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细胞的电学特性包括细胞膜比电容(即细胞膜单位面积电容)和细胞质电导率反映细胞的功能与状态,在细胞的状态评估和相应的疾病检测领域(如癌症)存在潜在的研究价值。传统的细胞电学特性表征方法如膜片钳技术通量低、不能采集具有统计学意义的样本数量,制约相关研究。因此研究单细胞的电学特性高通量表征有着重要意义。 围绕恶性肿瘤细胞高通量电学特性表征主要问题,建立了基于微流控技术的单细胞电学特性高通量表征平台,设计了包含压缩通道(横截面积小于细胞的横截面积)的微流控芯片,研制了阻抗测量模块、图像采集模块、负压控制模块和上位机控制与数据处理平台,为细胞电学特性表征提供了实验条件。 以所建立的基于微流控技术的单细胞电学特性表征平台为基础,建立了单细胞集总等效模型,并对两种细胞系进行了表征。实验结果表明,两种细胞系的电学特性参数存在差异。 在集总模型的基础上,充分考虑到细胞在压缩通道时侧边电容的影响,建立了更加准确的分布式等效电学模型,测试了两种肺癌细胞系和其中一种细胞系的癌变程度不同的同源细胞系。实验结果表明,两种肺癌细胞系电学特性存在显著差异,肺癌细胞系的电学特性与癌细胞的癌变程度有相关性。 上述研究为单细胞生物物理特性的研究提供了实验方法,这种方法可以被用来表征和区分不同的肺癌细胞系。在未来的研究中,它还将被应用到癌症病人活体组织样本的生物物理特性的表征等方面,在肿瘤的诊断与表征领域有重要的研究价值和应用前景。