[发明专利]基于三维石墨烯界面电极的细胞动态特性监测系统及方法

权利要求书

1.一种基于三维石墨烯界面电极的细胞动态特性监测系统，其特征在于，该系统包括：微流控芯片、PCB板、阻抗仪、注入系统、带有CCD的倒置显微镜；

所述微流控芯片包括由两个储液槽(22)和位于两个储液槽(22)之间的测试流道(21)构成H形PDMS流道，以及布置在测试流道中的子芯片；

两个储液槽(22)和测试流道(21)分别具有盖板，储液槽的槽壁或密封该储液槽的盖板具有开孔，其中一开孔与所述注入系统相连；

所述子芯片包括设置在其对称轴上的中心参考电极(20)，以及对称布置于中心参考电极(20)两侧的一个或多个相互独立的细胞电极(10)；两侧细胞电极的捕获方向相反，且垂直于中心参考电极(20)，一侧构成工作电极，另一侧构成对电极；工作电极、对电极、中心参考电极分别与阻抗仪相连，阻抗仪向中心参考电极输出电信号，以施加电场；同时获取工作电极和对电极采集的细胞信号；所述细胞电极(10)包括电极底座(11)和位于电极底座(11)上的捕获槽(12)，所述捕获槽(12)由多个微电极组成，相邻的微电极之间具有5μm的缝隙(13)；多个微电极有序排列构成一个垂直于电极底座(11)的弧形捕获面，其弧线为沿短轴分割的半椭圆；且所述电极底座(11)包括金层和位于金层上表面的石墨烯层(14)，捕获结构的弧形捕获面覆盖有石墨烯层(14)，石墨烯层(14)与金层导通；所述石墨烯层(14)具有和细胞表面的丝状伪足相匹配的微纳褶皱和纹理结构；电极底座(11)中的金层通过引线与布置在芯片边缘的接线端子相连，以连接阻抗仪，倒置显微镜的镜头对准子芯片。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述细胞电极(10)为单细胞电极或双细胞电极，对于单细胞电极，其弧形捕获面对应的半椭圆的短轴长度为16-20um，长轴长度为32-36um；对于双细胞电极，其弧形捕获面对应的半椭圆的短轴长度为27-33um，长轴长度为40-45um。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述捕获槽(12)的高度为30um。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，测试流道处的盖板是可以打开的，使得光学显微镜的物镜镜头可以直接深入流道的内部，物体表面和物镜镜头的距离小于1mm，以清楚地观察细胞的运动。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括电流放大器，与所阻抗仪配套使用，电流放大器的放大倍数为10k。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括流速控制系统，用于控制注入系统的流速。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与微流控芯片相匹配的PCB板，用于固定微流控芯片，并且增加信号的稳定性。

8.一种权利要求1所述系统的癌细胞动态特性实时监测方法，其特征在于，该方法包括：

(1)通过注入系统向其中一储液槽注入细胞液，细胞液流经测试流道，部分被捕获槽(12)捕获，其余部分流向另一储液槽，通过开孔排出；

(2)阻抗仪产生一个幅值为0.5V，频率为5k和10kHz的交流信号，采样率为220个/秒，用于时域测试；或产生一个幅值为500mVP，频率从100到10⁶Hz的正弦信号，用于频域测试；

(3)捕获细胞的一侧为工作电极，另一侧为对电极； 阻抗仪的两个通道分别获得实时的工作电极和对电极的阻抗信号，将工作电极的阻抗值减去对电极的阻抗值，即获得单细胞/多细胞生理活动的电阻抗信号；

(4)采集电阻抗信号的同时，倒置显微镜的物镜深入微流控流道内部，CCD实时记录细胞表面形貌的变化。