单个细胞纳米操纵及电信号检测技术的研究

摘要

针对单个细胞分析是分析化学和生物医学等多学科之间渗透发展形成的跨学科前沿领域，因其广泛的应用领域而得到了大批学者的重视。细胞是生命体组成的基本单元，可有效反映生物的功能和状态。传统细胞生理特征分析多数是在细胞群体的基础上进行统计分析，而没有重视细胞个体的差异，从而忽视了细胞的重要信息。而传统单细胞水平上的生理特性分析方法测量手段单一，并且检测流程繁琐。本文针对单个活细胞，完成多种生理特性测量以及细胞定位操纵的任务，设计机器人纳米操纵系统。
　　原子力显微镜是纳米科技领域的重要研究工具，具有高效、精准、灵活的特点，广泛应用于生物医学等领域。本文基于原子力显微镜技术，设计并搭建机器人纳米操纵平台，完成对系统控制程序的开发，进行单个活细胞的生理特性研究，拓展本系统的应用功能。针对AFM扫描范围小的弊端，开发大面积扫描功能，实现对单个细胞的定位及成像。详细分析细胞操纵过程中的力学模型，使用单探针完成对心肌细胞力曲线的测量，使用双探针构成“纳米镊子”完成对细胞的操纵。同时，心肌细胞自身具有生物电特性，使用导电探针作为纳米电极，实现对细胞动作电位的测量。本文设计的机器人纳米操纵系统能够在生理环境下对单个活细胞完成形貌、力学、电信号多种生物物理特性的测量，以及定位等操纵，能够在单细胞水平上为研究细胞生理、病理过程和重大疾病的早期临床诊断和治疗及药物筛选提供新的方法。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2研究背景与意义

1.3国内外研究现状

1.4主要研究内容

2.1基于AFM的纳米操纵技术的工作原理及检测理论

2.2机器人系统设计

2.3本章小结

第三章 活细胞定位成像

3.1常规定位成像方法

3.2基于AFM的活细胞定位技术的原理

3.3进针方法的研究

3.4 定位成像程序的开发

3.5心肌细胞的提取

3.6细胞定位成像实验

3.7本章小结

4.1双探针机器人纳米操纵系统信号检测模块设计

4.2细胞操纵力学模型

4.3心肌细胞搏动特性

4.4活细胞操纵实验及分析

4.5本章小结

5.1心肌细胞电生理特性

5.2细胞电信号测量原理

5.3细胞电信号测量系统设计

5.4心肌细胞膜外电信号测量实验

5.5本章小结

第六章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的研究成果