论文摘要
作为生命体结构和功能的基本单元,细胞需要通过胞间通讯完成各种生命活动。细胞通过释放各种信号分子实现细胞间信号转导是多细胞生物普遍采用的一种通讯方式。因此,准确、实时、动态监测细胞释放的化学信号分子,对研究及理解细胞间通讯机制具有非常重要的意义。目前,多种实时监测技术已成功用于单细胞释放化学信号分子的研究中,并取得了重要进展。作为一种高灵敏、高选择、高时空分辨及快速响应的检测技术,超微电极电化学在单细胞释放化学信号分子的实时、动态监测中发挥了重要作用。目前,碳纤维微电极及其修饰电极在细胞释放化学信号分子的定量检测及释放动力学过程的高时空分辨监测方面发挥了不可替代的作用。但这类微电极需借助微操作系统控制微电极对准单个细胞,不易实现高通量及自动化检测。近年来,大小、形状、间距及材料可控的平面微电极阵列具有高通量、易集成及易实现自动化等独特优势,可以实现细胞的自动捕获；在单细胞释放的实时、动态监测及药物筛选等研究领域的应用日益广泛和深入。发展新型高灵敏、自清洁及能够重复利用的微电极阵列,实现细胞的长期监测,是当前的一个重要研究方向。体内细胞时刻处于复杂的微环境,因此细胞的体外准确检测依赖于其生存微环境的成功构建。微流控芯片技术通过芯片结构设计、表面生物功能化以及流体的精确控制,可以实现体内生理微环境的模拟。微电极阵列与微流控芯片的集成,有望实现细胞生长、增殖和细胞信号传导过程的实时动态监测。目前,发展生物兼容性好、易制作的三维微流控集成芯片用于细胞微环境构建及实时检测依然存在挑战。基于超微电极和微流控芯片的优势与存在的挑战,本文在高灵敏微电极研制、良好生物相容性微流控芯片制作、新型细胞培养模式以及微电极阵列和微流控芯片的集成等方面开展工作,主要研究内容和结论如下：一、设计一种多功能的PDMS微流控集成芯片,用于无剪切压力下的细胞长期自动灌流培养和实时电化学检测。通过芯片结构设计,制作了一种圆形‘护城河’和环形微柱阵列环绕的细胞培养池；采用培养液由下层灌流通道灌入,废液由上层通道流出的‘自上而下’灌流模式,实现了无剪切力模式下人脐带静脉内皮细胞（ECV304）和鼠嗜铬细胞瘤（PC12）长期自动化增殖及分化培养。与微电极阵列集成实现了PC12细胞生长过程中多巴胺释放的实时安培检测。二、以Ti层为基底,利用阳极氧化和热退火方法成功研制了一种新型的自清洁碳掺杂二氧化钛纳米管阵列（carbon-doped TiO2nanotubes array, C-doped NTA）微电极,并考察该传感器自清洁能力。多次检测污染的电极经紫外照射后,电极活性可以恢复到原来的85%。采用C-doped TiO2NTA微电极阵列,初步实现了PC12细胞胞吐释放的实时安培检测。三、以明胶为芯片材料,制作了一种生物兼容性好、制作简单、廉价的3D腔体芯片用于体外血管模拟,得到了直径和壁厚可控的腔体或腔体阵列芯片。成功实现了ECV304细胞培养和体外血管模拟,并进行了体内静脉和动脉脉冲培养条件下内皮细胞响应研究。四、以钛合金丝（Ti6A14V）为基体材料,制作一种碳包碳化钛纳米线阵列（C/TiC NWA）微电极,用于一氧化氮高灵敏检测,对NO检出限可达0.6nmol/L与3D明胶血管模拟芯片集成,实现了体外模拟血管中内皮细胞释放NO的高灵敏实时电化学监测,并考察了不同剪切力作用下的NO释放量变化。
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摘要Abstract目录第1章 绪论1.1 引言1.2 化学信号释放形式1.3 单细胞释放原位检测1.3.1 显微成像技术1.3.2 膜片钳技术1.4 超微电极用于单细胞化学信号释放研究1.4.1 UME电化学性能1.4.2 碳纤维微电极用于单细胞信号分子释放检测1.4.3 微电极阵列用于细胞信号分子检测1.5 微流控芯片用于细胞培养1.5.1 PDMS芯片用于细胞培养1.5.2 微电极阵列与微流控芯片集成在细胞释放检测中应用1.6 本课题立意及研究内容1.7 参考文献第2章 集成芯片用于无剪切压力下的细胞长期灌流培养和实时电化学检测2.1 引言2.2 实验部分2.2.1 仪器与装置2.2.2 试剂和溶液2.2.3 集成化多功能芯片设计2.2.4 微流控芯片流体行为考察2.2.5 芯片中细胞自动长期灌流培养2.2.6 灌流培养条件下PC12细胞释放DA的实时安培检测2.3 结果和讨论2.3.1 微电极阵列表征2.3.2 微流控芯片中流体行为考察2.3.3 长期自动灌流模式下细胞培养2.3.4 单细胞胞吐释放的安培检测2.4 小结2.5 参考文献第3章 自清洁碳掺杂二氧化钛纳米管阵列微电极阵列用于PC12释放DA的实时安培检测3.1 引言3.2 实验部分3.2.1 仪器与装置3.2.2 试剂和溶液2 NTAs微电极阵列制作'>3.2.3 C-doped TiO2NTAs微电极阵列制作2 NTAs微电极阵列表征'>3.2.4 C-doped TiO2NTAs微电极阵列表征2 NTAs电极自清洁性能测试'>3.2.5 C-doped TiO2NTAs电极自清洁性能测试2 NTAs微电极阵列用于胞吐释放的实时检测'>3.2.6 C-doped TiO2NTAs微电极阵列用于胞吐释放的实时检测3.3 结果和讨论2 NTAs制作'>3.3.1 TiO2NTAs制作2 NTAs微电极的形貌和组成表征'>3.3.2 C-doped TiO2NTAs微电极的形貌和组成表征2 NTAs微电极阵列的电化学表征'>3.3.3 C-doped TiO2NTAs微电极阵列的电化学表征2 NTAs微电极阵列用于胞吐释放检测'>3.3.4 C-doped TiO2NTAs微电极阵列用于胞吐释放检测3.4 小结3.5 参考文献第4章 基于三维明胶芯片的体外血管模型构建4.1 引言4.2 实验部分4.2.1 仪器和试剂4.2.2 明胶腔体芯片制作4.2.3 明胶芯片中内皮细胞培养4.3 结果和讨论4.3.1 水凝胶材料选择4.3.2 明胶3D基质中扩散考察4.3.3 明胶腔体中内皮细胞培养和血管模拟4.3.4 动态培养下内皮细胞在明胶腔体中的粘附4.3.5 血流动力学研究4.4 小结4.5 参考文献第5章 碳包碳化钛纳米线阵列微电极用于体外模拟血管一氧化氮检测5.1 引言5.2 实验部分5.2.1 仪器和材料5.2.2 Core-shell结构的TiC/C NWAs微电极制作5.2.3 NO标准溶液制备5.2.4 TiC/C NWAs微电极的表征5.2.5 基于明胶腔体培养的内皮细胞释放NO的安培检测5.2.6 基于明胶腔体培养的内皮细胞释放NO的荧光检测5.3 结果和讨论5.3.1 TiC/C NWAs微电极的形貌和成分表征5.3.3 血管腔体模拟的NO释放检测5.4 小结5.5 参考文献附录：作者攻读博士学位期间已发表或待发表的科研成果致谢
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标签：超微电极论文; 微电极阵列论文; 微流控芯片论文; 单细胞论文; 细胞微环境论文;
