【摘要】：單細胞分析是在細胞及亞細胞層面研究生命過程的重要技術(shù)手段，但目前單細胞分析技術(shù)常受到分選技術(shù)純度、漏選，錯選及細胞操控方式的影響，造成單細胞分析準確性的下降。因此，發(fā)展新型單細胞分選控制技術(shù)對單細胞分析十分重要。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胞操控系統(tǒng)近年來快速發(fā)展，其優(yōu)點包括樣本需求量小、操控簡便、控制響應(yīng)時間短、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系統(tǒng);通過在二氧化錳表面修飾細胞吸附抗體，實現(xiàn)對目標單細胞的捕獲;再通過對目標微電極的電化學刻蝕切斷微電極與目標單細胞的聯(lián)接，實現(xiàn)單細胞的釋放與操控。

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-金復合微電極陣列。通過光學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-金復合微電極陣列與器件設(shè)計目標基本一致。該二氧化錳-金復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個電極和88個腳電極。

(2)將微電極陣列、電解質(zhì)溶液和導電玻璃組成微電極陣列器件。通過觀察二氧化錳微電極的循環(huán)伏安曲線及其對應(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、電極間距和電化學窗口參數(shù)下，測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窗口的增寬，均可增強對二氧化錳的電化學刻蝕。

(3)利用經(jīng)上皮細胞黏附分子(EpCAM)修飾的二氧化錳微電極捕獲循環(huán)腫瘤細胞，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目標細胞。使用1.0V電壓，可實現(xiàn)對單個二氧化錳微電極的電化學刻蝕，進而切斷微電極與單細胞的聯(lián)接，實現(xiàn)對單個目標細胞的釋放。綜上所述，本文構(gòu)建了基于二氧化錳的微電極陣列器件，并通過電化學方法，將其應(yīng)用于單細胞的捕獲與釋放。研究結(jié)果表明，基于二氧化錳構(gòu)建的微電極陣列單細胞控制系統(tǒng)，可用于循環(huán)腫瘤細胞的單細胞分選。該技術(shù)有望提供一種新型單細胞分選控制平臺，并與單細胞分析系統(tǒng)聯(lián)合用于多種細胞的單細胞研究。