多糖、凝集素、細胞及其相互作用的電化學與壓電傳感研究.pdf

1、糖類、凝集素和細胞的研究是生命科學中的前沿領域。作為一種經(jīng)典的檢測手段，電化學分析已全面滲透到多個學科，在分析化學和生物化學研究中發(fā)揮著重要的作用。壓電石英晶體傳感器具有靈敏度高、操作簡單和動態(tài)測量等優(yōu)點，已成功應用于化學/生物等領域。本文利用電化學方法和壓電傳感技術研究了多糖、凝集素、細胞及其相互作用，具體工作如下： 1．利用循環(huán)伏安法研究了金電極表面肝素鈉不存在/存在情況下亞甲基藍的電化學性質。兩者的結合能夠形成非電活性的絡

2、合物，導致亞甲基藍峰電流的明顯降低。加入肝素鈉前后亞甲基藍陽極峰電流的差值與肝素鈉的濃度在0.666—64.5μg mL-1范圍內(nèi)成線性關系，檢測限為270 ng mL-1。采用該方法對肝素鈉的針劑實際樣品進行了檢測，結果令人滿意。實驗求算出亞甲基藍—肝素鈉反應的結合常數(shù)Ka和結合比m分別為7.32×105M-2和1.85。利用壓電石英晶體微天平(QCM)測量技術監(jiān)測了Ba2+取代亞甲基藍而與肝素陰離子結合的動力學過程，該反應的反應速率

3、常數(shù)為0.0022 s—1。 2．采用兩套方案分別考察了金電極表面凝集素伴刀豆球蛋白A(Con A)與糖原的相互結合作用。基于Con A與電極表面吸附的糖原反應過程的電化學壓電石英晶體阻抗法(EPQCI)測量，同時獲得了諧振頻移Δf0、動態(tài)電阻變化值ΔR1等壓電石英晶體(PQC)參數(shù)和溶液電阻ΔRs、雙電層電容△Cs等電化學阻抗(EI)參數(shù)。經(jīng)計算結合常數(shù)Ka和結合位點數(shù)s分別為1.48×106 M—1和4.09?；谔窃c組裝

4、于電極表面的Con A反應過程的PQC測量，計算出結合常數(shù)Ka為1.26×106M—1。另外，利用后者建立了一種測量糖原的新方法。 3．利用QCM傳感技術實時監(jiān)測了人乳腺癌細胞MCF—7在具有不同表面粗糙度(Rf，且Rf=3.2或1.1)的金電極上的貼壁、鋪展和增殖過程。分析了QCM信號諧振頻移△f0和動態(tài)電阻變化值ΔR1的關系，結果表明，除了粘、密度效應和微弱的質量效應(特別是在光滑電極表面)外，細胞的粘附生長還會引起顯著的表

5、面應力效應。通過熒光顯微鏡觀察實驗、循環(huán)伏安檢測和電化學阻抗譜測量考察了電極上細胞生長狀態(tài)和電極表面粗糙度的關系。提出了基于QCM技術動態(tài)監(jiān)測細胞培養(yǎng)過程中電極表面應力的新方法，利用推導出來的簡單公式可以定量求算表面應力的大小。實驗結果表明，相對于粗糙電極(Rf=3.2)而言，細胞在光滑電極(Rf=1.1)上的粘附產(chǎn)生的表面應力更大，而其生長卻顯劣勢。QCM的實時監(jiān)測還揭示了同一電極上在貼壁階段正常肝細胞相比肝癌細胞能產(chǎn)生更大的表面應力

6、，這表明表面應力的測量能夠反映出正常肝細胞和肝癌細胞貼壁行為的差異性。 4．實時監(jiān)測了人正常肝細胞L—02在QCM金電極表面的凝集過程。兩種植物凝集素—Con A和麥胚凝集素(WGA)均能引起細胞的凝集，凝集過程表達的△f0與ΔR1信號與細胞正常貼壁生長過程表達的QCM響應有明顯差異。由于Con A良好的吸附性，細胞—Con A—細胞凝集體對金基底的吸附能力較強，表現(xiàn)為△f0與ΔR1信號的增大和明顯的QCM質量效應。與此相反，由

7、于WGA不易吸附在金電極表面，細胞—WGA—細胞凝集體對金基底的吸附能力較差，表現(xiàn)為△f0與ΔR1信號的減小和細胞貼壁階段時間的延長。開展了顯微鏡平行觀察實驗，反映的信息與QCM的測量結果完全一致。對細胞生長和細胞凝集過程中的△f0信號進行了分析，結果可分別由兩個動力學方程表示：Δf0=α0+α1e—t/τ1+α2e—t/τ2+α3e—t/τ3，Δf0=α0+α1e—t/τ1+α2e—t/τ2。另外，實驗還表明基于細胞凝集的QCM測量技

8、術可以用來區(qū)分正常肝細胞L—02和肝癌細胞Bel7402。 5．基于亞硒酸的還原，使用海藻酸鈉作為模板合成了硒鈉米粒子(Se NPs)。利用QCM測量技術實時監(jiān)測了藥物誘導人肝癌細胞Bel7402的凋亡過程。研究了阿霉素和硒納米粒子聯(lián)用的抗腫瘤效果。實驗表明，兩種藥物均能抑制Bel7402細胞的增殖，隨藥物劑量的增大抑制效率增強，兩藥聯(lián)用對細胞的抑制效率要高于單個藥物的抑制效率?；凇鱢0信號，使用修正后的Bürgi公式(即金氏