微流控芯片是应用微加工、光刻、微胶体制备等微机电加工技术，在芯片上加工出微通道并集成微传感器，用于检测和操控微流体的一种微型化的设备。


微流控芯片因其微型化和高精度特点，在多个领域中发挥重要作用。电化学阻抗谱技术通过测量电化学系统对交流电压或电流的响应来获取检测对象的电化学特性的信息，是一种免取样、非接触的检测方法，目前在生物特征检测方面有广泛的应用。将微电极集成到微流控芯片内进行分析检测是目前生物检测领域的重要研究方向之一。


本研究结合微流控芯片与电化学阻抗谱技术的基本原理，构建了低频下采用微流控芯片检测电阻抗的数学模型，分析和优化了微电极电阻抗检测系统，并进行了相关的检测实验及应用验证。


首先，构建了微流控芯片中电阻抗检测时的微电极电阻抗数学模型。针对微电极本身性质与溶液特征参数的关系，结合电化学双电层理论，对整个微流控体系进行了理论分析，归纳出微电极电化学阻抗的数学建模。模型中引入了CPE元件的理论，引入了修饰参数对电极极化弛豫等因素进行了补偿，从而对阻抗模型中的检测误差进行了改良。

其次，为验证本研究所提模型的精准性，本研究采用仿真、实验等方法进行了验证，采用去离子水，在不同尺寸传感器的条件下比较了本研究提出的数学模型、仿真模型、与实验测量三者结果。


对比结果显示，数学模型的计算结果、仿真结果和实验结果的误差都比较小，表明本研究所提出的数学模型稳定，精度较好，且能反映微电极检测的阻抗结果。最后基于本研究的数学模型，在应用上从细胞溶液浓度、电极面积以及细胞溶液种类等三个方面进行了细胞检测特性分析。


在结果分析上引入了偏差带的方法，对上述三种不同条件的仿真结果、数学模型计算结果以及实验结果进行了对比和分析。


结果表明，细胞溶液浓度越小，双电层和接触阻抗影响越明显;电极面积越小，双电层和接触阻抗影响越明显影响，而采用本研究所提出的模型能更稳定的表征这些变化;当细胞种类不同时，改良模型的偏差带并没有发生很严重的波动。


综上，本研究构建了适用于微电极EIS检测的阻抗数学模型，并通过实验和仿真验证了该模型的精准性和适用性。理论上该模型结合微电极阻抗检测的特异性，提出并推导了相关修正参数;应用上该模型可以较好的贴合实验检测结果，因此该模型的提出为微电极电阻抗检测领域的研究提供了理论和应用基础。