[发明专利]一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法

说明书

本发明为一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法。该监测装置包括监测台和三电极体系；所述的三电极体系中，工作电极为医用聚吡咯电极，参比电极饱和为甘汞电极，对电极为铂片；所述的测试方法是通过交流阻抗技术在医用聚吡咯电极上选择合适的频率及交流电压，得到细菌/细胞生长的阻抗谱，选择合适的模拟电路对阻抗谱进行模拟，达到对细菌/细胞生长监测的目的。本发明的监测方法操作简单、成本较低。

技术领域

本发明属于生物监测领域，提出了一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法。

背景技术

在日常生活中，细菌生物膜几乎可以在任何表面形成。细菌的生长一方面可以是有益的，另一方面也可以是有害的。近年来，细菌生物膜的相关研究领域，尤其是生物膜的监测方法受到了越来越多的关注。生物膜的有效检测方法对于分析生物膜的结构特征、解释生物膜现象和解决生物膜问题具有极其重要的意义。对细菌生长人们迫切需要一种能够监测测细菌生物膜生长的传感器。

传统的细菌生长监测技术不能对细菌/细胞生长实现实时监测，并且对细菌/细胞生长具有破坏性，例如使用血细胞计数器计数活细胞与死细胞的数量，相差显微镜观察细胞结构，以及将光学显微镜与细胞结合使用染色或共聚焦显微镜以获取高分辨率图像。尽管这些测定法已经被很好地建立，但是它们具有一些局限性。它们通常很耗时，需要标记，消耗多种资源。最重要的是，这些技术具有破坏性，需要牺牲细胞。因此，它们的应用主要限于二维体外系统。近年来交流阻抗技术是电化学测量方法为构建智能植入体提供了新思路，其使用小幅度正弦波点位(或电流)作为干扰信号。一方面，使用小幅度电信号扰动系统，避免了对系统的大的影响，另一方面，它使干扰和系统之间的响应近似线性，使得测量结果的数学处理变得简单。交流阻抗技术将细胞/细菌培养与交流阻抗技术相结合，该技术根据细胞/细菌在不同生长期对电流的阻碍作用不同而检测到不同的阻抗值，由此实时且连续地监测细胞/细菌的状态。

另一方面，传统的利用交流阻抗技术对细菌/细胞生长的监测，需要传感器具有良好的导电性，所以一般选用金、铂等贵金属作为传感器，虽然这些贵金属具有很好的导电性，但是这些贵金属的力学性能比较差，并且传感器的负载往往需要对传感器结构进行较大的改变，这会影响植入体力学性能，易带来安全隐患。而导电玻璃作为传感器时，虽然具有导电性好、成本较低的优点，但生物性能不好，脆性大，容易断裂。钛及钛合金具有较低的弹性模量，良好的抗腐蚀性能以及良好的生物相容性，因此凭借其优异的机械性能和生物相容性广泛应用于各种体内植入材料，成为当前研究热点。但是医用钛及钛合金表面极易形成导电性极差的二氧化钛薄膜，使其表面导电性急剧降低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有钛基植入器械缺乏对生理环境细菌/细胞生长监测、响应能力的瓶颈问题，提供了一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法。该装置的工作电极采用医用聚吡咯电极，该电极是以生物医用钛或钛合金材料为基底，通过电化学法在其表面沉积一层聚吡咯，最终得到的材料；所述的测试方法是通过交流阻抗技术在医用聚吡咯电极上选择合适的频率及交流电压，得到细菌/细胞生长的阻抗谱，选择合适的模拟电路对阻抗谱进行模拟，提出将生理环境中的细胞/细菌等效为电学元件，并系统研究细胞/细菌行为对等效电路的影响规律，建立细胞/细菌动态变化的电学性能的数学描述和物理模型，达到对细菌/细胞生长监测的目的。本发明的监测方法操作简单、成本较低。

本发明的技术方案为：

一种细菌/细胞生长的监测装置，该监测装置包括监测台和三电极体系；

所述的三电极体系中，工作电极为医用聚吡咯电极，参比电极饱和为甘汞电极，对电极为铂片；

所述的监测台包括台体和上盖；台体的底部为底座，底座上面为工作电极，工作电极上的台体中部，有一个圆柱状的培养腔；

所述的上盖有两个通孔，用于放置参比电极和对电极。

一种医用聚吡咯电极，该电极的制备方法包括如下步骤：