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.     

新型细胞微生理计的软件设计与实现

传统的微生理计是用于监测活细胞的功能性变化,检测参数单一,不能全面反映细胞的形态功能变化。我们实验室研发的新型细胞微生理计结合了多参数检测的细胞传感器集成芯片和自动分析控制仪器,可以多通道监测细胞代谢和形态变化,介绍针对该仪器的软件系统的设计和实现,并比较常用的自动检测LAPS工作点的算法后提出简单高效的工作点检测方法,研究了细胞酸化率和药物半数抑制浓度的计算方法。该软件系统可提供三种测量模式供用户检测细胞代谢,实时显示细胞各项参数值,可实时采集、记录、保存数据,自动控制流路通断,在线分析并实时向用户反馈细胞代谢和细胞形态变化。最后采用本软件系统进行了肾细胞酸化率测试实验和活化的肝星状细胞药物作用实验,通过对结果的分析讨论,验证了上述软件系统和算法的有效性。     

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。     

细胞传感器的研究进展

细胞传感器是生物传感器研究中的一个热点,它利用活细胞作为研究对象或敏感元件,通过信号的转换检测细胞的功能信息和待测物的性质。细胞传感器在细胞电生理与药物分析等方面有广泛的应用。综述了细胞传感器的研究方法、应用领域和研究进展;对细胞传感器的发展方向做出展望。     

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。     

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。     

基于细胞电生理检测的在体及离体微电极设计仿真

生物传感器的微型和集成化为细胞电生理研究提供了强有力的手段.当前国内电极阵列设计的量化分析工具尚为欠缺.着重采用有限元工具分析电极形状对输出影响,对相同设计参数下圆形与矩形电极的电场分布进行比较;采用Monte-Carlo模型判断细胞与电极耦合的有效性,结果显示表面处理时,大分子生物素宜最后贴附处理以增大有效贴附率;采用SPICE工具对细胞并行电生理检测串扰性进行分析.结果说明细胞与电极的耦合性比阵列间距和数目对串扰影响更大.从而为有源电极的集成设计、细胞-电极耦合有效性和电生理测试提供量化分析工具.     

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.     

一种基于感光干膜-铟锡氧化物电极的简易细胞阻抗传感器实现细胞形态学和阻抗信息同时检测

加工一种基于感光干膜-铟锡氧化物DFP-ITO( Dry Film Photoresist-Indium Tin Oxide)电极的细胞阻抗生物传感器并实现细胞形态学和阻抗信息同时检测。35μm厚的感光干膜层压在ITO导电玻璃表面上作为绝缘层,通过照相制版技术在感光干膜绝缘层上蚀刻不同直径圆孔;以DFP-ITO作为工作电极,通过夹具和测量小池与Ag/AgCl参比电极、Pt丝对电极相连构成三电极阻抗测量系统;考察了不同直径DFP-ITO工作电极阻抗谱特征;通过细胞粘附实验及细胞毒性实验考察了感光干膜细胞生物相容性;通过光学显微镜和阻抗谱技术分别对接种在DFP-ITO电极上人肺癌细胞株A549粘附、增殖过程中的形
　　态学和阻抗信息进行检测和分析。研究结果发现不同直径DFP-ITO电极具有相似的阻抗特性;充分固化的感光干膜表面适宜A549细胞粘附且无明显的细胞毒性;基于DFP-ITO电极构建的细胞阻抗传感器能够通过光学显微镜获取A549细胞形态学数据,同时通过阻抗谱技术能够解析A549细胞粘附、增殖过程中的细胞质膜电容、细胞-细胞间隙电阻、细胞-ITO电极间隙电阻变化。本文发展了基于DEP-ITO电极的细胞阻抗传感器结构简单,可实现细胞形态学和阻抗信息的双通道获取,未来可用于细胞生理病理学行为和药物细胞毒性研究。     

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MONTE-CARLO模型的细胞传感器纳米颗粒表面处理分析

离体生物传感器的微型和集成化为细胞电生理研究提供了有力手段.当前微电极阵列表面纳米粒子处理的相关量化分析尚为欠缺.着重采用Monte-Carlo模型判断单层/多层纳米粒子膜与电极耦合的有效性,讨论异质的单一或不同粒径分散度(50～500 am)的纳米粒子分层贴附处理于电极上,从二维、三维模型角度分析纳米粒子表面处理的有...     

A novel high degree of freedom sparse array with displaced multistage cascade subarrays

The coprime array is a recently developed sparse array that is widely used in direction-of-arrival (DOA) estimation. The degree of freedom (DOF) for existing coprime arrays relies on the virtual array model, which is limited to the array structure. Furthermore, the continuous virtual array aperture is restricted. This paper aims to propose a novel high DOF sparse array with displaced multistage cascade subarrays to further increase the length of the continuous virtual array and improve the DOF. Through cascading and separating the same sparse arrays, the continuous virtual array aperture is improved and the accuracy of the direction-of-arrival estimation is increased. It is proved that the range of the displaced distance for the maximized continuous virtual array can be obtained. The comparison between the array configuration presented in this paper and the existing common arrays are analyzed. The simulation experiments show that, compared with the uniform array, the coprime array, the nested array, and the coprime array with displaced subarrays (CADiS), the sparse array configuration proposed in this paper can significantly increase the aperture of the continuous virtual array, greatly improve the array DOF and the DOA estimation accuracy, and effectively estimate the DOA of multiple sources in underdetermined conditions.     

检测掺假牛奶的电子鼻传感器阵列的优化

目前电子鼻在食品领域已有广泛的应用,由于气味组成成分复杂,仅用单个气体传感器是无法评定气体质量的,因此气体传感器阵列应运而生.在对不同的食品进行检测时,电子鼻的传感器阵列的构成是不同的.运用PEN2便携式电子鼻对掺假牛奶进行检测,用方差分析、主成分分析和聚类分析对信号进行分析,得到由8个传感器组成的用于检测掺假牛奶的最佳传感器阵列.用这8个传感器组成的传感器阵列对掺假牛奶进行检测区分,结果用LDA方法(线性判别式分析)进行分析,在LDA分析图上,不同比例掺假的牛奶能被明显地区分.新的传感器阵列具有较少的传感器和与原传感器阵列相同的检测区分能力.     

电子鼻用于检测掺假牛奶时其传感器阵列的优化

目前电子鼻在食品领域已有广泛的应用，由于气味组成成分复杂，仅用单个气体传感器是无法评定气体质量，因此气体传感器阵列应运而生。在对不同的食品进行检测时，电子鼻的传感器阵列的构成是不同的。本文运用PEN2便携式电子鼻对掺假牛奶进行检测，用方差分析、主成分分析和聚类分析对信号进行分析，得到由8个传感器组成的用于检测掺假牛奶的最佳传感器阵列。用这8个传感器组成的传感器阵列对掺假牛奶进行检测区分，结果用LDA方法 (线性判别式分析) 进行分析，在LDA分析图上，不同比例掺假的牛奶能被明显地区分。新的传感器阵列具有较少的传感器和与原传感器阵列相同的检测区分能力。     

基于改进同步迭代算法的矿井煤尘检测

为了对矿井煤尘颗粒进行实时监测,提出了消光法和过程层析成像技术相结合的消光层析法,设计了基于阵列式传感器的测量电路,在数据重建中引入了同步迭代算法(SIRT)对实验数据进行重构,并针对该算法速度慢的缺点提出了通过增加权重系数来提高速度的改进方法,以实现工业的在线测量.最后,对设计装置进行了实验分析,实验结果表明该装置能较好地实现煤尘颗粒的在线测量.     

光寻址电位传感器阵列信号处理仿真研究

基于微透镜和频率调制盘的设计,提出了光寻址电位传感器阵列(LAPS)中光脉冲阵列的频率调制方法和基本的测量系统.采用Matlab对LAPS阵列可能检测到的光电流信号进行快速傅立叶变换(FFT)和小波分析的仿真.从仿真得到的频谱图,各频率的脉冲光所对应的光电流能够分辨出来,进一步证明多频率脉冲光源LAPS传感器阵列具有很好的频域分辨率,从而得到LAPS阵列对应各个传感元的信号,为实际LAPS阵列器件的制作和信号处理提供了理论依据.     

用于微观几何形状测量的扫描探针显微技术

随着微技术的发展,对微观结构的精确测量变得越来越重要。对能够用于微观几何形状测量的扫描探针显微技术———扫描隧道显微术(STM)、扫描光学近场显微术(SNOM)和原子力显微术(AFM)进行了比较详细的分析和介绍。     

Zeolite-coated interdigital capacitors for humidity sensing

Inter-digital capacitors (IDCs) with electrode gaps of 10 or 50 microns have been coated with zeolite films consisting of different zeolites with Si/Al ratios ranging from 1.5 (zeolite A) to infinite (silicalite). The performance of the sensor in the measurement of humidity has been related to the electrical properties of the zeolites (relative permittivity, ?_r), which in turn is a function of their Si/Al ratio. With zeolites of a high Al content the limit of detection was under 0.5 ppmV.     

基于集成气体传感器阵列的电子鼻系统

介绍一种基于集成气体传感器阵列的电子鼻系统硬件实现方法。描述了系统的一般组成,重点介绍了所采用的集成气体传感器及其信号拾取方法。该系统可实现对检测气体的自动数据采集、微机传送,具有高的灵敏性和可靠性。另外,对采用的集成气体传感器系列,该电子鼻系统具有一定的通用性。利用该系统对五种葡萄酒进行了检测,结果表明:该电子鼻系统可有效地用于葡萄酒的定性识别,识别准确率达到100%。