基于表面、结构与性能智能调控的肿瘤细胞电化学研究与药物筛选机制

Based on the bionic principles, the project intends to focus on the biological behavior research of the tumor cells on microfluidic chip through Raman-Impedance coupling. Firstly,the microelectrode array emdedded in microfluidic chip was fabricated with micro/nano structure by in situ technique, and the surface properties of electrode could be modified by physical/chemical method to simulate the physiological environment in vitro,then the tumor cell layer is cultured and fixed into the surface of electrode; subsequently the biological behavior of tumor cells was studied by EIS - Raman spectroscopy couplage,and a biological behavior model of the tumor cells was estalished and discussed. The proposed couplage method could break through the limitations of tumor cell electrochemical research in aspect of methodology, and may also be suitable for high-throughput drug screening research.

本项目拟紧密围绕肿瘤细胞的生物学行为研究，基于仿生基本原理，以微流控分析芯片为研究平台，利用电化学阻抗谱法－激光拉曼光谱法在线联用表征手段，开展在微流控分析芯片中原位制备功能微电极阵列，进行微电极阵列的微／纳多尺度结构、表面性能与电极功能的设计与协同作用，结合物理／化学改性方法智能调控电极表面使之形成仿生界面，模拟体内生理环境进行体外固定和培养肿瘤细胞，通过在线联用表征手段研究肿瘤细胞的生物学行为，建立相应的电化学阻抗谱法－激光拉曼光谱法在线联用研究模型，为研究各类刺激因素（药物／试剂）对肿瘤细胞生物学行为的影响奠定方法学基础，突破肿瘤细胞电化学研究在技术与方法上的局限性，开拓电化学阻抗谱法－激光拉曼光谱法在线联用研究肿瘤细胞生物学行为的新思路与方法，为肿瘤细胞治疗药物的前瞻性研究奠定研究和技术手段，也为未来高通量药物筛选的应用性研究找到突破口。

本项目拟紧密围绕肿瘤细胞的生物学行为研究，基于仿生基本原理，以微流控分析芯片为研究平台，利用电化学阻抗谱法－激光拉曼光谱法在线联用表征手段，开展在微流控分析芯片中原位制备功能微电极阵列，进行微电极阵列的微／纳多尺度结构、表面性能与电极功能的设计与协同作用，结合物理/化学改性方法智能调控电极表面使之形成仿生界面，模拟体内生理环境进行体外固定和培养肿瘤细胞，通过在线联用表征手段研究肿瘤细胞的生物学行为，建立相应的电化学阻抗谱法－激光拉曼光谱法在线联用研究模型，为研究各类刺激因素（药物／试剂）对肿瘤细胞生物学行为的影响奠定方法学基础，突破肿瘤细胞电化学研究在技术与方法上的局限性，开拓电化学阻抗谱法－激光拉曼光谱法在线联用研究肿瘤细胞生物学行为的新思路与方法，为肿瘤细胞治疗药物的前瞻性研究奠定研究和技术手段，也为未来高通量药物筛选的应用性研究找到突破口。.制备具有微／纳多尺度结构以及表面性能可智能调控的功能微电极阵列，模拟细胞生长的体内生理环境，构建仿生界面，用以培养肿瘤细胞及研究肿瘤细胞的生物学行为。利用电化学、微加工和自组装等方法，在微流控芯片中裸金阵列电极表面，通过电化学方法原位制备具有微/纳米多尺度结构的ZnO电极和TiO2电极，仿生模拟细胞在生物体内的生理环境，功能电极表面性能通过如光、电场、热、温度响应等方法实现了智能调控，而微/纳多尺度结构将对表面性能的智能调控起放大作用，利用上述电极的界面表面清洁、孔径均匀、稳定性和重复性好以及良好地生物兼容性，使得肿瘤细胞在最适合的基底上进行固定、生长、迁移、分裂、凋亡等一系列的细胞生物学行为，并同时考察了ZnO和TiO2电极对肿瘤细胞电化学信号灵敏度的影响，结果显示，TiO2功能电极对肿瘤细胞电化学信号灵敏度较高。.选用了HeLa和人肺腺癌细胞A549细胞为研究对象，在微流控芯片原位制备金属微电极阵列，在金属微电极阵列表面固定培养成细胞层，采用在线联用表征手段，对细胞进行全程、实时、持续、动态研究，分析和评价细胞的生长、活性、聚集状态、迁移、增殖、凋亡等生物学行为，通过对各种实验数据进行统计与计算，建立肿瘤细胞形态、功能及其变化的电化学阻抗谱法-激光拉曼光谱法在线联用研究模型，为新型抗癌药物的研究与筛选奠定理论基础。建立了筛选等效电路模型，初步完对电路参数如电阻、电容、电感、电子转移阻抗、Warburg阻抗模拟计算。