The study of the electrical coupling properties of living cells and materials plays an important role in tissue engineering and clinical applications. The electrical coupling between living cells and substrates directly affects the growth, secretion and death of cells, as well as the measurement accuracy of electrophysiological parameters. In this work, the point contact model of the electrical coupling of cells and substrates is studied. It was found that the sealing impedance and effective contact area were the most important parameters affecting the electrical coupling. Moreover, the structure of nano-scale groove was fabricated by direct laser interference patterning (DLIP), and cylindrical arrays were fabricated on resist films after exposed to electron beam lithography (EBL). The two nanostructures were used as the substrates in vitro culture. The electrical coupling properties between living cells and structural substrates were discussed subsequently. In addition, the impedance spectrum of living cells at various frequencies, the relationship between the living cell number and impedance, and the impedance of living cells at different growth periods were measured. Furthermore, the multidimensional impedance information of living cells was obtained, and the impedance deviations between the two structure arrays were analyzed to evaluate the electrical coupling properties between the living cells and substrates. The proposed multidimensional impedance analysis method provides a way for studying the electrical coupling properties of nano-structured substrates and living cells.

中文翻译：

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纳米结构基底和活细胞电耦合特性的多维测量

研究活细胞和材料的电耦合特性在组织工程和临床应用中发挥着重要作用。活细胞与底物之间的电耦合直接影响细胞的生长、分泌和死亡，以及电生理参数的测量精度。在这项工作中，研究了细胞和基板电耦合的点接触模型。研究发现，密封阻抗和有效接触面积是影响电耦合的最重要参数。此外，通过直接激光干涉图案（DLIP）制作纳米级凹槽结构，并在暴露于电子束光刻（EBL）后在抗蚀剂薄膜上制作圆柱形阵列。这两种纳米结构用作体外培养的底物。随后讨论了活细胞和结构基底之间的电耦合特性。此外，还测量了活细胞在不同频率下的阻抗谱，活细胞数量与阻抗的关系，以及不同生长期的活细胞阻抗。进而获得活细胞的多维阻抗信息，分析两种结构阵列之间的阻抗偏差，评价活细胞与基板之间的电耦合特性。所提出的多维阻抗分析方法为研究纳米结构基板和活细胞的电耦合特性提供了一种方法。随后讨论了活细胞和结构基底之间的电耦合特性。此外，还测量了活细胞在不同频率下的阻抗谱，活细胞数量与阻抗的关系，以及不同生长期的活细胞阻抗。进而获得活细胞的多维阻抗信息，分析两种结构阵列之间的阻抗偏差，评价活细胞与基板之间的电耦合特性。所提出的多维阻抗分析方法为研究纳米结构基板和活细胞的电耦合特性提供了一种方法。随后讨论了活细胞和结构基底之间的电耦合特性。此外，还测量了活细胞在不同频率下的阻抗谱，活细胞数量与阻抗的关系，以及不同生长期的活细胞阻抗。进而获得活细胞的多维阻抗信息，分析两种结构阵列之间的阻抗偏差，评价活细胞与基板之间的电耦合特性。所提出的多维阻抗分析方法为研究纳米结构基板和活细胞的电耦合特性提供了一种方法。测量了活细胞在不同频率下的阻抗谱，活细胞数量与阻抗的关系，以及不同生长期的活细胞阻抗。进而获得活细胞的多维阻抗信息，分析两种结构阵列之间的阻抗偏差，评价活细胞与基板之间的电耦合特性。所提出的多维阻抗分析方法为研究纳米结构基板和活细胞的电耦合特性提供了一种方法。测量了活细胞在不同频率下的阻抗谱，活细胞数量与阻抗的关系，以及不同生长期的活细胞阻抗。进而获得活细胞的多维阻抗信息，分析两种结构阵列之间的阻抗偏差，评价活细胞与基板之间的电耦合特性。所提出的多维阻抗分析方法为研究纳米结构基板和活细胞的电耦合特性提供了一种方法。获取活细胞的多维阻抗信息，分析两个结构阵列之间的阻抗偏差，评价活细胞与基板之间的电耦合特性。所提出的多维阻抗分析方法为研究纳米结构基板和活细胞的电耦合特性提供了一种方法。获取活细胞的多维阻抗信息，分析两个结构阵列之间的阻抗偏差，评价活细胞与基板之间的电耦合特性。所提出的多维阻抗分析方法为研究纳米结构基板和活细胞的电耦合特性提供了一种方法。