基于微通道傳感器的牛奶體細胞定量檢測方法研究

張曉晨++龔瑞昆++崔傳金

體細胞數（SCC）是指每毫升牛奶中含有的細胞總數，它是衡量新鮮的牛奶質量及奶牛乳房健康的重要指標之一。當奶牛乳房感染時，體細胞數會明顯增加，奶牛的產奶量會降低，并且牛奶中含有致病菌的風險增大，影響人類健康。體細胞數做為衡量牛奶質量的關鍵指標，世界各國對體細胞數制定了嚴格的標準，其中新西蘭的標準最為嚴格，為SCC≤40萬/mL。我國發布了《中國農墾生鮮乳生產和質量標準》，第一次對體細胞數有了規定，為40萬/mL。

檢測體細胞含量的方法也多種多樣。其中電化學阻抗法在細胞定量檢測方面具有操作簡便、成本低、能實現在線檢測等優點，是一種極具優勢的檢測方法，特別是與微流控技術結合使這個方向成為一個新的研究熱點。

本文使用微通道傳感器，運用阻抗檢測技術，研究了牛奶中細菌細胞的濃度。在未來阻抗檢測技術會與新領域相結合，以達到更低的檢測限，縮短檢測時間，實現功能多樣化。

試驗研究

儀器與試劑。GamryReference 600電化學工作站、C1-20B離心機、XYF2-10-H超純水機， thermo二氧化碳細胞培養箱，BHLM-M18無油真空泵，LDZX-30KBS壓力蒸汽滅菌器，K562細胞株（中國科學院細胞庫）。

細胞懸浮液的制備。將新鮮牛奶用真空泵過濾后，于室溫下盛放于燒杯中備用。培養后的K562細胞按照計算好的比例分成六份，用離心機分離細胞，離心后去除上層清液。將細胞與定量的牛奶混合，制成20萬，40萬，80萬，160萬，320萬，640萬六個濃度的細胞懸浮液，放置在培養箱中等待檢測。本實驗所用器皿都經過高溫滅菌處理。

阻抗的檢測。微通道傳感器的阻抗檢測使用GamryReference 600電化學工作站完成，頻率測試范圍為10Hz-1MHz。測試前，用乙醇和超純水清洗芯片，晾干使用。測試時用注射器將細胞懸浮液慢慢推送到微通道內，為了使測量到的阻抗更加準確，減小不利因素對檢測的影響，每組濃度檢測三次并取其平均值進行分析。在測量結束后立即丟棄檢測樣品，避免污染。

結果與分析

本實驗，為了保證實驗結果的準確性，盡可能排除其他因素對實驗結果的影響，所有不同濃度的細胞均是現配現用。分別對20萬/ml，40萬/ml，80萬/ml，160萬/ml，320萬/ml，640萬/ml的牛奶溶液進行了測量，結果如圖1所示。在低頻率下，隨著牛奶中細胞濃度的增大，阻抗逐漸增大，不同細胞濃度的牛奶有著良好的區分度。隨著頻率的逐漸增大，各濃度曲線漸漸重合，阻抗值的變化減小，無法很好地區分各濃度牛奶。綜上所述，采用低頻率測試較為合適。

測試的阻抗是電阻和電抗的矢量和，電抗由兩部分組成，界面電抗和奶體的介質電抗。細胞懸浮在牛奶中，是奶體介質電容的主要阻抗部分。當細胞濃度大時，介質電容很大，對奶體的電抗起作用。但由于界面電抗遠大于介質電抗，使界面電容充放電的時間更長，而介質電容的充放電時間短，使得電活性離子更容易在界面處堆積，從而使界面電容增大，而介質電容表現出較小值，進而影響牛奶中細胞濃度檢測的檢測限。因此，為了盡量減小界面電容的影響，提高電抗，本實驗采用提高介質電阻的方法。增加了微通道的長度，減小了橫截面積，從而增大了介質電阻。

在實際測量中，由于微通道內部的體積非常小，所以當細胞濃度為20萬/mL和40萬/mL時，理論上通道內的細胞個數應為6個和12個，相差非常小，再加上實際操作及環境等因素的影響，使得測量結果非常接近。在未來研究中，將會嘗試進一步增大電抗的方法，以期獲得更大的阻抗改變。endprint