[發明專利]用于校準阻抗譜生物質傳感器的方法和將懸浮液用于執行這種方法的應用

有效

• 申請號: 201780015209.7
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN108780082B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 馬萊內·弗蘭克;菲利普·阿爾昆特;特奧·高普
• 申請（專利權）人: 哈美頓博納圖斯股份公司
• 主分類號: G01N33/487
• 分類號: G01N33/487;G01N27/02
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 丁永凡;周濤

一種用于校準阻抗譜生物質傳感器的方法，所述生物質傳感器構成用于借助具有周期變化的場方向的電場檢測關于生物質中的活細胞的量和/或大小的信息，所述方法包括如下步驟：提供校準懸浮液，所述校準懸浮液包括能導電的、粘性能流動的或粘彈性的載體物質和容納于其中的能導電的固體顆粒和/或半導體固體顆粒；產生具有周期變化的場方向的作用于校準懸浮液上的電場；在場方向變化頻率不同的至少兩個電場中檢測至少各一個代表校準懸浮液的介電常數的介電常數值；求出代表所檢測的介電常數值的差的差值；將差值與同校準懸浮液相關聯的參考值進行比較。

技術領域

本發明涉及一種用于校準阻抗譜生物質傳感器的方法，并且還涉及將懸浮液用于這種校準方法的應用。

背景技術

電阻抗譜法用作為用于無破壞地在原位和體內確定生物材料的與頻率有關的被動電學特性的測量方法。這種生物材料例如可以是由液體和容納于其中的生物細胞構成的、下文中稱為“生物質”的物質，其例如從細胞培養容器中獲得。

生物質的上述與頻率有關的被動電學特性可以提供尤其關于活細胞數和細胞活力的信息。此外，通過與頻率有關的被動電學特性還能夠測定生物質的其他特性，然而活細胞的數量和細胞活力的確定在生物技術應用中有最重要的意義。

非常基本地且粗略概述地，以阻抗譜方式檢測關于生物質中的活細胞的量和/或大小的信息如下進行：將電場施加到容納于載液中的生物細胞的懸浮液上，所述電場的場方向周期性以預設的頻率變化。根據所選擇的變化頻率，不同的極化機制作用于生物質。因此，與純離子溶液不同，生物質的被動電學特性是與頻率有關的，并且構成典型的所謂的分散。如果在生物質中存在活細胞，則產生附加的效應。活細胞對于可自由運動的離子構成遷移障礙，使得細胞根據其橫截面提高生物質的阻力，和進而其導電性降低。存在于生物質的細胞內部的離子也被電場控制。在導電性差的細胞膜處，出現導致在膜處的極化的電荷分離。極化作為電學雙層出現。在這種情況下，通過電場引起的電流幾乎僅流經生物質的細胞外載體物質。因此，極化反映在可測量電容的提高，和進而反映在產生場的電極之間的介電常數。

所謂的“α-分散”在毫赫茲至千赫茲的頻率范圍中出現，并且通過載流子在細胞表面上的運動和積聚產生。此外，活性的細胞膜效應和活性的離子膜通道影響α-分散。

在幾千赫茲到幾百兆赫的頻率范圍中出現所謂的β-分散，所述β-分散基于細胞膜的電容特性，細胞內組織和膜結構本身。細胞膜中的脂肪和蛋白質形成高阻結構。膜結構導致所謂的邊界面極化。

在約0.1GHz至100GHz的范圍中更高的頻率情況下出現所謂的γ-分散，所述γ-分散通過極性介質例如水和蛋白質的偶極機制引起。在電場中，在高頻率下具有偶極矩的大分子，例如蛋白質對齊。

對于在本申請的方法中特別令人感興趣地檢測關于生物質中的活細胞的量和/或大小的信息而言，主要β-分散區域是令人感興趣的。關于生物質的分散區域和與頻率有關的介電常數或電容的用于其顯示的曲線的深入的信息參閱H.P.Schwan：“The practicalsuccess of impedance techniques from an historical perspective”(在Proceedingsof the X.International Conference on Electrical Bio-Impedance中，Barcelona(1998)，第3至16頁)以及H.P.Schwan：“Electrical properties of tissue and cellsuspensions”(在Advances in Biological and Medical Physics中，第5卷(1957)，第147到205頁)。

已知的用于借助于具有周期變化的場方向的電場以阻抗譜方式檢測關于生物質中的活細胞的量和/或大小的信息的方法從US 7 930 110 B2中已知。從US 6,596,507 B2中已知可用于這種測量的生物質傳感器。由申請人以商品名“Incyte”銷售的傳感器原則上也適合于上述測量方法。