【摘要】：對于生物體的研究，大多是以細胞為基本單元為基礎展開的。人們對細胞的研究大多局限于細胞群體的分析，很難獲得單個細胞的信息。但是我們知道細胞之間存在個體差異性，群體分析使很多生物學研究受到限制，而單細胞分析能夠提供細胞個體差異性的相關信息，所以單細胞的研究顯得非常重要。在單細胞層面研究過氧化氫及膽固醇在細胞膜中的運動具有重要的生物學意義。所以本文基于微電極電化學方法深入研究了單細胞內過氧化氫含量及細胞膜中膽固醇的翻轉動力學。研究工作如下：


(1)微電極陣列已用于高通量的單細胞分析研究，然而將細胞培養在單細胞尺寸大小的微洞電極表面之后，再想通過在電極表面進行功能化修飾來增加信號檢測的靈敏度將會有一定的難度。因此，論文第一部分研制了納米環狀電極來實現將電極表面和細胞支持面兩者分開這一目的；另外，我們還通過對電極表面進行一些功能化修飾來提高單細胞分析的電化學靈敏度。通過電極的電化學性質以及Comsol軟件模擬發現在納米電極表面，物質的擴散速度會加快，這有利于提高檢測信號。為了證實功能化修飾后的納米環狀電極能夠實現單細胞水平的分析，我們在納米環狀電極表面電鍍修飾一層普魯士藍，然后用來檢測單細胞內的過氧化氫含量。我們制備的功能化修飾后的納米環狀電極大大提高了電化學響應，可以檢測到幾百皮安的電流值。經過該功能化修飾過的納米環狀電極對于高通量單細胞電化學分析的發展起到了一定的促進作用。


(2)膽固醇在細胞磷脂雙分子層膜中的運動已有相關研究報道，然而傳統的研究大多采用膽固醇熒光類似物方法，對膽固醇熒光類似物進行檢測，而并不是對膜膽固醇的直接檢測。對此，論文第二部分利用電化學方法來實現無熒光標記分析檢測。我們使用具有兩個腔室的縮醛樹脂杯，在兩腔室間只有一個50微米大小的微洞是相通的；通過在微洞上使用二植酰磷脂酰膽堿構建人工磷脂雙分子層膜。我們采用電化學方法對膽固醇在細胞膜上的時間動力學進行探索研究；另外，還對微電極表面進行膽固醇氧化酶修飾來提高電化學靈敏度。為了避免在電化學檢測中所施加的電壓影響人工脂質膜的穩定性，實驗中對膽固醇電化學信號檢測的最小電壓進行了探究，目的是為了能夠檢測膽固醇的同時維持磷脂雙分子層膜的穩定性。最終確定0.3 V作為膽固醇電化學檢測的電壓值。實驗結果表明，膽固醇在磷脂雙分子層膜中的翻轉時間平均為275s左右，即平均為4.6min左右。這是首次利用非熒光類似物的熒光標記方法獲得膽固醇在磷脂雙分子層膜中的翻轉速度，為后期膽固醇在具有病理特征細胞細胞膜中的翻轉研究提供了技術手段。