Sciospec电阻抗分析仪与阻抗谱成像系统的应用论文集锦

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Sciospec电阻抗分析仪与阻抗谱成像系统的应用论文集锦  

   

1. 脑深部刺激电极在长期体内刺激大鼠帕金森模型中的电阻抗特性

深部脑刺激(Deep brain stimulation, DBS)是帕金森病(PD)患者的一种有创伤性治疗方法，但其机制尚不完全清楚。动物模型对于

DBS的基础研究至关重要，因为基于细胞的体外技术还不够复杂。然而，啮齿动物和人类之间的几何差异暗示了刺激条件的转移问题。

对于啮齿类动物，需要开发小型移动刺激器和适应的电极。我们在大鼠体内植入单极性和双极性铂/铱电极，并能够建立自由移动大鼠

的慢性器械(3周)。我们在体内测量了单极电极的阻抗，以表征电化学过程在电极-组织界面的影响。在封装过程中，10 kHz电极阻抗的

实部在12天后增加了一倍，在22天后增加了近10倍。对通过感觉运动行为测试量化脑起搏效果的方法进行了展望。

https://link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3-642-38256-7_19

2. 基于阻抗的伤口细胞外DNA检测

伤口感染状况是一个相关的诊断参数，以加强伤口治疗以获得更好的愈合率。阻抗评估是测量炎症反应的有力工具，如中性粒细胞释放

的DNA。在我们的研究中，我们研究了中性粒细胞在体外电极上的介电行为。细胞被刺激后的反应方式与伤口感染时的反应方式相

同。结果是一个显著的阻抗偏差约50%的细胞数量，就像在一个感染的伤口。显微镜荧光证实了这些发现。

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/434/1/012057/pdf

3. 一种新型的无标记3D心肌细胞簇监测系统: 体外心脏毒性试验又向前迈进了一步

对心血管系统的意想不到的不良影响仍然是开发新型活性药物成分(API)的主要挑战。为了克服目前基于动物的体外和体内测试系统的

局限性，干细胞来源的人类心肌细胞群(hCMC)提供了一个高度可预测的临床前测试的机会。与传统单层细胞培养相比，hCMC的三维

结构更能代表组织环境。然而，目前还缺乏对心肌组织样物质的长期、实时监测系统。为了解决这一问题，我们开发了一种基于微腔阵

列(MCA)的无标签监测系统，消除了对关键hCMC粘附和生长步骤的需要。相比之下，在微腔内定位后，可以立即记录可行的场电位衍

生的动作电位。此外，这种方法允许对hCMC的不良影响进行更广泛的观察。本文首次在保持hCMC结构和电生理特性的同时，对其进

行了35天的监测。此外，我们还展示了E4031、阿霉素和去甲肾上腺素直接在未改变的3D培养上对不良API影响的敏感检测和量化。

MCA系统提供多参数分析能力，包括场电位记录、阻抗谱和单个簇的光学读出，从而全面了解复杂心脏培养中数天甚至数周内诱导的

细胞改变。

https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0068971

4. 活细胞中NPY受体激活定量监测及信号通路分析

对活细胞中受体激活和相关信号通路的无标记和无创监测是一项持续的分析挑战，也是生物传感系统的一个巨大机遇。在此背景下，我

们开发了一种基于阻抗光谱的系统，用于激活监测活细胞中的npy受体。利用优化的指间电极阵列对细胞变化进行敏感检测，我们首次

能够定量地直接检测npy受体的激活，而不需要二次或增强反应，如毛喉素的c-AMP刺激。更引人注目的是，我们可以证明基于障碍

的NPY受体激活监测不仅限于Y1受体，也可能适用于Y2和Y5受体。此外，我们可以监测npy受体在不同自然表达npy受体的细胞系中

的激活情况，并通过激动剂/拮抗剂在重组npy受体表达细胞系中的研究证明所观察到的障碍效应的特异性。为了阐明观察到的障碍效

应的性质，我们进行了等效电路分析，并分析了细胞形态和受体内化的作用。最后，基于广泛分子信号通路分析的拮抗剂显示肌动蛋白

骨架的微小改变以及至少l型钙通道的抑制是观察到的npy诱导阻抗增加的主要原因。综上所述，我们基于阻抗光谱的npy受体激活监测

系统为识别信号通路提供了机会，并为识别肥胖和癌症领域的新疗法提供了新的多功能激动剂/拮抗剂筛选系统。

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0956566314006629?via%3Dihub

5. 用于工业应用微生物生物膜在线检测的鲁棒多参数传感器系统-初步检验

生物膜的形成会造成严重的健康危害，主要是由于病原体的失控释放。这可能会在工业设施中产生几个问题，例如在食品工业中。本研

究的目的是开发和实现一个多参数传感器系统，以监测生物膜的形成在实验室和工业装置。为了最小化交叉灵敏度或干扰，该装置基于

不同测量原理的组合。微生物最初是在实验室规模的反应器中培养的。之后，将研究生物膜的形成与每个原型的多参数传感器，然后在

工业规模上进行最终测试。

https://ieeexplore.ieee.org/document/6827602

6. 基于96孔多电极阵列的新型障碍监测平台用于二维和三维脑肿瘤培养的药物疗效比较分析

恶性肿瘤如神经母细胞瘤和多形性胶质母细胞瘤仍难以治疗，恶性期预后差。由于每种肿瘤对不同化疗药物的敏感性都有其自身的特

点，并且会产生耐药性，因此开发活性谱宽、疗效高、副作用小的新型化疗药物是一个持续的过程。复杂的体外试验综合预测体内药物

疗效和副作用是药物开发过程中的一个实际瓶颈。为此，我们开发了一种新型的基于直接实时阻抗谱测量的体外二维和三维多孔多电极

装置，结合我们独特的96孔多电极阵列和微腔阵列，用于药物疗效监测。为了证明，我们使用三种神经母细胞瘤细胞株和胶质母细胞

瘤细胞株，分别培养为单层和多细胞球状肿瘤，在体内条件下进行再现。使用我们新型的96孔多电极阵列系统，可以检测关于阿霉

素、依托泊苷和长春新碱处理的时间和浓度依赖性反应。虽然所有测试的化疗药物都显示出较高的诱导神经母细胞瘤细胞凋亡的能力，

但依托泊苷对胶质母细胞瘤细胞系无效。通过测定IC50值，我们可以在2D和3D培养模型中比较药物疗效，并揭示化疗和肿瘤细胞系的

特异性活性模式。这些药代动力学模式在临床前药物开发中很有意义。因此，基于阻抗谱的监测系统可用于新型抗肿瘤药物的体内外快

速预测。

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0956566314007362

7. 基于细胞外染色质检测的微型伤口传感器

用于监测伤口感染的传感器对改善护理管理，特别是慢性伤口的护理管理非常重要。细胞外染色质的形成作为检测参数，由于其结合的

负电荷在离子溶剂中具有特殊的介电特性。平面电极的实验结果表明，高阻抗增加了近450%。相对介电常数分析显示截止频率为5

 kHz。首次表明，在中性粒细胞细胞外陷阱(NET)形成过程中，电介质性质的变化与分散的发生有关。为了满足微型化和生物相容性的

要求，提出了一种纺织传感器装置。利用这些实验结果，可以设计一种基于阻抗检测原理的光纤传感器。

https://www.taylorfrancis.com/books/e/9780429226557/chapters/10.1201/b18134-5

8. 免疫反应引起内吞病的阻抗模型

所谓的NETs(中性粒细胞细胞外陷阱)在炎症伤口中大量存在，因此是伤口感染的一个很好的标记。它们是免疫反应的产物。它们的组成

部分DNA由于带有电荷而具有一定的介电行为。这使得不需要换能器就可以直接用电测定。采用人中性粒细胞检测NETs的体外释放。

然而，在这个过程中细胞的结构变化必须考虑在内。在这项工作中，建立了反映这些变化的模型。该模型与阻抗测量结果进行了比较。

我们发现介质组成的改变强烈地改变了系统的介电行为。这里最明显的变化是由NETs的出现引起的。这些变化在细胞死亡后也保持稳

定，没有经历更多的结构变化。NETs的测量是一个非常有前途的方法，以支持诊断炎症过程，特别是在伤口。

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1877705815023875

9. 生物阻抗测量心脏跳动的时间变化

多年来，电生物阻抗已被用于测量各种生理参数。由于缺乏高速仪器，很少有选择来制作具有高时间分辨率的多频测量系列。这种情况

最近发生了改变，通过使用商用阻抗光谱仪，我们将其作为增强测量装置的一部分，能够在毫秒范围内以时间分辨率测量生物阻抗和生

物电位。该装置由一台计算机控制，该计算机还显示和处理测量数据。从人类心脏的测量结果显示。在这些测量中，我们可以清楚地看

到在当前频率下信号轨迹的差异。不同的运动轨迹表明，随着频率的变化，不同的生理特性得到了反映。我们已经证明，可以检测到由

起搏方式的变化引起的波形形态变化。ECG和EGM提供了关于全球心脏活动和电极周围电活动的额外信息。这种测量装置允许我们进

一步研究生物阻抗作为阻抗快速变化的测量工具，例如在心脏领域。该研究得到了当地机构审查委员会的批准(2014/1223/REK sørøst

 A)。

https://dx.doi.org/10.1088/2057-1976/2/6/065015

10. 辣椒素诱导hek293细胞trpv1离子通道激活的阻抗光谱定量表征

受体活性的分析，特别是在其原生细胞环境中，一直是评价其内在和下游生物活性的重要研究方向。一组重要的细胞受体是离子通道。

由于它们参与了广泛的关键细胞功能，它们是重要的治疗靶点。因此，定量监测和筛选生物受体活性的新分析技术具有重要的意义。在

此背景下，我们开发了一种基于阻抗光谱的无标记无创监测系统，能够详细分析瞬时受体电位通道Vanilloid 1 (TRPV1)的激活情况。

辣椒素激活TRPV1通道导致可重复性阻抗降低。EC50值为0.9 μM的浓度响应曲线。非TRPV1通道表达HEK细胞的对照实验以及TRPV1

通道阻断剂钌红的实验验证了观察到的阻抗下降的特异性。更引人注目的是，通过细胞骨架重组抑制剂混合物的相关研究和获得的阻抗

谱的等效电路分析，我们可以定量区分TRPV1通道的直接激活和下游诱导的生物效应。总之，我们开发了一种定量障碍监测系统，用

于分析TRPV1通道活性以及活细胞中下游诱导的生物活性。它具有识别新的离子通道激活剂和TRPV1通道抑制剂的能力，但也可以很

容易地应用于其他基于离子通道的受体。

https://doi.org/10.1007/s00216-016-9978-x

11. 微电极阵列障碍实时监测神经多能干细胞分化过程

在今天的神经发育和疾病研究中，人类神经干细胞衍生的网络代表了唯一可获得的具有初级表型的体外模型。然而，人类神经干细胞的

培养、分化和成熟是非常复杂和耗时的过程。因此，对神经细胞分化和成熟的敏感、无创、实时监测技术提出了很高的要求。

采用阻抗谱技术对几种人神经干/祖细胞的分化进行了详细分析。在开发了一种可用于可靠和敏感的长期监测的最佳微电极阵列后，识

别出了与神经元分化的进展和质量相关的独特的细胞依赖的障碍参数。细胞阻抗变化与生物分子祖细胞与成熟神经标记物表达的时间调

控以及伴随神经元分化的细胞结构变化密切相关。更引人注目的是，通过应用已知能促进神经元分化的化合物，如γ-分泌酶抑制剂

DAPT，证明了障碍分化监测系统作为筛选工具的能力。

基于无创阻抗谱的测量系统可用于神经元分化过程的敏感、定量监测。因此，该技术可作为神经分化质量控制的有效工具，同时也可满

足神经源性化合物鉴定和安全性评价及药物开发领域的工业高含量筛选需求。

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0956566316305887

12.开发集成传感器和驱动器的细胞培养系统，用于监测骨细胞培养

特别是在再生医学领域，受到骨骼本身复杂结构的限制。细胞的微环境在天然骨和骨与植入材料的界面上是未知的。在关注骨样细胞的

同时，控制氧和酸化作为主要代谢参数，确定细胞对参数变化的反应，对于更好地了解骨和体外的分化和钙化过程非常重要。在2D中

控制代谢参数和粘附将突出3D细胞培养和体外骨形成的途径。

为此，建立细胞培养监测系统是至关重要的，因为它们允许连续和无标记的代谢参数测量。本文介绍了细胞培养监测系统的开发及其在

mc3t3细胞培养中的应用。开发的系统能够使用光电传感器测量氧气，pH值和粘附性，并用于厌氧实验方法。该系统的开发包括在流

体、体和芯片设计方面的多次迭代，以优化处理。对流体进行了模拟，以减少流体处理和气泡形成中的问题。对系统体(微流体载体)进

行优化，以提高其实验灵活性和操作性能。此外，还采用了一种新的生产方法-超短脉冲激光烧蚀-以减少传感器芯片的生产时间和成

本。结果表明，这种技术能够在铂和ITO中生产结构，其质量可与基于光掩膜的光刻相媲美。此外，它允许克服4英寸晶圆技术的尺寸

限制，使微载片可以用作芯片衬底。该芯片的铂层或ITO层可以在3分钟(铂)到30 s (ITO)之间进行加工。同时，在厚度为100 nm 到

1 µm的氮化硅中，打开钝化窗口是成功的。在传感器芯片上，以前用于isfet的氮化硅层首次被用作电位ph传感器的敏感材料。比较了

不同层厚度的灵敏度和再现性。在室温下，自制的60 nm薄膜的灵敏度可达-53.8 ±1.8 mV/pH，最大漂移率为0.151 mV/h。由于安培

式氧传感器没有氧选择性膜，因此必须考虑细胞培养基中各组分的影响来对其进行表征。循环伏安法测量证实细胞培养液中不含影响测

量的电活性物质。由于材料和结构的原因，有必要将工作电位降低到- 650 mV相对于Ag/ agcl参考。在37 °C时，传感器灵敏度可达

2.27±0.04 nA。所有传感器在细胞培养中进行了测试，以证明其稳定性、生物相容性和控制MC3T3细胞增殖的能力。

https://rosdok.unirostock.de/file/rosdok_disshab_0000001736/rosdok_derivate_0000037112/Dissertation_Bonk_2017.pdf

13. 一种稳健电阻抗层析成像的保真嵌入正则化方法

电阻抗断层扫描(EIT)提供人体内部电导率分布的功能性图像。自20世纪80年代以来，许多潜在的临床应用已经兴起，使用廉价的便携

式EIT设备。EIT通过选定的成像薄片周围的表面电极阵列，获得全身多个跨阻抗测量值。从测量数据进行电导率图像重建是一个基本的

不适定逆问题，易受测量噪声和伪影的影响。大多数可用的方法用正则化最小二乘数据拟合技术来求病态灵敏度或雅可比矩阵。它们的

性能依赖于正则化参数，该参数控制着保真度和鲁棒性之间的权衡。对于EIT的临床应用，无论正则化参数的选择如何，都需要开发一

种方法，在各种不确定数据中实现一致的性能。在分析雅可比矩阵结构的基础上，提出了一种保真嵌入正则化(fidelity-embedded

 regularization, FER)方法和一种运动伪影消减滤波器。在正则化过程中引入雅可比矩阵，新的FER方法通过取一个非常大的正则化参

数值，从噪声数据中稳定地重建高保真图像。该方法在胸部EIT成像实验研究中具有一定的实用价值。

https://ieeexplore.ieee.org/document/8067505/

14. 引起内耗的免疫反应阻抗模型及其与体外测量结果的比较

在炎症伤口中发现大量的中性粒细胞细胞外陷阱(NETs)，因此是伤口感染的一个很好的潜在标记。NETs是免疫反应的产物。它们的组

成部分DNA由于带有电荷而具有一定的介电行为。这使得不需要换能器就可以直接用电测定。采用人中性粒细胞检测NETs的体外释

放。然而，在这个过程中细胞的结构变化需要考虑。在这项工作中，建立了反映这些变化的模型。该模型与阻抗测量结果进行了比较。

我们发现介质组成的改变强烈地改变了系统的介电行为。最明显的变化是由NETs的出现引起的。这些变化在细胞死亡后几乎保持稳

定，没有发生更多的结构变化。平行定量荧光法发现网络与阻抗变化之间近似线性相关。NETs的阻抗测量是一种非常有前途的方法，

以支持诊断炎症过程，特别是在伤口。

https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.03.168

15. 肉类冻害程度的检测取决于分析工具的选择

新型冷冻解决方案不断被开发，以减少肉类生产链的质量损失。然而，对于识别所需的敏感分析工具来直接验证由于冻结技术的潜在改

进而导致的产品变化，目前还没有足够的关注。为了对肉类研究和生产相关的分析工具进行基准测试，我们使用传统(−25 ℃，−35 ℃)

和低温(−196 ℃)冷冻猪肉样品。通过三类分析测试了它们区分不同冷冻处理的能力：解冻损失测试、生物电光谱(核磁共振、微波、生

物阻抗)和低温显微镜(cryo-SEM)。所有生物电学方法都可以检测到冷冻处理的一般效果。然而，只有低温扫描电镜解决了所有冷冻处

理之间的质量差异，而不仅仅是低温和传统冷冻之间的差异。低温扫描电子显微镜的检测灵敏度可以通过直接检测肉类的冷冻状态而不

事先解冻来解释。我们讨论了在肉类行业使用分析工具进行质量监测的优点、缺点和成本因素。

https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2019.02.002

16. 基于电生物阻抗的炎症标志物nlrp3的生物传感器

开发识别特定基因分子标记的生物传感器是实现快速、经济、简单地检测特定DNA序列的新技术的基础。电生物阻抗谱(EIS)已被用于

诊断和监测人类病理，并被公认为一种安全、快速、可重复使用、简单和廉价的技术。本研究证明了互补DNA(互补)生物传感器的发展

基于测量EBI和DNA没有固定的化学修饰, 并对其在检测炎症特征生物标志物NLRP3基因表达中的潜在有用性进行了评估。结果表明，

eis可用于识别不同基因表达模式，测量结果与耗散监测(QCM-D)石英晶体微天平(Quartz Crystal micro天平)进行比较，并通过定量

聚合酶链反应(qPCR)进行验证。这些结果表明，通过生物阻抗测量的特定基因的生物传感器在固定化cDNA技术上是可行的。

https://doi.org/10.1007/978-3-030-30648-9_191

17. 组织阻抗谱法指导脑肿瘤切除

即使是专业的神经外科医生，在手术过程中也很难从视觉上区分低级别胶质瘤组织和正常脑组织。因此，在肿瘤切除过程中，神经外科

医生依靠图像引导。已经证明，较高的肿瘤切除率可以延长患者的长期生存。我们的目标是实现阻抗谱作为一个潜在的支持工具，以改

善根治性切除术。在这项初步研究中，我们评估了在阻抗谱的帮助下区分离体组织样本(肿瘤手术中的活检样本)的可能性。收集两例患

者的脑组织，发现低级别胶质瘤、高级别胶质瘤与健康脑组织之间的阻抗谱存在差异。

https://doi.org/10.1007/978-981-13-3498-6_20

18、基于电生物阻抗和机器学习方法的针与神经接触检测

在一个正在进行的基于电阻抗的针引导项目中，我们已经在一个动物模型中表明，可以通过生物阻抗测量来检测神经内针的位置。为了

增强这种方法的威力，我们在这项研究中研究了早期检测针只接触神经是否可行。在一项有32名受试者的自愿者研究中，我们比较了

针与神经接触时的复阻抗与周围组织中针的位置。使用支持向量机进行分类分析表明，识别是可能的，但神经触摸算法的敏感性和特异

性与神经内检测的性能水平不同。

https://ieeexplore.ieee.org/document/8036750

19. 芯片集成微管流体通道的电阻抗层析成像

利用卷起式纳米技术制备了微米级管状阻抗断层成像(EIT)。这种方法可以获得在100 μ m范围内尺寸可调的EIT器件。获得二氧化硅微

粒的EIT图像作为原理证明。这些设备可以实现生物微尺度物体的障碍分析，如单个细胞或小细胞簇。近年来，人们对单细胞分析越来

越感兴趣。单细胞研究提供了在同一细胞群中生物细胞的可变性的有价值的见解，并可以提供关于它们的基本特性的新信息。阻抗测量

特别适合于这些分析，因为它们是无标记和非破坏性的。层析成像测量尤其值得关注，因为它们还可以实时提供空间信息。单个细胞的

EIT研究需要适当的测量室，其大小应与被研究对象的大小相似。这可以很容易地通过使用卷起的纳米技术来实现。

20. 一种新型微流控微电极芯片，用于实时监测npy受体的激活

将化学合成与集成片上分析和多室器官片上方法相结合的片上实验室设备是一个快速和有吸引力的发展研究领域。虽然在微流体装置中

集成适当的细胞模型以监测合成产品或测试化合物的生物活性已经成为焦点，但无标签生物电子分析技术的集成仍然实现得很差。在此

背景下，我们研究了阻抗谱作为一种非破坏性实时监测技术在微流体设置贴壁细胞模型的能力。虽然从静态设置的微电极阵列(MEA)布

局的初始适应性揭示了阻抗谱在微流控芯片应用中的明显限制，我们可以证明基于合理的MEA布局优化的有限元模拟的优势，以优化

微流控结构内的电场分布。此外，基于剪应力和时变试验复合分布的有限元模拟分析有助于确定最优流量。基于模拟得到的优化微流控

MEA，在微流控和静态条件下培养HEK293A细胞，获得了相似的阻抗谱特性。此外，我们还利用表达Y1受体的HEK293A细胞，成功

地证明了在微流体装置中对细胞变化进行障碍监测的能力。更引人注目的是，受体激活的最大障碍信号显著增加了2.8倍。对细胞形态

和运动的详细研究得出结论，在微流体条件下培养可以产生一个扩展和稳定的细胞-电极界面。

https://doi.org/10.1039/C7LC00754J

21. 使用单分子接触打印的自组装单层(sam)功能化基板的纳米模式

单个分子的固定排列通过共价键连接(“打印”)到具有纳米分辨率的sam功能化金基底上。通过涂覆3,3′-二硫代二丙酸(DTPA)对底物进

行预功能化，形成自组装单层膜(SAM)，并通过原子力显微镜(AFM)、接触角测角法、循环伏安法和表面等离子体共振(SPR)光谱对其

进行表征。使用1-乙基-3-(3-二甲胺-丙基)碳二亚胺(EDC)和n -羟基琥珀酰亚胺(NHS)将预先定义的“墨水”图案显示在基于DNA折纸

的一次性载体(“印章”)上，并与SAM共价结合。这些锚点被用来创建纳米级精确的单分子阵列，这里有互补DNA和链霉亲和素。用

AFM和SPR光谱对印刷过程的顺序步骤进行了评价。结果表明，30%的检测排列与设计图案的预期长度分布紧密匹配，而另外40%的

排列在仅1个链霉亲和素分子的范围内出现误差。SPR结果表明，通过这种打印过程，在模式内的分子锚点之间进行确定的分离，可以

提高具有高空间位阻系统的特定结合伙伴的结合效率。通过建立一种普遍适用于几乎任何类型的预功能化基材(如金属、塑料、硅酸

盐、ITO或2D材料)的通用策略，该研究扩展了早期的发现，即DNA纳米结构的应用保存了几何信息。

https://doi.org/10.1039/C7NR03696E

22. 基于微流体自由流电泳的溶剂交换器，用于连续运行的芯片实验室应用

为了在小尺度上实现化学合成和分析的小型化和集成，开发复杂的芯片实验室(LOC)系统是当前许多研究项目的重点。在广泛描述具体

应用的综合分析模块和LOC器件的同时，对不同模块的组合和集成进行了深入研究。在线过程中的问题，如溶剂不相容，例如多步合成

或有机药物合成与细胞生物活性测试系统的结合，需要在串行模块之间进行溶剂交换。在此，我们提出了一种基于自由流电泳原理的连

续运行的有机/水混合流体微流体溶剂交换器。我们强调了一个原理证明，并描述了模型化合物荧光素的工作原理，其中有机溶剂

DMSO与水缓冲液交换。通过优化微流体布局，DMSO去除性能可显著提高到95%。此外，入口流量比的优化导致稀释系数最小为5，

我们能够证明，在不显著降低DMSO去除性能的情况下，减少支持设备是可能的。最后，开发的溶剂交换器的兼容性为基于电池的下

游应用被证明。在连续运行的微流体装置中，对HEK293A细胞的阻抗监测显示，溶剂更换后的DMSO残留没有不良影响。我们的溶剂

交换装置展示了微自由流电泳的力量，不仅是分离和纯化复合混合物的强大技术，而且是溶剂替换。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.7b03959

23. 高频阻抗心动图

阻抗心动图是一种无创的方法来测量左心室的每搏量和心输出量。作为一种医疗技术，它既便宜又简单，只需要很少的培训。虽然有相

当数量的文献和实验记录的主题，它仍然是一个较少使用的技术，尽管它的许多优点。造成这种情况的一个主要原因是，这个主题仍然

存在大量的不确定性。包括被测信号的源，以及可以从信号的不同部分提取的数据，它们的比率和时间间隔。这个实验将试图进一步加

深我们对这些信号来源的理解。通过使用新设备,让我们不仅测量频率高于正常电流,但也足够高的采样频率,这样做的目的是为了更好地

观察信号的哪些部分依赖于当前的频率,和哪些部分。更直接的是，我们试图观察当电流频率上升时，差动阻抗振幅的变化或缺乏。这

将允许我们开始分类哪些身体事件可能对阻抗心动描记术有影响，以及与其他相关的影响程度。

该实验将使用一个相当标准的ICG装置进行，包括一个四极电极系统，一个商用ICG产品和一个更倾向于实验室工作的更新的ICG产

品。实验本身将在少数试验人员身上进行，这些人都是年轻人，没有心脏问题的报告。虽然样本量较小，但每个受试者在较高频率时

ICG振幅都有所降低，但信号并没有完全消失，而是衰减了约50%。这意味着ICG测量的来源分为几个身体影响。有些依赖于当前频

率，有些不依赖。

https://www.duo.uio.no/bitstream/handle/10852/60922/1/ScottHL_Master_ICG_Final.pdf

24. 利用阻抗谱监测微流体界面流动

微流控平台能够进行复杂的芯片处理和液体处理，使各种传感、细胞和材料相关的应用跨越工程和生物学科的光谱。然而，目前普遍缺

乏能够非光学监测和量化芯片上流体运动的微尺度传感器。因此，许多微流体系统仅限于实验室，因为它们的使用需要光学显微镜。本

文提出了一种利用阻抗谱法非光学跟踪微流体通道中层流界面流动的方法。利用微流体t型通道，我们通过并排流动两种不同的电解质

流来产生液体界面。该界面通过一组“位移”电极驱动，在那里它通过微通道的电动偏转。使用一组交错的“阻抗”电极动态测量靠近

流道表面的电化学阻抗，对下游的界面流进行监测。结果表明，偏转界面的位置对阻抗谱有明显的影响。虽然层流界面在微流体流动中

普遍存在，并广泛应用于流变学和生物分子检测，但目前很难用非光学方法测量它们的位置。本文提出的传感方法可以在没有显微镜的

情况下动态确定界面位置，并提供了一种新的工具来降低在传统实验室之外操作微流体装置的障碍。

https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.07.123

25. 导电织物柔性压力传感器的数学模型

本文提出了一种采用电阻抗层析成像(EIT)技术的压敏导电织物传感器的数学模型，该模型中复合织物的有效电性能会因施加压力而发

生变化。我们用导电纱和具有高孔隙密度的海棉样非导电织物模拟复合织物，并将导电纱编织成波浪形，在均质化理论意义上具有压敏

导电性能。我们使用一个简化版的EIT技术来成像与电导率摄动相关的压力分布。给出了单向有效电导率的数学基础。我们进行了一个

实验来测试所提出的压力传感器的可行性。

https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0307904X17301233

26. 基于磁固定和生物阻抗测量的基因传感器:概念证明

分子标记或特定DNA序列(基因)的检测代表了基因组医学的未来。基因检测需要昂贵的设备和专业的技术人员，因此生物传感器的发展

能够快速、经济和简单地进行这种检测是初级卫生保健的基础。本研究开发并评估了一种基于磁锚定DNA序列和电生物阻抗光谱测量

的基因传感器。作为概念的第一个证明，在磁纳米颗粒锚定的PCR产物中开发了生物阻抗测量，并比较了两种条件;PCR产物和扩增物

缺失。实验评估表明，利用磁纳米粒子辅助的电生物阻抗测量方法，开发分子标记或特定基因的生物传感器在技术上是可行的。观察结

果表明，DNA生物传感器的提议提供了检测PCR产物的可能性，并将其从缺乏扩增物中区分出来。

https://www.sciospec.com/portfolio/gene-sensor-on-the-basis-of-magnetic-immobilization-and-bioimpedance-measurements/

27. 金眼频率域电磁分析器测绘海底块状硫化物图

自从1978年在东太平洋隆起21°N处发现黑烟复合体以来，人们对深海海底块状硫化物(SMS)矿床的开采潜力和前景产生了猜测和期

待。随着世界范围内加速工业化、新兴市场、商品价格和金属需求的增加，以及深水采矿和提取技术的进步，短金属矿的开采在不久的

将来可能成为经济上可行的(Kowalczyk, 2008)。然而，我们对SMS矿床的资源潜力仍然知之甚少，发展地球物理方法来评估它们的空

间范围、组成和内部结构是获得适当的经济价值评估的关键。需要新的地球物理制图技术和勘探策略来定位远离活动喷口场、具有较大

经济潜力的灭绝和埋藏的SMS矿床群，但用常规方法很难找到和取样。

https://doi.org/10.3997/1365-2397.n0127

28. 人工耳蜗植入过程中评估面神经邻近的电阻抗

报道的有关针引导的研究表明，从神经监测系统获得的组织阻抗可以用来区分神经组织邻近。在这项初步研究中，通过计算机断层扫描

(CT)图像估计术中电阻抗和组织密度之间的关系，在活体绵羊的乳突骨中进行了评估。在5名受试者中，使用图像引导的外科机器人钻

取了9条轨迹。在每个轨迹中，访问面神经附近的5个测量点，使用多极电极探头测量阻抗(≤1khz)。术后采用Micro-CT测量钻孔轨迹

到面神经的距离。通过共同注册的术前CT图像确定组织密度，并对测量尖端进行灵敏度场建模，计算组织电阻率。测定了29条通过或

穿过面神经的轨迹的阻抗和密度之间的关系。在所有轨迹中观察到阻抗量级单调下降，钻轴与面神经相交。与面神经相交的平均组织密

度(971-1161 HU)与安全轨迹相交的平均组织密度(1194-1449 HU)有显著差异(p < 0.01)。然而，穿过面神经的轨迹(14-24 Ωm)的平

均电阻率值与安全通过的轨迹(17-23 Ωm)相似。面神经监测过程中组织密度与电阻抗之间的关系表明，阻抗谱可以用于提高组织识别

的准确性，最终改善神经安全距离评估。

https://doi.org/10.1109/TBME.2018.2830303

29. 生物阻抗和近红外无创血糖评估

16名志愿者每人连续两段时间饮用700毫升含糖软饮料，每隔10分钟用电阻抗谱和近红外光谱(NIR)测量血糖。在电测量中发现了0.46

的最大相关性，但在近红外测量中没有发现低血糖和高血糖水平之间的明确分离。后者归因于实验设计，在每次测量之间，近红外探头

从皮肤上移除。

https://doi.org/10.2478/joeb-2019-0019

30. 脑深部刺激电极周围伤口组织电阻率的阻抗检测允许在大鼠模型中记录包裹过程

采用脑深部电刺激动物模型，利用电阻抗谱技术研究了定制的铂铱微电极在半帕金森大鼠丘脑下核的包封过程。两种电极类型与100

 μm裸露尖端:i)单极电极与200 μm直径和皮下金线对电极ii)双极电极与两个平行移动125 μm导线。电流控制的脉冲发生器(130 Hz,

 200 μA, 60 μs)使自由运动动物的慢性脑起搏器(DBS)得以实现。一个现象学电模型可以通过两周内每天在体内记录的电极阻抗来重新

计算电极周围伤口组织的电阻率。与常用的1khz阻抗相比，电阻率独立于频率、电极性质和电流密度。它代表了组织的离子直流特

性。在植入后第2天左右，电阻率发生显著变化，特征下降。在第8天电刺激开始前，电阻率达到最大，导致电阻率下降。与单极电极

相比，双极电极对组织电阻率具有更高的敏感性。

https://doi.org/10.5617/jeb.4086

31. 基于纳米技术辅助生物阻抗测量的基因传感器:一种仪器方案

在本研究中，我们提出了一种基于聚合酶链反应(PCR)产物及其多频生物阻抗相关测量的新型基因传感器的基本仪器。仪表方案分为四

个基本块:A)控制。-基本原理是微控制器(µC)用于宽带电流激励，以及数据采集和配准。B)数字合成器。-宽带数字合成器将提供一个

正弦激励电流。C) 生物阻抗测量。-本部分将通过比较参考信号与待测物(AUT)的信号来检测相对多频生物阻抗。比较是基于幅值比和

相移。D) 电子-离子中间相。-这是基于与AUT接触的金电极，用于电流注入和相对生物阻抗测量。作为PCR产物的脱氧核糖核酸

(DNA)片段将被磁性纳米颗粒-DNA结合及其磁性DNA绝缘功能化。每个部分的具体电子元件超出了本研究的范围，提出的通用仪器结

构旨在展示基因检测的尝试性低成本技术，并获得学术讨论和反馈。

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1272/1/012023

32. 用于双氯芬酸检测的转基因细胞的光学和障碍研究

基于转基因酵母细胞的全细胞生物传感器被用于检测人为微污染物(如药物)。特定的刺激，例如药物的痕迹，导致在相应的细胞中诱导

荧光。细胞的受体检测特定的信号分子并诱导荧光蛋白的形成。在这项工作中，转基因酵母细胞酿酒酵母BY4741被限制在一个四室微

流体细胞中，提供了一个光学监测细胞行为和它们的营养供应。用不同浓度的双氯芬酸对酵母细胞荧光强度进行了时间依赖性测定，并

验证了双氯芬酸对酵母细胞的敏感性。同时记录阻抗，监测细胞活力。

https://doi.org/10.5194/jsss-8-215-2019

33. 基于IGBT的实验室高压脉冲电场发生器用于有效提高鸡肉中的水分扩散系数

提高水分扩散率，缩短肉类加工时间，节约能源和成本。提高组织中水扩散率的一个过程是高压短脉冲电场(PEF)。然而，对于工业

PEF工艺的发展，需要适应性强的实验室仪器。本文报道了一种基于绝缘栅极单极晶体管开关和滑动正极增强鸡胸肌中水扩散系数的实

验室PEF发生器。该系统产生电压幅值可达1000 V，电流可达160 a，脉冲持续时间5 ~ 100 μs，脉冲重复频率为1 ~ 16 Hz的矩形单

极脉冲。所研制的PEF发电机的能量转换效率为88%。结果表明，在鸡胸肌上施加1000 V (~ 500 V mm−1)120次脉冲，脉冲持续时

间为50 μs (1 Hz)，可使水分的有效扩散率提高13-24%，对流空气干燥时间缩短6.4-15.3%。这些结果为实验设备的设计提供了新的

信息，以改进和优化小规模的肉类预处理。柔性、小规模的PEF设备是工业发展新工艺的必要步骤，可以减少肉类行业的设备规模和工

艺能耗。

https://doi.org/10.1007/s11947-019-02360-5

34. 一种能够通过电阻抗光谱识别低数量乳腺癌细胞的生物传感器

乳腺癌(BC)是一种恶性疾病，在世界范围内发病率很高。死亡的主要原因不是原发肿瘤，而是肿瘤细胞向远处扩散。本研究的目的是研

究一种在恒定磁场下使用生物阻抗光谱辅助磁性纳米颗粒(MNP’s)检测水介质中癌细胞的新方法。光谱模式被鉴定为三种乳腺癌细胞

系。每种BC细胞系代表不同的病理阶段:早期(MCF-7)、浸润期(MDA-MB-231)和转移期(SK-BR-3)。为此，在纳米探针的帮助下，在

一定频率范围内进行生物阻抗测量，纳米探针由与单克隆抗体耦合的磁性纳米颗粒(MNPs)组成。通过RT-qPCR和流式细胞术鉴定，该

抗体对各细胞系的优势细胞表面蛋白具有特异性。因此，EpCAM对应MCF-7, muc1对应MDA-MB-231, HER-2对应SK-BR-3。尽管

它们的浓度很低，BC细胞仍然可以通过阻抗光谱检测到。因此，这种方法可以监测循环肿瘤细胞(CTC)，从而有助于预防复发和BC治

疗过程中的转移过程。

https://doi.org/10.1038/s41598-019-42776-9

35. 创新的多井高密度微电极阵列电化学实时监测肿瘤细胞从微肿瘤中迁移

了解细胞在肿瘤组织外的迁移和扩散对研究肿瘤恶性和转移的机制和原因具有重要意义。虽然有一些方法可以用于研究单层细胞培养上

的细胞迁移，如井迁移检测，但迫切需要新的技术来监测细胞从3D类器官或肿瘤组织样本中扩散。在此背景下，我们开发了一种创新

的高密度微电极阵列，用于三维肿瘤培养中细胞迁移的障碍监测。为了证明这一概念，我们使用一个强迁移的乳腺癌细胞系(MDA-

MB-231)和两个恶性黑色素瘤细胞系(T30.6.9, T12.8.10ZII)来生成可行的微肿瘤模型。迁移倾向是通过144小时的障碍监测来确定的，

通过显微镜进行相关分析，并通过transwell试验进行验证。覆盖电极的阻抗分析和相对阻抗最大值揭示了关于增殖效应贡献的扩展信

息。更引人注目的是，使用丝裂霉素C处理过的球形参比群体，在那里增殖被抑制，增殖和迁移的区分是可能的。因此，我们基于障碍

物迁移监测的高密度微电极阵列具有自动化定量分析系统的能力，可以很容易地放大，并集成在实验室芯片设备中。

https://doi.org/10.1038/s41598-019-50326-6

关于生产商：

Sciospec专注于电阻抗谱、阻抗断层成像和其他电化学/分析技术的解决方案。主要应用于生物分析，生物传感器，材料科学和过程控

制。从基于多通道生物芯片阅读器的小规模生物芯片解决方案，到用于全自动工业过程控制或药理学测试的高含量筛选的大规模多通道

解决方案，可扩展性是我们DNA中的一部分。以OEM模块形式存在的ScISPec技术是无数生物分析和医疗应用产品的核心。与此同

时，我们高度可定制的解决方案使交钥匙研究成为可能，为下一代半导体制造提供动力，并使全球自动化组件测试应用的可扩展性达到

新的水平。

 

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