【摘要】：细胞是组成生命体的基本单元，在单细胞水平对细胞代谢产物和蛋白质等进行研究，对了解细胞群体中某些特殊的细胞功能，探究重大疾病的起因、发展和治疗都具有重要意义。但是，单个细胞尺寸小、胞内组分含量低且单细胞间存在异质性，因此单细胞分析技术应具备高选择性、高灵敏度和高通量等特点。光电化学传感器将传统的电化学测试体系和光电化学相结合，同时具有电化学分析和光分析的优点，如背景信号低、灵敏度高、设备简单、易于微型化等。


此外，由于光源的可寻址特性，光电化学传感也被证明是一种高效的高通量分析方法。因此，本论文利用模板法制备了与单细胞尺寸相当的光电化学微电极阵列，结合光寻址策略，首次实现了单细胞光电化学高通量检测，为单细胞分析领域注入了新的活力。本文的主要工作如下:


(1)制备了高性能的光电化学微电极阵列，并实现了对硫化氢(H_2S)的灵敏检测。首先，我们通过旋涂法在负型光刻胶(SU-8)微柱阵列上制备了聚二甲基硅氧烷(PDMS)通孔膜；然后，采用一步法合成了具有高光电转换效率和低毒性的硫铟银(Ag In S_2)光电材料，并利用滴涂-干燥-揭膜法在修饰了通孔膜的电极表面形成Ag In S_2微阵列；最后，采用通过静电吸附法在Ag In S_2微阵列上形成的铋离子/硫铟银(Bi~(3+)/Ag In S_2)选择性识别硫化氢(H_2S)原位产生激子猝灭中心硫化铋(Bi_2S_3)来减小光电流，从而构建了一种可用于检测H_2S的光电化学微电极阵列，检测限为1 n M。


(2)在此前研究基础上，为了揭示细胞间的异质性，我们对单细胞释放的H_2S进行了光电化学高通量检测。为此，我们首先采用同一个微柱阵列制备了与细胞尺寸相当的PDMS微孔阵列，借助单细胞自身的重力作用落入微孔来达到捕获单细胞的目的，并且通过调整微孔尺寸和细胞密度，获得了高负载率的单细胞阵列；接着在阵列表面滴加刺激剂促进细胞释放H_2S，并快速将尺寸匹配的微电极阵列覆盖在单细胞阵列表面，形成密封的反应池阵列；待反应15分钟后，将单细胞阵列揭下，并利用超小光斑的激光器对微电极阵列的各个区域进行了寻址激发并记录光电流，实现了单细胞释放H_2S的异质性分析。