微流控芯片上单细胞固定技术及其纳米量子点的细胞毒性分析方法研究

本项目将微流控技术应用在单细胞研究中，利用微流控芯片、流体和细胞本身的性质，结合各种操作手段，在微通道中或固相表面上实现单细胞的固定和纳米材料的毒性研究。本项目拟在三个方案上开展相关的研究：（1）利用光引发聚合法在微通道中生成凝结微结构用于单细胞的固定，通过利用荧光显微镜将紫外光聚焦到感兴趣细胞上的方法，将细胞周围的预聚物聚合并将细胞固定在微通道中。（2）在微通道中利用PDMS弹性将单细胞固定在微通道中，利用液流的变化来控制PDMS微通道的形变，从而在不同的液流状态下实现对细胞的固定和释放。（3）在固相表面加工阵列微结构用于固定大量单细胞，通过聚苯乙烯微珠在固相表面上的自组装形成单层膜结构，将这种结构作为模板来加工具有阵列微结构的PDMS基底，从而实现大量单细胞的固定。在实现微流控芯片单细胞固定的基础上，利用体外细胞分析实验,研究CdSe，ZnS以及CdSe/ZnS等量子点的细胞毒性机制。

本项目将微流控技术应用在单细胞研究中，利用微流控芯片、流体和细胞本身的性质，结合各种操作手段，在微通道中或固相表面上实现单细胞的固定和纳米材料的毒性研究。本项目如下四个方面取得研究进展： 1）利用光引发聚合法在微通道中生成凝结微结构用于单细胞的捕获、固定和分离；2）微流控芯片-质谱联用细胞代谢物分析平台建设；3）典型纳米粒子及荧光量子点的可控制备及其结构、性能的研究；4）纳米量子点的细胞毒性分析方法研究。特别是在微流控芯片质谱联用细胞在线培养、共培养、细胞相互作用、药物毒性、药物代谢等多种功能的研究方面，取得重要突破。合成了一系列功能纳米材料，并对材料的性能与用途进行了表征。以量子点细胞毒性为研究目标，探讨了扩散距离、细胞密度和细胞周期对量子点细胞毒性的影响，取得的创新性研究成果有：1）构建了三维培养微流控芯片用于模拟量子点在血管与组织间的扩散过程，通过近远腔室的设计，揭示了扩散距离对量子点细胞毒性的影响。借助于自吞噬抑制剂3-甲基腺嘌呤证明自吞噬作用是量子点的毒性机制之一；2）构建微流控细胞密度梯度调控体系，通过集成多个平行通道和微坑阵列，研究细胞密度对量子点毒性的影响，发现量子点的细胞毒性具有明显的细胞密度依赖性；3）构建PDMS微坑阵列单细胞捕获微流控芯片，设计流体扩散通道进行细胞的无剪切力培养。通过软件模拟和实验观察，实现不同周期单细胞量子点毒性差异的研究。在SCI刊物发表研究论文60篇，其中在Anal. Chem.、Lab Chip等分析化学或者微流控芯片相关国际最著名刊物发表论文30篇，并在JACS及Nature新刊Sci. Rep.各发表1篇；申请发明专利12项；有44篇论文在国内外学术会议进行报道和交流，其中有19人次为大会报告或者邀请报告。通过这个项目的研究，培养博士后6名、博士生12名、硕士生14名。