【摘要】：对于生物体的研究，大多是以细胞为基本单元为基础展开的。人们对细胞的研究大多局限于细胞群体的分析，很难获得单个细胞的信息。但是我们知道细胞之间存在个体差异性，群体分析使很多生物学研究受到限制，而单细胞分析能够提供细胞个体差异性的相关信息，所以单细胞的研究显得非常重要。在单细胞层面研究过氧化氢及胆固醇在细胞膜中的运动具有重要的生物学意义。所以本文基于微电极电化学方法深入研究了单细胞内过氧化氢含量及细胞膜中胆固醇的翻转动力学。研究工作如下：


(1)微电极阵列已用于高通量的单细胞分析研究，然而将细胞培养在单细胞尺寸大小的微洞电极表面之后，再想通过在电极表面进行功能化修饰来增加信号检测的灵敏度将会有一定的难度。因此，论文第一部分研制了纳米环状电极来实现将电极表面和细胞支持面两者分开这一目的；另外，我们还通过对电极表面进行一些功能化修饰来提高单细胞分析的电化学灵敏度。通过电极的电化学性质以及Comsol软件模拟发现在纳米电极表面，物质的扩散速度会加快，这有利于提高检测信号。为了证实功能化修饰后的纳米环状电极能够实现单细胞水平的分析，我们在纳米环状电极表面电镀修饰一层普鲁士蓝，然后用来检测单细胞内的过氧化氢含量。我们制备的功能化修饰后的纳米环状电极大大提高了电化学响应，可以检测到几百皮安的电流值。经过该功能化修饰过的纳米环状电极对于高通量单细胞电化学分析的发展起到了一定的促进作用。


(2)胆固醇在细胞磷脂双分子层膜中的运动已有相关研究报道，然而传统的研究大多采用胆固醇荧光类似物方法，对胆固醇荧光类似物进行检测，而并不是对膜胆固醇的直接检测。对此，论文第二部分利用电化学方法来实现无荧光标记分析检测。我们使用具有两个腔室的缩醛树脂杯，在两腔室间只有一个50微米大小的微洞是相通的；通过在微洞上使用二植酰磷脂酰胆碱构建人工磷脂双分子层膜。我们采用电化学方法对胆固醇在细胞膜上的时间动力学进行探索研究；另外，还对微电极表面进行胆固醇氧化酶修饰来提高电化学灵敏度。为了避免在电化学检测中所施加的电压影响人工脂质膜的稳定性，实验中对胆固醇电化学信号检测的最小电压进行了探究，目的是为了能够检测胆固醇的同时维持磷脂双分子层膜的稳定性。最终确定0.3 V作为胆固醇电化学检测的电压值。实验结果表明，胆固醇在磷脂双分子层膜中的翻转时间平均为275s左右，即平均为4.6min左右。这是首次利用非荧光类似物的荧光标记方法获得胆固醇在磷脂双分子层膜中的翻转速度，为后期胆固醇在具有病理特征细胞细胞膜中的翻转研究提供了技术手段。