微悬臂梁传感技术在黄曲霉毒素检测和细胞活性表征方面的研究

发布时间：2018-04-10 08:13

本文选题：微悬臂梁　切入点：响应一致性　出处：《中国科学技术大学》2016年博士论文

【摘要】：随着微纳米加工技术的进步,研究人员可制备体积更小及灵敏度更高的微悬臂梁传感器。微梁传感器的主要工作原理是,检测因其表面的受体分子与目标分子结合所产生的上下表面应力差而引起的微梁的弯曲,或者因质量的吸附或解吸使微梁的共振频率发生的漂移。微梁具有高灵敏、无标记、实时等优点,在基础研究、健康科学、药物开发和临床诊断等方面日益显示出其独特的优越性。作者在课题组前期的工作基础上,建立了剧毒物质黄曲霉毒素B1的微梁检测方法,研究了基于微梁传感器的生物细胞的活性量化方法。主要研究结果如下：(1)微梁阵列传感系统的性能研究。微梁阵列检测的前提是阵列内各个微梁在相同激励下的响应具有一致性。通过对微梁阵列在环境温度变化下的响应进行测量,发现微梁阵列内各个微梁由热变化引起的响应灵敏度大小十分接近,具有良好的一致性。另外,对溶液置换引起的非特异性响应和抗原抗体结合引起的特异性响应进行研究,发现阵列内各个微梁的响应同样具有良好的一致性。(2)基于微梁传感技术的黄曲霉毒素B1检测方法研究。黄曲霉素B1是一种毒性极强的肝致癌物,广泛存在于食物和食物原料中,威胁人体健康。黄曲霉素B1抗体通过巯基化试剂进行巯基化后固定于微梁阵列的金表面上,ELISA实验表明固定到微梁表面的抗体的活性得到保持。微梁检测结果表明,基于静态模式的微梁传感器能够实现黄曲霉毒素B1的定量检测,并且检测极限达到0.03 ng/mL,这相对于动态模式的微梁与icELISA有明显提高,并建立了实际样本花生中黄曲霉毒素B1的检测方法。(3)基于微梁传感系统的乳腺癌细胞MCF-7活性定量测量方法研究。本文利用APTES将MCF-7细胞吸附在微梁上,通过监测微梁尖端的位移果发现：活MCF-7细胞吸附的微梁偏转曲线涨落幅度最大,死细胞吸附的微梁、裸梁的涨落幅度很小,饥饿细胞的涨落幅度介于中间,说明微梁的涨落幅度与细胞活性相关。另一种关于人脐静脉内皮细胞的实验同样验证了该结论。通过计算微梁偏转的方差即可反映细胞的活性大小。在此基础上,利用微梁传感器研究了紫杉醇对MCF-7细胞的作用,实现了微梁传感系统在对抗癌药物筛选方面的应用。在培养细胞过程中加入不同浓度的紫杉醇药物,结果发现随紫杉醇浓度的增大,MCF-7细胞吸附的微梁的涨落方差减小。在监测微梁偏转信号时加入药物同样发现该现象。这表明微梁涨落可以用于量化细胞的活性及抗癌药物快速筛选。这种能够定量、低成本地评估癌细胞活性方法对基础科学与临床治疗具有非常重要意义。(4)细胞吸附引起的微梁涨落机理研究。CCK-8实验表明紫杉醇作用后MCF-7细胞的生物活性几乎不发生变化,因此我们认为微梁传感器利用细胞新陈代谢作为能量来源,可转换由细胞骨架产生的力为自身的微小移动。提出细胞的活性包含生物活性和机械活性两部分。基于微梁纳米机械涨落的模式不仅可以测定细胞的生物活性,还能在皮牛范围内量化不能被现有手段如CCK-8等方法测得的细胞机械活性。微梁纳米机械涨落为评估细胞活性和药物筛选提供了一个新的概念与平台。(5)基于微梁传感器的精子活力量化及药物与环境对精子活力作用的评估研究。精子活力的量化对生殖医学具有重要意义,利用透明酸酸修饰的微梁固定精子,监测吸附了精子的微梁的偏转,发现固定了活精子的微梁涨落幅度远大于裸梁与死精子修饰的微梁,说明微梁涨落与精子活力相关。为研究药物对精子的作用,在监测吸附了精子的微梁偏转过程中分别加入酒精和精子伟哥两种药物,结果表明：酒精可抑制精子的活力,而精子伟哥可增强精子的活力。研究结果证实基于涨落模式的微梁可以用于精子活力作用药物的筛选。最后,研究了温度对精子活力的作用,发现微梁的涨落方差在34℃附近最大,说明在此温度附近精子活性最好。以上结果究表明,微梁传感器涨落机制的应用可以为生殖医学提供一种全新的研究手段。
[Abstract]:A micro - beam sensor based on microbeam sensor has been developed . The results are as follows : ( 1 ) The micro - beam sensor can realize the quantitative detection of aflatoxin B1 , and the detection limit reaches 0.03 ng / mL . ( 4 ) The mechanism of microbeam fluctuation caused by cell adsorption is studied . CCK - 8 shows that the biological activity of MCF - 7 cells is hardly changed after paclitaxel .

【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q-33;TP212

【参考文献】