低溫等離子濃度（電子密度、離子密度、活性粒子濃度等）的檢測，核心是接觸式探針與非接觸式光學(xué)/ 微波兩大類方法，覆蓋實驗室研究、工業(yè)在線與環(huán)境監(jiān)測場景，可測范圍從 10? cm?3 到 101?cm?3。

核心檢測參數(shù)與范圍

電子密度（n?）：10?–101? cm?3（低氣壓/ 大氣壓）

離子密度（n?）：與n?接近（準(zhǔn)中性）

活性粒子濃度（自由基 /激發(fā)態(tài)）：101?–101? cm?3

電子溫度（T?）：1–5eV；氣體溫度：300–600 K

主流檢測方法（原理 + 適用 +優(yōu)缺點）

1. 接觸式：Langmuir探針（Zui常用）

原理：在等離子體中插入金屬探針，施加掃描電壓，測I–V 曲線，由曲線求電子密度、電子溫度、等離子體電位。

適用：低氣壓（<10 Torr）、直流 /射頻等離子體、實驗室研究。

優(yōu)點：直接、高精度、可測局部參數(shù)；缺點：侵入式、易污染、不適合高氣壓 /強(qiáng)反應(yīng)性氣體。

設(shè)備：ESPion-200、Hiden HLP等。

2.非接觸式：光學(xué)發(fā)射光譜（OES，Zui通用）

原理：采集等離子體發(fā)射光，通過Stark展寬測電子密度（Hβ 486.1 nm），玻爾茲曼圖測電子溫度，轉(zhuǎn)動光譜測氣體溫度。

適用：大氣壓 /低氣壓、工業(yè)在線、不破壞等離子體。

優(yōu)點：非侵入、實時、空間分辨；缺點：依賴光譜標(biāo)定、難測juedui濃度。

設(shè)備：AvaSpec、OceanOptics、Jobin Yvon 等。

3. 非接觸式：微波診斷（適合高氣壓 /強(qiáng)反應(yīng)）

原理：利用微波與等離子體的干涉、共振、截止特性，測電子密度（n? ∝f2）。

方法：微波干涉、共振探針（發(fā)夾 /同軸）、截止探針。

適用：大氣壓、介質(zhì)阻擋放電（DBD）、強(qiáng)反應(yīng)性氣體。

優(yōu)點：非侵入、抗干擾、適合工業(yè)在線；缺點：空間分辨率低、需微波源。

4.非接觸式：激光診斷（高精度、空間分辨）

激光誘導(dǎo)熒光（LIF）：激發(fā)特定粒子（如OH、O、N?），測熒光強(qiáng)度，定量活性粒子濃度。

瑞利散射（RS）：測總粒子數(shù)密度，反推電子密度。

適用：高精度、空間 /時間分辨、活性粒子定量。

設(shè)備：PlasmaD-LIF、Nd:YAG激光系統(tǒng)。

5. 化學(xué) / 質(zhì)譜法（活性粒子 /殘留）

化學(xué)吸收 / 比色：如臭氧、OH 自由基用吸收液 +比色，快速半定量。

質(zhì)譜（MS）：測離子 /中性粒子質(zhì)量數(shù)，定量濃度（如 N??、O?、OH）。

適用：活性粒子、殘留氣體、工業(yè)消毒 /滅菌監(jiān)測。

工業(yè) / 環(huán)境監(jiān)測常用方案

等離子體消毒 / 空氣凈化：

標(biāo)準(zhǔn)：T/GIEHA034-2022，等離子體密度≥2.45×101? m?3。

方法：OES + 化學(xué)檢測（臭氧 / OH濃度）。

醫(yī)療滅菌（過氧化氫等離子體）：

標(biāo)準(zhǔn)：ISO 14937、GB 18278.1，殘留H?O?<1 ppm。

方法：氣相色譜（GC）、比色法、生物指示劑。

半導(dǎo)體 / 材料表面處理：

方法：Langmuir 探針 +OES，監(jiān)測電子密度、活性粒子濃度。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

國際：ASTM E3061-17、ISO14624-5、ISO 21237:2019。

國內(nèi)：GB/T39234-2020（自由基濃度）、GB/T 16594-2008。

行業(yè)：T/GIEHA034-2022（空氣消毒）、ISO 14937（醫(yī)療滅菌）。

選型指南（按場景）

表格

場景 推薦方法 優(yōu)勢

實驗室研究（低氣壓） Langmuir 探針 +OES 高精度、參數(shù)全面

工業(yè)在線（大氣壓） 微波診斷 + OES非侵入、實時、穩(wěn)定

活性粒子定量 LIF + 質(zhì)譜高靈敏、特異性強(qiáng)

消毒 / 滅菌監(jiān)測 化學(xué)比色 + GC快速、合規(guī)

關(guān)鍵注意事項

標(biāo)定：所有方法需標(biāo)準(zhǔn)源 /已知濃度標(biāo)定，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

干擾：高氣壓下碰撞、鞘層、雜質(zhì)會影響結(jié)果，需校正。

安全：強(qiáng)反應(yīng)性氣體（如O?、H?O?）需通風(fēng)、防護(hù)。

離體電生理檢測是在體外、脫離活體的條件下，對細(xì)胞、組織或器官的電活動進(jìn)行記錄與分析的技術(shù)，核心是通過微電極 /陣列捕捉膜電位、離子通道電流、突觸信號等，用于解析細(xì)胞功能、疾病機(jī)制與藥物作用。

核心技術(shù)與原理

1. 膜片鉗（Patch Clamp，金標(biāo)準(zhǔn)）

原理：玻璃微電極與細(xì)胞膜形成GΩ 封接（高阻抗密封），通過電壓鉗 / 電流鉗記錄離子通道電流或膜電位。

四種模式：

細(xì)胞貼附（On-cell）：記錄單個通道活動，不破壞細(xì)胞

全細(xì)胞（Whole-cell）：破膜后記錄整個細(xì)胞的電流 / 電位，Zui常用

內(nèi)面向外（Inside-out）：膜片脫離細(xì)胞，記錄膜內(nèi)側(cè)通道

外面向外（Outside-out）：記錄膜外側(cè)通道

關(guān)鍵參數(shù)：靜息電位（RMP）、動作電位（AP）、離子電流（I??/I?/Ic?）、突觸后電流（EPSC/IPSC）、通道動力學(xué)（激活/ 失活）

2. 細(xì)胞內(nèi) / 細(xì)胞外記錄

細(xì)胞內(nèi)記錄：微電極穿刺胞內(nèi)，直接測膜電位（-60~-80 mV），記錄 AP、突觸電位

細(xì)胞外記錄：電極置于胞外，記錄局部場電位（LFP）、鋒電位（Spike），適合組織層面（如腦片）

3. 微電極陣列（MEA）

多通道電極同步記錄組織 / 細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)電活動，用于心肌、神經(jīng)組織的傳導(dǎo)速度、同步性、節(jié)律分析

4. 離體器官 / 組織灌流

如Langendorff 心臟灌流、腦片灌流：維持組織活性，記錄整體器官電活動（如心律失常、傳導(dǎo)阻滯）

常見檢測對象與模型

單細(xì)胞：急性分離神經(jīng)元、心肌細(xì)胞、HEK293（表達(dá)通道）、干細(xì)胞分化細(xì)胞

組織片：腦片（海馬、皮層）、心肌片、骨骼肌、視網(wǎng)膜、胰島

器官：離體心臟、脊髓、神經(jīng) - 肌肉標(biāo)本（NMJ）

核心檢測指標(biāo)

1. 細(xì)胞興奮性

靜息電位（RMP）、動作電位（AP）：幅度、時程、去極化速率（dV/dt）、發(fā)放頻率、閾值

離子電流：** 鈉（I??）、鈣（Ic?）、鉀（I??/I??/I???）、HCN（I?）** 等通道電流密度與動力學(xué)

2. 突觸功能

自發(fā) / 微小突觸后電流（sEPSC/mEPSC、sIPSC/mIPSC）：頻率、幅度、動力學(xué)

突觸可塑性：LTP（長時程增強(qiáng)）、LTD（長時程抑制），反映學(xué)習(xí)記憶機(jī)制

3. 組織網(wǎng)絡(luò)電活動

局部場電位（fEPSP 斜率）、傳導(dǎo)速度、不應(yīng)期、同步性、心律失常（早搏 / 室顫）

典型應(yīng)用場景

1. 神經(jīng)科學(xué)

離子通道 / 受體功能、癲癇、神經(jīng)退行性疾?。ˋD/PD）、突觸可塑性、神經(jīng)環(huán)路、藥物篩選

2. 心血管

心律失常機(jī)制（長 QT、房顫）、心肌重構(gòu)、藥物致心律失常風(fēng)險評估（QT 延長）、通道病研究

3. 藥理學(xué)與毒理學(xué)

通道調(diào)節(jié)劑篩選、藥物作用靶點驗證、安全性評價（如心臟電生理）

4. 其他

肌肉 / 神經(jīng)肌肉接頭（NMJ）、胰島 β 細(xì)胞（胰島素分泌）、視網(wǎng)膜電活動

實驗流程（以腦片膜片鉗為例）

組織制備：

動物取腦→切片（200–400 μm）→** 人工腦脊液（ACSF）** 孵育（32–37℃，通 95% O?+5%CO?）

電極制備：玻璃微電極拉制，充灌內(nèi)液（含 K?、ATP、EGTA）

封接與破膜：電極靠近細(xì)胞→負(fù)壓封接（GΩ）→破膜→全細(xì)胞模式

記錄：電壓鉗 / 電流鉗，記錄電流 / 電位，藥物灌流干預(yù)

分析：用 pClamp、Clampfit 等軟件分析數(shù)據(jù)

技術(shù)優(yōu)勢與局限

優(yōu)勢：高時空分辨率（單通道 / 單細(xì)胞）、可控環(huán)境（無體內(nèi)干擾）、精準(zhǔn)藥物干預(yù)、機(jī)制解析深入

局限：技術(shù)門檻高、細(xì)胞存活有限（數(shù)小時–天）、難以長期記錄、離體與在體存在差異

關(guān)鍵設(shè)備

膜片鉗放大器、微電極拉制儀、倒置顯微鏡（紅外）、顯微操作儀、防震臺、屏蔽箱、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、灌流系統(tǒng)