一种低成本细胞功能及活性定性检测仪的研制

　　1引言

　　在生物医学工程的一些领域中，细胞培养是一个重要环节，其最终目标是使被培养的细胞发挥相应的功能与活性。生物反应器是细胞培养的核心装置，许多细胞培养和实验的工作都需要在生物反应器中进行。通常，在细胞培养过程中，对生物反应器中细胞功能活性的检测，实验室的常规传统而且可信度较高、造价相对低廉的分析方法是分光光度法〔’l，通常都是使用分光光度计通过光学比色的方法分析培养液中细胞的代谢产物，从而得到细胞的功能活性。但这种装置在实际应用时却有诸多的不便，如:仪器体积大、携带不便、调试麻烦;其内部具有复杂的光路及其机械控制结构，响应时间较长，对环境耐受性差，灵敏度不够高，整机成本造价高。

　　目前，分析仪器正在向小型化和智能化便携化方向发展，本文研究开发的低成本细胞功能活性定性检测仪顺应了这发展趋势:它具有结构简单、性能稳定、操作简单、携带方便、价格低廉等特点，测量精度和准确度等主要技术指标达到分光光度计的同等水平，适于生物反应过程中对细胞功能及活性的现场快速测定。

　　2设计原理

　　在细胞培养过程中，对生物反应器内细胞的功能活性检测的原则是不影响细胞的正常生长、不提取细胞;同时，培养过程中要根据细胞功能活性的检测来判断细胞生长状态，这就要求仪器要快速的对细胞的合成及代谢进行定性测量，要求测量间隔短。其次，检测时不能终止生物反应器的运行;现有的分光光度计的结构特点决定了它很难满足上述要求。因此，本设计仿照分光光度计的光学比色法原理，结合实际使用特点，开发了一种低成本的测试仪，满足了上述需要。

　　根据细胞生长的相关理论，细胞的合成及代谢功能可以通过测量培养液中白蛋白及尿素的含量来体现，因此，本仪器主要针对白蛋白与尿素的浓度进行测量。其测量原理和光电设备的连接建立于朗伯-比尔定律基础之上。该定律表述为:当一束具有10强度的单色光照射到吸收层厚度为b，浓度为。的吸光物质时，其数学表达式为：

　　式中的A为吸光度(消光值)，10为人射光强，I为透射光强度，I为透射光强、I0/I为透射率，T，e称作摩尔吸光系数。一种有色溶液对于一定波长(单色光)的人射光的e值为一常数，8值愈大，分光光度法测定的灵敏度愈高。该定律只适用于单色光和低浓度的有色溶液。

　　现有的单色光源种类有限，必须根据现有光源的波长，从已有的分析方法中筛选合适的化学试剂盒。根据现场快速分析的特点及便携式的要求，对现有的分析体系进行改进，使化学试剂盒在满足测量准确度的情况下，还具有性质稳定、易于保存、携带方便、使用简便等特点。经过筛选，白蛋白检测采用澳甲酚绿法，尿素检测采用脉酶波氏比色法12〕。经过配置的两种络合溶液对不同的单色光吸收程度不一样，其中由白蛋白生成的络合物溶液对红光吸收最强，故选择辐射红光的单色光源，检测波长628nm;由尿素生成的络合物溶液对黄绿光吸收最强，故选择辐射黄绿光的单色光源，检测波长546nm【3】。