[发明专利]一种用于检测单细胞外pH值的探针型有机电化学晶体管传感器及其制备方法、检测方法

说明书

本发明公开了一种用于检测单细胞外pH值的探针型有机电化学晶体管传感器及其制备方法、检测方法，其中，探针型有机电化学晶体管传感器包括装有电解液的电解池，一端插入到所述电解液中的探针型晶体管和探针型栅电极，所述探针型晶体管为微米双孔毛细管结构，所述微米双孔毛细管结构中的孔内均设置有导电层，所述微米双孔毛细管结构的底端设置有与所述导电层接触的有机半导体薄膜层；所述探针型栅电极为纳米单孔毛细管结构，所述纳米单孔毛细管结构的孔内修饰有pH敏感功能层。本发明提供的探针型有机电化学晶体管传感器对单细胞外pH值具有更高的检测灵敏度，且不会对单细胞的行为造成干扰。

技术领域

本发明涉及有机电化学晶体管技术领域，特别涉及一种用于检测单细胞外pH值的探针型有机电化学晶体管传感器及其制备方法、检测方法。

背景技术

细胞是构成生物学功能的基本单元，是研究诸多生命进程的出发点。研究人员发现对细胞群体的分析研究获得的是统计平均结果，会使单个细胞之间的差异性被掩盖，从而失去许多重要的细胞生理信息。因此，进行单细胞内物质分析，可以深入了解不同细胞之间的随机性和差异性，有助于研究人员更加准确和全面的了解细胞生理信息。此外，由于单细胞具有高度的异质性，单细胞分析在生物学领域中的研究和应用至关重要，例如，在早期癌症中恶性肿瘤细胞的检测与治疗、单细胞凋亡以及单细胞基因测序等方面具有重要意义。由于单细胞体积小，单细胞内的很多分子含量都极低，因此，要实现单细胞内活性分子和功能分子的准确检测及分析具有非常高的难度和挑战性。在单细胞水平，尤其是在癌细胞中实时监测细胞外pH对阐明疾病发展机制、病理过程和研究药物作用至关重要。

目前，主要的单细胞分析方法有以下四种：第一种是毛细管电泳法，其主要是采用电泳分离与电化学分析等技术相结合的方法，对单细胞裂解后的化学成分进行分析检测。该方法的缺点在于检测前需要进行复杂的预处理，难以实现对单细胞的实时检测；第二种是荧光显微成像法，该方法是通过显微成像技术对单细胞的组分和形态进行分析，其缺点在于其检测过程中使用具有毒性的荧光物质，会对细胞活性造成影响，从而影响检测的可靠性；第三种是利用微流控芯片进行检测，其是通过微流控通道与质谱等技术相结合的方式，将单细胞引入到一块芯片上进行检测分析，但该芯片系统的制造成本十分昂贵、操作系统较为复杂；第四种是电化学分析方法，其是将纳米电极扎入细胞内部抽取部分组分进行分析，但是该方法的检测电流太小，仅在纳安甚至是皮安级别，容易干扰电化学信号，从而影响检测的灵敏度。

细胞需要在相对恒定的中性外部微环境下存活，局部细胞外pH值的精确检测对了解H⁺在细胞活性中的作用有重要意义。此外，测量细胞外微环境局部pH值对评估肿瘤侵袭程度和免疫反应也十分重要。然而，由于细胞外质子的高迁移率和快速扩散，细胞外微环境的pH测量具有很大的挑战性。目前，最常用的pH探针是基于传统的微电极，但由于体积较大且响应时间慢，它的应用受到很大限制。另外，基于荧光的pH探针也可用于细胞外微环境酸碱度的检测，但由于其背景信号较强且具有快速光漂白等缺点，其应用也具有相当大的限制。核磁共振成像和正电子发射计算机断层扫描的使用也有相关报道。然而，这些方法的空间分辨率都较低，并且，它们对局部细胞外pH值的量化具有很高的挑战性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于检测单细胞外pH值的探针型有机电化学晶体管传感器及其制备方法、检测方法，旨在解决现有技术无法高灵敏度地检测且量化单细胞外pH值的问题。

本发明的技术方案如下：