多糖、凝集素、細(xì)胞及其相互作用的電化學(xué)與壓電傳感研究.pdf

1、糖類、凝集素和細(xì)胞的研究是生命科學(xué)中的前沿領(lǐng)域。作為一種經(jīng)典的檢測(cè)手段，電化學(xué)分析已全面滲透到多個(gè)學(xué)科，在分析化學(xué)和生物化學(xué)研究中發(fā)揮著重要的作用。壓電石英晶體傳感器具有靈敏度高、操作簡(jiǎn)單和動(dòng)態(tài)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于化學(xué)/生物等領(lǐng)域。本文利用電化學(xué)方法和壓電傳感技術(shù)研究了多糖、凝集素、細(xì)胞及其相互作用，具體工作如下： 1．利用循環(huán)伏安法研究了金電極表面肝素鈉不存在/存在情況下亞甲基藍(lán)的電化學(xué)性質(zhì)。兩者的結(jié)合能夠形成非電活性的絡(luò)

2、合物，導(dǎo)致亞甲基藍(lán)峰電流的明顯降低。加入肝素鈉前后亞甲基藍(lán)陽(yáng)極峰電流的差值與肝素鈉的濃度在0.666—64.5μg mL-1范圍內(nèi)成線性關(guān)系，檢測(cè)限為270 ng mL-1。采用該方法對(duì)肝素鈉的針劑實(shí)際樣品進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果令人滿意。實(shí)驗(yàn)求算出亞甲基藍(lán)—肝素鈉反應(yīng)的結(jié)合常數(shù)Ka和結(jié)合比m分別為7.32×105M-2和1.85。利用壓電石英晶體微天平(QCM)測(cè)量技術(shù)監(jiān)測(cè)了Ba2+取代亞甲基藍(lán)而與肝素陰離子結(jié)合的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，該反應(yīng)的反應(yīng)速率

3、常數(shù)為0.0022 s—1。 2．采用兩套方案分別考察了金電極表面凝集素伴刀豆球蛋白A(Con A)與糖原的相互結(jié)合作用?；贑on A與電極表面吸附的糖原反應(yīng)過(guò)程的電化學(xué)壓電石英晶體阻抗法(EPQCI)測(cè)量，同時(shí)獲得了諧振頻移Δf0、動(dòng)態(tài)電阻變化值ΔR1等壓電石英晶體(PQC)參數(shù)和溶液電阻ΔRs、雙電層電容△Cs等電化學(xué)阻抗(EI)參數(shù)。經(jīng)計(jì)算結(jié)合常數(shù)Ka和結(jié)合位點(diǎn)數(shù)s分別為1.48×106 M—1和4.09?；谔窃c組裝

4、于電極表面的Con A反應(yīng)過(guò)程的PQC測(cè)量，計(jì)算出結(jié)合常數(shù)Ka為1.26×106M—1。另外，利用后者建立了一種測(cè)量糖原的新方法。 3．利用QCM傳感技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了人乳腺癌細(xì)胞MCF—7在具有不同表面粗糙度(Rf，且Rf=3.2或1.1)的金電極上的貼壁、鋪展和增殖過(guò)程。分析了QCM信號(hào)諧振頻移△f0和動(dòng)態(tài)電阻變化值ΔR1的關(guān)系，結(jié)果表明，除了粘、密度效應(yīng)和微弱的質(zhì)量效應(yīng)(特別是在光滑電極表面)外，細(xì)胞的粘附生長(zhǎng)還會(huì)引起顯著的表

5、面應(yīng)力效應(yīng)。通過(guò)熒光顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)、循環(huán)伏安檢測(cè)和電化學(xué)阻抗譜測(cè)量考察了電極上細(xì)胞生長(zhǎng)狀態(tài)和電極表面粗糙度的關(guān)系。提出了基于QCM技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中電極表面應(yīng)力的新方法，利用推導(dǎo)出來(lái)的簡(jiǎn)單公式可以定量求算表面應(yīng)力的大小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于粗糙電極(Rf=3.2)而言，細(xì)胞在光滑電極(Rf=1.1)上的粘附產(chǎn)生的表面應(yīng)力更大，而其生長(zhǎng)卻顯劣勢(shì)。QCM的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)還揭示了同一電極上在貼壁階段正常肝細(xì)胞相比肝癌細(xì)胞能產(chǎn)生更大的表面應(yīng)力

6、，這表明表面應(yīng)力的測(cè)量能夠反映出正常肝細(xì)胞和肝癌細(xì)胞貼壁行為的差異性。 4．實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了人正常肝細(xì)胞L—02在QCM金電極表面的凝集過(guò)程。兩種植物凝集素—Con A和麥胚凝集素(WGA)均能引起細(xì)胞的凝集，凝集過(guò)程表達(dá)的△f0與ΔR1信號(hào)與細(xì)胞正常貼壁生長(zhǎng)過(guò)程表達(dá)的QCM響應(yīng)有明顯差異。由于Con A良好的吸附性，細(xì)胞—Con A—細(xì)胞凝集體對(duì)金基底的吸附能力較強(qiáng)，表現(xiàn)為△f0與ΔR1信號(hào)的增大和明顯的QCM質(zhì)量效應(yīng)。與此相反，由

7、于WGA不易吸附在金電極表面，細(xì)胞—WGA—細(xì)胞凝集體對(duì)金基底的吸附能力較差，表現(xiàn)為△f0與ΔR1信號(hào)的減小和細(xì)胞貼壁階段時(shí)間的延長(zhǎng)。開展了顯微鏡平行觀察實(shí)驗(yàn)，反映的信息與QCM的測(cè)量結(jié)果完全一致。對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)和細(xì)胞凝集過(guò)程中的△f0信號(hào)進(jìn)行了分析，結(jié)果可分別由兩個(gè)動(dòng)力學(xué)方程表示：Δf0=α0+α1e—t/τ1+α2e—t/τ2+α3e—t/τ3，Δf0=α0+α1e—t/τ1+α2e—t/τ2。另外，實(shí)驗(yàn)還表明基于細(xì)胞凝集的QCM測(cè)量技

8、術(shù)可以用來(lái)區(qū)分正常肝細(xì)胞L—02和肝癌細(xì)胞Bel7402。 5．基于亞硒酸的還原，使用海藻酸鈉作為模板合成了硒鈉米粒子(Se NPs)。利用QCM測(cè)量技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了藥物誘導(dǎo)人肝癌細(xì)胞Bel7402的凋亡過(guò)程。研究了阿霉素和硒納米粒子聯(lián)用的抗腫瘤效果。實(shí)驗(yàn)表明，兩種藥物均能抑制Bel7402細(xì)胞的增殖，隨藥物劑量的增大抑制效率增強(qiáng)，兩藥聯(lián)用對(duì)細(xì)胞的抑制效率要高于單個(gè)藥物的抑制效率?；凇鱢0信號(hào)，使用修正后的Bürgi公式(即金氏