測量生物細胞隨頻率變化的電阻抗,即電阻抗譜(EIS),在區分不同類(lèi)型或不同狀態(tài)的細胞方面顯示出巨大的潛力。這種非標記和非侵入性技術(shù)可與微流控技術(shù)相結合,實(shí)現快速的單細胞分析。EIS結合微流控技術(shù)的應用實(shí)例包括分析白細胞亞群、區分病變紅細胞與健康紅細胞以及干細胞分化研究。本研究利用Ampha Z32 阻抗流式細胞儀(Amphasys,瑞士)在 0.3 至 30 MHz 頻率范圍內測量了中國倉鼠卵巢 CHO 細胞在營(yíng)養缺乏條件下逐漸凋亡時(shí)阻抗振幅和相位的變化。然后采用了CHO 細胞雙殼模型和靈敏度分析,確定了最佳測量頻率和外部介質(zhì)電導率,從而成功區分存活和凋亡的 CHO 細胞。圖1B 阻抗流式細胞儀(Ampha Z32,Amphasys AG)信號的采集和轉導A)細胞在不同頻率的交流電場(chǎng)中的檢測結果,低頻下反映細胞的體積特性,高頻下反映細胞膜的介電特性即細胞活性;B) 微流控芯片;C)流經(jīng)交流電場(chǎng)的細胞的阻抗信號(藍色實(shí)部即電阻信號,綠色虛部即容性電抗信號),細胞膜完整性決定容性電抗的大小,故可通過(guò)虛部信號來(lái)區分活細胞和死細胞,最終以阻抗相位角-振幅散點(diǎn)圖反映出來(lái)當單個(gè)細胞流經(jīng)微流控芯片的兩組平行電極時(shí),阻抗流式細胞儀將測量微流體通道中單細胞的多頻阻抗。電場(chǎng)中活細胞的等效電路由電阻(細胞質(zhì))和電容(細胞膜)組成,在笛卡爾坐標系中,阻抗Z(ω)可以描述為實(shí)部分Zr(ω)或電阻與虛部分Zi(ω)或容性電抗的矢量和。相位角(θ)描述電阻和電抗之間的關(guān)系:在β-色散頻率區域,假設細胞體積與電極測量體積相比較?。w積分數較?。?,測量的差分阻抗(以一組電極為參考)與細胞的復介電常數
有關(guān),如下所示:
:外部介質(zhì)的復介電常數;ε :角頻率;φ:體積分數;KCM:克勞修斯-莫索提系數;K:電極常數;ε ?_cell:?jiǎn)螝せ螂p殼模型介電常數(與細胞特性相關(guān))。本次研究在較高頻率下測得的阻抗顯示,在0時(shí)有一個(gè)存活細胞群,而在營(yíng)養缺乏 48 小時(shí)后,存活細胞和凋亡細胞有兩個(gè)不同的細胞群。這一結果與介電泳測量技術(shù)的測量結果一致。而與介電泳相比,EIS 的優(yōu)勢在于可同時(shí)進(jìn)行多頻率測量,從而提供更廣泛的細胞生理狀態(tài)信息。該方法可廣泛用于生物制藥行業(yè),對生物過(guò)程進(jìn)行持續監測