NCM460结肠细胞的电阻抗特性分析

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NCM460 结肠细胞的电阻抗特性分析

来源：学术堂作者：朱老师

发布于：2016-11-17 共4460 字

不能产生动作电位的非可兴奋细胞（血液细胞、上皮细胞、结缔组织、骨骼、肿瘤细胞等）

接受宽频电场作用后，细胞可产生极化的被动响应，即频域细胞被动电特性（passive electrical

propertiesof cells）。细胞电阻抗、膜电容、电导率、电阻率、介电常数等均为频域细胞电生理

学参数。

利用快响应、低成本、高敏感的电阻抗技术，检测细胞阻抗谱可对癌细胞进行鉴别，并已应用

于乳腺癌细胞的鉴别[1],膀胱癌的诊断分析[2],白血病 K562 癌细胞的鉴别[3]等。电阻抗技术作

为一种非侵入式和无标记的技术，在黄斑变性定量分析[4]、G蛋白偶联受体的研究[5]和细胞周

期检测[6] 等方面也得到了应用。

NCM460 细胞是人正常结肠细胞，通常作为结肠癌的对照组细胞。因其易于培养，转染效率高

的特点，以往主要集中在细胞的增殖与凋亡[7],浸润与转移[8]等方面的研究，缺少电学

特性的研究报道。本文采用细胞体外培养和交流电阻抗技术，测量 NCM460 细胞电阻抗谱，建

立正常细胞的电生理指标，目的是为进一步研究结直肠癌细胞（COLO 205,SW48,Lo Vo 等）

的电生理变化奠定基础。

2 方法

2. 1 细胞培养

NCM460 细胞购自 INCELL 公司，使用 RPMI-1640（GIBCO 公司）培养基进行培养。培养基

含10% 小牛血清（Hyclone 公司） ,1% 100 U / m L 青霉素和链霉素（GIBCO 公司）。细胞培

养环境设置为温度 37 ℃，5% CO2,湿度 100% .细胞经过培养传代后，无菌条件下经胰酶消化收

集至 15m L 离心管中，25 ℃，1000 r / min 离心 10 min, 得到高浓度富集细胞悬液。

2. 2 测量池

由透明有机玻璃圆管两侧嵌入两平行铂片制成，电极圆盘直径 d = 3. 2 mm,电极间距 L = 9.

4mm,容积约 73. 29 μL.测量在（25 ± 1 ℃ ）进行。

2. 3 阻抗测量

电阻抗谱测量由计算机控制的精密阻抗分析仪（Agilent 4294A ）完成。在 40 Hz ~ 110 MHz 频

率范围内选取201 个点，每个频率点设定自动循环扫描测量 3次。每个细胞样本的测量在 1

min 之内完成。交流激励信号源电压100 m V,测量幅值| Z|和相位角θ，复数阻抗 Z*= | Z | e- jθ=

Re Z -j Im Z,复阻抗实部 Re Z = | Z | cosθ，复阻抗虚部 Im Z= | Z | sinθ，这里 j = √- 1,ω = ��

2πf,f 为激励信号频率。测量过程中对细胞悬浮液施加的电压100m V,不会对细胞状态造成影

响。

2. 4 细胞容积比值

采用毛细比容管离心方法，把细胞悬浮液注入其中，用 Haematokrit 210 微量血液离心机以

9000 r / min 离心 10 min,细胞容积比值=（l / L）× 100%,其中 l为细胞的长度，L为细胞与上清

液的总长度。

3 结果与讨论

3. 1 细胞容积比值对幅频曲线和相频曲线的影响

图1显示 NCM460 细胞电阻抗幅值（| Z |）、频率（f ）和细胞容积比值（CVR ）的三维立体

图。在| Z|与f 的平面，构成了幅频曲线：随频率增加，阻抗幅值由低频阻抗幅值（ZL ）逐渐

减小至高频阻抗幅值（Zh ）,表现出较大的弛豫过程，此过程与其他细胞相似，如血液[9-10]、

肝癌细胞[11]和肺鳞癌细胞[12].其原因是在较低频率电场作用细胞时，诱导出细胞极化，即细

胞膜电容呈开路，阻抗较大，电流在低阻抗的细胞外区域流动；随电场频率的增加，细胞的极

化状况逐步减小；当较高频率电场作用细胞时，细胞极化状况极低，细胞膜呈现短路，阻抗

（ZC= 1 / jωC ）较小，电流极易流过细胞内，故表现出低频高阻抗，高频低阻抗的弛豫过程

[11].

细胞属于非均匀电介质，电场致细胞极化，产生电位移，相位角θ就是电位移与电场强度之间

存在位相差。低频交流电场作用于细胞悬浮液时，电流选择电阻抗较小的细胞外液区域流动，

绕过细胞，表现为相位角接近于零的细胞电特性；当交流电场作用细胞膜时，相位角出现峰值

θp, 它反映了细胞膜电容性弛豫性的变化过程，表明细胞膜对交流电场的响应特性，称为

特征频率（characteristic frequency,fc ）。

图2所示 NCM460 细胞的相位角（θ）、频率（f ）和细胞容积比值（CVR ）的三维立体图。

在θ与f的平面，构成了相- 频曲线，随频率增加，相位角表现出不同特征：在 f = 102~ 104Hz

范围，θ 值接近零；在f = 104~ 107Hz 范围，θ值出现明显的山峰型弛豫，其峰值频率是中心

特征频率 fc, 峰顶点到横坐标的落差是相位角峰值 θp （图2 左上图）; 在f = 107~ 108Hz 范

围，θ 值上扬。

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NCM460结肠细胞的电阻抗特性分析来源：学术堂作者：朱老师发布于：2016-11-17共4460字不能产生动作电位的非可兴奋细胞（血液细胞、上皮细胞、结缔组织、骨骼、肿瘤细胞等）接受宽频电场作用后，细胞可产生极化的被动响应，即频域细胞被动电特性（passiveelectricalpropertiesofcells）。细胞电阻抗、膜电容、电导率、电阻率、介电常数等均为频域细胞电生理学参数。利用快响应、低成本、高敏感的电阻抗技术，检测细胞阻抗谱可对癌细胞进行鉴别，并已应用于乳腺癌细胞的鉴别[1],膀胱癌的诊断分析[2],白血病K562癌细胞的鉴别[3]等。电阻抗技术作为一种非侵入式和无标记的技术...

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