【摘要】：納米科學(xué)技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)和生命科學(xué)技術(shù)作為本世紀(jì)最具發(fā)展前途的三個(gè)領(lǐng)域,相互之間聯(lián)系頗為緊密,互相交叉,相輔相成。例如原子力顯微鏡(AFM),作為一種在納米科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究工具,同樣在生命科學(xué)中備受歡迎。作為用納米技術(shù)去探索生命大分子或者細(xì)胞秘密的代表工具之一,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)細(xì)胞的形貌表征、細(xì)胞多種特性研究和對(duì)細(xì)胞、DNA和分子的操縱。眾多神經(jīng)系統(tǒng)疾病對(duì)人類構(gòu)成了嚴(yán)重威脅,對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的物理或生物特性研究與眾多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的了解和治療具有重大研究意義。原子力顯微鏡的高精度、高便捷等特性在這方面的研究具有極大的優(yōu)勢(shì)和作用。本文基于對(duì)原子力顯微鏡的詳細(xì)介紹和研究,提出了導(dǎo)電原子力壓痕研究方法。該技術(shù)的目的在于對(duì)活體神經(jīng)細(xì)胞等具有電學(xué)興奮性的細(xì)胞進(jìn)行原子力壓痕實(shí)驗(yàn)的同時(shí),通過(guò)壓痕實(shí)驗(yàn)時(shí)探針和細(xì)胞的力學(xué)曲線判斷兩者接觸情況,在納米級(jí)探針尖刺入細(xì)胞膜的同時(shí)采集細(xì)胞膜電位的變化。該技術(shù)基于探針-細(xì)胞力學(xué)模型和探針-細(xì)胞的等效電路模型兩者的理論提出的,由此自主設(shè)計(jì)了液相下細(xì)胞電學(xué)信號(hào)采集模塊,彌補(bǔ)了原子力顯微鏡對(duì)于活體細(xì)胞電學(xué)特性研究這一空白。基于以上研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì),完成了對(duì)神經(jīng)細(xì)胞膜的自我修復(fù)行為與修復(fù)時(shí)間關(guān)系的初步研究。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB383.1;R329.2
【圖文】：

細(xì)胞電學(xué)特性的研究發(fā)展至今，研究人員開(kāi)發(fā)了多種檢測(cè)技術(shù)。就目前而熟的技術(shù)有膜片鉗技術(shù)、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、微電極陣列等。每一種測(cè)試技術(shù)處和不足之處。片鉗（Patch Clamp）電生理檢測(cè)技術(shù)是一種通過(guò)檢測(cè)全細(xì)胞、單個(gè)或者幾的電信號(hào)來(lái)研究細(xì)胞生理功能的技術(shù)[4]，屬于一種細(xì)胞內(nèi)電信號(hào)檢測(cè)技術(shù)物物理研究所的 Neher 和 Sakmann 于 1976 年首創(chuàng)膜片鉗技術(shù)，經(jīng)過(guò) 40 余膜片鉗技術(shù)已成細(xì)胞電生理特性研究的參考標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)如今全自動(dòng)膜片鉗系更是標(biāo)志著膜片鉗技術(shù)的顯著提升。Ebina 等人[7]在 2014 年提出了將膜片鈣離子成像結(jié)合的技術(shù)，并借此方法采集并分析了小鼠神經(jīng)元的突觸電流sola 等人[8]設(shè)計(jì)了一種膜片鉗與 AFM 相結(jié)合的工具，將原子力顯微鏡的探片鉗微吸管一般空心管的樣式，探針作為微吸管與心肌細(xì)胞膜進(jìn)行封接，了心肌細(xì)胞的離子電流。 但是膜片鉗技術(shù)同樣存在著不足，首先是對(duì)待測(cè)態(tài)要求苛刻，不允許有污染物或者雜質(zhì)粘附在細(xì)胞膜上，再者就是因操作嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)的效率，實(shí)驗(yàn)測(cè)量通量仍然偏低[9]，設(shè)備昂貴等，因此膜片用率受到了限制。

更是成為生物醫(yī)學(xué)、高通量藥物篩選等領(lǐng)域的新興研技術(shù)普遍存在一個(gè)興奮性細(xì)胞與 MEA 表面電極耦合質(zhì)量差，且對(duì)亞閾值突觸電位無(wú)法檢測(cè)的問(wèn)題。為了克服僅記錄細(xì)胞外場(chǎng)電位 平臺(tái)的固有局限性，許多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)發(fā)了用于細(xì)胞內(nèi)記錄的體裝置中的大多數(shù)使用垂直納米棒或納米線，其穿透培養(yǎng)細(xì)胞的質(zhì)細(xì)胞內(nèi)微電極的方式記錄電生理信號(hào)。2012 年，Xie 等人[11]利用的完成對(duì)心肌細(xì)胞動(dòng)作電位長(zhǎng)時(shí)間探測(cè)記錄，還可檢測(cè)到靶向離電位的細(xì)微變化。甚至，通過(guò)納米電極的電穿孔和再密封過(guò)程可胞內(nèi)進(jìn)行記錄。2015 年，Angle 等人應(yīng)用納米級(jí)電探針測(cè)量到了17 年，Lin 等人[13]制作了垂直納米柱電極，通過(guò)高度局部化的電可以記錄多達(dá) 60 個(gè)單獨(dú)搏動(dòng)的心肌細(xì)胞胞內(nèi)動(dòng)作電位。2018 年，一種類似于蘑菇狀的 3D 微電極，成功“誘導(dǎo)”神經(jīng)元“吞噬”具有細(xì)胞內(nèi)記錄特征的神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢缓屯挥|后電位。MEA 技術(shù)于檢測(cè)通道數(shù)多、長(zhǎng)期實(shí)時(shí)檢測(cè)、對(duì)細(xì)胞無(wú)損傷，但也存在依賴度不緊密導(dǎo)致檢測(cè)信號(hào)信噪比低的問(wèn)題，嚴(yán)重地影響了檢測(cè)信號(hào)的

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 蔡冰潔;張國(guó)軍;;納米場(chǎng)效應(yīng)晶體管生物傳感器在醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用[J];檢驗(yàn)醫(yī)學(xué);2015年06期

2 馬夢(mèng)佳;陳玉云;閆志強(qiáng);丁劍;何丹農(nóng);鐘建;;原子力顯微鏡在納米生物材料研究中的應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2013年01期

3 �；�;;深入解析跨膜電位形成的離子基礎(chǔ)和產(chǎn)生機(jī)制[J];考試(教研版);2012年10期

4 梁作舟，白也武;掃描隧道顯微鏡的發(fā)展史[J];廣西物理;1995年Z2期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 張佳駿;微電極陣列檢測(cè)離體細(xì)胞電生理信號(hào)的研究[D];上海交通大學(xué);2015年

2 丁穎;神經(jīng)元?jiǎng)幼麟娢坏哪Ｊ椒诸惣夹g(shù)及編碼技術(shù)研究[D];杭州電子科技大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2725053