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基于压电和电化学技术的细胞生物传感研究

姜项福  
【摘要】: 细胞是生命体结构和功能的基本单位,细胞研究是揭示生命奥秘和征服疾病的基础环节之一。通过考察细胞的形态变化、功能变化和周围生化环境的变化等内容,可以深入了解细胞的生理过程,这对生命科学的自身发展和生物医药、分析技术和材料科学等的进步都将起着重要的促进作用。本学位论文针对体外培养的细胞,利用电化学方法和压电传感技术,在纳米粒子的细胞毒性研究、基于分子识别的细胞检测和细胞凝集过程研究等方面开展了一些工作。主要内容如下: 1.使用循环伏安法和显微镜观测技术分别考察了三种纳米粒子(二氧化硅、硒和金纳米粒子)和抗肿瘤药物5-氟尿嘧啶(5-FU)对人骨肉瘤细胞MG-63的单独和联合细胞毒性。实验结果表明药物和纳米粒子均能够抑制细胞的生长繁殖,抑制率与化学剂量有关,其中金纳米粒子的抑制效率最为显著。当三种纳米粒子分别和5-FU联合使用时,高浓度的二氧化硅纳米粒子与药物的联合表现出相加效应,而高浓度的硒纳米粒子与药物的联合则表现出了协同效应。该工作将有助于纳米粒子在生物医学和癌症治疗方面的应用开发。 2.通过层层吸附将鼠抗人整合素β1单克隆抗体组装在玻碳电极表面。基于细胞膜表面的粘附分子整合素p1和固定抗体之间的免疫反应,利用电化学阻抗谱技术检测了人宫颈癌HeLa细胞。对影响细胞测定的一些影响因素,如修饰膜中的金纳米粒子浓度、修饰膜的干燥时间、抗体浓度以及抗体的结合时间分别进行了考察和优化。在最优实验条件下,电子转移电阻的增大幅度和细胞密度在1.0×104-2.0×106 cells mL-1范围内呈线性关系,检测限可达3.5×103 cells mL-1。 3.实时监测了人正常肝细胞L-02在QCM金电极表面的凝集过程。两种植物凝集素—Con A和麦胚凝集素(WGA)均能引起细胞的凝集,凝集过程表达的Δf0与ΔR1信号与细胞正常贴壁生长过程表达的QCM响应有明显差异。由于Con A良好的吸附性,细胞-Con A-细胞凝集体对金基底的吸附能力较强,表现为蛳与AR1信号的增大和明显的QCM质量效应。与此相反,由于WGA不易吸附在金电极表面,细胞-WGA-细胞凝集体对金基底的吸附能力较差,表现为Δf0与ΔR1信号的减小和细胞贴壁阶段时间的延长。显微镜平行观察实验反映的信息与QCM的测量结果完全一致。对细胞生长和细胞凝集过程中的Δf0信号进行了分析,结果可分别由两个动力学方程表示:Δf0=a0+a1e-t/τ1+a2e-t/τ2+a3e-1/τ1,Δf0=a0+a1e-t/τ1。另外,实验还表明基于细胞凝集的QCM测量技术可以用来区分正常肝细胞L-02和肝癌细胞Bel7402。


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