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细胞悬浮液介电谱检测与应用研究进展
细胞悬浮液介电谱是一种快速、实时、无损进行细胞物理特性定量研究的方法,在研究细胞构成和细胞生命活动过程中具有重要意义.细胞的结构和组成使其成为介电谱研究适合的体系之一.细胞悬浮液介电谱随着检测频率的增加呈现α、β和γ三个典型的弛豫,对弛豫类型的解析有助于了解细胞组分和活动的信息.而细胞电参数模型的发展将细胞介电特性的研究深化到亚细胞层面,有助于了解更加细致的细胞组分和生命活动的信息.本文对细胞的介电行为,细胞悬浮液介电谱的检测、解析以及应用进行简要综述.
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细胞比容对人全血细胞介电谱的影响
在10kHz～100MHz频率范围内,通过阻抗分析仪观察了血细胞比容对人全血细胞介电谱和Cole-Cole图的影响.结果表明:随着血细胞比容CT的增加,低频段介电常数εL和介电增量△ε增加;低频段电导率κL和高频率段电导率κh减小,电导率增量△κ增加;介电常数Cole-Cole图的半径、面积、右截距增加,圆心右移;反之,电导率Cole-Cole图的半径、面积、左右截距减少,圆心左移.
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应用Cole-Cole公式分析蛙血液细胞介电谱
利用Cole-Cole公式对104～108 Hz频率段的蛙血液细胞介电谱进行了曲线拟合分析,建立了蛙血液细胞Cole-Cole参数:高频段相对介电常数εh=60,第一相对介电增量Δε1=4900,第二相对介电增量Δε2=1200,第一特征频率f1=0.2 MHz,第二特征频率f2=2.4 MHz,第一相位角β1=0.92,第二相位角β2=0.93,低频段电导率k1=3.38ms/cm.
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介电谱方法评价亚磁场和后肢去负荷对大鼠全血、脾脏和睾丸介电特性的影响
目的 采用介电谱方法评价亚磁场和后肢去负荷处理对大鼠全血、脾脏和睾丸介电特性的影响.方法 24只雄性SD大鼠随机分为4组:正常地磁环境(52 μT)饲养的对照组(Con),亚磁场环境(50-230 nT)饲养的亚磁场处理组(HMF),地磁场环境中采用后肢去负荷处理组(HLU),及亚磁场环境中采用后肢去负荷处理组(HMF+HLU).4周后取出大鼠的全血、脾脏和睾丸组织,用阻抗分析仪在0.1-120 MHz频率范围内检测组织的介电谱,并用单项Cole-Cole方程拟合介电参数.结果 1)与Con组相比,大鼠全血的介电常数和电导率受HMF处理升高,增幅高达19.6％和19.1％,HMF+HLU组处理与HMF组一致.2)脾脏组织电导率受HLU处理后略有增加.3)睾丸组织受HLU处理介电常数降低21.9％,电导率升高达49.3％.4)数据拟合的结果显示不同条件对介电参数的影响与介电特性的影响一致.结论 介电谱方法可用来评价亚磁场和后肢去负荷对大鼠全血、脾脏和睾丸介电特性的影响,与Con组相比,实验处理组介电特性发生改变,改变的程度因组织而不同.
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亚磁场和模拟微重力复合环境对大鼠腓肠肌介电特性的影响
目的 研究亚磁场和后肢去负荷对大鼠腓肠肌介电特性的影响.方法 雄性SD大鼠24只分别在正常环境(Con),亚磁场环境(HMF),后肢去负荷环境(HLU)以及亚磁场和后肢去负荷复合环境(HMF+ HLU)饲养4周.用阻抗分析仪在0.1 MHz到120 MHz频率范围内检测大鼠腓肠肌介电谱,用单项Cole-Cole方程对实验数据进行拟合,获得大鼠腓肠肌的介电参数.结果 1)HMF和HLU处理后腓肠肌的电导率增加,HMF组增加程度更高.2)介电常数的虚部和电导率的虚部受HMF或HLU作用后均减小.3)受HMF或HLU影响,特征频率移向高频.4)HMF作用后腓肠肌的κ0.1MHz值显著升高(P＜0.05),尽管HLU处理后△ε降低12.8％,κ0.1MHz增加30.9％,但差异不具统计性.结论 HLU处理大鼠4周对大鼠腓肠肌介电特性无显著影响,与HLU作用相比,HMF的作用更强.
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成骨细胞介电特性检测的方法研究
目的:以小鼠成骨细胞为材料,建立一套完整的用于成骨细胞的介电特性检测方法.方法:本研究首先是设计制作不同形状和尺寸的细胞介电谱检测装置(测量池),其次进行测量池的生物相容性评价,包括浸提液毒性实验,HE染色观察细胞形态.后将细胞培养在测量池中,连入阻抗分析仪在20Hz～10MHz检测并联电孚Gp和电容Cp并绘制介电谱图.结果:生物相容性检测表明测量池对细胞无毒性,可使用.此外,介电特性检测结果表明随着频率的增大,细胞的电容减小,电导略微增大后减小;随着培养时间的增长,电容值增大而电导值减小;经中强磁场处理后,细胞的电容和电导值都有下降.结论:该方法能够为其他贴壁细胞的介电特性检测提供研究基础,并对于在此基础上展开的贴壁细胞介电特性解析提供参考.
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经电磁场处理后茅台酒介电谱的变化
我们在十多年内对水作了一系列的实验研究与理论探索,发现水经一定参数的电磁场处理后,能改变其包括介电谱在内的某些物理特性,能降低如氯仿等水中的有害杂质,喂饮此水后动物的微循环获得改善,有防止心血管疾病等作用.据有关介绍,茅台酒的品质特殊.鉴于酒与人类的关系密切,古今中外医界对酒的看法是"少饮有益,多喝伤身".为探索品质独特、香醇的茅台酒物理特性,以及能否进一步提高其醇美、有益健康的作用,以至减轻其伤身之虞,斗胆尝试作深层次的解读.首先,他特殊在哪里?就电学性质而言有什么特点?其介电谱有何特征?经电磁场处理后又有哪些改变?等等.带着这些问题我们做了茅台酒介电谱和白兰地介电谱的对照实验,发现在200MHz-20GHz高频段,他们的相对介电谱(εr'谱)、相对介电驰豫谱(εr"谱)和电导率谱(6谱)都发生了明显的变化,但变化的方向则是相反:与其"对照样品"比较,茅台酒是降低,而白兰地则是升高,差异十分显著.结果提示了:经特定的电磁场作用,能改变这两种酒的主要的电学特性,从而改变这些酒的品质.由于采用了规范的测量方法,是对照测量,并取其对照测量之差值,除去了系统误差的影响,使偶然误差降低至低.因而对照测量值之差(△εr')能够达到精度要求,实验结果可信.但是,为什么经由电磁场处理后,茅台酒和白兰地的变化是反向?其利弊何在?另,改变酒的电学性质会导致酒品质的哪些改变?等等,这些都有待进一步研究.由于这项实验结果内容较多,我们将系统总结陆续发表:<经电磁场处理后茅台酒介电谱的变化>,<经电磁场处理后白兰地介电谱的变化>,和<纯水、茅台酒、白兰地介电谱的对比分析>等文,以餮读者,望能引发讨论.
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经电磁场处理后白兰地介电谱的变化
在做茅台酒和白兰地介电谱的对照测试中发现:在200MHZ-20GHZ高频段,白兰地电磁样品的相对介电谱(E r)、相对损耗谱(E11.r)和电导率谱(6),与其对照样品比较,也发生了明显的升高变化,差异十分显著,即(E)r电磁＞(E) r对照、E"r电磁＞E"r对照、8电磁＞6对照.白兰地介电谱的对照测试的变化与茅台酒介电谱的对照测试变化相反,实验结果提示:电磁场的作用同样能改变白兰地的品质.但其参数变化原因,需进一步的实验研究,为从中找到改善酒的健康性和/或香醇品质提供线索.
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大鼠腓肠肌介电谱的实验研究
目的:在100Hz～110MHz范围内测量正常大鼠腓肠肌的介电谱,并在垂直和平行两个方向上比较两者的区别.方法:应用阻抗分析仪测量正常大鼠骨骼肌纤维走行与测量电场呈垂直和平行两个方向的骨骼肌细胞的交流阻抗,通过细胞介电谱、Cole-Cole图、介电耗损因子及介电损耗角正切频率谱进行比较分析.结果:正常大鼠骨骼肌细胞介电响应具有频率依存性,存在方向性差异,其介电弛豫现象表现为两个特征频率.结论:通过对正常骨骼肌细胞介电特性的分析,可为将来对骨骼肌萎缩、肌营养不良等病症的介电特性研究奠定基础.
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垂直和平行方向的骨骼肌介电谱的比较研究
在10Hz～100MHz频率范围内,应用阻抗分析仪测量了骨骼肌纤维走行与测量电场呈垂直和平行两个方向上的蛙离体骨骼肌的介电谱.比较了平行和垂直于外施电场方向的骨骼肌细胞介电谱的区别:(1)在低频段,平行方向电导率(κ1,∥)高于垂直方向电导率(κ1,⊥)近10倍;(2)在高频段,平行方向电导率(κh,∥)与垂直方向电导率(κh,⊥)不相等,存在着约0.8mS/cm的差值;(3)在电导率Cole--Cole图上,平行方向电导率增量(△κ//)低于垂直方向电导率增量(△κ⊥);(4)在介电损失(ε″)方面,平行方向介电损失(ε″∥)主峰明显高于垂直方向介电损失(ε″⊥)主峰;(5)在介电损耗角正切(tgδ)方面,平行介电损耗角正切(tgδ∥)主峰的频率滞后于垂直方向介电损耗角正切(tgδ⊥)主峰的频率,但是tgδ//峰值高于tδ⊥峰值.
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蛙血细胞被动电生理特性的数据分析
在104～108Hz范围内,应用阻抗测量技术研究了蛙血液细胞的介电常数、电导率与电场频率的关系特性.利用细胞介电谱、Cole-Cole图、介电损失和损耗角正切分析了蛙血液细胞的被动电生理特性的数据特征.结果表明:蛙全血细胞具有两个特征频率,第一特征频率fcl在l05Hz范围内;第二特征频率.fc2在l0c6Hz范围内.
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交流阻抗法测量正常人血液细胞介电谱
目的 研究正常人血液细胞介电性能的数据特征.方法 在射频段使用阻抗分析仪测量了30例正常人血液样本的交流阻抗,通过介电谱、复平面图、介电损耗因子、电导率虚部和损耗角正切的频谱分析,明确了正常人血液细胞介电性能的频率特性.结果 正常人血液细胞介电常数和电导率具有频率依从性;正常人血液细胞介电性能具有两个特征频率:第一特征频率f_1=0.59MHz,第二特征频率f_2=2.12MHz.结论 通过频域阻抗分析法可以确定血液细胞频率特性.
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贫血症小鼠血液介电特性的实验研究与分析
在0.1～100 MHz频率范围,使用交流电阻抗方法测量小鼠血液的介电常数和电导率,通过Cole-Cole方程的数值计算和曲线拟合的残差分析,观察苯肼性贫血症小鼠血液介电谱Cole-Cole参数的改变.结果表明,苯肼引起小鼠红细胞比容(Hct)明显降低;血液介电常数(e)谱线向低介电绝缘区移动,血液介电性降低;血液电导率(κ)谱线向高导电区移动,血液导电性增加;第二特征频率降低;苯肼致血液介电谱Cole-Cole参数的改变皆具有剂量依存性.
关键词： 苯肼 小鼠 血液 介电谱 Cole-Cole方程 -
人血液细胞介电谱的实验研究
在0.01～100 MHz范围内,测量人血液细胞的介电谱,确立人血液细胞对交流电场的介电响应的数据特征.利用频域阻抗技术测量了正常人血液细胞交流阻抗,绘制细胞的介电常数和电导率与电场频率的关系曲线.建立了人血液细胞的介电谱和Cole-Cole图,明确了人血细胞的介电频响的数据特征.在射频电场中,人血液细胞的介电常数和电导率具有频率依赖性,表现为具有两个特征频率的介电弛豫:第一介电弛豫发生在fC1为1.42 MHz,第二介电弛豫产生在fC2为3.32 MHz.
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细胞外灌流对骨骼肌细胞介电谱的影响
通过灌流的方法,探讨细胞外液对骨骼肌细胞介电谱的影响,应用非线性Cole-Cole公式的曲线拟合与数值计算,比较灌流后骨骼肌细胞介电谱参数,结果表明:(1)低频段介电常数εL和高频段电导率κh随着细胞外灌流液电导率的降低而减少;(2)细胞外灌流对骨骼肌细胞介电谱的特征频率(fC1,fC2)影响不大;(3)细胞外灌流主要影响骨骼肌细胞Δε″和tgδ的峰值.
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正常人血小板介电谱的实验研究
在100 KHz～110 MHz范围内,测量人血小板的介电谱,分析了人血小板对交流电场的介电响应的数据特征. 利用频域阻抗技术首次测量了正常人血小板交流阻抗,绘制血小板的介电常数和电导率与电场频率的关系曲线.建立了人血小板的介电谱和Cole-Cole图,明确了人血小板的介电频响的数据特征.在射频电场中,人血小板的介电常数和电导率具有频率依赖性,血小板介电谱具有两个特征频率:第一特征频率fC1为6.66 MHz,第二特征频率fC2为9.81 MHz.
关键词： 人血小板 介电谱 介电常数 电导率 Cole-Cole图
