[发明专利]一种基于阻抗谱法的细胞活性检测方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种细胞活性监测方法和装置，细胞活性监测特指针对贴壁培养细胞活性的实时在线监测。

背景技术

细胞的研究是医学、生命科学、生物工程等诸多学科的基础，而细胞活性检测技术被广泛地应用在药物筛选、毒理学试验、免疫功能评价、蛋白质组学以及食源和药源成分的活性鉴定等各个领域。随着抗肿瘤研究的不断升温，细胞活性检测在肿瘤细胞敏感性试验中也发挥着重要的作用。

为了适应不同条件下的检测需要，研究人员探索出了多种细胞活性的检测方法。按照检测原理的不同大致可以将实验室中常用的检测手段分为染色计数法和比色法两大类。染色计数法是利用活细胞和死细胞对特定染料的亲合力不同，实现活细胞或者死细胞的选择性标记，再通过显微镜对标记的细胞进行计数，从而算出细胞的存活率。根据染料的不同，染色计数法可以分为化学染色法和荧光染色法。比色法是利用细胞或细胞器的生理活动，使得特定化学物质的颜色发生和细胞的活性成正比的改变这一规律，通过酶标仪等比色仪器测定特定波长的吸收率来定量地测量这一颜色的改变，从而获得细胞活性的量化衡量指标。常用的比色法有MTT法，XTT法，Alamar Blue法，LDH法，SRB法和ATP法等。除了这两大类人工检测活细胞的方法外，一些仪器如液体闪烁计数仪和流式细胞仪也可以进行细胞活性的检测。

现有的细胞活性检测方法主要存在以下问题：

1、侵入性：不管是人工检测还是仪器检测，现有的技术对活细胞和死细胞进行判定之前，都需要利用化学染料、同位素等物质对特定生存状态的细胞进行标记。标记物要么侵入细胞内部，要么改变细胞外部的微环境。标记过程或多或少对细胞的活性有一定的影响。同时标记也增加了实验的复杂性和不确定性，标记染料本身的品质、标记操作的规范程度和标记的时间等因素都有可能影响最终的检验结果。另外某些标记染料价格昂贵，对环境也有一定的危害性。

2、终点检测：所有的检测手段都是在细胞研究的某一个节点取样对细胞进行活性检测，检测完成之后，检测用的细胞无法继续培养。这些检测方式均属于终点检测的范畴，目前尚没有有效的手段能够实现细胞在生长周期内细胞活性的实时监测。

3、对人工操作依赖性：传统检测离不开操作人员的人工操作，不同熟练程度的操作人员对同一个实验的结果有一定的影响。利用流式细胞仪等设备虽然能在分选过程实现自动化操作，但是前期的标记过程依然离不开检验员的人工操作。人工操作的依赖性将直接导致实验的重复精度难以得到突破。

传统的阻抗法，是利用特定频率下电极之间的总阻抗作为测量指标，这一方法虽然操作简便，易于实现。然而，系统的总阻抗除了包括了细胞本身的阻抗，细胞和电极的间隙阻抗以外还包含了电极和溶液界面的容抗，电解液的电阻等。因此总阻抗无法直接地反映细胞和电极之间粘附的紧密程度，选取其作为评估细胞活性的指标，最终的检测结果将会受到电解质、电极、细胞类型等诸多因素干扰。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有细胞活性检测技术存在的问题，提出一种非侵入、无标记、全程自动化操作的基于阻抗谱法的细胞活性检测方法与装置，利用细胞和培养液系统的复阻抗、细胞贴壁性以及细胞活性这三者的内在逻辑关系，实现对细胞活性的检测。

本发明一种基于阻抗谱法的细胞活性检测装置采用的技术方案是：包括注有细胞培养液的培养皿，培养皿的内部底部是与培养皿底面相平行的叉指电极，叉指电极的两极分别通过导线连接控制器，所述叉指电极具有两个相互平行且垂直于培养皿底面的电极本体，两个电极本体之间是多个连接两个电极本体、均与培养皿底面平行且上下布置的矩形叉指，上下相邻两个叉指有间距，连接两个电极本体上的叉指数量相同，相互成对上下交叉；所述控制器包括单片机、DDS数字频率合成器、压控电流源、差分放大电路和A/D转换器，单片机的输出端依次连接DDS数字频率合成器、压控电流源和叉指电极，叉指电极的输出端依次连接差分放大电路、A/D转换器和单片机。

本发明一种基于阻抗谱法的细胞活性检测装置的检测方法采用的技术方案是包括以下步骤：

A、由细胞内液电阻R_c和细胞膜电容C_c串接后与溶液电阻R_s并接、并接后的两端再分别串接一个双电层电容C_d构成与细胞溶液相似电学特性的等效电路模型；