微流控系统同时定量测定单细胞内多种重要金属离子的研究

发布时间：2017-04-13 22:23

  本文关键词：微流控系统同时定量测定单细胞内多种重要金属离子的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Na+、K+、Ca2+、Mg2+作为细胞内重要的四种金属离子，它们的含量水平与细胞的生理、病理密切相关。其中：Na+、K+不仅参与调控细胞的膜电位、渗透压等重要的电生理过程，而且Na+、K+的缺失或含量的异常变化会诱发心率失常及心血管系统功能障碍等疾病。Ca2+是细胞增殖、分裂、运动、能量代谢、氧代谢、细胞膜通透性及稳定性、细胞的信息传递等生理功能正常发挥的物质基础，Ca2+代谢紊乱将导致细胞发生可逆或不可逆的损伤，继而引起细胞结构功能失调。Mg2+是细胞内多种酶的激活剂，能够维持细胞内部结构的稳定，有利于骨骼的正常生长以及神经肌肉的兴奋性，镁离子浓度异常会对神经系统产生损伤。另一方面，单个细胞（即使是同一类型的细胞）作为生命活动的真正基本单位，相互之间并不是完全等同。近年来不断发展的实验技术，提供了更加定量与客观的证据，表明在许多关键生命过程，例如，胚胎发育、细胞分化、疾病发生与发展等过程中，特定的单个细胞行为，，以及其间的个体化差异与异质性，导致了极其重要甚至是决定性的结果。因此，单细胞层面、分子水平上准确把握Na+、K+、Ca2+、Mg2+的含量水平，是深入理解其生理、病理机制的前提与基础。 然而，由于Na+、K+、Ca2+、Mg2+在细胞中不仅共存、相互协同，而且性质相似、彼此干扰，需要检测技术拥有高选择性和高效分离的能力；另一方面，单细胞体积小、胞内组分含量低、浓度差异大，这便需要检测技术能够处理超小体积（单细胞）的样品和很高的检测灵敏度。目前生化分析手段获得的结果多是宏观的观察或整体的平均，难以获得单细胞内这类物质的真实信息。因此，要揭示Na+、K+、Ca2+、Mg2+对细胞功能调控及其与疾病的关系，需要了解单细胞内此物质的定量信息，以及它们之间相互协同作用的真实信息，迫切需要发展高灵敏、多参数、可同时定量测定单细胞内多种金属离子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+）的新方法。 基于此，本论文就单细胞多种金属离子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+）同时定性定量测定的分析方法进行了探索与研究，发展了一种可用于单细胞内多种金属离子同时定量检测的新方法，并利用该方法测定了单细胞内金属离子的含量，初步探究了细胞内含量与细胞生理及病理的关联。论文主要包括以下四个部分： 第一章是绪论，首先简单介绍了细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+等金属离子的生物学功能，以及目前细胞内金属离子的主要检测方法和局限性；然后总结了单细胞分析的意义以及单细胞组分分析的主要研究方法，详细介绍了微流控分析系统的组成以及芯片电泳技术用于单细胞组分分析的研究进展；最后概述了微流控系统用于细胞内金属离子检测的研究现状。 第二章针对单细胞内Na+和K+的协同作用以及目前单细胞内Na+和K+同时定量检测的困难，发展了一种基于cBDP荧光探针联合微流控芯片电泳技术可同时检测单细胞内Na+和K+的新方法，cBDP荧光探针可选择性的同时识别Na+和K+，微流控芯片电泳实现两组分的高效分离，激光诱导荧光实现高灵敏检测，所建立方法简单、快速，并进一步应用于癌症细胞与正常细胞内钠钾含量的对比以及癌症细胞凋亡早期细胞内钠钾离子含量变化的检测，可望为钠钾离子相关的生物学问题研究提供了一种新途径。 第三章鉴于单个细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+的生理功能及其相互关联作用，在第二章的基础上发展了一种可同时定量测定单细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+四种离子的方法，通过三种荧光探针的搭配，可特异性的识别四种离子，利用微流控芯片电泳-多激发多发射激光诱导荧光检测平台，实现了单个细胞内4种金属离子的荧光衍生产物的有效分离及其同时定量检测，完成了单个4T1细胞的测定。所建立的方法可望为单细胞内多种组分的同时定量分析研究提供了一种新策略。 第四章是总结与展望，本论文提出了两种同时测定单个细胞内多组分的分析方法，两种方法本质相同，相互关联，逐级递进，首先实现了单个细胞内Na+和K+双组分的同时检测，然后在此基础上拓宽了应用范围，发展了适用于单个细胞内Na+、K+、Ca2+、Mg2+四种离子同时定量检测的分析方法。而细胞内更多金属离子以及更多其它与细胞生理病理相关分子的同时定量检测还需要被进一步的探讨和研究。
【关键词】：单细胞 金属离子 微流控芯片 激光诱导荧光检测 绝对定量分析
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R363;O657.3
【目录】：

• 摘要7-9
• Abstract9-12
• 主要符号与缩写12-14
• 第一章 绪论14-41
• 1 细胞内金属离子的检测现状14-20
• 1.1 细胞内金属离子的生物学功能14-16
• 1.1.1 Na~(+)、K~(+)、Ca~(2+)、Mg~(2+)的生物学功能14-15
• 1.1.2 Na~(+)/K~(+)/Ca~(2+)/Mg~(2+)的协同生物学功能15-16
• 1.2 目前细胞内金属离子的检测方法及其局限16-20
• 1.2.1 火焰光度法16-17
• 1.2.2 原子吸收分光光度法17
• 1.2.3 离子选择性电极法17-18
• 1.2.4 荧光法18-19
• 1.2.5 传统方法用于单细胞金属离子测定的局限19-20
• 2 单细胞组分分析及微流控芯片电泳技术20-31
• 2.1 单细胞分析的意义20
• 2.2 单细胞组分分析的主要研究方法20-23
• 2.3 微流控芯片电泳技术用于单细胞组分分析23-31
• 2.3.1 微流控芯片分析系统24-25
• 2.3.2 微流控芯片电泳技术用于单细胞组分分析的研究进展25-31
• 3 微流控系统用于细胞内金属离子检测的研究现状31-32
• 4 本论文的研究内容32-33
• 参考文献33-41
• 第二章 微流控系统同时定量测定单个正常及癌症细胞内Na~(+)和 K~(+)及其含量变化与细胞凋亡早期事件的关联41-65
• 摘要41
• 1 引言41-43
• 2 实验部分43-47
• 2.1 材料与仪器43-45
• 2.2 细胞培养45
• 2.3 样品预处理45
• 2.4 荧光检测45-46
• 2.5 微流控芯片的运作46-47
• 2.5.1 微流控芯片的预处理46
• 2.5.2 单细胞的进样、溶膜和电泳分离46-47
• 3 结果与讨论47-58
• 3.1 cBDP 荧光探针的反应机理及性质表征47-49
• 3.2 微流控芯片电泳条件的优化49-52
• 3.2.1 缓冲溶液种类的选择49-50
• 3.2.2 缓冲溶液浓度和 pH 的影响50
• 3.2.3 缓冲溶液添加剂的影响50-51
• 3.2.4 分离电压的影响51-52
• 3.3 标准电泳谱图与分析方法性能52-53
• 3.4 单细胞内 Na~(+)及 K~(+)的定性分析与方法有效性验证53-54
• 3.5 单细胞内 Na~(+)及 K~(+)的同时定量分析54-58
• 3.5.1 单个正常与癌症细胞内 Na~(+)和 K~(+)的含量及其比值差异54-56
• 3.5.2 单个肝癌细胞内 Na~(+)和 K~(+)含量变化与细胞凋亡早期事件的关联56-58
• 4 总结58-59
• 参考文献59-65
• 第三章 微流控系统同时定量测定单细胞内 K~(+)、Na~(+)、Ca~(2+)、Mg~(2+)65-81
• 摘要65
• 1 引言65-66
• 2 实验部分66-71
• 2.1 试剂材料与仪器66-69
• 2.2 细胞培养69
• 2.3 样品预处理69-70
• 2.4 荧光检测70
• 2.5 微流控芯片的运作70-71
• 2.5.1 微流控芯片的预处理70
• 2.5.2 单细胞的进样、溶膜和电泳分离70-71
• 3 结果与讨论71-78
• 3.1 荧光探针的选择搭配及其光谱性质71-74
• 3.2 微流控芯片电泳条件的优化74-75
• 3.3 标准电泳谱图及细胞匀浆测定75-76
• 3.4 分析方法性能76-77
• 3.5 单细胞内 K~(+)、Na~(+)、Ca~(2+)、Mg~(2+)同时定性定量分析77-78
• 4 总结78
• 参考文献78-81
• 第四章 总结与展望81-83
• 4.1 总结81
• 4.2 后续展望81-83
• 作者发表的学术论文及参加的课题83-84
• 致谢84-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 王玉光;;Na~+、K~+、Ca~(++)、Mg~(++)、Mn~(++)离子的生化作用[J];牡丹江师范学院学报(自然科学版);1995年01期

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本文编号：304628