【摘 要】
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温度是生物研究中重要的指标,准确监测细胞在自然代谢过程中或药物刺激情况下的温度波动具有重要意义,能够为更深入的研究细胞在不同状态时的能量产生和扩散提供有意义的信息,对癌症和其他疾病的研究有一定帮助。采用荧光聚合物和热电偶探针等方法进行细胞温度测量存在测量精度低、细胞状态被干扰的局限性。本文研制的微芯片可用于监测微环境下的细胞温度波动,该微芯片由具有捕获功能的细胞培养结构和用于监测细胞温度波动的高精
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温度是生物研究中重要的指标,准确监测细胞在自然代谢过程中或药物刺激情况下的温度波动具有重要意义,能够为更深入的研究细胞在不同状态时的能量产生和扩散提供有意义的信息,对癌症和其他疾病的研究有一定帮助。采用荧光聚合物和热电偶探针等方法进行细胞温度测量存在测量精度低、细胞状态被干扰的局限性。本文研制的微芯片可用于监测微环境下的细胞温度波动,该微芯片由具有捕获功能的细胞培养结构和用于监测细胞温度波动的高精度温度传感器组成,同时该芯片设计有两个并行检测单元,可同时检测两个单元上的细胞温度波动情况和参考检测单元,并进行校准分析,实现细胞培养、细胞温度的高精度监测。这种集成了细胞培养和温度测量的微芯片是一种用于高精度监测细胞温度波动的有效工具,可用于细胞生理学和病理学研究。本论文主要完成如下工作:1、设计制备了一种集成了高精度铂（Pt）热电阻温度传感器和细胞捕获及培养微结构的微流控芯片,可以培养多种细胞并实时监测细胞温度。在温度稳定精度为±0.015℃的恒温系统中,温度传感器的灵敏度为1℃的温度变化会导致该Pt传感器变化4.113Ω,传感器的温度分辨率达到0.008℃,温度测量准确度优于0.013℃,测量精度为±0.014℃,响应速度约0.1s,在20–40℃温度范围内,温度和电阻之间显示出良好的线性关系（R~2=0.999）。2、微芯片用于人肺腺癌细胞（H1975）、肝癌细胞（HepG2）及肝星状细胞（HSC）培养和增殖过程中温度波动监测。在37±0.015℃的恒温环境下,癌细胞H1975（n=7,n代表细胞个数）的温度波动在-0.198–+0.924℃范围内;HepG2（n=7）的温度波动在-0.161–+0.168℃范围内;当在芯片上贴壁生长更多数量的HepG2细胞（n=36）时,细胞温度的最大变化量为0.24℃,所以细胞温度的波动与生长期间HepG2细胞的数量密切相关。与H1975细胞相比,HepG2细胞的代谢活性在大多数时间更容易受到环境的影响。3、微芯片用于监测HSC细胞和H1975细胞在药物刺激下的凋亡过程中的温度波动,在4%多聚甲醛作用下,贴壁生长的HSC细胞的形态几乎没有发生变化,但细胞温度波动在915s时达到峰值0.24℃后开始逐渐降低;用顺铂刺激贴壁生长的H1975细胞时,细胞形态发生了缓慢收缩,并逐渐呈现圆形等明显变化,温度最大波动为0.14℃。这种温度集成微芯片有助于高度灵敏地实时在线连续监测细胞正常生理过程和在药物作用下的温度变化,为我们更好地理解细胞温度波动和机体生命进程的联系提供有效的检测方法,从而促进肿瘤细胞的生理学和病理学研究。
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