钾离子通道是细胞膜上分布最广的离子通道,它们可以通过控制钾离子的流动调节多种细胞生物学过程。在常见的肿瘤组织中,钾离子通道表达异常并参与肿瘤的发生发展,如细胞增殖、侵袭、迁移和分化。因此,检测细胞表面K+以反映钾离子通道的表达对癌症的早期诊断和预后具有重要意义。目前,常用于检测细胞表面K+浓度的方法有:荧光法、光声法和电化学法等,这些方法虽然稳定可靠,但是难以实现细胞外精确位置上浓度的检测,因而无法获得更准确、更具体的生理过程信息。扫描电化学显微镜可以通过逼近曲线的绘制以控制探针尖端的位置,实现对微区电化学信号的原位测定,其电位模式可以通过离子选择性敏感膜对分析物的特异性识别为离子检测提供更高的选择性,并且已用于H+、Ca2+和Mg2+的原位检测。因此,扫描电化学显微镜为原位检测细胞表面K+提供了有用的方法。本论文基于扫描电化学显微镜的电位模式原位检测了细胞表面K+浓度。首次使用多壁碳纳米管作为固态转接层制备了双功能钾离子选择性微电极探针,用于SECM原位检测不同乳腺癌细胞表面的K+浓度,并探究了电刺激和培养环境pH值变化诱导的K+外流,利用4-氨基吡啶（4-AP）进一步探讨了K+外流的可能机制。本论文的研究内容分为四章,具体内容如下:第一章绪论本章首先介绍了钾离子通道和细胞表面钾离子的研究意义与分析方法以及电刺激、细胞培养环境pH对钾离子通道及细胞表面钾离子浓度的影响,接着介绍了扫描电化学显微镜的装置及原理、扫描电化学显微镜电位模式探针以及扫描电化学显微镜电位模式在生物传感中的应用。第二章 全固态钾离子选择性微电极探针的制备与表征本章制备了双功能钾离子选择性微电极探针,对其电化学特征与分析性能进行了表征和检测。通过滴涂掺杂多壁碳纳米管的离子选择性敏感膜溶液制备微电极探针,由于多壁碳纳米管作为转导层,提高了敏感膜的电导率和稳定性,使得探针可以记录电位信号并绘制逼近曲线。通过循环伏安技术、电化学阻抗技术、绘制逼近曲线表征了该探针的电化学特征,并测定了其分析性能,线性响应范围为10 μmol/L-0.10 mol/L,检出限为7.9 μmol/L,斜率为54.0±2.0 mV/decade,且具有良好的选择性和稳定性。本研究为钾离子的检测提供了一个有效途径。第三章基于扫描电化学显微镜电位模式原位检测细胞表面钾离子浓度本章将双功能钾离子选择性微电极作为扫描电化学显微镜探针,用于不同乳腺癌细胞（MCF-7,MDA-MB-231和SK-BR-3）表面钾离子浓度的原位检测。通过逼近曲线的绘制确定探针尖端与细胞之间的距离,首先将探针定位于细胞上方15 μm处,对细胞进行SECM扫描成像以确定单细胞的范围。再将探针定位于单细胞上方3 μm处,原位检测三种乳腺癌细胞表面钾离子浓度。结果表明,MDA-MB-231细胞表面K+浓度高于MCF-7,SK-BR-3细胞表面K+浓度最小,这可能与细胞膜上钾离子通道种类和数量的差异有关。本研究为原位检测细胞表面钾离子浓度提供了一种新方法。第四章 基于扫描电化学显微镜电位模式原位检测在外源刺激下的细胞钾离子外流本章利用双功能钾离子选择性微电极探针,以电刺激和细胞培养环境pH变化为外源刺激方式,原位检测了这两种刺激引起的细胞表面钾离子浓度的变化,并初步探讨了外源刺激诱导钾离子外流的作用机制。研究发现,随着刺激电位的增加,钾离子外流量增大;在所有刺激电位下,钾离子外流值都是:MCF-7细胞＞MDA-MB-231细胞＞SK-BR-3细胞;在不同细胞培养环境pH（8.00,7.40,6.50,6.00,5.50）中,pH 6.50对三种细胞表面的钾离子外流影响最大,而随着pH变小,三种细胞表面的钾离子外流受到不同程度的抑制,通过与经钾离子通道阻断剂--4-AP预处理后外部刺激引起的K+外流情况进行对比,可以得出电压门控钾通道参与调节外部刺激引起的K+外流。本研究对于探索钾离子通道参与细胞调控的机制具有重要意义。