肝癌细胞压电传感技术平台的构建与应用

论文题目: 肝癌细胞压电传感技术平台的构建与应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 生物医学工程

作者: 韦晓兰

导师: 莫志宏

关键词: 压电细胞芯片,细胞,药物筛选,纳米粒子

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 细胞拥有并表达着一系列潜在的识别元件,如受体、离子通道、酶、电位等,这些元件都可以作为靶分析物,当它们对外界刺激敏感时,就按照固有的细胞生理机制产生相应的生理功能活动。所以细胞芯片就是以生活细胞作为探测单元或传感元件,通过检测生活细胞的基本功能信息,细胞对化合物的响应等,实时、定量地确定细胞的生活状态和被分析物性质的技术。它可以检测细胞形态变化,电生理变化,液相环境的生化变化等等各种基本功能信息和生理信息。由于具有实时检测、原位检测、批量检测以及低成本检测等独特优点,细胞芯片已成为生命科学和环境科学以及医疗科学领域必不可少的工具。因此细胞芯片技术的研究有着十分重要的理论和实际意义。研究目的:构建新型的压电细胞传感芯片(Piezoelectric Cell-based Sensor Chip, PCSC)技术平台,并以该平台为基础,在理论和实验方面阐明细胞的压电传感响应特性;以肝癌细胞作为主要研究对象和传感元件,探索此技术平台在阳性药物检测、药物筛选以及纳米粒子在细胞检测中的效用等初步应用。此研究开创了药物筛选的压电传感方法,也为其应用提供了有力的理论基础,同时也对纳米细胞生物学领域做了有益的探索。研究方法:将压电传感技术和体外细胞培养技术结合进行平台构建;在性能测试过程中则是利用压电生物传感芯片的实时分析技术实时动态监测细胞行为信息,并结合扫描电子显微镜(Scanning Electric Microscope, SEM)进行细胞行为的形貌观察,以及双胰酶检测(Double Trypsin Assay, DTA)进行细胞行为的压电传感响应的验证;应用研究则利用压电生物传感芯片的实时分析技术与噻唑蓝比色分析(MTT)和荧光显微技术等传统的生物学方法进行同步实验的比较分析;最后采用氯金酸还原法制备纳米粒子,并以扫描隧道电子显微镜、紫外分光法等进行了纳米粒子的表征。研究结果:①运用传输线等效电路模型,引入声阻抗概念,直接建立起压电传感响应与负载声学参数的关系,并对各种质量效应与非质量效应,以及偏离因子进行了讨论和数学分析,从而建立了压电传感对细胞及其液相环境复杂体系响应的通解模型:

论文目录:

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英文摘要

缩略词

1 绪论

1.1 细胞传感器与芯片的研究

1.1.1 细胞传感器的研究进展

1.1.2 细胞芯片的研究进展

1.1.3 细胞传感器与芯片的发展方向

1.2 压电传感器与芯片的研究进展

1.2.1 压电生物传感器与芯片的历史

1.2.2 压电生物传感器与芯片的应用

1.2.3 压电生物传感器与芯片的发展方向

1.3 课题的提出、思路构架及论文的主要内容

1.3.1 课题的背景、目的及意义

1.3.2 研究思路构架

1.3.3 论文的主要内容

1.4 本研究的创新性

2 压电传感器响应机制理论分析

2.1 前言

2.2 压电传感器响应模型

2.2.1 多层复合模型

2.2.2 波动方程组一维模型

2.2.3 传输线模型(TLM)

2.2.4 等效电路模型

2.3 等效电路参数

2.3.1 声负载阻抗

2.3.2 无涂层等效电路参数

2.3.3 涂层等效电路参数

2.3.4 传感器响应与声负载阻抗的关系

2.4 阻抗方程近似解

2.4.1 单层薄膜

2.4.2 Sauerbrey 方程

2.4.3 附加质量

2.4.4 Kanazawa 方程

2.4.5 Martin 方程

2.4.6 漏失质量

2.5 一维模型的偏离

2.5.1 偏离因素

2.5.2 非均匀薄膜

2.5.3 界面现象

2.5.4 细胞粘附

2.6 结论

3 压电细胞芯片测试系统

3.1 前言

3.2 实验

3.2.1 实验试剂和仪器

3.2.2 实验主要设备

3.2.3 实验方法

3.3 结果与分析

3.3.1 测试系统的无菌效果

3.3.2 测试系统的容积优化

3.3.3 测试系统的温度效应

3.3.4 测试系统的稳定性

4 细胞粘附压电响应特性与分析

4.1 前言

4.2 实验

4.2.1 细胞的选择与培养

4.2.2 细胞粘附行为的压电检测

4.3 结果与讨论

4.3.1 血管内皮细胞(HUVEC)的粘附行为

4.3.2 正常肝细胞HL-7702 的粘附行为

4.3.3 HepG2 细胞的粘附行为检测

4.3.4 不同细胞粘附行为的压电检测比较

4.4 结论

5 HepG2 细胞压电芯片技术平台的构建

5.1 前言

5.2 实验

5.2.1 生物学模拟

5.2.2 SEM 研究

5.2.3 DTA 分析

5.3 结果与讨论

5.3.1 HepG2 细胞芯片的表面电镜分析

5.3.2 DTA 动力学分析

5.3.3 频率信号的细胞浓度依赖效应

5.3.4 细胞行为响应特性分析

5.4 结论

6 HepG2 细胞压电芯片紫杉醇药效研究

6.1 前言

6.2 实验

6.2.1 药物的制备

6.2.2 HepG2 细胞压电芯片检测

6.2.3 MTT 比色分析

6.3 结果与分析

6.3.1 紫杉醇药效的HepG2 细胞压电芯片研究

6.3.2 紫杉醇药效的MTT 比色分析研究

6.3.3 HepG2 细胞PCSC 与MTT 研究的紫杉醇药效动力学分析

6.4 结论

7 HepG2 细胞压电芯片药效检测应用

7.1 前言

7.2 实验

7.2.1 药物的制备

7.2.2 HepG2 细胞芯片检测

7.2.3 MTT 比色法的同步验证

7.3 结果与分析

7.3.1 长春新碱的药效研究

7.3.2 阿霉素的药效研究

7.4 结论

8 纳米粒子在细胞检测与药物增效中的应用研究

8.1 前言

8.2 实验

8.2.1 纳米金的制备

8.2.2 HepG2 细胞压电芯片检测

8.2.3 MTT 比色分析

8.3 结果与讨论

8.3.1 金纳米粒子的表征

8.3.2 纳米粒子对压电细胞芯片响应的放大作用

8.3.3 纳米粒子对HepG2 细胞的生长抑制作用

8.3.4 纳米粒子对2 种抗癌药物的增效作用

8.4 结论

9 结语与展望

致谢

参考文献

附录：作者在攻读博士学位期间发表(含录用)的论文

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

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