多通道串聯(lián)式壓電細胞傳感器的構建及應用研究.pdf

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

2、極、石英晶體、振蕩電路、和其他相關輔助元器件，其產(chǎn)生響應信號的核心是石英晶體，其功能實現(xiàn)部件是檢測探頭即串聯(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，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、臨床致病菌的快速檢測、藥敏實驗等領域已經(jīng)得到很好的應用。為了滿足多個細胞樣本同時無損在線檢測的需求，為細胞藥理學與毒理學研究提供新的科學有效的方法，開拓 SPQC傳感器的體外活細胞動

3、態(tài)監(jiān)測平臺，本文做了以下研究工作：
　　(1)將體外細胞培養(yǎng)技術與 SPQC傳感器相結合，以 ITO電極作為細胞傳感基底，構建了多通道串聯(lián)式壓電細胞傳感系統(tǒng)（ITO-MSPQC）的活細胞實時在線檢測平臺。其頻移響應曲線能夠很好地反映細胞的生長過程，抗背景電解質(zhì)干擾能力強，可維持很好的頻率穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)生物學檢測手段相比，ITO-MSPQC傳感器是一種非侵擾性、無需標記的細胞傳感手段，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的細胞培養(yǎng)板實驗，自動化在線紀錄細胞的

4、粘附、生長、增殖等生長狀態(tài)，提供細胞實時動態(tài)分析數(shù)據(jù)。
　　(2)將構建的ITO-MSPQC壓電細胞實時傳感監(jiān)測平臺對不同接種濃度的骨肉瘤細胞M G63的粘附、鋪展、增殖進行了監(jiān)測和定量分析，并研究了不同濃度的低氧模擬化學試劑 CoCl2對MG63細胞的生物學特性的影響作用。發(fā)現(xiàn) CoC l2化學模擬低氧過程中伴隨著對細胞增殖和凋亡的復雜影響，與 C oC l2的濃度和處理時間都有緊密關系，不同低氧狀態(tài)下細胞表現(xiàn)出不同的生物學特征

5、。ITO-MSPQC壓電細胞傳感器為體外評估化學藥品的細胞毒性作用提供了一種簡便、廉價的方法，可用于分析藥物對細胞的作用模式。
　　(3)為了提高檢測信號強度，對細胞生長進行更靈敏的在線檢測，我們對傳感器的電極進行改造，將共面微電極引入壓電細胞傳感檢測系統(tǒng)中，構建了新的適合細胞在線監(jiān)測的MicroAu-MSPQC串聯(lián)壓電細胞傳感器。該螺旋方形微金電極，根據(jù)細胞形狀與大小來考慮電極的尺寸，細胞粘附生長時能橋接兩個相鄰的電極帶。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、響應時間短，電極平面上收集更多的信號，能夠反映出電極上細胞生長狀態(tài)的微小變化，因此，靈敏度有了明顯的提高。M icroAu-MSPQC串聯(lián)壓電細胞傳感器是一種新型非侵擾式、無標記、活細胞在線監(jiān)測技術。
　　(4)利用新構建的MicroAu-MSPQC串聯(lián)壓電細胞傳感器實時在線監(jiān)測了內(nèi)毒素 LPS誘導的人臍靜脈內(nèi)皮細胞損傷以及 VC/VE兩種抗氧化維生素對該損傷的藥物作用。傳感器頻移響應曲線表

7、明低濃度的內(nèi)毒素 LP S在短時間內(nèi)能促進HUVEC細胞的增殖，而在超過一定時間后則表現(xiàn)為對細胞抑制增殖及誘導凋亡的作用。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)測結果與MTT檢測及顯微鏡形態(tài)觀察結果一致。
　　(5)為了更好的模擬體內(nèi)生理條件，研究刺激因子對內(nèi)皮細胞屏障功能的影響，我們采用PPy[pGlu]-pLy生物兼容性導電多聚物膜修飾傳感器的ITO工作電極，構建了

8、生物兼容性導電膜修飾電極串聯(lián)壓電細胞傳感器（BIO-MSPQC）。電化學阻抗譜(EIS）對多聚物膜以及人臍靜脈內(nèi)皮細胞單層制備的不同步驟進行了表征。用傳感器方法檢測 LP S、組胺等外源性或內(nèi)源性炎癥物質(zhì)對內(nèi)皮細胞屏障功能的影響，實驗結果表明 LP S或組胺誘導的內(nèi)皮細胞層壓電頻移響應與刺激物的劑量有依賴關系，證實了BOI-MSPQC傳感器是一種評價內(nèi)皮細胞屏障功能在炎癥介質(zhì)中受損的有價值的方法。本研究可進一步推進壓電生物傳感器在細胞毒