[发明专利]导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法

说明书

本发明公开了一种导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法，该导电水凝胶的制备方法包括：形成具有微电极阵列的导电芯片；通过导电芯片形成细胞培养腔；在细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶；以及通过聚合水凝胶形成具有微图案的导电水凝胶。本发明通过电化学沉积法在微电极阵列导电芯片上制备了具有集成互穿网络结构(IPN结构)的微图案的软质导电水凝胶，该导电水凝胶可以有效的替代细胞阻抗传感技术领域中的金属电极，结合阻抗仪在线检测系统，有效实现了细胞阻抗传感检测过程中高效稳定的电荷转移，使得细胞阻抗检测达到了无标记、全程动态、实时分析的技术效果。

技术领域

本发明属于细胞阻抗传感检测技术领域，具体涉及一种微图案导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法。

背景技术

细胞阻抗传感(Electric Cell Impedance Sensing，ECIS)是一种基于交流阻抗技术的细胞分析方法，其原理是通过测量细胞与基底电极之间的阻抗值变化来评估细胞的生理和病理状态，能够实时监测细胞的生长、增殖、毒性、粘附及形态变化等动态生物学过程。作为一种无标记、全程动态、实时的分析方法，ECIS在细胞研究中得到了广泛的应用。在该领域中，用于细胞分析的交流阻抗方法大致可分为两类：非法拉第阻抗谱法(non-Faradic Electric Impedance Sensing，NFEIS)和法拉第阻抗谱法(Faradic ElectricImpedance Sensing，FEIS)。NFEIS没有使用任何氧化还原探针，称为无探针细胞阻抗传感器。FEIS则运用氧化还原探针，基于表界面探针分子转移的原理，以用于构筑灵敏度高的传感器。当没有细胞粘附于基底电极时，阻抗值主要由电极/溶液界面的阻抗和溶液本身的阻抗两部分组成。当细胞粘附于基底电极时，由于细胞膜的完整性，细胞可作为导电性差的导体在电极表面生长和增殖，电极/溶液界面局部溶液的离子环境发生改变，直接导致阻抗值升高，粘附的细胞越多，阻抗值越大；细胞发生多种生理和病理状态变化均可通过阻抗值的变化来反应。但是传统的基底电极主要为金属电极，而金属电极会造成一定的检测局限性，例如因机械失配导致持续的异物反应和电化学性能的局限性，因此阻碍了细胞阻抗传感方法中高效稳定的电荷转移。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决细胞阻抗传感检测技术领域中，金属电极因检测局限性造成检测过程中电荷转移不能高效稳定，进而影响细胞阻抗传感检测的技术问题，本发明公开了一种导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法。

(二)技术方案

本发明的一个方面提供了一种导电水凝胶的制备方法，包括：形成具有微电极阵列的导电芯片；通过导电芯片形成细胞培养腔；在细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶；以及通过聚合水凝胶形成具有微图案的导电水凝胶。

根据本发明的实施例，形成具有微电极阵列的导电芯片包括：在导电衬底的导电膜层上形成光刻胶层；在具有光刻胶层的导电衬底上形成光刻胶图案；以及基于光刻胶图案在导电衬底上形成具有导电膜图案的导电芯片，其中，导电膜图案为微电极阵列。

根据本发明的实施例，通过导电芯片形成细胞培养腔，包括：在导电芯片上形成围设微电极阵列的环形结构，其中，环形结构的内表面和微电极阵列所在的导电芯片表面之间形成细胞培养腔。

根据本发明的实施例，在细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶，包括：依据预设配比，将丙烯酰胺(AM)、双醛淀粉(DAS)、阴离子掺杂剂、交联剂、引发剂以及催化剂进行混合形成混合水凝胶；以及对混合水凝胶进行溶胀形成聚合水凝胶。

根据本发明的实施例，在聚合水凝胶中，丙烯酰胺(AM)的溶液的质量占比23％-46％；双醛淀粉(DAS)的溶液的质量占比12％-35％；阴离子掺杂剂的质量占比5％-10％；交联剂的溶液的质量占比10％-13％；引发剂的溶液的质量占比23％-25％；以及催化剂的质量占比2％-3％。