[發明專利]一種利用電聲脈沖法測量細胞懸液電特性的方法

有效

• 申請號: 201710090024.4
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106872825B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 馬亞紅;邢卓;范小嬌;黃文準;烏偉;王娟;胡蕊蕊
• 申請（專利權）人: 西京學院
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R29/24;G01R29/14
• 代理公司: 61202 西安西達專利代理有限責任公司
• 代理人: 高亦哲

1.一種利用電聲脈沖法測量細胞懸液電特性的方法，其特征在于，包括以下方法：

1)建立三層復合介質模型，由兩層低密度聚乙烯(LDPE)薄膜外設置電極組成，在兩層低密度聚乙烯(LDPE)薄膜中間放置待測細胞懸液；

2)為了簡化計算需做如下假設：

a)認為低密度聚乙烯(LDPE)薄膜是完全均勻的；

b)在三層介質模型中，由于細胞層很薄，而且測量時夾于電極之間，認為細胞層呈單層排列，是一層由細胞和鹽溶液均勻分布的混合電介質；

c)所需細胞懸液是經大鼠尾部采集的新鮮血液經過離心處理后，將紅細胞與生理鹽水配制成需要濃度；

3)確保測量模型的準確性；

假設，當施加的偏置電壓U＝0時，低密度聚乙烯中不會產生空間電荷，電極也沒有給細胞懸液試樣注入電荷，由于聚乙烯和理想單細胞層的介電常數不一樣，由于界面效應在分界面上會產生界面自由電荷，其電荷面密度由式(1)表示為：

式中，d₁＝180μm，d₂≈10μm，ε_r1≈2.2，ε_r2≈75，ε₀＝8.85×10^-12F/m，γ₁＝10^-14S/m，γ₂＝10^-10S/m，

則從低密度聚乙烯到細胞層的界面上的界面電荷由式(2)表示為：

而從細胞層到低密度聚乙烯的界面上的界面電荷由式(3)表示為：

由此可知，在細胞與聚乙烯的兩個分界面上都會產生界面電荷，但它們大小相等，極性相反，此外，當電荷密度很小，在不施加偏置電壓時對于這些界面電荷的影響可以忽略；

兩個分界面上的界面電荷在低密度聚乙烯中產生的電場強度由式(4)、式(5)分別進行計算：

而由理想單細胞層細胞膜上的電荷在低密度聚乙烯中產生的電場強度由式(6)、式(7)表示為：

其中細胞膜電荷為σ_Cell＝0.533×10^-10C/m²；

由電場的疊加原理可得：

E_PE＝E₁+E₂+E_C (7)

可得低密度聚乙烯中的電場強度由式(8)表示為：

由此可見，理想單細胞層的引入產生的界面效應對測量波形沒有影響，反映在波形變化上就只有理想細胞層帶電產生。

2.根據權利要求1所述的一種利用電聲脈沖法測量細胞懸液電特性的方法，其特征在于，三層復合介質模型當施加了偏置電壓后，由壓電傳感器檢測聲波信號，用聲壓表示，聲波在三層復合介質中的傳播，壓電傳感器檢測到的聲強由為式(9)表示為：

式中，K為界面反射系數，T為透射系數，α₁：聲波在細胞懸液中的衰減系數；α為聲波在聚乙烯中的衰減因子；Z：波阻抗，Z＝ρc，ρ為介質密度/kg·m^-3，c為聲波在介質中傳播速度/m·s^-1；x：聲波產生點到電極2的距離/μm；T_PE-Cell為聚乙烯到細胞層界面的透射系數；T_Cell-PE為細胞到聚乙烯界面的透射系數；K_PE-Cell為聚乙烯到細胞層界面的反射系數；P_e1-PE為電極1和聚乙烯分界面處的升壓；Z_A表示電極1與理想單層細胞之間LDPE的波阻抗，Z_B表示電極2與理想單層細胞之間LDPE的波阻抗；

所述的電極包括電極1和電極2，在電極2處通過壓電傳感器將檢測的聲波信號轉成電信號；

聲波信號經反射、透射由壓電傳感器檢測并轉換、放大后成電壓信號，兩者之間具有線性關系比例系數為k，檢測的電壓信號可以按式(10)計算：

U＝k·P (10)。