细胞传感芯片设计制作及其对细胞中过氧化氢的测试

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细胞是生物体形态结构和生理活动的基本单元,通过对细胞的分析检测可以更深入的认识和了解许多生命过程,而细胞代谢产生的过氧化氢在细胞分析中则更是研究的热点之一。活性氧过氧化氢是其中存在相对稳定的,与肿瘤的发生和发展关系最为密切的,利用电化学传感芯片对细胞活性氧过氧化氢进行在线实时监测,将有利于过氧化氢的快速灵敏检测,为抗氧化药物或抗癌药物的筛选提供新方法。本文的研究工作及结果:(1)设计制备nano-Au@铁卟啉的过氧化氢传感界面和H2O2的检测传感芯片。实验选择了石墨烯材料,金纳米粒子、铁卟啉材料作为构建传感芯片的电极修饰材料,通过对H2O2检测研究发现,尽管对石墨烯材料的修饰进行了优化,但是石墨烯材料并不能够提高传感芯片对过氧化氢的灵敏度;进而,选择了金纳米粒子与铁卟啉复合材料作为H2O2电化学传感芯片的修饰材料,拉曼光谱测试证明铁卟啉材料成功修饰在传感芯片表面;利用DPV法成功检测出1×10-6—3×10-5 mol/L的H2O2,R2为0.982。通过对i-t检测电位的优化,选用-0.35V作为检测电位,利用所设计制备的传感芯片,成功检测出1×10-7—1×10-6mol/L的H2O2,R2为0.952。(2)设计制备了集成在线培养、监测及细胞分析于一体的含电极阵列的细胞传感检测芯片。通过对传感界面的修饰,使传感芯片具有较好的生物相容性,能够在传感芯片表面成功培养出Hep3B细胞。利用佛波酯(PMA)刺激在芯片上培养的Hep3B细胞发现,Hep3B细胞在PMA刺激后,前4个小时出现明显的细胞过氧化氢增多现象,电流由-5μA降低至-37μA,而4-6小时之后细胞过氧化氢浓度则逐渐减少,电流由-37μA变化成为-23μA左右,证明传感芯片能够检测出Hep3B细胞释放的过氧化氢,并且能够对过氧化氢产生量进行量化,揭示药物诱导时间与过氧化氢浓度变化的关系。利用MTT实验和荧光标记实验对检测结果进行验证,发现得到的趋势与电化学检测得到的变化关系一致,且电化学检测耗时短,检测方便,证明细胞传感芯片在细胞过氧化氢原位监测中的应用价值。(3)利用含电极阵列的细胞传感检测芯片对刺激后芯片上原位培养的MCF-7细胞产生的过氧化氢进行检测。实验利用DPV法,监测了药物刺激4 h内MCF-7细胞的过氧化氢释放情况,由DPV的还原峰电流发现,药物刺激1 h时电流值由-34.5μA增加至-35μA,药物刺激2 h时MCF-7细胞的过氧化氢释放量减少,还原电流为-32.5μA,在药物刺激3 h时,过氧化氢的还原电流为-10μA,由药物刺激细胞而产生的过氧化氢基本已经消失,MCF-7细胞内部已经基本重新恢复了新的氧化平衡,在药物刺激4h时,MCF-7细胞由药物刺激产生的过氧化氢已经几乎检测不到了,说明PMA对MCF-7细胞的作用时间为4 h。实验揭示了药物诱导时间与过氧化氢浓度的关系,能够对产生的过氧化氢利用电流值进行量化,利用过氧化氢试剂盒,荧光标记法对细胞过氧化氢进行测试分析,发现与电化学传感芯片检测得到的数据一致,证实电化学传感芯片在细胞过氧化氢检测中的应用。
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