导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法技术

本发明专利技术公开了一种导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法，该导电水凝胶的制备方法包括：形成具有微电极阵列的导电芯片；通过导电芯片形成细胞培养腔；在细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶；以及通过聚合水凝胶形成具有微图案的导电水凝胶。本发明专利技术通过电化学沉积法在微电极阵列导电芯片上制备了具有集成互穿网络结构(IPN结构)的微图案的软质导电水凝胶，该导电水凝胶可以有效的替代细胞阻抗传感技术领域中的金属电极，结合阻抗仪在线检测系统，有效实现了细胞阻抗传感检测过程中高效稳定的电荷转移，使得细胞阻抗检测达到了无标记、全程动态、实时分析的技术效果。

Preparation of conductive hydrogel and its cell impedance sensing detection method

【技术实现步骤摘要】
导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法
本专利技术属于细胞阻抗传感检测
，具体涉及一种微图案导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法。
技术介绍
细胞阻抗传感(ElectricCellImpedanceSensing，ECIS)是一种基于交流阻抗技术的细胞分析方法，其原理是通过测量细胞与基底电极之间的阻抗值变化来评估细胞的生理和病理状态，能够实时监测细胞的生长、增殖、毒性、粘附及形态变化等动态生物学过程。作为一种无标记、全程动态、实时的分析方法，ECIS在细胞研究中得到了广泛的应用。在该领域中，用于细胞分析的交流阻抗方法大致可分为两类：非法拉第阻抗谱法(non-FaradicElectricImpedanceSensing，NFEIS)和法拉第阻抗谱法(FaradicElectricImpedanceSensing，FEIS)。NFEIS没有使用任何氧化还原探针，称为无探针细胞阻抗传感器。FEIS则运用氧化还原探针，基于表界面探针分子转移的原理，以用于构筑灵敏度高的传感器。当没有细胞粘附于基底电极时，阻抗值主要由电极/溶液界面的阻抗和溶液本身的阻抗两部分组成。当细胞粘附于基底电极时，由于细胞膜的完整性，细胞可作为导电性差的导体在电极表面生长和增殖，电极/溶液界面局部溶液的离子环境发生改变，直接导致阻抗值升高，粘附的细胞越多，阻抗值越大；细胞发生多种生理和病理状态变化均可通过阻抗值的变化来反应。但是传统的基底电极主要为金属电极，而金属电极会造成一定的检测局限性，例如因机械失配导致持续的异物反应和电化学性能的局限性，因此阻碍了细胞阻抗传感方法中高效稳定的电荷转移。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为解决细胞阻抗传感检测
中，金属电极因检测局限性造成检测过程中电荷转移不能高效稳定，进而影响细胞阻抗传感检测的技术问题，本专利技术公开了一种导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法。(二)技术方案本专利技术的一个方面提供了一种导电水凝胶的制备方法，包括：形成具有微电极阵列的导电芯片；通过导电芯片形成细胞培养腔；在细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶；以及通过聚合水凝胶形成具有微图案的导电水凝胶。根据本专利技术的实施例，形成具有微电极阵列的导电芯片包括：在导电衬底的导电膜层上形成光刻胶层；在具有光刻胶层的导电衬底上形成光刻胶图案；以及基于光刻胶图案在导电衬底上形成具有导电膜图案的导电芯片，其中，导电膜图案为微电极阵列。根据本专利技术的实施例，通过导电芯片形成细胞培养腔，包括：在导电芯片上形成围设微电极阵列的环形结构，其中，环形结构的内表面和微电极阵列所在的导电芯片表面之间形成细胞培养腔。根据本专利技术的实施例，在细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶，包括：依据预设配比，将丙烯酰胺(AM)、双醛淀粉(DAS)、阴离子掺杂剂、交联剂、引发剂以及催化剂进行混合形成混合水凝胶；以及对混合水凝胶进行溶胀形成聚合水凝胶。根据本专利技术的实施例，在聚合水凝胶中，丙烯酰胺(AM)的溶液的质量占比23％-46％；双醛淀粉(DAS)的溶液的质量占比12％-35％；阴离子掺杂剂的质量占比5％-10％；交联剂的溶液的质量占比10％-13％；引发剂的溶液的质量占比23％-25％；以及催化剂的质量占比2％-3％。根据本专利技术的实施例，丙烯酰胺的溶液的浓度为0.4g/mL；双醛淀粉的溶液的浓度为0.4g/mL；交联剂的溶液的浓度为0.02g/mL；以及引发剂的溶液的浓度为0.1g/mL。根据本专利技术的实施例，通过聚合水凝胶形成具有微图案的导电水凝胶，包括：通过电化学沉积法基于聚合水凝胶在导电芯片上形成导电水凝胶，其中，微图案与微电极阵列的图形对应匹配，导电水凝胶具备集成互穿网络(InterpenetratingNetwork，简称IPN)结构。根据本专利技术的实施例，通过电化学沉积法基于聚合水凝胶在导电芯片上形成导电水凝胶，包括：对聚合水凝胶进行3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)溶液的溶胀；以及将具有已进行溶胀3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)溶液的聚合水凝胶的导电芯片作为工作电极进行电沉积以形成导电水凝胶。根据本专利技术的实施例，通过电化学沉积法基于聚合水凝胶在导电芯片上形成导电水凝胶，包括：电化学沉积法以EDOT溶液作为电解质。本专利技术的另一个方面提供了一种细胞阻抗传感检测方法，包括：在具有上述的导电水凝胶的表面接种待检测细胞；将接种待检测细胞的导电水凝胶的导电芯片与阻抗仪电连接进行细胞阻抗检测；以及根据细胞阻抗检测获取待检测细胞的细胞阻抗信息。根据本专利技术的实施例，进行细胞阻抗检测，包括：以输出电压为5mV-10mV、输出频率为400Hz～50MHz对具有待检测细胞的导电水凝胶的导电芯片进行扫频测量，以确定检测频率值。根据本专利技术的实施例，在导电水凝胶的表面接种待检测细胞，包括：在导电水凝胶的表面进行孵育预处理；以及在进行了孵育预处理后的导电水凝胶的表面接种待检测细胞。(三)有益效果本专利技术提供了一种导电水凝胶的制备方法及其细胞阻抗传感检测方法，该导电水凝胶的制备方法包括：形成具有微电极阵列的导电芯片；通过导电芯片形成细胞培养腔；在细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶；以及通过聚合水凝胶形成具有微图案的导电水凝胶。本专利技术通过电化学沉积法在微电极阵列导电芯片上制备了具有集成互穿网络结构(IPN结构)的微图案的软质导电水凝胶，该导电水凝胶可以有效的替代细胞阻抗传感
中的金属电极，结合阻抗仪在线检测系统，有效实现了细胞阻抗传感检测过程中高效稳定的电荷转移，使得细胞阻抗检测达到了无标记、全程动态、实时分析的技术效果。附图说明图1为根据本专利技术实施例中导电水凝胶的制备方法的流程示意图；图2为根据本专利技术实施例中具有微电极阵列的导电芯片的制备方法的流程示意图；图3为根据本专利技术实施例中导电水凝胶的实物图；图4为根据本专利技术实施例中细胞阻抗传感检测方法的流程示意图；图5为根据本专利技术实施例中细胞阻抗传感检测系统的组成示意图；图6为根据本专利技术实施例中细胞阻抗传感检测的扫频测量阻抗图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。水凝胶作为一种三维(3D)材料，能够在保持其尺寸稳定性的同时吸收大量的水，通过物理或化学交联维持溶胀状态的水凝胶的3D结构完整性。化学交联网络具有永久性结，而物理交联网络具有由聚合物链缠结或物理相互作用(例如离子相互作用，氢键或疏水相互作用)引起的瞬时结。含有“传感器”特性的水凝胶可以在环境条件微小变化时经历可逆体积相变或凝胶-溶胶相变。这些具有刺激响应性类型的水凝胶也被称为“智能”水凝胶。智能水凝胶系统的各种响应可以应用许多物理和化学刺激来诱导。物理刺激包括温度、电场、溶剂成分、光、压力、声音和磁场；化学或生化刺激包括pH，离子和特定的分子识别效应。导电水凝胶(Conductive本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：/n形成具有微电极阵列的导电芯片；/n通过所述导电芯片形成细胞培养腔；/n在所述细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶；以及/n通过所述聚合水凝胶形成具有微图案的导电水凝胶。/n

【技术特征摘要】
1.一种导电水凝胶的制备方法，其特征在于，包括：
形成具有微电极阵列的导电芯片；
通过所述导电芯片形成细胞培养腔；
在所述细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶；以及
通过所述聚合水凝胶形成具有微图案的导电水凝胶。


2.根据权利要求1所述的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述形成具有微电极阵列的导电芯片包括：
在导电衬底的导电膜层上形成光刻胶层；
在所述具有光刻胶层的导电衬底上形成光刻胶图案；以及
基于所述光刻胶图案在所述导电衬底上形成具有导电膜图案的导电芯片，
其中，所述导电膜图案为所述微电极阵列。


3.根据权利要求1所述的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述通过所述导电芯片形成细胞培养腔，包括：
在所述导电芯片上形成围设所述微电极阵列的环形结构，
其中，所述环形结构的内表面和所述微电极阵列所在的导电芯片表面之间形成所述细胞培养腔。


4.根据权利要求1所述的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，所述在所述细胞培养腔的微电极阵列上形成聚合水凝胶，包括：
依据预设配比，将丙烯酰胺(AM)、双醛淀粉(DAS)、阴离子掺杂剂、交联剂、引发剂以及催化剂进行混合形成混合水凝胶；以及
对所述混合水凝胶进行溶胀形成所述聚合水凝胶。


5.根据权利要求4所述的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，在所述聚合水凝胶中，
所述丙烯酰胺(AM)的溶液的质量占比23％-46％；
所述双醛淀粉(DAS)的溶液的质量占比12％-35％；
所述阴离子掺杂剂的质量占比5％-10％；
所述交联剂的溶液的质量占比10％-13％；
所述引发剂的溶液的质量占比23％-25％；以及
所述催化剂的质量占比2％-3％。


6.根据权利要求4所述的导电水凝胶的制备方法，其特征在于，
所述丙烯酰胺的溶液的浓度为0.4g/mL；
所述双醛淀粉的溶液的浓度为0.4g/mL；
所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建永，姜楠，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11