微流控芯片是應(yīng)用微加工、光刻、微膠體制備等微機(jī)電加工技術(shù)，在芯片上加工出微通道并集成微傳感器，用于檢測(cè)和操控微流體的一種微型化的設(shè)備。

微流控芯片因其微型化和高精度特點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。電化學(xué)阻抗譜技術(shù)通過(guò)測(cè)量電化學(xué)系統(tǒng)對(duì)交流電壓或電流的響應(yīng)來(lái)獲取檢測(cè)對(duì)象的電化學(xué)特性的信息，是一種免取樣、非接觸的檢測(cè)方法，目前在生物特征檢測(cè)方面有廣泛的應(yīng)用。將微電極集成到微流控芯片內(nèi)進(jìn)行分析檢測(cè)是目前生物檢測(cè)領(lǐng)域的重要研究方向之一。

本研究結(jié)合微流控芯片與電化學(xué)阻抗譜技術(shù)的基本原理，構(gòu)建了低頻下采用微流控芯片檢測(cè)電阻抗的數(shù)學(xué)模型，分析和優(yōu)化了微電極電阻抗檢測(cè)系統(tǒng)，并進(jìn)行了相關(guān)的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用驗(yàn)證。

首先，構(gòu)建了微流控芯片中電阻抗檢測(cè)時(shí)的微電極電阻抗數(shù)學(xué)模型。針對(duì)微電極本身性質(zhì)與溶液特征參數(shù)的關(guān)系，結(jié)合電化學(xué)雙電層理論，對(duì)整個(gè)微流控體系進(jìn)行了理論分析，歸納出微電極電化學(xué)阻抗的數(shù)學(xué)建模。模型中引入了CPE元件的理論，引入了修飾參數(shù)對(duì)電極極化弛豫等因素進(jìn)行了補(bǔ)償，從而對(duì)阻抗模型中的檢測(cè)誤差進(jìn)行了改良。

其次，為驗(yàn)證本研究所提模型的精準(zhǔn)性，本研究采用仿真、實(shí)驗(yàn)等方法進(jìn)行了驗(yàn)證，采用去離子水，在不同尺寸傳感器的條件下比較了本研究提出的數(shù)學(xué)模型、仿真模型、與實(shí)驗(yàn)測(cè)量三者結(jié)果。

對(duì)比結(jié)果顯示，數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果、仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差都比較小，表明本研究所提出的數(shù)學(xué)模型穩(wěn)定，精度較好，且能反映微電極檢測(cè)的阻抗結(jié)果。最后基于本研究的數(shù)學(xué)模型，在應(yīng)用上從細(xì)胞溶液濃度、電極面積以及細(xì)胞溶液種類等三個(gè)方面進(jìn)行了細(xì)胞檢測(cè)特性分析。

在結(jié)果分析上引入了偏差帶的方法，對(duì)上述三種不同條件的仿真結(jié)果、數(shù)學(xué)模型計(jì)算結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比和分析。

結(jié)果表明，細(xì)胞溶液濃度越小，雙電層和接觸阻抗影響越明顯;電極面積越小，雙電層和接觸阻抗影響越明顯影響，而采用本研究所提出的模型能更穩(wěn)定的表征這些變化;當(dāng)細(xì)胞種類不同時(shí)，改良模型的偏差帶并沒(méi)有發(fā)生很嚴(yán)重的波動(dòng)。

綜上，本研究構(gòu)建了適用于微電極EIS檢測(cè)的阻抗數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和仿真驗(yàn)證了該模型的精準(zhǔn)性和適用性。理論上該模型結(jié)合微電極阻抗檢測(cè)的特異性，提出并推導(dǎo)了相關(guān)修正參數(shù);應(yīng)用上該模型可以較好的貼合實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，因此該模型的提出為微電極電阻抗檢測(cè)領(lǐng)域的研究提供了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。