[发明专利]一种适于单细胞及亚细胞水平生物活性物质检测的高精度电化学检测方法

说明书

本发明提供了一种具有高空间分辨率的封闭式电化学检测方法，特别是涉及一种适于单细胞、甚至亚细胞水平生物活性物质检测的高精度电化学检测技术。本发明还提供了用于实施所述封闭式电化学检测方法的一种电化学电极系统，其包括：微电极、碳纤电极、参比电极、电解液以及推进器。

技术领域

本发明属于电化学传感器技术领域。具体而言，本发明涉及一种具有高空间分辨率的封闭式电化学检测方法，特别是涉及一种适于单细胞、甚至亚细胞水平生物活性物质检测的高精度电化学检测技术。

背景技术

在现代医学与生物学的研究和应用中，单细胞水平的生物活性物质检测(例如递质量子化释放事件的检测，激素分泌事件的检测，以及疾病相关物质含量如过氧化氢的检测等)，对于复杂精细的细胞生命活动的更深层理解乃至临床诊断及预后判定等方面的发展都是极为重要的。而随着现代科技的快速发展，人们对于细胞生命活动相关活性物质的探索热情也开始逐步拓展至亚细胞水平，对于更小尺度的生物活性物质检测也成为近年来检测技术领域中备受关注的热点。

目前，已报道的可用于单细胞水平生物活性物质的检测技术包括：荧光探针技术、质谱技术以及电化学技术。而电化学技术凭借超高的时间和空间分辨率、便捷的操作与分析优势，成为最为主要的检测手段。针对这一用途而开发的电化学传感器，主要由微米尺度碳基或金属材料制成。实施方式通常是将传感器的电化学检测区与感兴趣细胞的特定细胞膜片相接触，或直接将传感器刺入细胞来进行记录。然而，就技术层面而言也面临着诸多的难题：首先，几乎所有的用于单细胞水平分析的电化学传感器都只能在培养细胞上操作，这意味着在更接近生理状态的脑片或在体条件中是很难实现单细胞电化学记录的；其次，由于绝大多数传感器都是在开放环境中进行记录的，在电化学检测区所记录到的生物活性物质信号通常存在一定程度的扩散丢失；与此同时，开放的记录环境也导致实验结果更易受到外界环境的干扰。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种具有高空间分辨率的封闭式电化学检测方法，特别是涉及一种适于单细胞、甚至亚细胞水平生物活性物质检测的高精度电化学检测技术。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

1.一种电化学电极系统，其包括：微电极、碳纤电极、参比电极、电解液以及推进器，在工作状态下，所述微电极与细胞膜片形成松散式或巨阻式封接，形成局域性封闭式的电化学记录环境，所述碳纤电极与参比电极尖端均没入存于微电极尖端内的电解液中，形成微型电化学反应池，所述推进器用于精细化调控碳纤电极在微电极内的位置，从而使碳纤电极的尖端足够靠近所封接的细胞膜片，由此所述电化学电极系统可以在封闭式记录环境中对单细胞或亚细胞水平下的生物活性物质，如神经递质：谷氨酸，多巴胺，5-羟色胺等进行电化学检测，其中所述微电极由抗电磁干扰的材质制造。

2.项目1所述的电化学电极系统，其中所述微电极为玻璃微电极或塑料微电极。

3.项目1-2所述的电化学电极系统，其中所述微电极的外径为2-5mm，内径为1-4mm；尖端开口的内径范围在0.1-5μm。

4.项目1-3任一项所述的电化学电极系统，其中所述碳纤电极包括碳纤维、碳纤电极壳体、导线，例如铜丝，所述碳纤维和导线封装在所述碳纤电极壳体中，并且碳纤维末端和导线前端通过导电凝胶电导连，导线尾端与推进器相固定，所述碳纤维尖端的裸碳纤维暴露于壳体外。

5.项目4所述的电化学电极系统，其中所述碳纤维尖端的裸碳纤维长度为1-200μm，初始直径为5-10μm，碳纤维尖端为锥形或圆柱形，可形成尖端直径范围在50-1000nm的电化学检测区域。

6.项目1-3任一项所述的电化学电极系统，其中所述碳纤电极整体的直径范围为0.1-0.4mm。

7.项目1-6任一项所述的电化学电极系统，其中所述参比电极为细丝状，直径0.1-0.4mm，材质为金属，优选为氯化银-银。