医学论文哪里有?笔者认为我们在今后的传感研究中会尝试使用更多的电子传输效率高并且能够有效结合 CTCs 的基底,来实现对于 CTCs 实时检测的目的。
第 1 章 绪论
1.3 石墨烯生物传感器的研究
1.3.1 石墨烯简介
碳元素在自然界中的存在非常普遍,也是人们一直探索和研究的热点之一。继石墨和金刚石被人们所熟知后,研究人员还在 1985 年发现了 C60,1991 年发现了碳纳米管等碳元素材料[41]。自 2004 年随着新型碳材料石墨烯 (Graphene) 的出现,这一以 sp2 杂化的石墨材料因其独特的性质更加成为人们研究的重点。如图 1.4 所示,石墨烯是碳原子的蜂窝状晶格;石墨可以看作是一堆石墨烯层;碳纳米管是石墨烯卷成的圆柱体;富勒烯 (C60) 是在六边形晶格上引入五边形而包裹的石墨烯分子[42]。石墨烯是具有一个碳原子 (0.335 nm) 厚度,碳原子之间以共价键相连接的六角型紧密堆积的平面碳薄膜[43]。理论上这种目前所知的最薄的二维材料可以构成一维碳纳米管、三维石墨等多种维数碳材料[44]。石墨烯具有极大的比表面积,优异的导热性能和极强的机械强度等优异性质。特别是在石墨烯中的电子能以极小的能量损耗完成极高效率的迁移,这一电子迁移中的能量损耗远远低于传统的金属导体和已知的半导体等材料[45-47]。因此,石墨烯自发现以来备受关注,并一直保持其研究热度且逐渐渗透到各个研究领域。
石墨烯的晶体结构决定其具有独特的电子能带结构,它所具有的零带隙结构使得石墨烯对任何变化都高度敏感。这一因电子能带结构而兼具金属和半导体性质的异常敏感又具有良好稳定性的材料,在生物传感领域中具有先天优势[48, 49]。
第 2 章 石墨烯三维检测基底的制备与表征
2.2 实验试剂与仪器
本实验中所用到的实验试剂及购买厂商如下:
我们从 Sigma-Aldrich 公司购得石墨和一水合肼 (N2H4·H2O, 98%)。乙醇(C2H5OH, 99.7%)、二甲基亚砜 (DMSO, 99.9%)、氯化铁 (FeCl3, 98%) 和盐酸(HCl, 36-38%) 从均采购于北京化工厂。从天津华东试剂厂购买了环六亚甲基四胺 (HMTA, 99%) 和 Zn(NO3)2 (99%)。去离子水是从 PINGCHENG 科技有限公司获得的,3-巯基丙基三甲氧基硅烷 (95%) 和马来酰亚胺丁酰氧基琥珀酰亚胺酯 (GMBS, 98%) 都购自 J&K 化工有限公司。链霉亲和素 (SA, 1 mg/mL)、抗体 (100 μg, 0.5 mg/mL)、细胞培养基 (DMEM, 1X, 4.5 g/L 葡萄糖、谷氨酰胺,110 mg/L 丙酮酸钠)、胎牛血清 (FBS)、青霉素链霉素 (10 mg/mL 链霉素和 10000 Units/mL 青霉素)、4’、6-二氨基-2-苯吲哚 (DAPI) 以及胰蛋白酶 (1X) 均购买自 Merck KgaA 公司。 检测仪器及检测方式如下: 我们采用场发射扫描电子显微镜 (SEM, JEOL JSM-7500F) 对三维大孔泡沫、ZnO纳米棒和基底固定化后的细胞形貌进行了表征。
我们采用 514 nm 激发波长的共聚焦拉曼分光光度计 (BWTEK) 对还原氧化石墨烯的还原程度进行了研究。我们采用Rigaku RU-200b X 射线粉末衍射仪 (XRD),在 10o≤2θ≤70o 范围内,用 Cu 辐射 (λ = 0.15405 nm) 对所制备的 rGO-ZnO 泡沫进行了测定。MCF-7 细胞的荧光图像由荧光显微镜 (Olympus IX 71) 获得。
第 3 章 循环肿瘤细胞的捕获与传感
3.1 前言
在上一章节中我们构建了用于检测 CTCs 的三维生物基底,计划利用石墨烯的高效电子传输能力实现 CTCs 与检测基底结合过程中的实时检测。在本章中我们主要研究了这种检测基底对CTCs 的灵敏检测。我们从荧光显镜照片中可以直接观察到 MCF-7 能够被基底高效捕获,并用 SEM 来进一步观测检测基底对 MCF-7 的捕获状态。为了更好的利用三维生物检测基底进行 CTCs 传感,我们提供了两种检测模式,分别用于检测 CTCs 传感过程中的电阻和阻抗。我们准备了 5000 cells/mL 的 MCF-7 细胞和 Hela 细胞, 1000 cells/mL 和 500 cells/mL MCF-7 细胞,在不同细胞悬浮液下进行 I-V 响应测试。我们利用 I-V 响应曲线计算出在细胞贴附过程中检测基底的实时电阻变化,并进行相互比较。通过对比,我们发现 MCF-7 细胞与检测基底的结合会导致检测基底电阻发生变化,并且随着时间的推移和 MCF-7 浓度的增加这一电阻变化趋势越发明显。我们利用 500 cells/mL 的 MCF-7 细胞进行阻抗传感测试,发现与纯细胞培养基相比,有 MCF-7 细胞参与的 EIS 曲线低频部分的斜率和高频部分半圆形区域都发生了明显变化。之后我们利用 ZsimDemo 软件对得到的 EIS 曲线进行拟合,并比较了不同条件下的 Rct 的变化,也通过拟合电路对 CTCs 的检测原理进行了分析。
3.2 循环肿瘤细胞的培养
我们的实验中会利用多种浓度的循环肿瘤细胞进行捕获和传感研究,所以合理的细胞培养并对细胞浓度进行准确的调配在实验中至关重要。在细胞培养中会涉及到细胞复苏、传代、换液、冻存等流程。在每次实验前会对培养好的细胞进行计数并调配成实验所需细胞浓度。
1、细胞复苏
循环肿瘤细胞被冻存在液氮罐中,都是以 1 mL 是冻存量进行的冻存。首先确认好所需细胞位置并从液氮中取出相应冻存管,之后转移到 37 摄氏度水浴锅中不断摇动直至冻存管中的物质都变为液态。将冻存管中的细胞悬液 (1 mL ) 和 10 mL 细胞培养基加入离心管并轻吹混匀,在每分钟 800 转的转速下离心 5 分钟。离心一次后将上液倒出,弹动离心管底部细胞直至沉淀状消失,接着加入完全培养基,并用移液枪吹匀后再次离心。离心完成后,将 10 mL 左右的完全培养基和细胞传入到培养瓶 (T75 或 T25) 中,并放在培养箱中孵育。
2、细胞传代
细胞生长一段时间后会分裂成更多的细胞,由于培养空间有限,需要对细胞进行传代处理。首先从长满细胞的培养瓶中吸出旧培养基,再用 PBS 或完全培养基清洗培养瓶两次。此时细胞仍然贴附在培养瓶底部,不会被清洗掉。接着加入 5 mL 胰蛋白酶并在培养箱环境中消化 4 分钟。从培养箱中取出培养瓶后加入 5 mL 完全培养基终止消化过程。之后对细胞进行两次清洗离心,此离心过程与复苏过程中的离心步骤一致。离心后加入 5 mL 完全培养基到装有细胞沉淀物的离心管中,按照一传五的原则,吹匀后取出 1 mL细胞悬浊液传入 T75 中, 再加入适当的完全培养基 (8-12 mL) 即可放入孵育箱中继续培养。
第 4 章 结论与展望
4.2 展望
循环肿瘤细胞的捕获与传感对于肿瘤的分析至关重要。本论文对于 CTCs 检测过程中的实时电学信号变化进行了检测与分析,以简便可行的方式实现了在生物传感中实时检测的目的。这种对于 CTCs 实时检测取得的成功,增强了我们进一步研究的信心。在此研究基础上,我们会延续实时生物检测的做法,并且认为可以在以下几个方面展开进一步的研究工作:
(1) 本论文中我们只用了电阻和阻抗信号来分析 CTCs 在被基底捕获过程中的传感过程。在今后的研究中,我们可以利用更多的电化学检测方法对循环肿瘤细胞进行生物传感测试,如循环伏安法和差分脉冲伏安法等。
(2) 我们可以把检测装置的腔室改装成一个微循环结构,让细胞悬浮液在与检测基底接触的过程中处于流动状态,以此来模拟人体内的血液循环。
(3) 我们可以改变 3D 检测基底的尺寸、形状以及孔径大小,探究不同状态下的检测基底对循环肿瘤细胞检测的影响。
(4) 我们在今后的传感研究中会尝试使用更多的电子传输效率高并且能够有效结合 CTCs 的基底,来实现对于 CTCs 实时检测的目的。
参考文献(略)