Cienkowarstwowe przetworniki impedancyjne z lokalną kontrolą temperatury do hodowli komórkowych

Abstract

Monografia poświęcona jest opracowaniu oraz eksperymentalnej weryfikacji zintegrowanego układu do impedancyjnego monitorowania hodowli komórkowych in vitro z możliwością lokalnej kontroli temperatury. Przedstawione badania koncentrują się na połączeniu cienkowarstwowych przetworników impedancyjnych z mikrogrzejnikiem planarnym, umożliwiającym selektywne i dynamiczne kształtowanie warunków temperaturowych w obrębie pojedynczych naczyń hodowlanych. W pierwszej części pracy omówiono podstawy teoretyczne impedancyjnego monitorowania hodowli komórkowych. Następnie zaprezentowano projekt i technologię cienkowarstwowych przetworników impedancyjnych wykonanych z różnych metali, wzorowanych na komercyjnych podłożach pomiarowych, wraz z charakterystyką ich parametrów elektrycznych. Kluczowym elementem monografii jest opracowanie mikrogrzejnika wykonanego z chromonikieliny, zintegrowanego z układem pomiarowym ECIS (Electric Cell-substrate Impedance Sensing). Zaproponowane rozwiązanie umożliwia lokalne podniesienie temperatury w wybranym naczyniu hodowlanym bez istotnego wpływu na sąsiednie hodowle, co pozwala na prowadzenie równoległych eksperymentów w identycznych warunkach środowiskowych, różniących się wyłącznie temperaturą. Skuteczność lokalnego ogrzewania potwierdzono na podstawie pomiarów termicznych oraz symulacji numerycznych. W dalszej części przedstawiono wyniki badań hodowli komórkowych prowadzonych w warunkach kontrolowanej temperatury. Zastosowanie techniki impedancyjnej umożliwiło monitorowanie zmian rezystancji, pojemności i impedancji, co pozwoliło na ocenę odpowiedzi biologicznej komórek. Przeanalizowano również możliwość wykorzystania mikrogrzejnika do indukowania lokalnych uszkodzeń termicznych monowarstwy komórkowej w celu symulacji ran oparzeniowych oraz obserwacji procesów regeneracyjnych. Uzyskane wyniki potwierdzają, że integracja mikrogrzejnika z przetwornikiem impedancyjnym stanowi efektywne narzędzie badawcze do analizy wpływu temperatury na hodowle komórkowe in vitro. Zaproponowany układ umożliwia precyzyjną kontrolę warunków temperaturowych przy jednoczesnym monitorowaniu odpowiedzi biologicznej komórek, co czyni go perspektywicznym rozwiązaniem dla zastosowań w badaniach biomedycznych, farmakologicznych oraz inżynierii tkankowej.