[發明專利]一種細胞電阻測量系統

無效

• 申請號: 201110324295.4
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102385004A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 王東;單純玉;郝麗俊
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01R27/14
• 分類號: G01R27/14;C12Q1/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種測量儀器，特別涉及一種細胞電阻測量系統。

背景技術

細胞是生命的基本單位，細胞的特殊性決定了個體的特殊性，因此，對細胞的深入研究是揭開生命奧秘、改造生命和征服疾病的關鍵。一切動物細胞都被一層薄膜所包圍，稱為細胞膜或質膜，它把細胞內容物與細胞周圍環境分隔開來，使細胞能相對地獨立于環境而存在。很明顯，細胞要維持正常的生命活動，不僅細胞的內容物不能流失，而且其化學組成必須保持相對穩定，這就需要在細胞和它所處的環境之間有起屏障作用的結構；但細胞在不斷進行新陳代謝的過程中，又需要經常由外界得到氧氣和營養物質。排出細胞的代謝產物，而這些物質的進入和排出，都必須經過細胞膜，這就涉及到物質的跨膜轉運過程。因此，細胞膜必然是一個具有特殊結構和功能的半透性膜，它允許某些物質或離子有選擇的通過，但又能嚴格地限制其他一些物質的進出，保持了細胞內物質成分的穩定。細胞膜除了有物質轉運功能外，還有跨膜信息傳遞和能量轉換功能，這些功能的機制是由膜的分子組成和結構決定的。細胞膜成分中的脂質分子層主要起了屏障作用，而細胞膜中的特殊蛋白質則與物質、能量和信息的跨膜轉運和轉換有關。

膜的電穿孔是一種現象。通過電脈沖技術使磷脂或磷脂蛋白膜上產生暫時、可逆的孔道或通透。當細胞暴露在電場中，在細胞膜上誘發跨膜電壓，如果電壓超過某一個值時，導致細胞膜的通透性和電導率顯著增加，一般要增加幾個數量級。由于膜的通透性增加，在其它運輸機制下不能穿越細胞膜的分子可以穿越細胞膜。給細胞膜應用適當強度和寬度的電場，在電場過后，細胞膜可以由通透狀態恢復到正常狀態，產生可逆電穿孔，因而，如果電場的強度過大或寬度過長，電場過后，細胞膜不能重新封閉，導致細胞死亡，造成不可逆電穿孔；雖然電穿孔在分子水平上的機理和大分子的電子轉運機制還不太清楚，但電穿孔可以實現基因轉染，電化學治療，外蛋白質的電子鑲嵌，經皮給藥等。

在醫學和生物學中已經廣泛應用。

細胞外液和細胞內液均為含電解質的液體，可以看作具有一定電阻的兩個導體。細胞膜脂質雙層類似于一個平板電容器，相對地視作絕緣體，因此細胞膜具有顯著的電容特性。當膜上的離子通道開放而引起帶電離子的跨膜流動時，就相當于在電容器上充電或放電而產生的電位差，稱為跨膜電位或簡稱為膜電位。細胞膜對穿過它的電流所呈現的電阻稱為膜電阻。由于電阻性電流是由離子傳遞，所以它是由膜對各種離子通透性的大小和通透離子是否大量存在等因素決定的。對帶電離子而言，膜電導就是膜對離子的通透性。

在電穿孔實驗研究中，細胞電阻測定有兩個重要意義；一個是在電穿孔過程開始前，測得緩沖體系的電阻值，只有電阻在特定范圍內才能保證電穿孔的效率。若電阻過低，意味著離子濃度過高，電場中高濃度離子的泳動會直接影響電穿孔的作用效果，最終降低電穿孔效率，甚至導致電穿孔失敗。所以了解電阻值，對設計實驗很重要，有它做參考，電穿孔成功率更高，實驗重復性更好。另一個意義是在電穿孔過程完成后，測得緩沖體系的電阻值，與參考值進行比較，可以判斷電穿孔的效果。因為在電場的作用下，細胞膜形成孔道后，其導電能力增強，膜電阻下降。

由于細胞膜點位的存在，在細胞電阻的測量時必須消除膜電容和膜電壓對測量結果的影響。因此，不能采用普通電阻儀或萬用表進行測量。同時，要避免應用電流在細胞上產生凈電荷，對細胞膜產生不利影響。另外，測量電極不能因電解作用產生金屬沉淀，而影響細胞成活率，導致電穿孔效率下降。

發明內容

本發明針對現在普通的測量手段無法對細胞電阻進行測量，并且測量困難的問題，提出了一種細胞電阻測量系統，滿足細胞測量的特殊性，精度高，可以用于生命科學研究和醫學研究。

本發明的技術方案為：一種細胞電阻測量系統，交流方波微電流源電路將交流方波微電流信號施加在被測細胞上，輸出與被測細胞電阻成正比的交流方波電壓，該電壓通過精密整流電路變成直流電壓后，送入A/D轉換電路進行模數轉換，產生與被測細胞電阻成比例的數字量，然后送數字顯示電路顯示，電源電路將9V電池單電源變換成對稱輸出±4.5V的雙電源，供各電路使用。

所述電源電路由開關、CMOS開關電容電壓轉換器TL7660、變換電容和兩個串聯的濾波電容組成，9V電池通過開關接TL7660的Vcc和Vout，CMOS開關電容電壓轉換器TL7660的LV和GND腳接在兩個串聯的濾波電容中間點，兩個串聯濾波電容的另一端分別輸出+4.5V和-4.5V電源。