有机电化学晶体管检测细胞活性和电生理特性初步研究

发布时间：2020-05-16 04:16

【摘要】：纳米材料的生物安全性受到愈来愈多的重视,发展高灵敏传感器件用于检测纳米材料对细胞活性和电生理特性的影响具有重要意义。基于有机电化学晶体管(Organic Electrochemical Transistors,OECTs)的特点,本文利用丝网印刷技术和旋转涂膜技术制备了基于PEDOT:PSS活性层的OECTs器件;采用化学还原法制备了 AuNPs;利用π-π相互作用制备了氧化石墨烯-阿霉素(GO-DXR)复合物;以人宫颈癌细胞(HeLa)和大鼠心肌细胞(H9C2)为研究模型,利用OECTs开展了纳米材料影响细胞活性、电生理特性检测研究。主要工作如下:(1)利用丝网印刷技术和旋转涂膜技术制备了基于PEDOT:PSS的OECTs器件,详细研究了栅电极和电解液对OECTs传输性能和跨导特性的影响;对OECTs器件在细胞培基中的稳定性和输出特性进行了评价;并将H9C2细胞接种于OECTs器件的PEDOT薄膜沟道表面,对细胞形貌和接种前后OECTs的响应特性进行研究。结果表明:铂纳米粒子/多壁碳纳米管/碳浆(PtNPs/MWCNTs/CP)电极或Ag/AgC1电极作为OECTs栅极时,器件都具有良好的调控特性;OECTs在细胞培基介质中传输、输出性能好;且调控灵敏、稳定。H9C2细胞可在PEDOT表面粘附、生长,说明OECTs有良好的生物相容性。(2)利用混酸氧化制备了 GO;通过π-π相互作用合成了 GO-DXR复合物。利用紫外可见光谱等对所制备GO复合物的光谱行为、DXR在GO表面的负载和释放进行了表征。结果表明,DXR已成功修饰至GO表面;DXR在GO表面负载量为2.79mg/mg。在24小时内,DXR在细胞培基中的释放量与GO-DXR复合物浓度呈正相关,复合物浓度越大,释放的DXR越多;另外,DXR释放量与细胞培养介质相关,相同GO-DXR浓度下,在高糖培基中的释放量大于在RPMI-1640培基中的释放量。采用WST-8方法评价了所制备的GO、DXR及GO-DXR复合物对不同细胞活力的影响。结果发现:GO对细胞的毒性与细胞系有关,GO对HeLa细胞活性几乎没有影响;而对H9C2细胞活性呈现一定影响。DXR对HeLa和H9C2细胞活性的影响呈浓度依赖性;且对H9C2损伤更大。GO-DXR对HeLa和H9C2细胞活性的影响也呈浓度依赖性;相同复合物浓度下,对HeLa细胞毒性更大。(3)将 OECTs 与 Transwell 结合,以 PtNPs/MWCNTs/CP 电极为OECTs器件的栅电极,检测fMLP多肽诱导Transwell中细胞所产生的H202,以实现OECTs检测细胞活性。详细研究了 GO、DXR及GO-DXR复合物对HeLa和H9C2细胞活性的影响。结果表明:随着GO、DXR、GO-DXR三种材料浓度增大,OECTs器件响应(Ids变化值)减小,说明细胞的活性降低;此结果与WST-8方法检测结果一致,说明OECTs可用于评价纳米材料对细胞活性的影响。以Ag/AgCl电极作为OECTs器件的栅电极,初步研究了 AuNPs对H9C2细胞电生理特性影响。结果表明:由于H9C2细胞生物电信号较弱;且干扰信号较多,通过所制备的OECTs器件来检测,无法判断现象,此项工作还需进一步研究。
【图文】：

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１．１．２有机电化学晶体管简介逡逑在１９８４年，由Ｗｒｉｇｈｔｏｎ研究小组丨７丨首次报道了邋ＯＥＣＴｓ的相关信息。ＯＥＣＴｓ逡逑是由源电极、漏电极及表层的有机半导体、电解液和栅电极组成，结构如图１－１逡逑所示。逡逑Ｖ０逦＇Ｇ逦Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邋］邋Ｐ￡ＤＯＴ：ＰＳＳ逡逑Ａ１１逡逑，＿＿＿＿＿邋．逦．逡逑ｇ逦Ｄ逦Ｐａｒｙｉｅｒｍ逡逑透：邋＊邋Ｆｕｓｅｄ邋ＳｆｂＣ３逡逑图１－１邋ＯＥＣＴｓ的示意图丨８］逡逑１逡逑

示意图,表面生长,细胞,示意图

胞使其分离，用计数板计数；将计数好的细胞用细胞培养基分散，以５万／孔接逡逑种于制备好的细胞培养池中，放于二氧化碳培养箱中进行培养。当细胞丰度达逡逑到８０邋％时，进行Ｉｄｓ－Ｖｇｓ、丨ｄｓ－Ｖｄｓ＆邋Ｉｄｓ－ｔ测试。ＯＥＣＴｓ器件及细胞培养池如图２－１逡逑所示。逡逑Ａｇ／ＡｇＣＩ邋Ｇａｔｅ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ逡逑｜Ｈ逦－邋Ｈ９Ｃ２邋Ｃｅｌｌｓ逡逑一邋ｍｍＭ逡逑逦＼逦逦ｊ逡逑＼逡逑ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ逡逑图２－１邋ＯＥＣＴｓ结构及Ｈ９Ｃ２细胞在ＰＥＤＯＴ表面生长示意图。逡逑２．３结果与讨论逡逑２．３．１栅电极种类对ＯＥＣＴｓ传输特性曲线的影响逡逑图２－２为不同栅电极的ＯＥＣＴｓ器件在ＤＭＥＭ高糖培基介质中的Ｉｄｓ－Ｖｇｓ响应逡逑曲线。由图可知，Ｖｇｓ在０？０．４邋Ｖ范围内，两种栅电极表现出相近的源、漏电流逡逑调控特性；当Ｖｇｓ＞邋０．４邋Ｖ后，使用Ａｇ／ＡｇＣＩ栅电极的ＯＥＣＴｓ器件具有更好的源、逡逑漏电流调控性。这是由于Ａｇ／ＡｇＣＩ电极是理想去极化电极，施加的Ｖｇｓ基本用于逡逑驱动电解质溶液中的阳离子进入ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ薄膜，使“发生改变。而逡逑ＲＮＰｓ／ＭＷＣＮＴｓ／ＣＰ电极作为栅电极时，打部分栅电压用子ＰｔＮＰｓ／ＭＷＣＮＴｓ／ＣＰ逡逑电极／屯解质溶液界面双电层充电，，用于驱动阳离子进入ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ薄膜的电压逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TN32

【参考文献】