[发明专利]一种基于阻抗频谱积分特征的细胞活性检测方法及装置

说明书

本发明公开一种利用细胞阻抗传感器来间接检测细胞活性的基于阻抗频谱积分特征的细胞活性检测方法及装置，第一检测孔中注入含待检测细胞的细胞培养液，第二检测孔中注入不含待检测细胞的相同体积的细胞培养液，分别得到两个检测孔中培养液在每个频率下分别对应的阻抗幅值，先计算出阻抗幅值差，将阻抗幅值差与预设的阻抗差阈值比较确定出积分频段，再在该频段内拟合得到含有待检测细胞的的细胞培养液和不含有待检测细胞的细胞培养液的阻抗谱函数，对阻抗谱函数积分得到阻抗谱积分值，最后计算出细胞活性指数；本发明采用细胞阻抗测量灵敏度较高的频段内的频谱积分值来表示当前的细胞活性值，有效提高了细胞活性检测的精确度和灵敏度。

技术领域

本发明属于细胞检测领域，涉及一种利用细胞阻抗传感器来间接检测细胞活性的技术。

背景技术

细胞活性是评价细胞培养、细胞毒性及生理研究的基础，细胞活性在细胞研究、药物作用、细胞工程以及微生物发酵工程、医疗卫生及环境监测中具有重要作用。当前细胞活性检测方法主要包括各种化学染色法、免疫法、细胞阻抗间接测量法等。其中，细胞阻抗间接测量法检测细胞活性时，因其无标记、连续性、在线检测的特点而得到广泛的应用，其主要是运用细胞阻抗传感器测量单一频率点下细胞阻抗幅值，根据阻抗幅值与细胞活性之间的对应关系来间接检测细胞活性。但是在单一频率点下测量细胞阻抗幅值，用于细胞活性检测时存在检测精度不高的缺陷，而且大多使用价格昂贵的阻抗分析仪来进行细胞阻抗的测量。为了提高细胞活性的检测灵敏度，运用传感器在进行细胞阻抗测量时，首先找到阻抗测量的最灵敏频率点，即在该测量频率下得到的当前有细胞时传感器的阻抗幅值与无细胞时测出的阻抗幅值差值最大，然后在该频率点下进行后续不同活性下的细胞阻抗测量。但在细胞活性变化过程中，细胞的等效电容、等效电阻等发生变化，细胞阻抗测量最灵敏频率点也会发生相应的变化。若用同一个最灵敏频率点进行细胞阻抗测量，会增大阻抗测量误差，进而间接降低细胞活性检测的精确度。

发明内容

针对目前在单一频率点下的细胞阻抗测量来评价细胞活性时检测精度不高、运用阻抗仪测量检测成本高的缺点，本发明提出一种基于阻抗频谱积分特征的细胞活性检测方法及装置，不使用高成本的阻抗仪进行细胞阻抗谱测量，用细胞阻抗测量灵敏度较高频段内的频谱积分值来表示当前的细胞活性值，有效提高细胞活性检测的精确度。

本发明一种基于阻抗频谱积分特征的细胞活性检测装置采用如下技术方案是：包括具有第一、第二两个检测孔的细胞阻抗传感器，每个检测孔底部各布置一个叉指电极，叉指电极经MCU控制电路连接上位机，MCU控制电路包括高速单片机、DDS信号发生器、检测通道选通电路、信号叠加电路、高通滤波电路，高速单片机的输出端分别连接DDS信号发生器、检测通道选通电路和信号叠加电路，DDS信号发生器的输出端经衰减电路连接信号叠加电路，信号叠加电路依序经检测通道选通电路、传感器连接端口连接叉指电极，传感器连接端口的输出端依序经电流/电压转换电路、放大电路、高通滤波电路连接单片机的输入端。

所述的一种基于阻抗频谱积分特征的细胞活性检测装置的检测方法采用如下技术方案是：在第一检测孔中注入含待检测细胞的细胞培养液，第二检测孔中注入不含待检测细胞的相同体积的细胞培养液，还包括以下步骤：

步骤A：单片机先控制检测孔选通电路选通第一检测孔，依序控制DDS信号发生器产生递增频率f₁,f₂,……,f_n-1,f_n信号，并分别采集叉指电极输出的对应信号，计算出第一检测孔中细胞培养液的对应的阻抗幅值Z₁,Z₂,……,Z_n-1,Z_n；然后控制检测孔选通电路选通第二检测孔，得到第二检测孔中细胞培养液在每个频率f₁,f₂,……,f_n-1,f_n下分别对应的阻抗幅值β₁,β₂,……,β_n-1,β_n；最后将每个频率和阻抗幅值上传到上位机；