基于氧化石墨烯/聚吡咯-铟锡氧化物微电极的细胞阻抗生物传感器构建及细胞粘附增殖行为检测

构建一种基于氧化石墨烯/聚吡咯-铟锡氧化物GO/PPy-ITO（Graphene Oxide/Polypyrrole-Indium Tin Oxide）微电极的细胞阻抗生物传感器并用于细胞粘附增殖行为学检测。ITO微电极采用光刻技术对感光干膜绝缘层蚀刻而成,通过一步法电聚合技术在ITO微电极表面沉积GO/PPy纳米复合膜制备GO/PPy-ITO微电极;形状测量激光显微镜和扫描电子显微镜分别对GO/PPy表面粗糙度和拓扑形貌进行表征;电化学循环伏安法及阻抗谱表征GO/PPy-ITO微电极的电化学性质;人肺癌细胞株A549粘附、铺展和增殖实验考察GO/PPy界面的生物相容性;以GO/PPy-ITO微电极作为传感电极,利用电化学阻抗谱技术对A549细胞的粘附增殖行为进行检测。结果显示,ITO微电极表面上电沉积的GO/PPy纳米复合物表面平整,分布大量的微孔结构;电化————————————学实验结果显示GO/PPy-ITO微电极比裸ITO微电极具有更低的阻抗特征和更高的电化学活性;GO/PPy比纯PPy膜更能促进A549细胞粘附、铺展和增殖;GO/PPy-ITO微电极表面A549细胞的粘附增殖行为改变电极系统的阻抗谱特征,通过对阻抗谱数据进行等效电路拟合分析获得细胞粘附增殖行为学信息。本文发展的GO/PPy-ITO微电极兼具优良的电化学性质和细胞生物相容性,基于该电极系统构建的细胞阻抗生物传感器可用于细胞病理生理学行为、药物筛选等研究领域。     

基于RGD多肽掺杂聚吡咯-铟锡氧化物的仿生微电极构建及用于细胞生物学行为的电化学阻抗谱检测

构建一种基于RGD多肽分子掺杂聚吡咯膜修饰的铟锡氧化物微电极(PPy/RGD-ITO),并以此作为传感电极实现细胞生物学行为的电化学阻抗谱检测.采用光刻技术蚀刻感光干膜绝缘层制备ITO微电极;以含RGD模体的多肽分子作为吡咯电聚合唯一的掺杂阴离子,通过电化学共聚合方式在ITO微电极表面沉积PPy/RGD复合膜形成PPy/RGD-ITO微电极;原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)分别表征PPy/RGD复合膜的表面拓扑形貌、湿润性和组成成分;人肺癌细胞株A549铺展、粘附及增殖实验考察了PPy/RGD复合膜与细胞间的相互作用;以构建的PPy/RGD-ITO微电极作为传感电极,通过电化学阻抗谱技术对A549细胞粘附增殖行为及天然抗癌药物分子重楼皂苷I的细胞毒性进行了分析.结果显示,通过简单的电化学共聚合成功将RGD分子掺杂进PPy膜内,且PPy/RGD复合膜具有优异的表面物理性能;PPy基质膜内掺杂的RGD分子保留其生物活性,相比裸ITO电极和聚4-苯乙烯磺酸钠(PSS)掺杂的PPy膜,PPy/RGD复合膜能更好地促进A549细胞的铺展、粘附和增殖;由于PPy/RGD-ITO微电极表面A549细胞形态学变化可改变电极系统的阻抗谱特征,因此通过电化学阻抗谱技术可解析A549细胞粘附增殖行为学信息,同时可定量分析重楼皂苷I细胞毒性.因此,通过简单的电化学共聚合方法将生物活性RGD分子掺杂进PPy膜内制备出的PPy/RGD膜具有优良的生物相容性,可作为一种重要的仿生电极修饰材料用于构建电子系统和细胞生物学系统的耦合界面,未来可应用于细胞生物学行为及药物筛选研究.     

微电极阵列细胞阻抗传感器研究

贴壁生长在微电极表面的细胞可引起贴壁电极界面阻抗的改变,从而可以获得细胞生理功能相关的生物信息.本研究采用微机械加工技术,在硅基底上设计了直径为20～50 μm的20通道金微电极阵列(micro-electrode array,MEA),用以构建能实时、连续、定量跟踪哺乳动物细胞形态和增殖分化改变的细胞阻抗测试传感器(electric cell-substrate impedance sens-ing,ECIS),用于细胞与电极间的阻抗测试研究.通过对培养在微电极表面24 h的成骨细胞Saos-2细胞系的阻抗谱测量发现,其阻抗值增加集中在中频102～10<'4>Hz之间,本结果符合细胞阻抗传感测量的理论模型分析.因此,该微电极阵列细胞阻抗传感器的研究,为进一步的细胞生理和药物分析等研究奠定了良好的基础.     

细胞阻抗传感器优化设计及其在毒素监测中的应用

介绍我们设计的微结构细胞阻抗传感器,采用微电子加工技术在硅基底上制作了以叉指结构金电极为工作电极的传感芯片,将脐静脉内皮细胞系ECV304培养和固定在器件上,进行连续的细胞阻抗监测。研究细胞阻抗随频率和时间改变的定量关系。结合细胞贴附前后的叉指电极等效电路模型,进一步分析细胞贴附对阻抗变化的影响,给出细胞阻抗传感器的优化设计方法。最后,采用该细胞传感器对有毒素进行实验分析,分析毒素对哺乳动物血管的毒性作用,初步的实验结果表明,该设计的细胞阻抗传感器具有实时无标记快速检测的优点,可应用于毒素监测等生物医学领域。     

快速检测大肠杆菌O157:H7的电化学阻抗免疫生物传感器

建立了一种采用电化学阻抗谱技术快速检测大肠杆菌O157∶H7的生物传感器,它是通过石英晶体金电极表面附着一层蛋白A膜来固定抗体的。该生物传感器采用了三电极系统-工作电极石英晶体金电极、Ag/AgCl/Cl-SAT参考电极和铂对电极。和以往的普通金电极不同,第一次采用了石英晶体金电极。试验结果说明抗体的固定以及大肠杆菌O157∶H7与抗体的结合都增加了石英晶体金电极表面的电子传递阻抗,在[Fe(CN)6]3-/4-氧化还原对存在的情况下,用电化学阻抗谱测量该阻抗。该免疫生物传感器的检测限是103cfu/mL,石英晶体金电极的电子传递阻抗变化值和大肠杆菌O157∶H7的浓度在一定范围内呈线性关系,检测时间少于10 min。     

用于挥发性有机气体测定的化学阻抗传感器

该文以碳粉掺杂的聚合物为敏感膜,以叉指电极为基底制作了测定挥发性有机气体的化学阻抗传感器.当敏感膜吸附有机气体时,敏感膜膨胀,导致膜中导电性的碳粉粒子距离增加,电阻也增加.同时.有机气体的吸附还引起敏感膜的介电常数改变,从而导致电阻、电容改变.通过传感器电阻电容的变化可以实现有机气体的定量测定.考察了敏感膜厚度、敏感膜中碳粉含量、及测定频率对传感器电阻电容响应的影响.该文还探讨了电阻和电容响应的机理.     

微电子细胞传感器在抗肿瘤药物分析中的应用研究

研究采用微机械加工技术制备了生物电阻抗检测用的细胞传感器芯片。传感器各通道为50μm的微电极,以交错的方式间隔50μm排列。配以相应的药物微进样系统与控制系统后,将人肺腺癌细胞系A549细胞接种培养于芯片电极表面,研究了人参皂苷Rh2对细胞的作用。阻抗测试结果显示:人参皂苷Rh2具有良好的抑制肿瘤细胞生长作用,表明细胞微电子芯片为抗肿瘤药物的分析与筛选提供了一个良好微传感器测试平台。     

新型全数字化细胞阻抗传感器的设计与实现

针对目前我国微生物检测设备的落后现状,使用现代电子技术开发了一种新型全数字化细胞阻抗传感器系统;该传感器使用了数字频率合成、数字锁相放大和MATLAB与VC混合编程等多种数字处理技术,提高了设备的测量精度,缩短了测量时间;最后,利用该传感器进行了成人真皮纤维原细胞培养液的电阻抗测量,获得了细胞阻抗与频率、细胞阻抗与时间的对应关系;实验数据结果表明,该传感器运行稳定可靠,测量精度高,抗噪声能力强,具有一定的实用性.     

基于细胞电阻抗传感器的细胞多生理参数分析系统设计

针对传统的细胞传感器系统存在参数单一的问题,设计了基于细胞电阻抗传感器的细胞多生理参数分析系统。通过阻抗传感器的模型及其生长和搏动原理、阻抗传感器的设计加工,细胞多生理参数分析系统设计等方面对系统进行介绍。该系统具有操作简便,高一致性和高通量等特点。采用系统测试实验和细胞实验对系统的基本性能继续测试。实验结果表明,细胞多生理参数分析系统能同时检测细胞生长和心肌细胞的搏动,具备快速,长期,无损和高通量测量的特点,为细胞生理研究提供了实用的平台。     

基于鼠精细胞的味觉阻抗传感器 用于苦味物质检测的研究

本文设计了一种基于雄鼠精细胞的细胞阻抗传感器用于苦味物质的特异性检测.雄鼠精细胞内含有大量T2Rs受体(G蛋白偶联受体)可以对苦味物质产生特异性响应,苦味受体被苦味物质激活后产生的响应会引起细胞形态骨架的变化,从而可以被细胞阻抗传感器检测.本文探索了实验的最佳细胞密度,检测了苯硫脲和奎宁两种常见的苦味物质的响应,苯硫脲检测范围为10μmol/L~200μmol/L,检出限为4μmol/L;奎宁检测范围为62.5μmol/L~1000μmol/L,检出限为40μmol/L.传感器阻抗值增量与苦味物质浓度呈一定的线性相关性.此外,论文对该味觉传感器的特异性进行了测试分析,表明了基于细胞传感器的检测方法为代替动物和人的苦味测试提供了一种可能的新的手段.     

面向电阻抗成像检测的多电极阵列微流控芯片设计

设计了一种用于微尺度流动状态下电阻抗成像检测的多电极阵列微流控芯片,包括微流控芯片的结构设计、材料选择和加工工艺。设计的微流控芯片包含3个圆形电极横截面,每个横截面包含一组电极阵列。该阵列有3种数目的电极,分别为8电极,12电极和16电极。之后通过数值仿真方法实现了三种电极数目（8,12和16）微流控芯片的电阻抗成像,并与之前研究出来的菱形横截面8电极微流控芯片进行了对比,发现设计出来的16电极圆形微流控芯片具有较高的成像质量,验证了微流控芯片用于细胞电阻抗成像检测的可行性。     

检测大肠杆菌O157:H7的电化学阻抗谱生物传感器的研究

我们提出了用掺锡的三氧化二铟(ITO)作为工作电极,通过硅烷化固定化技术,将抗大肠杆菌O157:H7单克隆抗体固定在ITO电极表面,利用电化学阻抗谱技术来构建一种新型的免疫传感器.该新型的免疫传感器的检测限为 4×103CFU/mL,检测线性范围为4×103-4×106CFU/mL.实验研究表明,该传感器具有灵敏度较高,检测时间短,操作简单等优点,在临床医学和环境监测中具有应用价值.     

基于高输入阻抗放大器的EEG传感器设计

脑电（头皮脑电）图（EEG）是医疗上重要的诊断信息,目前非接触式干电极在采集EEG信号时具有使用简单、不易受环境约束的优点,具有着广阔的应用前景,已经成为全世界的热门研究课题。由于人体皮肤具有很高的阻抗,故要求非接触式干电极具有高输入阻抗。为了提高输入阻抗,采用深度电压串联负反馈来实现超高输入阻抗放大电路,并给出电路的设计和分析。深度电压串联负反馈的前置放大器能提供高达2.6×1011Ω的输入阻抗,有助于非接触式干电极进行信号的采集。     

Quartz crystal microbalance and electrochemical cytosensing on a chitosan/multiwalled carbon nanotubes/Au electrode

The piezoelectric quartz crystal microbalance (QCM) was used to monitor the adhesion of mammalian cells on a chitosan (CS)/multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) composite modified gold electrode. The morphology and chemical properties of the CS/MWCNTs film were characterized with scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. The human breast cancer cells (MCF-7) were adhered to and grown on the CS/MWCNTs film modified gold surface or a net CS film modified gold surface, and the process of which was continuously monitored and displayed by changes of the resonant frequency (Δf₀) and the motional resistance (ΔR₁) of the QCM. The attachment/spreading process of the MCF-7 cells on the QCM Au electrode decreased the Δf₀ and increased the ΔR₁ simultaneously, implying rather complicated effects (simultaneous mass, viscoelasticity and probable surface-stress load) on the sensor surface. The attachment rate and viability of the cells when proliferating on the two surfaces were detected by the MTT assay. The presence and state of cells on the electrode surface were confirmed by the fluorescent microscopy. Cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy of the ferricyanide/ferrocyanide couple were examined before and after the cell adhesion. All data showed that the cell adhesion and proliferation processes were more efficient on the biocompatiable nanocomposite surfaces. The cell-based biosensor has potential for identification and screening of biologically active drugs and other biomolecules affecting cellular shape and attachment.     

基于表面肌电和组织阻抗信息融合的手势识别研究

手势识别中的一种常见方式是通过表面肌电信号来实现。为提高手势识别的稳定性和精度, 通常需要采集多个通道的肌电信号,但这会增加电极传感器的数量以及识别系统的复杂度。因此,如 何利用较少量的通道采集信号并确保手势识别的性能一直是肌电信号应用到意图识别的研究方向之 一。该研究设计了一款便携式四通道肌电和阻抗双模信号采集器,在不增加额外传感器和通道数的情 况下,能同时采集肌电信号和差分电极对之间的组织阻抗信号。初步实验结果表明,通过该系统采集 的四通道融合信息可以提升手势识别的准确率和稳定性。与仅采集肌电信息相比,该研究采用的肌电 与阻抗信息融合方法可以将手势识别性能提升 3% 以上,达到 96.2% 的识别率。     

基于超高输入阻抗放大电路的生物传感器设计

脑电与心电信号作为2种重要的生物电信号,长期以来一直被用作重要的生理、心理指标。从技术角度分类,此类医疗传感器的电极可以分为两大类：湿电极和干电极,其中后者又可以进一步分为接触式干电极和非接触式干电极。目前绝大部分场合仍使用传统的湿电极,有诸多不便和弊端。对于干电极的研究现在成为全世界的热门课题,主流的方向集中在采用微针穿透技术的接触式干电极,为了实现基于超高输入阻抗放大电路的接触式干电极,将重点引入正反馈阻抗提高技术,并给出电路的设计和分析。