[发明专利]用于进行电化学阻抗谱的系统和方法

说明书

描述了一种用于测量生物颗粒的电特性的系统。所述系统包括：培养箱，用于在限定环境中进行电化学测量；以及基板固持器，定位于所述培养箱中，用于固定包括多个孔的基板(110)。所述系统进一步被配置用于连续地或定期地测量电化学数据。所述系统还包括处理装置，所述处理装置用于将连续地或定期地测量的电化学数据与参考数据进行比较并且用于基于所述比较来确定添加活性化合物的时刻。

发明领域

本发明涉及活细胞生物传感领域。更具体地，本发明涉及用于对孔中的活细胞进行电化学阻抗谱(EIS)的方法和系统。

背景技术

电化学阻抗谱(EIS)方法用于以无创方式研究细胞培养物。为此目的，通常细胞培养物生长于底表面上具有2个电极的孔中。所述方法通常包括在细胞生长的初始阶段后将活性化合物添加到这些孔中的细胞培养物中。从那一刻开始，接着进行响应的演变，以便了解活性化合物对孔中细胞的影响。这进而将提供关于活性化合物的工作机制的信息。

在孔中生长的细胞培养物将呈现特定的生长路径，当在整个底部密集地填充有一层细胞的时刻最大化。此生长路径取决于孔的几何形状，但也取决于制备、计数和给予细胞以进行测量的整个过程以及取决于外部条件，如温度、大气组成等。由此，针对每个实验的生长过程动力学可以不同。

为了获得可靠的结果，测量的质量和重复性是至关重要的。

影响电化学阻抗谱用于细胞培养物测量的可靠性的因素之一是(潜在地)活性化合物添加到细胞培养物的准确时刻。如果过早添加活性化合物，则生长动力学和与活性化合物的相互作用将干扰过多，产生受到干扰的测量结果。另一方面，太晚添加活性化合物将导致细胞由于细胞生长竞争而濒临死亡。

电化学测量通常在多个孔板中进行。不同孔中的测量基于孔中的电极进行，所述电极通向孔板的一个边缘或多个边缘并且进一步通向驱动和/或读出电路系统。虽然孔中的电极通常在孔上是相同的，但是将孔中的电极与孔板边缘处的电触点连接的引线在几何形状、尺寸和/或长度上示出了较大的差异，其他方面是由于孔在孔板上的不同位置引起的。依赖于多个孔的测试装置，其中，电极通过不同的引线连接到分析器，因此本质上在同一板上的不同孔之间引入了读出的可变性。这种取决于孔板位置的可变性因此诱导了使用仪器获得的读出的附加不确定性。这对于设备读出的质量和可靠性具有负面影响，并且因此对在每个单独的孔中发生的能被识别和量化的过程具有的置信度具有负面影响。

在实践中，阻抗测量中的这种可变性目前通过将孔板中的一些孔作为参考孔来抵消。这些将仅用介质填充，而不是用细胞或活性化合物填充。从这些孔收集的数据通常在后续数据分析中用于校准目的，并且将不会对更好地理解装置中存在的细胞或化合物的行为有直接贡献。

通过以1至100kHz之间的频率范围交替地测量所述孔之一的阻抗来确定细胞培养物的阻抗。然而，许多有价值的信息包含在较低频率范围内。然而，在较低频率范围内测量意味着用于每个单独孔的测量时间增加。由此，如果还在较低频率范围内进行测量，则单独孔中的培养物遵循的时间分辨率大幅减少。然而，时间分辨率对于捕捉活细胞培养物中发生的相关效果是至关重要的，所述活细胞培养物与他们同所添加化合物的相互作用相关，因此在获得定性数据与优化时间分辨率之间引入了困难的权衡。结果的清楚解释需要高质量的测量。测量的质量部分地由实验硬件确定，但也由外部影响确定。在数据收集期间，例如，测量孔板位于具有已调节条件(如温度、大气)的培养箱内部。然而，在实践中，培养箱内部的条件可能在实验过程中发生变化(温度波动、冲击...)。这些影响确实对细胞行为有影响，并因此被转化为所获得的数据。从那一刻开始，细胞对所添加化合物的响应与细胞对外部条件的波动和变化的响应进行卷积。这可能以负面方式显著地影响数据解释以及结果的质量，并且因此必须避免。

存在对用于进行电化学表征、解决上述问题中的一个或多个的系统和方法的需要。

发明内容

本发明的目的是提供用于基于稳健但敏感的数据采集来进行生物颗粒(如，例如细胞、细胞器、外泌体或病毒)的电化学表征的方法和系统。