多通道串聯(lián)式壓電細(xì)胞傳感器的構(gòu)建及應(yīng)用研究.pdf

1、生物傳感器應(yīng)用生物體、微生物、細(xì)胞或生物物質(zhì)作為敏感元件，感知外界的物理或化學(xué)的刺激，從而產(chǎn)生各類生理參數(shù)的響應(yīng)或物理與化學(xué)參數(shù)的響應(yīng)，傳感器接收并感受這些響應(yīng)并作出評(píng)價(jià)。生物傳感器及其檢測(cè)技術(shù)在臨床診斷、藥物功能與毒性分析、環(huán)境毒物監(jiān)測(cè)、食品安全分析等相關(guān)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。
　　本實(shí)驗(yàn)室主要以串聯(lián)壓電傳感技術(shù)的創(chuàng)新及應(yīng)用拓展作為研究方向并取得了一定進(jìn)展和大量實(shí)驗(yàn)積累。串聯(lián)壓電生物傳感器 SPQC的具體部件包括傳感器的探測(cè)電

2、極、石英晶體、振蕩電路、和其他相關(guān)輔助元器件，其產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)的核心是石英晶體，其功能實(shí)現(xiàn)部件是檢測(cè)探頭即串聯(lián)電極。SPQC既保留了壓電石英晶體傳感器靈敏度高、低成本、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，又巧妙地使晶振擺脫液相損耗的影響，其穩(wěn)定性有了極大的提高。在環(huán)境微生物監(jiān)測(cè)、臨床致病菌的快速檢測(cè)、藥敏實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域已經(jīng)得到很好的應(yīng)用。為了滿足多個(gè)細(xì)胞樣本同時(shí)無(wú)損在線檢測(cè)的需求，為細(xì)胞藥理學(xué)與毒理學(xué)研究提供新的科學(xué)有效的方法，開拓 SPQC傳感器的體外活細(xì)胞動(dòng)

3、態(tài)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，本文做了以下研究工作：
　　(1)將體外細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)與 SPQC傳感器相結(jié)合，以 ITO電極作為細(xì)胞傳感基底，構(gòu)建了多通道串聯(lián)式壓電細(xì)胞傳感系統(tǒng)（ITO-MSPQC）的活細(xì)胞實(shí)時(shí)在線檢測(cè)平臺(tái)。其頻移響應(yīng)曲線能夠很好地反映細(xì)胞的生長(zhǎng)過(guò)程，抗背景電解質(zhì)干擾能力強(qiáng)，可維持很好的頻率穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)生物學(xué)檢測(cè)手段相比，ITO-MSPQC傳感器是一種非侵?jǐn)_性、無(wú)需標(biāo)記的細(xì)胞傳感手段，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的細(xì)胞培養(yǎng)板實(shí)驗(yàn)，自動(dòng)化在線紀(jì)錄細(xì)胞的

4、粘附、生長(zhǎng)、增殖等生長(zhǎng)狀態(tài)，提供細(xì)胞實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù)。
　　(2)將構(gòu)建的ITO-MSPQC壓電細(xì)胞實(shí)時(shí)傳感監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)不同接種濃度的骨肉瘤細(xì)胞M G63的粘附、鋪展、增殖進(jìn)行了監(jiān)測(cè)和定量分析，并研究了不同濃度的低氧模擬化學(xué)試劑 CoCl2對(duì)MG63細(xì)胞的生物學(xué)特性的影響作用。發(fā)現(xiàn) CoC l2化學(xué)模擬低氧過(guò)程中伴隨著對(duì)細(xì)胞增殖和凋亡的復(fù)雜影響，與 C oC l2的濃度和處理時(shí)間都有緊密關(guān)系，不同低氧狀態(tài)下細(xì)胞表現(xiàn)出不同的生物學(xué)特征

5、。ITO-MSPQC壓電細(xì)胞傳感器為體外評(píng)估化學(xué)藥品的細(xì)胞毒性作用提供了一種簡(jiǎn)便、廉價(jià)的方法，可用于分析藥物對(duì)細(xì)胞的作用模式。
　　(3)為了提高檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)行更靈敏的在線檢測(cè)，我們對(duì)傳感器的電極進(jìn)行改造，將共面微電極引入壓電細(xì)胞傳感檢測(cè)系統(tǒng)中，構(gòu)建了新的適合細(xì)胞在線監(jiān)測(cè)的MicroAu-MSPQC串聯(lián)壓電細(xì)胞傳感器。該螺旋方形微金電極，根據(jù)細(xì)胞形狀與大小來(lái)考慮電極的尺寸，細(xì)胞粘附生長(zhǎng)時(shí)能橋接兩個(gè)相鄰的電極帶。微電極

6、電極間穩(wěn)態(tài)電流密度高、電極間傳質(zhì)速度快、響應(yīng)時(shí)間短，電極平面上收集更多的信號(hào)，能夠反映出電極上細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)的微小變化，因此，靈敏度有了明顯的提高。M icroAu-MSPQC串聯(lián)壓電細(xì)胞傳感器是一種新型非侵?jǐn)_式、無(wú)標(biāo)記、活細(xì)胞在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。
　　(4)利用新構(gòu)建的MicroAu-MSPQC串聯(lián)壓電細(xì)胞傳感器實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)了內(nèi)毒素 LPS誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞損傷以及 VC/VE兩種抗氧化維生素對(duì)該損傷的藥物作用。傳感器頻移響應(yīng)曲線表

7、明低濃度的內(nèi)毒素 LP S在短時(shí)間內(nèi)能促進(jìn)HUVEC細(xì)胞的增殖，而在超過(guò)一定時(shí)間后則表現(xiàn)為對(duì)細(xì)胞抑制增殖及誘導(dǎo)凋亡的作用。另外發(fā)現(xiàn) VC和VE聯(lián)合用藥在低濃度（10μmol/L）就能很好地發(fā)揮減弱LPS損傷的作用。傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果與MTT檢測(cè)及顯微鏡形態(tài)觀察結(jié)果一致。
　　(5)為了更好的模擬體內(nèi)生理?xiàng)l件，研究刺激因子對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能的影響，我們采用PPy[pGlu]-pLy生物兼容性導(dǎo)電多聚物膜修飾傳感器的ITO工作電極，構(gòu)建了

8、生物兼容性導(dǎo)電膜修飾電極串聯(lián)壓電細(xì)胞傳感器（BIO-MSPQC）。電化學(xué)阻抗譜(EIS）對(duì)多聚物膜以及人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞單層制備的不同步驟進(jìn)行了表征。用傳感器方法檢測(cè) LP S、組胺等外源性或內(nèi)源性炎癥物質(zhì)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 LP S或組胺誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞層壓電頻移響應(yīng)與刺激物的劑量有依賴關(guān)系，證實(shí)了BOI-MSPQC傳感器是一種評(píng)價(jià)內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能在炎癥介質(zhì)中受損的有價(jià)值的方法。本研究可進(jìn)一步推進(jìn)壓電生物傳感器在細(xì)胞毒