單細(xì)胞分析是在細(xì)胞及亞細(xì)胞層面研究生命過(guò)程的重要技術(shù)手段，但目前單細(xì)胞分析技術(shù)常受到分選技術(shù)純度、漏選，錯(cuò)選及細(xì)胞操控方式的影響，造成單細(xì)胞分析準(zhǔn)確性的下降。因此，發(fā)展新型單細(xì)胞分選控制技術(shù)對(duì)單細(xì)胞分析十分重要。隨著納米技術(shù)和微加工技術(shù)的發(fā)展，基于微流控系統(tǒng)和微電極陣列的單細(xì)胞操控系統(tǒng)近年來(lái)快速發(fā)展，其優(yōu)點(diǎn)包括樣本需求量小、操控簡(jiǎn)便、控制響應(yīng)時(shí)間短、分選精度高等。

本文基于二氧化錳納米結(jié)構(gòu)，利用紫外光刻微加工技術(shù)，構(gòu)建微電極陣列電化學(xué)系統(tǒng);通過(guò)在二氧化錳表面修飾細(xì)胞吸附抗體，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)單細(xì)胞的捕獲;再通過(guò)對(duì)目標(biāo)微電極的電化學(xué)刻蝕切斷微電極與目標(biāo)單細(xì)胞的聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞的釋放與操控。

本文的主要結(jié)果如下:

(1)首先利用磁控濺射和紫外光刻技術(shù)在玻璃基板上沉積金電極陣列，再利用紫外光刻技術(shù)和二氧化錳納米空心球自組裝技術(shù)在核心電極區(qū)組裝二氧化錳，形成二氧化錳-金復(fù)合微電極陣列。通過(guò)光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)所制備的二氧化錳-金復(fù)合微電極陣列與器件設(shè)計(jì)目標(biāo)基本一致。該二氧化錳-金復(fù)合微電極陣列的總尺寸是40mm×40mm的正方形，核心電極的大小為120mm×120mm的正方形電極，電極與電極之間的間距為1080mm，陣列上一共有88個(gè)電極和88個(gè)腳電極。

(2)將微電極陣列、電解質(zhì)溶液和導(dǎo)電玻璃組成微電極陣列器件。通過(guò)觀察二氧化錳微電極的循環(huán)伏安曲線及其對(duì)應(yīng)的刻蝕效果的變化，構(gòu)建二氧化錳微電極電容與刻蝕效果的關(guān)系。用原子力顯微鏡(AFM)表征刻蝕前后二氧化錳薄膜的厚度變化，并在不同的掃描速率、電極間距和電化學(xué)窗口參數(shù)下，測(cè)試刻蝕前后電極的電容變化。研究發(fā)現(xiàn)，掃描速率的增加、電極間距的減小以及電化學(xué)窗口的增寬，均可增強(qiáng)對(duì)二氧化錳的電化學(xué)刻蝕。

(3)利用經(jīng)上皮細(xì)胞黏附分子(EpCAM)修飾的二氧化錳微電極捕獲循環(huán)腫瘤細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)二氧化錳微電極陣列中有32%的單電極單元可捕獲單個(gè)目標(biāo)細(xì)胞。使用1.0V電壓，可實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)二氧化錳微電極的電化學(xué)刻蝕，進(jìn)而切斷微電極與單細(xì)胞的聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)目標(biāo)細(xì)胞的釋放。

綜上所述，本文構(gòu)建了基于二氧化錳的微電極陣列器件，并通過(guò)電化學(xué)方法，將其應(yīng)用于單細(xì)胞的捕獲與釋放。研究結(jié)果表明，基于二氧化錳構(gòu)建的微電極陣列單細(xì)胞控制系統(tǒng)，可用于循環(huán)腫瘤細(xì)胞的單細(xì)胞分選。該技術(shù)有望提供一種新型單細(xì)胞分選控制平臺(tái)，并與單細(xì)胞分析系統(tǒng)聯(lián)合用于多種細(xì)胞的單細(xì)胞研究。