CN114414645A - 一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法 - Google Patents
一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114414645A CN114414645A CN202210061017.2A CN202210061017A CN114414645A CN 114414645 A CN114414645 A CN 114414645A CN 202210061017 A CN202210061017 A CN 202210061017A CN 114414645 A CN114414645 A CN 114414645A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- bacteria
- electrode
- monitoring
- titanium
- impedance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 title claims abstract description 109
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000010261 cell growth Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims abstract description 85
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 39
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims abstract description 23
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical compound Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 16
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229940075397 calomel Drugs 0.000 claims abstract description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 117
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 75
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 claims description 71
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 33
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 31
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 30
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 17
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 15
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 11
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 11
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 8
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 8
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 6
- KVCGISUBCHHTDD-UHFFFAOYSA-M sodium;4-methylbenzenesulfonate Chemical compound [Na+].CC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 KVCGISUBCHHTDD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 claims description 5
- KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N Pyrrole Chemical compound C=1C=CNC=1 KAESVJOAVNADME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 5
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 claims description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 238000002372 labelling Methods 0.000 claims description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 4
- 210000001185 bone marrow Anatomy 0.000 claims description 3
- 210000002901 mesenchymal stem cell Anatomy 0.000 claims description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 claims description 3
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 claims description 2
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 claims description 2
- 229910000883 Ti6Al4V Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate;sodium Chemical group [Na].CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 GVGUFUZHNYFZLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 210000000963 osteoblast Anatomy 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 229940080264 sodium dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 13
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000008859 change Effects 0.000 description 16
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 15
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 13
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 10
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 9
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 9
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 230000004663 cell proliferation Effects 0.000 description 6
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 6
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 6
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N toluene-4-sulfonic acid Chemical compound CC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 3
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 3
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 2
- 210000000170 cell membrane Anatomy 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000002135 phase contrast microscopy Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 108010019160 Pancreatin Proteins 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000021164 cell adhesion Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000000970 chrono-amperometry Methods 0.000 description 1
- 210000000805 cytoplasm Anatomy 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000012737 fresh medium Substances 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001566 impedance spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000010921 in-depth analysis Methods 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229940055695 pancreatin Drugs 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 230000004962 physiological condition Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 125000000168 pyrrolyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/301—Reference electrodes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/308—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明为一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法。该监测装置包括监测台和三电极体系；所述的三电极体系中，工作电极为医用聚吡咯电极，参比电极饱和为甘汞电极，对电极为铂片；所述的测试方法是通过交流阻抗技术在医用聚吡咯电极上选择合适的频率及交流电压，得到细菌/细胞生长的阻抗谱，选择合适的模拟电路对阻抗谱进行模拟，达到对细菌/细胞生长监测的目的。本发明的监测方法操作简单、成本较低。
Description
技术领域
本发明属于生物监测领域，提出了一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法。
背景技术
在日常生活中，细菌生物膜几乎可以在任何表面形成。细菌的生长一方面可以是有益的，另一方面也可以是有害的。近年来，细菌生物膜的相关研究领域，尤其是生物膜的监测方法受到了越来越多的关注。生物膜的有效检测方法对于分析生物膜的结构特征、解释生物膜现象和解决生物膜问题具有极其重要的意义。对细菌生长人们迫切需要一种能够监测测细菌生物膜生长的传感器。
传统的细菌生长监测技术不能对细菌/细胞生长实现实时监测，并且对细菌/细胞生长具有破坏性，例如使用血细胞计数器计数活细胞与死细胞的数量，相差显微镜观察细胞结构，以及将光学显微镜与细胞结合使用染色或共聚焦显微镜以获取高分辨率图像。尽管这些测定法已经被很好地建立，但是它们具有一些局限性。它们通常很耗时，需要标记，消耗多种资源。最重要的是，这些技术具有破坏性，需要牺牲细胞。因此，它们的应用主要限于二维体外系统。近年来交流阻抗技术是电化学测量方法为构建智能植入体提供了新思路，其使用小幅度正弦波点位(或电流)作为干扰信号。一方面，使用小幅度电信号扰动系统，避免了对系统的大的影响，另一方面，它使干扰和系统之间的响应近似线性，使得测量结果的数学处理变得简单。交流阻抗技术将细胞/细菌培养与交流阻抗技术相结合，该技术根据细胞/细菌在不同生长期对电流的阻碍作用不同而检测到不同的阻抗值，由此实时且连续地监测细胞/细菌的状态。
另一方面，传统的利用交流阻抗技术对细菌/细胞生长的监测，需要传感器具有良好的导电性，所以一般选用金、铂等贵金属作为传感器，虽然这些贵金属具有很好的导电性，但是这些贵金属的力学性能比较差，并且传感器的负载往往需要对传感器结构进行较大的改变，这会影响植入体力学性能，易带来安全隐患。而导电玻璃作为传感器时，虽然具有导电性好、成本较低的优点，但生物性能不好，脆性大，容易断裂。钛及钛合金具有较低的弹性模量，良好的抗腐蚀性能以及良好的生物相容性，因此凭借其优异的机械性能和生物相容性广泛应用于各种体内植入材料，成为当前研究热点。但是医用钛及钛合金表面极易形成导电性极差的二氧化钛薄膜，使其表面导电性急剧降低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有钛基植入器械缺乏对生理环境细菌/细胞生长监测、响应能力的瓶颈问题，提供了一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法。该装置的工作电极采用医用聚吡咯电极，该电极是以生物医用钛或钛合金材料为基底，通过电化学法在其表面沉积一层聚吡咯，最终得到的材料；所述的测试方法是通过交流阻抗技术在医用聚吡咯电极上选择合适的频率及交流电压，得到细菌/细胞生长的阻抗谱，选择合适的模拟电路对阻抗谱进行模拟，提出将生理环境中的细胞/细菌等效为电学元件，并系统研究细胞/细菌行为对等效电路的影响规律，建立细胞/细菌动态变化的电学性能的数学描述和物理模型，达到对细菌/细胞生长监测的目的。本发明的监测方法操作简单、成本较低。
本发明的技术方案为：
一种细菌/细胞生长的监测装置，该监测装置包括监测台和三电极体系；
所述的三电极体系中，工作电极为医用聚吡咯电极，参比电极饱和为甘汞电极，对电极为铂片；
所述的监测台包括台体和上盖；台体的底部为底座，底座上面为工作电极，工作电极上的台体中部，有一个圆柱状的培养腔；
所述的上盖有两个通孔，用于放置参比电极和对电极。
一种医用聚吡咯电极，该电极的制备方法包括如下步骤：
(1)预处理：对钛材料进行酸洗，水洗，烘干；
其中，钛材料为钛片或钛合金；
所述的钛合金具体为医用钛、镍钛合金或Ti-6Al-4V合金；
(2)表面处理：将步骤(1)预处理过的钛材料使用400-2000目的砂纸打磨，打磨至表面光滑无划痕；
(3)电沉积：将步骤(2)处理的钛材料作为工作电极，石墨片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在电解液中进行恒压电沉积，电压为0.6-1.2V，时间为200-1500s，将钛材料取出后，依次用去离子水、乙醇清洗，干燥后得到的医用聚吡咯电极；
其中，电解液是浓度为0.05-0.3mol/L的掺杂剂和0.05-0.3mol/L吡咯(Py)的混合溶液，
所述的掺杂剂具体为十二烷基苯磺酸钠、对甲苯磺酸钠或柠檬酸；
所述的步骤(1)中，对钛或钛合金表面预处理是进行酸洗，酸洗时，酸洗液由质量分数为40％的氢氟酸、质量分数为60％的硝酸混合而成，酸洗时间为1-10min；氢氟酸和硝酸的体积比为1:4-6。
所述医用聚吡咯电极的应用，其特征为用于在细菌/细胞生长的监测装置中作为工作电极。
一种细菌/细胞生长的监测方法，该方法包括以下步骤：
(1)将细菌/细胞溶液用移液枪量取0.5-3ml加到监测装置的培养腔中，后将监测装置放置在30-37℃恒温箱中，通过引线与电化学工作站连接，进行测试；
(2)设置电化学工作站参数，交流电压为0.01V-1V，监测频率范围为0.001Hz-100KHz，静置30-300s后测试，得到交流阻抗；
(3)将得到的交流阻抗数值，与相同条件下测试得到的相同细菌/细胞的交流阻抗图谱比较，从而判断对细菌/细胞生长的状况。
所述的细菌具体为大肠杆菌或金黄色葡萄球菌；
所述的细胞具体为大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSC)或成骨细胞(MC3T3E1)；
所述的细菌/细胞的交流阻抗图谱的获得方法，其包括如下的步骤：
(1)将复苏后保存在4℃冰箱中的细菌/细胞原液震荡10-60s，取50-300μl的原菌液注入15ml离心管，加入0.5-3ml的生理盐水稀释原菌液，再次振荡10-60s，后置于30-37°C培养箱中预热10-60min，将预热好的菌液滴加到96孔板中，每个孔滴加50-200μl的菌液；
(2)监测装置放置温度为30-37℃，通过引线分别将饱和甘汞电极、铂电极、医用聚吡咯电极与电化学工作站上的参比电极、对电极、工作电极相连；
(3)用移液枪量取不同时间点生长的0.5-3ml的细菌/细胞溶液加到监测装置的培养腔中，后将监测装置放置在30-37℃恒温箱中，通过引线与电化学工作站连接，进行测试；
(4)设置电化学工作站参数，交流电压为0.01V-1V，监测频率范围为0.001Hz-100KHz，静置30-300s后测试，得到交流阻抗，测试间隔为1-10h；利用酶标仪测量测量同一孔板中细菌的OD值；
(5)测试完成后，利用阻抗分析软件选择合适电路图对监测结果进行模拟，得到不同时间点的细菌在工作电极上生长的反应电阻。
所述的交流阻抗测试时间点为0、2、4、8、12、20h；
所述交流阻抗谱拟合软件为ZSimpWin。
本发明的实质性特点为：
本发明解决了传统的细菌/细胞生长测试技术不能实现实时监测并且具有破坏性的问题，相较于其他的检测技术，例如使用血细胞计数器计数活细胞与死细胞的数量，相差显微镜观察细胞结构，以及将光学显微镜与细胞结合使用染色或共聚焦显微镜以获取高分辨率图像。尽管这些测定法已经被很好地建立，但是它们具有一些局限性。它们通常很耗时，需要标记，消耗多种资源。最重要的是，这些技术具有破坏性，需要牺牲细胞。因此，它们的应用主要限于二维体外系统。而利用细胞交流阻抗技术，可以在不破坏细胞、细菌生长状态的条件下对其生长状态进行监控。
但是常用的植入体表面电学性质无法满足测试要求，因为交流阻抗技术对植入体表面导电性要求较高，然而，医用钛或钛合金表面极易形成导电性极差的二氧化钛薄膜，严重影响其探测精度。为了解决钛或钛合金表面导电能力差的问题，想要将聚吡咯沉积在钛或钛合金表面，因为聚吡咯易于在表面合成和改性，且具有高导电性能，并且具有环境稳定性，刺激响应性，且其活性利于细胞粘附和细胞增殖，在生理条件下，仍具有良好的化学稳定性和导电性。所以为了提高钛或钛合金表面的导电性选择将聚吡咯沉积在钛或钛合金表面，然后利用交流阻抗技术对细菌/细胞的生长进行监测。一方面在钛或钛合金表面构建聚吡咯电极用于监测细胞/细菌的实验尚未见报道，另一方面提出将生理环境中的细胞/细菌等效为电学元件，并系统研究细胞/细菌行为对等效电路的影响规律，建立细胞/细菌动态变化的电学性能的数学描述和物理模型，达到对细菌/细胞生长监测的目的。是本发明创新的重点。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.在钛或钛合金表面构建医用聚吡咯电极用于监测细胞/细菌及电刺激调控细胞/细菌行为的实验尚未见报道。
2.本发明相比现有的监测方法有进步，首先，导电聚吡咯薄膜的电沉积赋予了医用钛或钛合金表面优异的导电性能，解决了医用钛或钛合金表面极易形成导电性差的二氧化钛氧化层的问题；其次，可直接将传感、刺激系统完全集成在植入体表面，只需对材料进行必要的表面修饰，无需变更植入体结构，不会损伤植入体力学性能；另一方面，可使得植入体的传感和刺激范围覆盖植入体整个表面，有望实现对生理环境的全方位的监测和调控。
3.本技术方案相比之前，表面形貌具有很大的改变，见图2；材料表面的导电性有了很大的提高，见图4、表1，实现了对细菌生长的监测，见图7、图8、表2；本技术方案相比之前，其生物相容性有了比较大的提高，见图9。
本发明提出的技术方案解决了传统的细菌/细胞生长测试技术不能实现实时监测并且具有破坏性的问题，首先医用钛及钛合金表面极易形成导电性极差的二氧化钛薄膜，使其导电性严重下降，从表1中进行交流阻抗测试得到的Rct的值为132900Ω，表面电阻非常大，严重影响其探测精度，从图6(b)可以看出随测试时间的增加，阻抗值几乎没有变化，说明其本身的监测精度几乎为零，所以需要对其表面进行改性，而对改性层的要求需要满足两个方面，一方面需要具有良好的导电性，另一方面需要具有良好的生物相容性，而常用的改性材料，如金、银等贵金属成本比较高，并且具有生物惰性，而导电玻璃改性层的力学性能比较差，而聚吡咯具有高的导电性，在钛及钛合金表面沉积聚吡咯薄膜显著了其表面的导电性，从表1可以看出，其Rct值为101.1Ω，相较于钛表面制备的聚吡咯薄膜的阻抗值缩小了约1329倍(见图4、表1)，并且，聚吡咯薄膜还具有比较好的生物相容性，从图9中的细胞增殖的实验可以看出，在第一天时，在聚吡咯薄膜上细胞的增殖强度，略小于钛片上的细胞增殖强度，而经过4天、7天的培养，在聚吡咯薄膜上的细胞增殖强度，相较于钛片而言，增加了约1.5倍，说明制备的聚吡咯薄膜相较于钛片而言具有良好的生物相容性。所以制备的聚吡咯薄膜提高了钛及钛合金表面的导电性及其生物相容性，满足了监测细胞/细菌生长的需求，所以可以利用交流阻抗技术进行细胞/细菌生长的监测，先是进行了细菌生长的监测，在制备的聚吡咯电极上施加一个微小的电压，通过体系中阻抗的变化，观察其监测效果，对监测结果进行分析，从图6(a)可以看出，在聚吡咯薄膜上进行的交流阻抗的测试可以看出，其阻抗值随测试时间的增加具有了显著的改变，说明其具有监测细菌生长的可能性，然后对测量结果使用图7的电路进行模拟，将模拟的结果Rct与测量交流阻抗时测量的OD值进行比较，从图8中可以看出，Rct随时间变化的趋势与OD值随时间变化的趋势相同，说明在聚吡咯薄膜上可以实现对细菌的监测，随后使用皮尔逊相关系数评价其监测精度，皮尔逊相关系数越接近1，说明相关性越强，从表三可以看出，Rct值与OD值的相关性达到了0.989，说明它们之间具有极强的相关性，即监测精度较高达到了99.8％。说明在制备的聚吡咯薄膜上成功实现了对细菌生长状态的监测(见实施例5、图7、图8)。同时聚吡咯薄膜具备的优良生物相容性利于细胞、蛋白质的粘附，提高了钛及钛合金的生物相容性。
附图说明
图1为本发明电沉积装置示意图；
图2为经实施例1中的样品和纯钛片的扫描电镜形貌图；
图3为经实施例1处理后得到样品的红外图谱；
图4为经实施例4处理后得到样品的Nyquist图；
图5为监测细胞/细菌的装置示意图；
图6为经实施例5后在聚吡咯/Ti和Ti表面利用交流阻抗技术监测细菌生长得到的Bode图；其中，图6a为在聚吡咯/Ti测量得到的Bode图，图6b为在Ti上测量得到的Bode图；
图7为经实施例7后的模拟电路图；
图8为经实施例7后得到的Rct值与OD值随时间的变化曲线；
图9为经实施例8后得到的细胞增殖的荧光强度图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
(1)预处理：对钛片进行酸洗，酸洗时，酸洗液由质量分数为40％的HF、质量分数为60％的HNO3混合而成，酸洗时间为10min；HF、HNO3的体积比为1:5；酸洗后清洗烘干，并用去离子水中超声清洗10min，在室温下干燥后备用，简写为Ti。
(2)表面处理：将步骤(1)预处理过的钛片依次用400、800、1200目砂纸打磨，打磨至表面光滑无划痕备用；
(3)电沉积：将步骤(2)处理的钛或钛合金作为工作电极，石墨片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在含有掺杂剂和Py的溶液中进行电沉积(如图1所示)，将得到的样品依次用去离子水、乙醇清洗干净，在烘箱里干燥；其中，电解液是含有0.05mol/L的对甲苯磺酸钠和0.1mol/L Py的溶液，电沉积处理时，采用计时电流法，电压为0.7V，时间为400s，将制备好的样品简写为PPy/Ti。
实施例2
(1)预处理：对钛片进行酸洗，酸洗时，酸洗液由质量分数为40％的HF、质量分数为60％的HNO3混合而成，酸洗时间5min；HF、HNO3的体积比1:4。清洗烘干，并用去离子水中超声清洗10min，在室温下干燥后备用，简写为Ti。
(2)表面处理：将步骤(1)预处理过的钛片依次用600目、1200目、2000目砂纸打磨，打磨至表面光滑无划痕备用；
(3)电沉积：将步骤(2)处理的钛或钛合金作为工作电极，石墨片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在含有掺杂剂和Py的溶液中进行电沉积，将得到的样品依次用去离子水、乙醇清洗干净，在烘箱里干燥；其中，电解液是浓度为0.8mol/L的对甲苯磺酸钠溶液和0.15mol/L Py溶液，电沉积处理时，采用计时电流法，电压为0.8V，时间为500s，得到医用聚吡咯电极。
实施例3
(1)预处理：对样品进行酸洗，酸洗时，酸洗液由质量分数为40％的HF、质量分数为60％的HNO3混合而成，酸洗时间为5min；HF、HNO3的体积比1:6。清洗烘干，并用去离子水中超声清洗10min，在室温下干燥后备用，简写为Ti。
(2)表面处理：将步骤(1)预处理过的钛片依次用400目、1000目、2000目砂纸打磨，打磨至表面光滑无划痕备用；
(3)电沉积：将步骤(2)处理的钛或钛合金作为工作电极，石墨片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在含有掺杂剂和Py的溶液中进行电沉积，将得到的样品依次用去离子水、乙醇清洗干净，在烘箱里干燥；其中，电解液是浓度为0.12mol/L的对甲苯磺酸钠溶液和0.2mol/L Py溶液，电沉积处理时，采用计时电流法，电压为0.75V，时间为800s，得到医用聚吡咯电极。
本发明监测装置示意图如图5所示，该监测装置包括监测台和三电极体系；所述的三电极体系中，工作电极为医用聚吡咯电极，参比电极饱和为甘汞电极，对电极为铂片；所述的监测台包括台体和上盖；台体的底部为底座，底座上面为工作电极，工作电极上的台体中部，有一个圆柱状的培养腔；所述的上盖有两个通孔，用于放置参比电极和对电极。
实施例4
对实施例1处理的样品进行交流阻抗试验，比较制备的样品PPy/Ti和纯Ti表面的导电能力。利用电化学工作站(CHI660C，上海辰华仪器有限公司)进行交流阻抗试验，在PPy/Ti和钛片表面引出一条铜片作为工作电极，将其连接到电化学工作站的工作电极上，使用铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，以PBS(0.01M)为电解液。首先进行开路电压的测试，分别测量PPy/Ti和Ti的开路电压，然后进行交流阻抗实验，在0.01Hz-100kHz的频率范围内，以测得的开路电压为交流电压对PPy/Ti和Ti进行阻抗测量。并且利用图7的电路图使用ZSimpWin软件对得到的数据进行模拟，其中等效电路由四个参数组成，Rs是溶液及导线电阻；CPE代表非理想条件下的双电层电容；Rct为表面电荷转移电阻；W为Warburg阻抗，在表1中得到Rs和Rct参数的拟合数值。
实施例5
对实施例1处理的样品进行了细菌监测实验，其步骤如下：用75v/v％的酒精对PPy/Ti和Ti及实验装置进行浸泡，杀死其上的细菌，后置于超净台上通风晾干，后在超净台中将灭菌的装置与PPy/Ti和Ti分别进行组装。将复苏后保存在4℃冰箱中的大肠杆菌原液震30s，取200μl的原菌液注入15ml离心管，加入1.8ml的生理盐水稀释原菌液(107CFU/ml)，振荡30s后置于37℃培养箱中预热30min。将预热好的菌液振荡30s后取1.5ml滴加到实验装置中，将整个实验装置放置在37℃培养箱中进行实验，同时将预热好的菌液滴加到96孔板中，每个孔滴加100μl进行对照试验。
利用电化学工作站进行交流阻抗试验，在PPy/Ti和钛片表面引出一条铜片作为工作电极，使用铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在0.1Hz-100kHz的频率范围内，对细菌进行阻抗测量。交流阻抗测试时间点为0、2、4、8、12、20h，并且每次交流阻抗试验时，使用酶标仪对滴加到96孔板中细菌进行OD值的测量。
实施例6
对实施例1处理的样品进行了细菌监测实验，其步骤如下：用75v/v％的酒精对PPy/Ti和Ti及实验装置进行浸泡，杀死其上的细菌，后置于超净台上通风晾干，后在超净台中将灭菌的装置与PPy/Ti和Ti分别进行组装。将复苏后保存在4℃冰箱中的大肠杆菌原液震60s，取150μl的原菌液注入15ml离心管，加入2ml的生理盐水稀释原菌液，振荡60s后置于37℃培养箱中预热30min。将预热好的菌液振荡30s后取2ml滴加到实验装置中，将整个实验装置放置在37℃培养箱中进行实验，同时将预热好的菌液滴加到96孔板中，每个孔滴加150μl进行对照试验。
利用电化学工作站进行交流阻抗试验，在PPy/Ti和钛片表面引出一条铜片作为工作电极，使用铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在1Hz-100kHz的频率范围内，对细菌进行阻抗测量。交流阻抗测试间间隔为0、2、4、6、8、10h，并且每次交流阻抗试验时，使用酶标仪对滴加到96孔板中细菌进行OD值的测量。
实施例7
对实施例5处理得到的实验数据，并且利用图7的电路图使用ZSimpWin软件对得到的数据进行模拟，其中等效电路由四个参数组成，Rs是溶液及导线电阻；CPE代表非理想条件下的双电层电容；Rct为表面电荷转移电阻；W为Warburg阻抗，表2中为得到的Rs和Rct参数的拟合数值。
实施例8
对实施例1处理的样品进行大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSC)增殖实验。(1)样品消毒处理：使用75％酒精消毒4次(每次30min)；(2)培养有细胞的培养皿从培养箱中取出，移去培养基，加入4ml PBS冲洗2遍，加入适量胰酶，放在培养箱中2-3min，在显微镜下观察细胞解粘附即可(细胞形貌成球形)，加入2ml新鲜培养基，充分吹打培养皿底部，吹打2次，将细胞悬浮液转移到新离心管中，离心1000r/min离心5min；(3)离心后，将离心管中上清液去掉，加入适量新鲜培养基，充分吹打，形成细胞分布均匀的悬浮液；取10μl，用细胞计数器在显微镜下进行细胞计数，得到细胞悬浮液中细胞浓度；(4)根据样品数量计算所用细胞总数以及所用含细胞的悬浮液体积，根据前一步所得细胞浓度，取一定体积悬浮液，加入新培养基，配制满足实验需要的含细胞的新悬浮液，充分吹打，制得用于接种的细胞悬浮液。(5)消毒后的样品转移到细胞培养板中，PBS清洗两遍，每个样品预先加入800μl培养基，然后加入200μl含有细胞的悬浮液，轻轻摇晃混合均匀，放入细胞培养箱中培养1、4、7天。(6)细胞培养到预定时间，进行定量分析增殖情况：取出原培养基，用PBS清洗两遍。进行荧光强度测试：加入0.5ml含有10％AlarmaBlue的新鲜培养基，继续培养2h，2h之后，摇晃均匀，取出100μl培养基转移到96孔板中，在波长560nm(激发)和590nm(发射)处测量其荧光强度，荧光强度越大，细胞增殖率越高。
表1为实施例4后Ti和PPy/Ti的Rs和Rct的拟合数值
表2为实施例7后Rct拟合数值及实施4测量的OD值
表2
参见图1，本发明医用PPy电沉积的装置如图1所，用处理过的医用钛或钛合金作为工作电极，石墨片作为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，用对甲苯磺酸和Py混合溶液作为电解液进行电化学处理。
参见图2，图2为实施例1经过步骤(3)处理的样品和钛片的扫描电镜形貌图。可以看到，钛片表面有凹凸不平的坑洞，这是经过步骤(1)对钛或钛合金预处理经过酸腐蚀形成的，经过电沉积后制备的PPy/Ti表面形貌发生了很大的改变，形成了典型菜花状的表面形貌，其形成的菜花状形貌尺寸为微米级别的。
参见图3，图3为实施例1经过步骤(3)处理的样品和钛片的FTIR图，可以看出在3431cm－1处的吸收峰是聚吡咯环的N-H键的伸缩振动；在2921cm－1和2857cm－1处的振动峰来源于掺杂的对甲苯磺酸的甲基C-H键的伸缩振动；1038.4cm－1处的吸收峰是磺酸基的特征吸收峰；1631cm－1、1545.1cm－1和1400.7cm－1处的吸收峰是吡咯环的特征吸收峰；1545.1cm－1和1374cm－1是对甲苯磺酸钠苯环的C＝C键的特征吸收峰；位于917cm－1处的吸收峰对应于C-H弯曲振动键的特征吸收峰，因此FTIR结果证明在钛片表面成功电沉积上了聚吡咯薄膜。
参见图4，图4为实施例4对Ti和PPy/Ti表面进行交流阻抗实验得到的Nyquist图，从图中可以看出PPy/Ti的Nyquist图中的圆的半径更小，并且结合表1中的Rct的拟合数值可以看出PPy/Ti的Rct拟合数值要远远小于在Ti表面测量得到的数值，所以可以得出沉积聚吡咯薄膜后钛片表面的导电性显著提高。
参见图5，图5为监测细菌的装置示意图，包括台体和上盖；台体的底部为底座，底座上面为工作电极，工作电极上的台体中部，有一个圆柱状的培养腔；上盖有两个通孔，用于放置参比电极和对电极。
利用电化学工作站进行交流阻抗试验，在PPy/Ti和钛片表面引出一条铜片作为工作电极，使用铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在0.1Hz-100kHz的频率范围内，对细菌进行阻抗测量。交流阻抗测试时间点为0、2、4、8、12、20h，并且每次交流阻抗试验时，使用酶标仪对滴加到96孔板中细菌进行OD值的测量。
参见图6，为实施例5测量得到的Bode图，(a)图为PPy/Ti测量得到的Bode，(b)图为在Ti上测量得到的Bode，从图中可以看出PPy/Ti的阻抗值，随时间的增加而不断增加，并且在10Hz～100kHz频率范围内变化不明显，而在0.1Hz～10Hz频率范围内阻抗变化明显。这是由于细菌生长过程中的EIS检测中，高频阻抗的变化主要是由电解质电阻的变化引起的，在细菌生长过程中，电解质成分的微小变化会引起高频阻抗的微小变化，所以导致其变化不明显。而低频阻抗的变化主要是由于电极表面细菌的粘附和形成引起的，这与细菌的生长过程密切相关。从图中可以看到测量得到的阻抗值在低频部分随着时间的增加而增加，这是由于随着时间的增加沉积在电极表面的细菌越来越多导致其电阻值不断增加。而在Ti片表面进行细菌的交流阻抗实验发现它的阻抗值几乎不随时间的增加而变化，说明纯钛片不能实现对细菌的监测。
参见图7，为实施例7后，为了表征电化学参数与大肠杆菌生长过程的关系，建立等效电路模型并应用于深入分析阻抗谱。等效电路由四个参数组成，Rs是溶液及导线电阻；CPE代表非理想条件下的双电层电容；Rct为表面电荷转移电阻；W为Warburg阻抗。
参见图8，为实施例7后，用PPy/Ti为工作电极，进行交流阻抗试验得到的数据，经过电路模拟之后的得到的Rct数值与测量的OD值随时间的变化，从图中可以看出Rct的值随时间的变化趋势与测量OD值随时间变化趋势一致，说明以PPy/Ti为电极，然后利用交流阻抗技术可以对细菌的生长进行监测。
参见表3，为实施例7后Rct值与OD值之间皮尔逊相关性分析，得到的皮尔逊相关值为0.989，而皮尔逊相关值的相关性的强弱大致可以按照如下分布来进行判定：0.8-1.0极强相关；0.6-0.8强相关；0.4-0.6中等程度相关；0.2-0.4弱相关；0.0-0.2极弱相关或无相关，所以Rct与OD值之间具有极强的相关性，说明在钛表面制备的聚吡咯电极可以成功的对细菌生长进行监测。
表3相关性
**.在0.01级别(双尾)，相关性显著
这说明使用本发明的电极的装置，对细菌生长监测时能够得到细菌生长的交流阻抗值，并且与酶标仪测量细菌的OD值随时间的变化趋势是相符的，所以可以凭借本发明的电极的装置测细菌生长得到交流阻抗值，以及同时利用酶标仪测量细菌的OD值，并对比两者随时间的变化趋势得到细菌的浓度大小，了解了细菌的生长状况。
参见图9，为实施例8后在Ti、PPy/Ti样品上对rBMSC细胞进行增殖强度的测试，其中测试得到的荧光强度值越大说明样品表面越有利于细胞增殖，从图中可以看出，相较于Ti样品，经过聚吡咯改性样品表面rBMSC细胞的增殖呈现逐渐增加的趋势，随培养时间的延长，PPy/Ti样品表面细胞活性逐渐增加，说明PPy/Ti样品对正常细胞增殖有一定的促进作用。
参见表1，表1为PPy/Ti、Ti样品经过实例4后，根据图7的模拟电路进行拟合后得到的拟合数据。可以观察到，PPy/Ti样品的Rct(表面电荷转移电阻)显著减小，这一结果表明，聚吡咯薄膜的沉积有效的减少钛片表面的电阻，提高了导电率。
参见表2，表2为经过实例5后，根据图7的模拟电路进行拟合后得到的拟合数据。
通过以上实施例可以看到，本发明的医用聚吡咯电极材料具有良好导电性、生物相容性以及具有对细胞/细菌行为检测功能。具体而言，细胞/细菌相当于一个平板电容器，最外侧的细胞膜高度绝缘，具有低电导高电容的性质，所以可以利用细胞/细菌的这种特性，使用交流阻抗技术对细胞/细菌施加微小的电刺激扰动信号，监测体系阻抗变化。通过阻抗谱可得出细胞膜的电容、细胞质电导、细菌间连接状态、以及其它细菌行为和形貌相关的信息。并且可以通过电刺激，调控细胞/细菌行为。但是钛及钛合金材料表面易于形成导电性差的氧化层，导致监测细胞/细菌的灵敏度下降，而聚吡咯在合适的掺杂剂作用下具有良好的导电性以及生物相容性，所以通过聚吡咯对钛及钛合金表面改性，使得钛及钛合金表面具有高导电性及良好的生物相容性。
特别是，当前含有三电极体系的监测装置中，贵金属电极(金电极、铂电极)，优点：导电性好、稳定性好；缺点:成本高，制作一个大约需要1000-2000元、力学性能差，容易变形、生物惰性。而本发明制备的电极，制作一个的成本在100-200元之间。而使用导电玻璃做工作电极时，虽然具备导电性好、成本较低等优点，但存在着生物性能不好，脆性大，容易断裂等不足。因此本发明的医用聚吡咯电极兼具以上两种电极的优点，并能克服他们存在的不足。
本发明未尽事宜为公知技术。
Claims (9)
1.一种细菌/细胞生长的监测装置，其特征为该监测装置包括监测台和三电极体系；
所述的三电极体系中，工作电极为医用聚吡咯电极，参比电极饱和为甘汞电极，对电极为铂片；
所述的监测台包括台体和上盖；台体的底部为底座，底座上面为工作电极，工作电极上的台体中部，有一个圆柱状的培养腔；
所述的上盖有两个通孔，用于放置参比电极和对电极。
2.一种医用聚吡咯电极，其特征为该电极的制备方法包括如下步骤：
(1)预处理：对钛材料进行酸洗，水洗，烘干；
其中，钛材料为钛片或钛合金；
所述的钛合金具体为医用钛、镍钛合金或Ti-6Al-4V合金；
(2)表面处理：将步骤(1)预处理过的钛材料使用400-2000目的砂纸打磨，打磨至表面光滑无划痕；
(3)电沉积：将步骤(2)处理的钛材料作为工作电极，石墨片作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，在电解液中进行恒压电沉积，电压为0.6-1.2V，时间为200-1500s，将钛材料取出后，依次用去离子水、乙醇清洗，干燥后得到的医用聚吡咯电极；
其中，电解液是浓度为0.05-0.3mol/L的掺杂剂和0.05-0.3mol/L吡咯(Py)的混合溶液；
所述的掺杂剂具体为十二烷基苯磺酸钠、对甲苯磺酸钠或柠檬酸。
3.如权利要求2所述的医用聚吡咯电极，其特征为所述的步骤(1)中，对钛或钛合金表面预处理是进行酸洗，酸洗时，酸洗液由质量分数为40％的氢氟酸、质量分数为60％的硝酸混合而成，酸洗时间为1-10min；氢氟酸和硝酸的体积比为1:4-6。
4.如权利要求2所述医用聚吡咯电极的应用，其特征为用于在细菌/细胞生长的监测装置中作为工作电极。
5.一种细菌/细胞生长的监测方法，其特征为该方法包括以下步骤：
(1)将细菌/细胞溶液用移液枪量取0.5-3ml加到如权利要求1所述的监测装置的培养腔中，后将监测装置放置在30-37℃恒温箱中，通过引线与电化学工作站连接，进行测试；
(2)设置电化学工作站参数，交流电压为0.01V-1V，监测频率范围为0.001Hz-100 KHz，静置30-300s后测试，得到交流阻抗；
(3)将得到的交流阻抗数值，与相同条件下测试得到的相同细菌/细胞的交流阻抗图谱比较，从而判断对细菌/细胞生长的状况。
6.如权利要求5细菌/细胞生长的监测方法，其特征为所述的细菌具体为大肠杆菌或金黄色葡萄球菌；
所述的细胞具体为大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSC)或成骨细胞(MC3T3E1)。
7.如权利要求5细菌/细胞生长的监测方法，其特征为所述的细菌/细胞的交流阻抗图谱的获得方法，其包括如下的步骤：
(1)将复苏后保存在4℃冰箱中的细菌/细胞原液震荡10-60s，取50-300μl的原菌液注入15ml离心管，加入0.5-3ml的生理盐水稀释原菌液，再次振荡10-60s，后置于30-37℃培养箱中预热10-60min，将预热好的菌液滴加到96孔板中，每个孔滴加50-200μl的菌液；
(2)监测装置放置温度为30-37℃，通过引线分别将饱和甘汞电极、铂电极、医用聚吡咯电极与电化学工作站上的参比电极、对电极、工作电极相连；
(3)用移液枪量取不同时间点生长的0.5-3ml的细菌/细胞溶液加到监测装置的培养腔中，后将监测装置放置在30-37℃恒温箱中，通过引线与电化学工作站连接，进行测试；
(4)设置电化学工作站参数，交流电压为0.01V-1V，监测频率范围为0.001Hz-100 KHz，静置30-300s后测试，得到交流阻抗，测试间隔为1-10h；利用酶标仪测量测量同一孔板中细菌的OD值；
(5)测试完成后，利用阻抗分析软件选择合适电路图对监测结果进行模拟，得到不同时间点的细菌在工作电极上生长的反应电阻。
8.如权利要求7细菌/细胞生长的监测方法，其特征为所述的交流阻抗测试时间点为0、2、4、8、12、20h。
9.如权利要求7细菌/细胞生长的监测方法，其特征为所述交流阻抗谱拟合软件为ZSimpWin。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210061017.2A CN114414645B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210061017.2A CN114414645B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114414645A true CN114414645A (zh) | 2022-04-29 |
| CN114414645B CN114414645B (zh) | 2024-06-11 |
Family
ID=81275111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210061017.2A Active CN114414645B (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114414645B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101788515A (zh) * | 2010-01-25 | 2010-07-28 | 首都医科大学附属北京口腔医院 | 一种应用电化学阻抗原理检测细菌的方法及微流控芯片 |
| CN107132227A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-05 | 南开大学 | 一种生物膜成膜过程在线监控系统及监控方法 |
| CN112903770A (zh) * | 2019-12-04 | 2021-06-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种柔性硫化物产生菌菌量测定传感器及间接法测定污水中srb菌量的方法 |
| CN112986546A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-18 | 北京大学 | 一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法 |
| US20210215632A1 (en) * | 2018-05-17 | 2021-07-15 | South China University Of Technology | Glucose Sensor Electrode, Preparation Method Therefor and Use Thereof |
| KR102323725B1 (ko) * | 2020-12-08 | 2021-11-08 | 가천대학교 산학협력단 | 빗살 물결형 전극-기반의 커패시턴스 센서 및 이를 이용한 미생물의 성장을 모니터링하는 방법 |
-
2022
- 2022-01-19 CN CN202210061017.2A patent/CN114414645B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101788515A (zh) * | 2010-01-25 | 2010-07-28 | 首都医科大学附属北京口腔医院 | 一种应用电化学阻抗原理检测细菌的方法及微流控芯片 |
| CN107132227A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-05 | 南开大学 | 一种生物膜成膜过程在线监控系统及监控方法 |
| US20210215632A1 (en) * | 2018-05-17 | 2021-07-15 | South China University Of Technology | Glucose Sensor Electrode, Preparation Method Therefor and Use Thereof |
| CN112903770A (zh) * | 2019-12-04 | 2021-06-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种柔性硫化物产生菌菌量测定传感器及间接法测定污水中srb菌量的方法 |
| KR102323725B1 (ko) * | 2020-12-08 | 2021-11-08 | 가천대학교 산학협력단 | 빗살 물결형 전극-기반의 커패시턴스 센서 및 이를 이용한 미생물의 성장을 모니터링하는 방법 |
| CN112986546A (zh) * | 2021-03-02 | 2021-06-18 | 北京大学 | 一种用于监测三维基质中群体细胞侵袭的阻抗传感方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 段嫄嫄等: "纯钛表面聚吡咯涂层的制备及其对成骨细胞生长的影响", 《稀有金属材料与工程》, vol. 36, no. 1, pages 91 - 95 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114414645B (zh) | 2024-06-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Green et al. | Cell attachment functionality of bioactive conducting polymers for neural interfaces | |
| Liu et al. | Monitoring of bacteria biofilms forming process by in-situ impedimetric biosensor chip | |
| Franks et al. | Impedance characterization and modeling of electrodes for biomedical applications | |
| Xiao et al. | Electrochemical polymerization of poly (hydroxymethylated-3, 4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT-MeOH) on multichannel neural probes | |
| US6569654B2 (en) | Electroactive materials for stimulation of biological activity of stem cells | |
| EP2271933B1 (en) | A system and method for cell characterisation | |
| CN100344960C (zh) | 刺激动物细胞并记录其生理信号的装置及其生产使用方法 | |
| JP2009506836A (ja) | 生物学的に統合された電極装置 | |
| CN107177553B (zh) | 一种用于捕获癌细胞的纳米锥结构复合材料及其制备方法与应用 | |
| De Haro et al. | Electrochemical platinum coatings for improving performance of implantable microelectrode arrays | |
| CN104233436B (zh) | 一种壳聚糖/明胶/纳米银导电抗菌生物材料及其制备方法 | |
| Popescu et al. | Poly (dopamine) assisted deposition of adherent PPy film on Ti substrate | |
| CN108132285A (zh) | 一种负载生物酶的温度刺激响应酶阳极的制备方法 | |
| Wu et al. | Electroactive extracellular Matrix/Polypyrrole composite films and their microenvironmental effects on osteogenic differentiation of BMSCs | |
| Tandon et al. | Characterization of electrical stimulation electrodes for cardiac tissue engineering | |
| Qiao et al. | A wearable electrochemical sensor based on anti-fouling and self-healing polypeptide complex hydrogels for sweat monitoring | |
| CN114235924B (zh) | 一种卷心菜结构的Pt/Au纳米合金修饰针灸针的无酶血糖传感器微电极及其制备 | |
| Lee et al. | Thermal-corrosion-free electrode-integrated cell chip for promotion of electrically stimulated neurite outgrowth | |
| CN108414599A (zh) | 铜纳米颗粒无酶电化学葡萄糖传感器的制备方法 | |
| Ahnood et al. | Semiconducting electrodes for neural interfacing: a review | |
| CN114414645B (zh) | 一种细菌/细胞生长的监测装置及其监测方法 | |
| CN106267334B (zh) | 一种促神经修复的植入式电极及其制备方法 | |
| Tian et al. | Biotic and abiotic molecule dopants determining the electrochemical performance, stability and fibroblast behavior of conducting polymer for tissue interface | |
| Huang et al. | Surface electrochemical impedance in situ monitoring of cell-cultured titanium with a nano-network surface layer | |
| WO2024092750A1 (zh) | 复合材料、微电极及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |