细胞拥有并表达着一系列潜在的识别元件,如受体、离子通道、酶、电位等,这些元件都可以作为靶分析物,当它们对外界刺激敏感时,就按照固有的细胞生理机制产生相应的生理功能活动。所以细胞芯片就是以生活细胞作为探测单元或传感元件,通过检测生活细胞的基本功能信息,细胞对化合物的响应等,实时、定量地确定细胞的生活状态和被分析物性质的技术。它可以检测细胞形态变化,电生理变化,液相环境的生化变化等等各种基本功能信息和生理信息。由于具有实时检测、原位检测、批量检测以及低成本检测等独特优点,细胞芯片已成为生命科学和环境科学以及医疗科学领域必不可少的工具。因此细胞芯片技术的研究有着十分重要的理论和实际意义。研究目的:构建新型的压电细胞传感芯片(Piezoelectric Cell-based Sensor Chip, PCSC)技术平台,并以该平台为基础,在理论和实验方面阐明细胞的压电传感响应特性;以肝癌细胞作为主要研究对象和传感元件,探索此技术平台在阳性药物检测、药物筛选以及纳米粒子在细胞检测中的效用等初步应用。此研究开创了药物筛选的压电传感方法,也为其应用提供了有力的理论基础,同时也对纳米细胞生物学领域做了有益的探索。研究方法:将压电传感技术和体外细胞培养技术结合进行平台构建;在性能测试过程中则是利用压电生物传感芯片的实时分析技术实时动态监测细胞行为信息,并结合扫描电子显微镜(Scanning Electric Microscope, SEM)进行细胞行为的形貌观察,以及双胰酶检测(Double Trypsin Assay, DTA)进行细胞行为的压电传感响应的验证;应用研究则利用压电生物传感芯片的实时分析技术与噻唑蓝比色分析(MTT)和荧光显微技术等传统的生物学方法进行同步实验的比较分析;最后采用氯金酸还原法制备纳米粒子,并以扫描隧道电子显微镜、紫外分光法等进行了纳米粒子的表征。研究结果:①运用传输线等效电路模型,引入声阻抗概念,直接建立起压电传感响应与负载声学参数的关系,并对各种质量效应与非质量效应,以及偏离因子进行了讨论和数学分析,从而建立了压电传感对细胞及其液相环境复杂体系响应的通解模型: