[发明专利]用于校准阻抗谱生物质传感器的方法和将悬浮液用于执行这种方法的应用

说明书

一种用于校准阻抗谱生物质传感器的方法，所述生物质传感器构成用于借助具有周期变化的场方向的电场检测关于生物质中的活细胞的量和/或大小的信息，所述方法包括如下步骤：提供校准悬浮液，所述校准悬浮液包括能导电的、粘性能流动的或粘弹性的载体物质和容纳于其中的能导电的固体颗粒和/或半导体固体颗粒；产生具有周期变化的场方向的作用于校准悬浮液上的电场；在场方向变化频率不同的至少两个电场中检测至少各一个代表校准悬浮液的介电常数的介电常数值；求出代表所检测的介电常数值的差的差值；将差值与同校准悬浮液相关联的参考值进行比较。

技术领域

本发明涉及一种用于校准阻抗谱生物质传感器的方法，并且还涉及将悬浮液用于这种校准方法的应用。

背景技术

电阻抗谱法用作为用于无破坏地在原位和体内确定生物材料的与频率有关的被动电学特性的测量方法。这种生物材料例如可以是由液体和容纳于其中的生物细胞构成的、下文中称为“生物质”的物质，其例如从细胞培养容器中获得。

生物质的上述与频率有关的被动电学特性可以提供尤其关于活细胞数和细胞活力的信息。此外，通过与频率有关的被动电学特性还能够测定生物质的其他特性，然而活细胞的数量和细胞活力的确定在生物技术应用中有最重要的意义。

非常基本地且粗略概述地，以阻抗谱方式检测关于生物质中的活细胞的量和/或大小的信息如下进行：将电场施加到容纳于载液中的生物细胞的悬浮液上，所述电场的场方向周期性以预设的频率变化。根据所选择的变化频率，不同的极化机制作用于生物质。因此，与纯离子溶液不同，生物质的被动电学特性是与频率有关的，并且构成典型的所谓的分散。如果在生物质中存在活细胞，则产生附加的效应。活细胞对于可自由运动的离子构成迁移障碍，使得细胞根据其横截面提高生物质的阻力，和进而其导电性降低。存在于生物质的细胞内部的离子也被电场控制。在导电性差的细胞膜处，出现导致在膜处的极化的电荷分离。极化作为电学双层出现。在这种情况下，通过电场引起的电流几乎仅流经生物质的细胞外载体物质。因此，极化反映在可测量电容的提高，和进而反映在产生场的电极之间的介电常数。

所谓的“α-分散”在毫赫兹至千赫兹的频率范围中出现，并且通过载流子在细胞表面上的运动和积聚产生。此外，活性的细胞膜效应和活性的离子膜通道影响α-分散。

在几千赫兹到几百兆赫的频率范围中出现所谓的β-分散，所述β-分散基于细胞膜的电容特性，细胞内组织和膜结构本身。细胞膜中的脂肪和蛋白质形成高阻结构。膜结构导致所谓的边界面极化。

在约0.1GHz至100GHz的范围中更高的频率情况下出现所谓的γ-分散，所述γ-分散通过极性介质例如水和蛋白质的偶极机制引起。在电场中，在高频率下具有偶极矩的大分子，例如蛋白质对齐。

对于在本申请的方法中特别令人感兴趣地检测关于生物质中的活细胞的量和/或大小的信息而言，主要β-分散区域是令人感兴趣的。关于生物质的分散区域和与频率有关的介电常数或电容的用于其显示的曲线的深入的信息参阅H.P.Schwan：“The practicalsuccess of impedance techniques from an historical perspective”(在Proceedingsof the X.International Conference on Electrical Bio-Impedance中，Barcelona(1998)，第3至16页)以及H.P.Schwan：“Electrical properties of tissue and cellsuspensions”(在Advances in Biological and Medical Physics中，第5卷(1957)，第147到205页)。

已知的用于借助于具有周期变化的场方向的电场以阻抗谱方式检测关于生物质中的活细胞的量和/或大小的信息的方法从US 7 930 110 B2中已知。从US 6,596,507 B2中已知可用于这种测量的生物质传感器。由申请人以商品名“Incyte”销售的传感器原则上也适合于上述测量方法。