一种用于多巴胺实时检测的集成微电极的微流控芯片.pdf

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1、第43卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第7期2015年7月ChineseJournalofAnalyticalChemistry977—982DOI：10．11895／j．issn．0253-3820．150225一种用于多巴胺实时检测的集成微电极的微流控芯片刘军山肖庆龙葛丹张洋洋张文珠。徐征刘冲王立鼎(大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室，干细胞与组织工程研究中心，化学学院，大连116024)摘要设计并制作了一种用于多巴胺实时检测的集成微电极的微流控芯片。芯片由一片聚二甲基硅氧烷(PDMS)沟道片和一片玻璃电极片组成，在P

2、DMS沟道片上集成了用作细胞培养室的主通道和用于培养基输送的两条侧通道，在玻璃电极片上集成了用于多巴胺实时检测的微电极。为了解决PDMS沟道片与硅模具之间的脱模困难问题，研究了一种新的脱模方法。建立了一种Au．Au．Au三电极体系，表现出了良好的电化学检测性能。以溶解在神经干细胞培养基中的多巴胺为测试样品，对芯片的性能进行了初步研究。多巴胺的检出限为3．92v,mol／L，线性检测范围为10～500p,mol／L，片间的检测重复精度小于4％。关键词微流控芯片：电化学检测；多巴胺；微电极；聚二甲基硅氧烷1引言帕金森病是一种常见的神经系统变性疾病，

3、主要是由于多巴胺能神经元缺失所导致的⋯。神经干细胞经过诱导可以分化成多巴胺能神经元，因此神经干细胞移植被认为是治疗帕金森病的一种理想方法_2]。目前，有关神经干细胞的体外研究主要是基于细胞的二维培养_3]。但是，越来越多的研究表明，在二维培养环境中，细胞无法真正体现其在体内的生物学特性与功能[5]。近年来，已有很多利用各种新材料构建三维支架用作细胞三维培养的报道，如超疏水的硅微柱]、三维聚合物微柱阵列[7]、三维水凝胶网络结构_8等。这种三维培养环境，被认为更接近体内的真实状态，有利于更可靠地开展生物医学研究I9]。本研究组此前研究了一种利用胶

4、原水凝胶构建神经干细胞三维微环境的方法，经过42天培养后，仍然有约82％的细胞保持活性_1。微流控芯片具有试剂消耗量少、集成化程度高、液体流动可精确操控等优点，已被广泛用于各种生化分析_l。最近，又有将微流控芯片与水凝胶技术相结合，用于构建片上的细胞三维培养微环境的报道[8,12]。为了研究神经干细胞向多巴胺能神经元的分化情况，常用的方法是将细胞培养基收集起来．然后利用高效液相色谱仪对其中的由多巴胺能神经元分泌出的多巴胺进行定量分析_1。但是．这种方法无法实现多巴胺的实时检测。电化学检测具有检测灵敏度高、可微型化和集成化等特点．已被用于多巴胺的

5、实时检测。本实验设计并制作了一种新的集成微电极的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsil0xane，PDMS)／玻璃微流控芯片，在芯片上集成了用作细胞培养室的主通道、用于培养基输送的两条侧通道和用于多巴胺实时检测的微电极。通过结合之前提出的胶原水凝胶方法_1，有望实现片上的神经干细胞三维培养以及分泌出的多巴胺实时检测。实验以溶解在神经干细胞培养基中的多巴胺为测试样品，对芯片的性能进行了初步研究2实验部分2．1微流控芯片设计微流控芯片由一片PDMS沟道片(50millx25mmx3mm)和一片玻璃电极片(75mmx25mm×2mm)组成(图

6、1)。沟道片上集成了用作细胞培养室的主通道和用于培养基输送的两条侧通道。培养室由两排微柱阵列围成，长20mm、宽1mm，微柱长100m、宽50m、高150I,zm、间距为20Ixm；侧通2015433-20收稿；201543513接受本文系国家自然科学基金(Nos．51475080，51321004，31300809，21205009)、国家863项目(No．2012AA040406)、中央高校基本科研业务费专项资金(No．DUT14QY21)资助E-mail：liujs@dlut．edu．cn第7期刘军山等：一种用于多巴胺实时检测的集成微电极

7、的微流控芯片979验中所用的水均为Milli．Q系统提供的超纯水；CHI650E电化学工作站(上海辰华仪器有限公司)。3结果与讨论3．1芯片设计设计的芯片最终目标是想实现神经干细胞的三维培养以及分泌的多巴胺实时检测。如图1所示，芯片上设计了一种由微柱阵列围成的通道结构，用作细胞培养室。通过细胞入口，可以将包裹在胶原水凝胶中的神经干细胞引入到培养室内进行三维培养。微柱阵列间距为20Ixm，既可以将细胞和胶原水凝胶混合液限制在培养室内，又可以保证培养基灌注式地从侧通道进入培养室中，同时顺利地将细胞新陈代谢产物排出到废液池中。电化学检测的参比电极一般

8、选用Ag／AgC1电极，但是Ag／AgCI在生物环境中容易出现降解现象¨。金的生物相容性好，虽然用金电极作为准参比电极进行电化学检测时，参比电位会有一