活细胞浓度和电导率测量系统设计

杨 凯，张会新，梁永刚

（1.中北大学电子测量技术重点实验室，山西太原 030051；2.中国人民解放军68216 部队，北京 100076）

细胞是生态系统的重要组成部分，其中细胞浓度和电导率能够有效地反映细胞的增长过程[1]。细胞浓度指细胞的数量信息，电导率是表征细胞溶液中带电粒子的总量，这两个参数在细胞研究领域有着很重要的作用。电容法在测量细胞浓度和电导率方面具有分辨率高、动态响应快、功率损耗小等优势。在测量系统研制方面，英国ABER 仪器公司和法国FOGALE 生物科技公司已经制造出商业化的活细胞在线分析仪[2]，测量活细胞浓度和电导率都是应用电容法，但设备价格昂贵，而且维护不便。国内用于监测生物细胞生长的测量系统十分匮乏，基于电容法测量细胞浓度和电导率的仪器大部分只能依靠国外进口，为我国生物行业的发展带来了层层阻碍[3]。

该文的实验对象为活体细胞液，利用电容法对细胞浓度及细胞液的电导率进行测量与分析，设计出了一种基于电容法的活细胞浓度和电导率测量系统，该系统节约人力，成本较低，只对活细胞浓度有响应，对使用场景要求不高，并可以实现小型化，便于规模化生产和维护。可以用于医疗卫生、药物研发、生物发酵等重要领域[4]。

1 电容法测量原理

当前国内普遍使用的活细胞传感仪均来自英国ABER 仪器公司和法国FOGALE Nanotech 公司。仪器采用的原理基本一致，探头有四针式和四环式两种，在一定的频率范围内，细胞会在探头的一对电极产生的交变电场作用下发生极化，这时的细胞可以视作一个个极小的电容，另一对电极用于测定细胞溶液中的电容信号，经过一系列的信号处理和软件分析，最终得到待测的电容值。……