利用电化学阻抗谱技术对骨骼肌细胞培养基的介电特性进行分析

《Electroanalysis》：Dielectric Characterization of Skeletal Muscle Cell Culture Medium Using Electrochemical Impedance Spectroscopy

生物电介质特性研究中，采用定制三电极不锈钢装置对骨骼肌细胞分化培养基进行介电响应分析，频率范围0.01-10kHz，Randles等效电路拟合显示χ2=0.0833，1-100Hz范围内电导率0.07-4.7 S/m，相对介电常数ε’>2×10^9，验证α-色散和界面极化效应，证实该培养基适用于生物电刺激系统优化，不锈钢电极成本低但存在表面氧化干扰，未来将整合活细胞系统并优化等效电路模型。

　　

摘要

生物培养基的介电特性在准确建模和优化体外电刺激系统方面起着关键作用。本研究使用定制设计的三电极不锈钢装置，通过电化学阻抗谱（EIS）技术对骨骼肌细胞分化培养基的介电性能进行了表征。阻抗测量在0.01?Hz至10?kHz的频率范围内进行，并将其拟合到Randles等效电路中，结果与实验数据非常吻合（χ²?=?0.0833）。分析重点关注刺激应用感兴趣的频率范围（1–100?Hz），在该范围内发现电导率（范围为0.07至4.7?S/m）和相对介电常数（ε′在1?Hz时超过2?×?10⁹）表现出明显的频率依赖性，这表明存在α色散和界面极化效应。该培养基的高离子电导率和介电响应与标准盐水和生理溶液中的观察结果相当，进一步证明了其适用于生物电应用。虽然使用不锈钢电极有助于降低成本并实现稳定的测量结果，但阻抗信号的轻微变化可能反映了表面的氧化还原活性。未来的工作将包括整合活细胞系统、改进电极材料，并扩展等效电路模型，以捕捉用于器官芯片平台实时监测的扩散相关现象。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。