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目的(1)设计了一个基于纸基电化学分析装置的细胞传感器,为研究血红细胞的携氧能力,其可通过电化学响应监测血红细胞在氮气或氧气氛围下的携氧量。(2)血红细胞的生物力学性能是由细胞膜的完整性和细胞骨架结构确定的,在本章中,我们展示了一种基于流体动力学聚焦技术通过稀释血红细胞周围的缓冲液,检测血红细胞渗透脆性的微流控系统,并对电化学检测在血红细胞生物力学性能方面进行了初步研究。(3)设计了一个微流控芯片平台,可连续观察不同非生物逆境下植物根部的变化。研究植物对盐渍化及干旱环境等非生物逆境引起的应答反应,有可能增强农作物的抗逆性能。方法(1)在这一系统中,滤纸用于覆盖红细胞,贴在氧化铟锡玻璃上的双面导电碳胶带作为工作电极,从血红细胞中采集电化学信号,用于血红细胞载氧能力的研究。检测系统可以放在一个可自由通入氧气或者氮气的密闭盒子中研究氧气或氮气对血红细胞电化学响应的影响。研究表明氧气的通入使得电化学响应增加,而通入氮气则电化学响应电流变小,显示了血红细胞的携氧能力。我们比较了血红细胞悬液、血红细胞上清液和血红蛋白溶液的携氧能力。(2)在微流控系统中构建了一条长达4厘米的管道,利用流动聚焦技术快速稀释血红细胞周围的缓冲液,同时集成了金电极以结合电化学检测,用于血红细胞渗透脆性的研究。利用CCD相机可以监测记录血红细胞在通道内不同位置的光强度以用于其脆性研究,并分析了不同流速和化学处理对血红细胞光强度的影响。同时,利用金微带电极检测了不同位置的电阻变化。(3)我们构建了一个微流控平台,将每株拟南芥种在独立可控的微环境中以观察其生长。应用CCD相机可记录根部的生长状态,研究了拟南芥根部在微流控芯片中的根部生长发育过程,以及空间胁迫、盐胁迫和植物激素对其发育的影响。结果(1)实验结果发现血红细胞悬液的携氧能力要强于其上清液和血红蛋白溶液。该差异说明血红蛋白的生化微环境可显著影响它的携氧能力。该滤纸保护的全细胞生物传感器不仅可以用于携氧能力的研究,还可以用于其他细胞分析。(2)结果表明纯水可快速稀释缓冲液,使得血红细胞在4厘米管道内光强发生变化,其可用于监测戊二醛处理后血红细胞产生的脆性变化,同时通过金微带电极对不同位置的电流检测发现其相对电流随距离增加降低,表明其有可能用于血红细胞脆性的研究,这一系统将可能为血红细胞脆性研究在临床诊断中的应用提供了一种简单的方法。(3)我们的结果表明盐胁迫均可强烈地减缓拟南芥的发育,包括侧根缩短,根冠和分生区细胞明显皱缩,空间胁迫可影响根部的直径和长度,而生长素(吲哚乙酸IAA)对拟南芥发育的影响主要表现为促进侧根分生,并与其浓度高度相关。这一方法可为植物在非生物逆境下的发育研究提供细节性证据。