微流控系統(tǒng)同時定量測定單細胞內(nèi)多種重要金屬離子的研究.pdf

1、Na+、K+、Ca2+、Mg2+作為細胞內(nèi)重要的四種金屬離子，它們的含量水平與細胞的生理、病理密切相關。其中：Na+、K+不僅參與調(diào)控細胞的膜電位、滲透壓等重要的電生理過程，而且 Na+、K+的缺失或含量的異常變化會誘發(fā)心率失常及心血管系統(tǒng)功能障礙等疾病。Ca2+是細胞增殖、分裂、運動、能量代謝、氧代謝、細胞膜通透性及穩(wěn)定性、細胞的信息傳遞等生理功能正常發(fā)揮的物質(zhì)基礎，Ca2+代謝紊亂將導致細胞發(fā)生可逆或不可逆的損傷，繼而引起細胞結(jié)構功

2、能失調(diào)。Mg2+是細胞內(nèi)多種酶的激活劑，能夠維持細胞內(nèi)部結(jié)構的穩(wěn)定，有利于骨骼的正常生長以及神經(jīng)肌肉的興奮性，鎂離子濃度異常會對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生損傷。另一方面，單個細胞（即使是同一類型的細胞）作為生命活動的真正基本單位，相互之間并不是完全等同。近年來不斷發(fā)展的實驗技術，提供了更加定量與客觀的證據(jù)，表明在許多關鍵生命過程，例如，胚胎發(fā)育、細胞分化、疾病發(fā)生與發(fā)展等過程中，特定的單個細胞行為，以及其間的個體化差異與異質(zhì)性，導致了極其重要甚至是決

3、定性的結(jié)果。因此，單細胞層面、分子水平上準確把握 Na+、K+、Ca2+、Mg2+的含量水平，是深入理解其生理、病理機制的前提與基礎。
　　然而，由于 Na+、K+、Ca2+、Mg2+在細胞中不僅共存、相互協(xié)同，而且性質(zhì)相似、彼此干擾，需要檢測技術擁有高選擇性和高效分離的能力；另一方面，單細胞體積小、胞內(nèi)組分含量低、濃度差異大，這便需要檢測技術能夠處理超小體積（單細胞）的樣品和很高的檢測靈敏度。目前生化分析手段獲得的結(jié)果多是宏觀的

4、觀察或整體的平均，難以獲得單細胞內(nèi)這類物質(zhì)的真實信息。因此，要揭示Na+、K+、Ca2+、Mg2+對細胞功能調(diào)控及其與疾病的關系，需要了解單細胞內(nèi)此物質(zhì)的定量信息，以及它們之間相互協(xié)同作用的真實信息，迫切需要發(fā)展高靈敏、多參數(shù)、可同時定量測定單細胞內(nèi)多種金屬離子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+）的新方法。
　　基于此，本論文就單細胞多種金屬離子（Na+、K+、Ca2+、Mg2+）同時定性定量測定的分析方法進行了探索與研究，發(fā)展了

5、一種可用于單細胞內(nèi)多種金屬離子同時定量檢測的新方法，并利用該方法測定了單細胞內(nèi)金屬離子的含量，初步探究了細胞內(nèi)含量與細胞生理及病理的關聯(lián)。論文主要包括以下四個部分：
　　第一章是緒論，首先簡單介紹了細胞內(nèi) Na+、K+、Ca2+、Mg2+等金屬離子的生物學功能，以及目前細胞內(nèi)金屬離子的主要檢測方法和局限性；然后總結(jié)了單細胞分析的意義以及單細胞組分分析的主要研究方法，詳細介紹了微流控分析系統(tǒng)的組成以及芯片電泳技術用于單細胞組分分析的

6、研究進展；最后概述了微流控系統(tǒng)用于細胞內(nèi)金屬離子檢測的研究現(xiàn)狀。
　　第二章針對單細胞內(nèi)Na+和K+的協(xié)同作用以及目前單細胞內(nèi)Na+和K+同時定量檢測的困難，發(fā)展了一種基于cBDP熒光探針聯(lián)合微流控芯片電泳技術可同時檢測單細胞內(nèi)Na+和K+的新方法，cBDP熒光探針可選擇性的同時識別Na+和K+，微流控芯片電泳實現(xiàn)兩組分的高效分離，激光誘導熒光實現(xiàn)高靈敏檢測，所建立方法簡單、快速，并進一步應用于癌癥細胞與正常細胞內(nèi)鈉鉀含量的對比以

7、及癌癥細胞凋亡早期細胞內(nèi)鈉鉀離子含量變化的檢測，可望為鈉鉀離子相關的生物學問題研究提供了一種新途徑。
　　第三章鑒于單個細胞內(nèi) Na+、K+、Ca2+、Mg2+的生理功能及其相互關聯(lián)作用，在第二章的基礎上發(fā)展了一種可同時定量測定單細胞內(nèi)Na+、K+、Ca2+、Mg2+四種離子的方法，通過三種熒光探針的搭配，可特異性的識別四種離子，利用微流控芯片電泳-多激發(fā)多發(fā)射激光誘導熒光檢測平臺，實現(xiàn)了單個細胞內(nèi)4種金屬離子的熒光衍生產(chǎn)物的有效

8、分離及其同時定量檢測，完成了單個4T1細胞的測定。所建立的方法可望為單細胞內(nèi)多種組分的同時定量分析研究提供了一種新策略。
　　第四章是總結(jié)與展望，本論文提出了兩種同時測定單個細胞內(nèi)多組分的分析方法，兩種方法本質(zhì)相同，相互關聯(lián)，逐級遞進，首先實現(xiàn)了單個細胞內(nèi)Na+和K+雙組分的同時檢測，然后在此基礎上拓寬了應用范圍，發(fā)展了適用于單個細胞內(nèi)Na+、K+、Ca2+、Mg2+四種離子同時定量檢測的分析方法。而細胞內(nèi)更多金屬離子以及更多其它