面向药物机理分析的单细胞阵列芯片及其活细胞内蛋白的动态并行跟踪与检测方法

药物对细胞的作用机理及细胞个体的药物反应差异性是需要研究的重要问题，单细胞分离及检测技术的局限制约了相关工作的深入开展。本项目提出并研究一种基于BioMEMS的单细胞阵列化方法，研究其生物兼容性机理及细胞生长控制方法，可有效解决现有光刻方法中剩余光刻胶等对细胞活性的影响问题，并能够同步实现多种单细胞的并行分离与阵列化。基于以上单细胞阵列芯片，将通过免疫细胞化学技术对细胞内蛋白进行荧光标记，研究精确动态跟踪分析药物对目标蛋白作用机理的方法，可为药物筛选及目前难以解决的同种细胞间的差异及相关机理研究提供有效手段。利用以上方法及量子点荧光技术，并通过引入分光棱镜及光阑等光学检测系统的新设计，提出并研究一种基于同一光源激发、在一个芯片上精确并行分析多种细胞内部蛋白药物作用机理的方法。相关研究可为在单个活细胞层面开展多目标靶点并行的细胞机理研究和高通量药物筛选创造条件，具有重要科学意义。

药物对细胞的作用机理及细胞个体的药物反应差异性是需要研究的重要问题，单细胞分离及检测技术的局限制约了相关工作的深入开展。本项目研究了一种基于BioMEMS的高效且具有生物兼容性的单细胞分离与阵列化机理及实现方法。制备了一种通用的链霉亲和素图形模板，并利用特异性免疫反应，完成了HL-60单细胞阵列芯片的制备。利用光刻、化学气相沉积等技术制备单细胞阵列检测平台，通过图形化HMDS、BSA和链霉亲和素，并依靠细胞表面生物素化提高了单细胞的捕获率，明显提高了单细胞图形化效率和准确性。该方法可有效解决现有光刻方法中剩余光刻胶等对细胞活性的影响问题，并能够同步实现多种单细胞的并行分离与阵列化。进一步地，本项目研究了基于该芯片的活细胞内蛋白的动态监测与分析方法。通过改变反应时间、温度以及镉与硒的比得到了荧光由紫色到红色的各色量子点，完成了亲水性修饰以及量子点生物探针的制备，并利用绿色和红色荧光探针实现了细胞表面的多色标记。研究了利用多色量子点探针进行单细胞药物分析的方法，分别完成了表皮生长因子以及其受体(EGFR)的探针标记，建立了荧光强度与药物药效评价的关系，并利用加入EGFR抑制类药物后两种量子点荧光的变化，对药物的药效进行了分析。基于以上方法，利用同一光源激发、在一个芯片上实现了多种细胞内部蛋白的药物作用机理的并行分析。在以上研究基础上，设计了相应的芯片激光扫描检测系统。相关研究为在单个活细胞层面开展多目标靶点并行的细胞机理研究和高通量药物筛选创造了条件，为药物筛选及同种细胞间的差异及相关机理研究提供了有效手段。