阻抗值Zn，即等于所述等效電路模型的復阻抗值Zn，根據(jù)等效電路模型和 復阻抗值Zn計算出雙電層電容Cd值； C、 由細胞增殖及細胞活性測定方法測量不同細胞活性的活細胞數(shù)和細胞總數(shù)的比例 關系，W所計算出的雙電層電容Cd值為橫坐標，所測量的活細胞數(shù)和細胞總數(shù)的比例為縱 坐標獲得曲線，用最小二乘法擬合曲線，將雙電層電容Cd值代入曲線方程，求得活細胞占總 細胞的百分比。
[0011] 本發(fā)明和現(xiàn)有細胞活性檢測技術相比，具有如下優(yōu)勢： 1、本發(fā)明選取等效電路中雙電層電容的電容值作為評估細胞活性的指標，該參數(shù)和細 胞的貼壁性能具有直接的聯(lián)系，從而獲得更準確的細胞活性信息，可W對細胞的活性進行 實時的監(jiān)控。
[0012] 2、非侵入檢測手段。本發(fā)明不在培養(yǎng)液中添加任何化學試劑，同時阻抗譜法的特 性決定檢測電壓為毫伏范圍內(nèi)正弦波動，基本不會破壞細胞的穩(wěn)態(tài)，因此本檢測裝置不會 對細胞的活性產(chǎn)生任何影響。
[0013] 3、非標記檢測技術。本發(fā)明不使用具有放射性的同位素、制備工藝復雜的抗體W 及各類化學染料。具有操作簡單，低成本，對環(huán)境和研究人員無毒無害等優(yōu)勢。
[0014] 4、全程自動化監(jiān)測。本發(fā)明不需要專業(yè)的操作人員進行操作，檢測結果不依賴于 操作者的熟練程度。檢測結果具有良好的可重復性。
[0015] 5、本發(fā)明檢測裝置體積小巧，可W制成手持式設備。具有應用到P0CT即時檢測領 域的潛質。
[0016] 6、本發(fā)明檢測裝置中沒有光學設備和質譜檢測儀器中的精密元器件，成本相對低 廉。同時自動化系統(tǒng)不依賴操作人員的操作技巧，對提高偏遠地區(qū)醫(yī)療機構的檢測和實驗 水平具有重要意義。
[0017] 7、經(jīng)過優(yōu)化的阻抗譜等效模型使得本發(fā)明能夠更直觀地表征細胞的活性，獲得更 高測量精度。從而能實現(xiàn)對細胞活性的定量測量。
[0018] 8、本發(fā)明可W為生物技術、食品科學、醫(yī)療診斷等各領域的細胞實驗提供低成本、 高靈敏度的實時細胞活性監(jiān)控。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明一種基于阻抗譜法的細胞活性檢測裝置的總體結構圖； 圖2是圖1中叉指電極結構放大圖； 圖3是圖1中培養(yǎng)皿內(nèi)部的阻抗譜法等效電路圖； 圖4是圖1中控制器的內(nèi)部結構及外接電路原理圖； 圖5是細胞活性檢測裝置的檢測方法流程圖； 圖中：1.培養(yǎng)皿；2.控制器;3.叉指電極;4.開關；5.液晶顯示屏；6.導線；7、8.電極本 體;9、10.接線柱；11.叉指；12.叉指間距。
【具體實施方式】
[0020] 參見圖1，本發(fā)明一種基于阻抗譜法的細胞活性檢測裝置包括一個培養(yǎng)皿1，培養(yǎng) 皿1中注有細胞培養(yǎng)液，在培養(yǎng)皿1的內(nèi)部底部是叉指電極3,叉指電極3由生物親合類材料 制成，叉指電極3通過專用的黏合劑緊密粘合在培養(yǎng)皿1底部，使叉指電極3與培養(yǎng)皿1底面 相平行。
[0021] 叉指電極3的兩極分別通過導線6連接控制器2,控制器2位于培養(yǎng)皿1外部。在控制 器2的外表面安裝用于啟動檢測裝置的開關4和用于顯示細胞活性數(shù)值的液晶顯示屏5。
[0022] 參見圖2,叉指電極3由電極本體、叉指和接線柱組成。叉指電極3有兩個電極本體， 分別是電極本體7和電極本體8,兩個電極本體7、8面對面布置，相互平行并且都垂直于培養(yǎng) 皿1底面，每個電極本體7、8向外側方延伸有一個接線柱，電極本體7向外側方延伸接線柱9、 電極本體8向外側方延伸接線柱10。兩個接線柱9、10分別連接一根導線6的一端，導線6的另 一端均穿過培養(yǎng)皿1底部連接外部的控制器2。
[0023] 在兩個垂直的電極本體7、8之間是多個叉指11，叉指11是兩個電極本體由內(nèi)側面 延伸的上下布置且相互平行的矩形結構。每個叉指11左右長度方向是長邊，為叉指的長。上 下相鄰兩個叉指11之間的間距是叉指間距12,所有叉指11均與培養(yǎng)皿1底面平行，均與電極 本體7、8垂直。連接兩個電極本體上的叉指11數(shù)量相同，相互成對交叉。圖2中只示出了 3對 叉指，實際應用中叉指的對數(shù)一般在50對左右。根據(jù)所測量細胞的形狀和體積的不同，叉指 的對數(shù)，叉指間距等參數(shù)可針對性地進行優(yōu)化。
[0024] 根據(jù)不同的細胞特性，叉指11本身的上下高度和叉指間距12運兩個尺寸均在幾十 微米到幾百微米之間。叉指電極3采用黃金制成，金不僅是良好的導電材料，還具有獨特的 生物親合性，便于細胞貼壁生長，同時其化學性質穩(wěn)定性，使得電極本體7、8不會和溶液中 的成分發(fā)生反應，不易被腐蝕。相對于傳統(tǒng)的平板電極，微米級的叉指電極3通過降低自身 的阻抗，縮小電極間距，提高比表面積等方式大大提高檢測的靈敏性。
[0025] 根據(jù)電化學理論，固態(tài)電極和液體電解質的兩相接觸界面會形成具有電容特性的 雙電層結構。當細胞具有較高活性而緊密貼附在電極表面時。此時電極和培養(yǎng)液的接觸表 面很小，相當于等效平板電容的極板的截面積很小，雙電層的電容值對應的也處于很低的 數(shù)值。反之細胞喪失活性時，會逐漸脫離電極表面，此時大量培養(yǎng)液開始充斥到細胞和電極 的間隙之間，電極和培養(yǎng)液的接觸面積增大，相當于等效平板電容的極板的截面積變大，雙 電層電容值隨之變大。因此電極和培養(yǎng)液兩相接觸面的雙電層的電容值可W定量的反映細 胞的貼壁程度，并W此來間接地表征細胞的活性。參見圖3的阻抗譜法等效電路圖，電極和 溶液界面形成的雙電層，其電學特性可W等效為電容值為Cd的電容元件。Rs代表溶液的電 阻，R。和C。分別表征細胞內(nèi)液的電阻和細胞膜的電容。細胞培養(yǎng)時，在叉指電極3的兩個叉指 11之間，密密麻麻地貼附著貼壁細胞。在低頻激勵下，電流難W通過絕緣的細胞膜，大多數(shù) 從細胞之間間隙的溶液中通過。此時溶液電阻Rs在培養(yǎng)液的阻抗中占較大的權重。高頻激 勵時，高頻電流可W通過具有電容特性的細胞膜穿過細胞內(nèi)液。細胞內(nèi)液電阻Rc和細胞膜 電容Cc串聯(lián)支路將在溶液總阻抗中占較大的權重，而電容Cc的等效電容正好體現(xiàn)了細胞阻 礙低頻電流，導通高頻電流的特性。
[0026] 參加圖1和圖4,控制器2包括單片機、DDS數(shù)字頻率合成器、壓控電流源、差分放大 電路和A/D轉換器，單片機通過顯示接口電路連接外部的液晶顯示屏5,由開關4控制單片機 的電源。單片機的輸出端依次連接DDS數(shù)字頻率合成器、壓控電流源和叉指電極3,叉指電極 3的輸出端依次連接差分放大電路、A/D轉換器和單片機。單片機整個控制器2的中樞，不僅 控制整個設備的運行，也是等效電路模型匹配算法和關鍵因子參數(shù)計算的核屯、硬件。開關4 啟動控制器2運行時，單片機將激勵源的頻率信號發(fā)送給孤S數(shù)字頻率合成器，孤S數(shù)字頻率 合成器根據(jù)收到的指令，發(fā)出相應頻率的正弦波信號，該正弦波信號經(jīng)過壓控電流源電路 轉化為電流激勵信號輸入到叉指電極3。差分放大電路用于放大叉指電極3響應的電壓信 號，并最終通過A/D轉換器模數(shù)轉換，輸入到單片機中進行數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明采用電流激勵、 電壓響應的方式測量電阻抗譜。相對于電壓激勵而言，電流激勵的方式可W有效提高輸入 電阻，最大限度減小接觸電阻和極化電勢所引起的誤差。
[0027] 本發(fā)明的檢測原理首先是基于細胞的活力和細胞的貼壁性之間存在著密切的關 系。當細胞處于活躍狀態(tài)時，會分泌大量促進貼壁的貼壁蛋白。貼壁蛋白將細胞粘附在電極 表面，此時細胞和電極之間的間距很小。當細胞受到急性損傷發(fā)生壞死或者受到調(diào)控信號 控制開始調(diào)亡時，其活性逐漸下降，分泌貼壁蛋白的能力也隨之受到影響。貼壁蛋白的減少 使得細胞和電極表面的間隙不斷增大，直至細胞徹底死亡后將完全脫離電極表面。本發(fā)明 將貼壁類細胞植入培養(yǎng)皿1后，細胞貼壁生長。在外界刺激或自身的調(diào)節(jié)下，細胞的活性會 發(fā)生改變，而運一改變將導致其貼壁性發(fā)生變化，并導致雙電層電容的電容值發(fā)生改變。利 用檢測電路測量阻抗譜不同頻率下的復阻抗的改變，再通過電化學阻抗譜中的等效電路分 析方法，計算出界面雙電層電容的具體的數(shù)值，并W此為指標來評估細胞的活性情況。
[0028] 參見圖1-5,本發(fā)明細胞活性檢測裝置工作時，按下啟動開關4后，單片機控制DDS 頻率發(fā)生器發(fā)出頻率為fl的高頻正弦波，經(jīng)過壓控電流源轉換后，電流激勵信號il被輸出到 叉指電極3中。當貼附在電極表面的細胞的數(shù)量W及細胞和電極之間的間隙大小不同時，叉 指11之間的阻抗值是不同的，因此對于相同的激勵電流，不同活力的細胞對應的響應電壓 是不同的。叉指電極3的響應電壓VI通過差分放大器，模數(shù)轉換后被輸入到單片機中。單片 機根據(jù)激勵電流il和響應電壓VI的關系計算出頻率fl下的阻抗值，具體公式如下： 導紙
隨后單片機控制DDS頻率發(fā)生器改變輸出頻率，發(fā)出頻率為f2的激勵電流，測得阻抗值 Z2。如此往復從高頻到低頻遍取頻譜中的所有的n個頻率后，得到不同頻率下fn的n個阻抗值 Zi，Z2，Z3 ? ? ? Zn。
[0029] 等效電路法是電阻抗譜測量技術中最經(jīng)典的分析方法之一，等效電路并不是實際 存在的電路，而是假象的和被描述模型具有相同或相近電學特性的虛擬電路。圖3是所構建 的評估細胞活性的等效電路，等效電路具有和被測量的細胞溶液相似的電學特性，等效電 路是細胞內(nèi)液電阻Rc和細胞膜電容Cc串接后與溶液電阻Rs并接，并接后的兩端再分別串接 一個雙電層電容Cd形成。當頻率fn的激勵電流in輸入到圖3的等效電路中時，理論上其輸出 電壓應該為Vn，在此頻率下，虛擬等效電路的復阻抗應該和實際測量細胞溶液的復阻抗測 量值相同，即也為Zn。根據(jù)電路原理，由等效電路模型可W得到如下的公式：
其中Rs、Rc的單位為歐姆；Rs是溶液電阻值，Rc是細胞內(nèi)液電阻值，Cd和Cc單位為法拉 第，Cd是等效的雙電層電容，Cc是細胞膜電容，鶴產(chǎn)2纖，j為虛數(shù)單位。Zn為復阻抗，其實 部為a，虛部為b。
[0030] 由于需要獲得的是雙電層電容Cd的電容值，因此只需要對公式的虛部進行計算即 可，將復阻抗的虛部提取出來，得到雙電層電容Cd值：
其中Rs是溶液阻抗，其計算公式為：
其中P刃浴液的電阻率，是培養(yǎng)液的固有屬性，有專用的溶液電導測量儀測量出電導率 后取倒數(shù)即可。1為兩個叉指11之間的間距，即叉指間距12的垂直高度，S為叉指11的水平截 面積，即上下相鄰兩叉指11正對面的面積，也是與培養(yǎng)皿1底面平行的截面積，均有設備本 身決定。
[0031] 當通入兆赫茲W上的高頻激勵時，不論是雙電層電容還是細胞膜電容，在極高的 頻率下，均可W看成是短路導線。此時，電路中只有細胞內(nèi)液電阻Rc和溶液電阻Rs兩電阻并 聯(lián)，細胞內(nèi)液電阻Rc的計算公式為：
其中I為激勵電流值，U為激勵電流I下測量得到的響應電壓值。
[0032] 雖然細胞群落呈現(xiàn)的的總體電學特性和細胞的數(shù)量密切相關，但是對于同一種細 胞而言，細胞內(nèi)液的電阻值和細胞膜的電容值呈現(xiàn)固定的比例k，運一特性和細胞的數(shù)量無 關，運一比例k的關系可W通過查詢常用的生物阻抗學文獻資料獲得，也可W實現(xiàn)通過常規(guī) 的實驗標定，因此細胞膜電容C。的計算公式為：
k是細胞內(nèi)液電阻值和細胞膜電容值的固定的比例值，不同的細胞選擇不同的固定的k 值;因此，利用測量得到的阻抗值結合等效電路模型可W計算出雙電層電容Cd值，表征細胞 活件的觀由居由怒。值巧據(jù)公擊計當?shù)谜琁I，
[0033] 由于細胞的活性傳統(tǒng)上一般用活細胞占全部細胞的百分比來表征，因此需要建立 傳統(tǒng)細胞活性指標和雙電層電容Cd值之間的函數(shù)關系，運一過程叫做儀器的標定，由雙電 層電容Cd值推算細胞的活性。本發(fā)明裝置在第一次使用前，需要進行標定，當標定完成后， 今后再檢測同種細胞，無需再進行標定工作。
[0034] MTT法是細胞增殖及細胞活性測定方法，廣泛應用于細胞活性的檢測，其原理是利 用特定的染料可W對活細胞進行選擇性染色，而死細胞由于沒有新陳代謝活動，因此無法 被其染色。根據(jù)染色后的吸光度值來推算活細胞占全部細胞百分比。標定時，使用MTT法和 本發(fā)明裝置同時測量不同細胞活性的例如10份細胞樣本。MTT的測量的是活細胞數(shù)和細胞 總數(shù)的比例關系，結果是一個百分數(shù)。本發(fā)明裝置的測量結果是等效的雙電層電容Cd值。測 量完成后將會得到10組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)由一個MTT測量得到的百分數(shù)和對應的雙電層電容 Cd運兩個部分構成，W雙電層電容值Cd為橫坐標，M1T的測量值為縱坐標，可W得到坐標平面 上的10個點，繪制出特性曲線，再用最小二乘法進行曲線擬合，最小二乘法是用來進行曲線 擬合的常規(guī)方法，它可W根據(jù)運10個點的分布，擬合出一條曲線，運條曲線與運10個點的距 離的平方和最小，通過單片機采用最小二乘法擬合曲線，將雙電層電容Cd值代入擬合曲線 方程，求得MTT法的理論測量結果，即活細胞占總細胞的百分比。并W此作為衡量細胞活性 的指標顯示在液晶顯示屏上，由此實現(xiàn)雙電層電容Cd值推算出細胞的活性。
[0035] 由于生物材料的非線性特性，每一種細胞適合的最優(yōu)測量頻率不盡相同。在標定 時一般使用多個頻率進行，獲得多組擬合曲線，擬合度最高的頻率為該種細胞的測量頻率。
【主權項】
1. 一種基于阻抗譜法的細胞活性檢測裝置，包括注有細胞培養(yǎng)液的培養(yǎng)皿（1 )，其特征 是:培養(yǎng)皿（1)的內(nèi)部底部是與培養(yǎng)皿（1)底面相平行的叉指電極(3)，叉指電極(3)的兩極 分別通過導線(6)連接控制器(2)，所述叉指電極(3)具有兩個相互平行且垂直于培養(yǎng)皿（1) 底面的電極本體(7、8 )，兩個電極本體(7、8 )之間是多個連接兩個電極本體(7、8 )、均與培 養(yǎng)皿（1)底面平行且上下布置的矩形叉指（11)，上下相鄰兩個叉指（11)有間距，連接兩個電 極本體上的叉指（11)數(shù)量相同，相互成對上下交叉;所述控制器(2)包括單片機、DDS數(shù)字頻 率合成器、壓控電流源、差分放大電路和A/D轉換器，單片機的輸出端依次連接DDS數(shù)字頻率 合成器、壓控電流源和叉指電極(3)，叉指電極(3)的輸出端依次連接差分放大電路、A/D轉 換器和單片機。2. 根據(jù)權利要求1所述基于阻抗譜法的細胞活性檢測裝置，其特征是:叉指電極(3)由 生物親合類材料制成，控制器(2)的外表面裝有開關(4)和液晶顯示屏(5)，單片機通過顯示 接口電路連接液晶顯示屏(5)。3. -種如權利要求1所述基于阻抗譜法的細胞活性檢測裝置的檢測方法，其特征是包 括以下步驟： A、 由細胞內(nèi)液電阻R。和細胞膜電容C。串接后與溶液電阻Rs并接、并接后的兩端再分別 串接一個雙電層電容Cd構成與細胞溶液相似電學特性的等效電路模型； B、 單片機控制DDS頻率發(fā)生器分別發(fā)出從高頻到低頻n個頻率的正弦波，經(jīng)過壓控電流 源轉換為電流激勵信號被輸出到叉指電極(3)中；叉指電極(3)的n個響應電壓信號通過差 分放大器，模數(shù)轉換后被輸入到單片機中；單片機根據(jù)激勵電流和響應電壓計算出不同的 頻率f n下的復阻抗值Zn，即等于所述等效電路模型的復阻抗值Zn，根據(jù)等效電路模型和復阻 抗值Z n計算出雙電層電容Cd值； C、 由細胞增殖及細胞活性測定方法測量不同細胞活性的活細胞數(shù)和細胞總數(shù)的比例 關系，以所計算出的雙電層電容Cd值為橫坐標，所測量的活細胞數(shù)和細胞總數(shù)的比例為縱 坐標獲得曲線，用最小二乘法擬合曲線，將雙電層電容Cd值代入曲線方程，求得活細胞占總 細胞的百分比。4. 根據(jù)權利要求3所述的檢測方法，其特征是：步驟B中，等效電路模型的復阻抗值Rs、R。的單位為歐姆，1是溶液電阻值，R。是細胞內(nèi)液電阻值，Cd和C。單位為法拉第，Cd是 雙電層電容，C。是細胞膜電容，叫.:=2tt4，j為虛數(shù)單位;Zn為復阻抗，a為實部，b為虛部。5. 根據(jù)權利要求4所述的檢測方法，其特征是：步驟B中，雙電層電容?，P為溶 液電阻率;k是根據(jù)不同細胞選定的固定比值，1為兩個叉指（11)之間的間距，S為叉指（11) 與培養(yǎng)皿(1)底面平行的截面積;I為激勵電流值;U為激勵電流I下測量得到的響應電壓值。
【文檔編號】G01N27/22GK106047678SQ201610335957
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】張榮標, 孫健
【申請人】江蘇大學