南方科技大学最新发文：粘附细胞的机器人胞内电化学传感

　　

   

   

图:细胞内传感机器人自动对多个细胞进行定量测量。    

南方科技大学的一个研究团队开发了一种自动细胞内传感系统，为更好地研究疾病进展或早期疾病诊断提供了一种高效的方法来揭示细胞的内在特征和异质性。这篇新的研究论文发表在9月2日的《生化人和仿生系统》杂志上。

细胞内生化过程的测量对于定量理解生物系统的功能具有重要意义。基于纳米微粒的细胞内传感是一种原位、无标签和非破坏性的测量方法。然而，细胞的尺寸和纳米球的尖端使人工操作难以有效地进行细胞内测量，这对获得统计显著数据构成了障碍。因此，研究人员通过集成自动化技术，设计了一种高效、一致的胞内传感系统。

首先，设计了尖端直径约为100 nm的纳米微球传感器，其中纳米微球尖端的铂环作为工作电极，用于电化学感应活性氧(ROS)。同时将传感器安装在运动分辨率为5 nm的高精度微操作器上，利用倒置荧光显微镜进行视觉反馈。

此外，团队还提出了一种无标签细胞检测算法，可以避免荧光染色对细胞的影响，准确定位穿透位点，实现高效的细胞内测量。该算法自动将细胞移动到离焦平面上，最大化贴壁细胞与背景的灰度差，从而简化细胞检测，提高细胞识别率。

研究人员为了避免在自动聚焦过程中纳米微球尖端与细胞盘碰撞而造成尖端损伤，设计了一种非超调尖定位方法。该方法利用模板匹配过程中不同z轴位置归一化相关系数作为聚焦度量，实现了纳米微球针尖的自动聚焦，避免了超聚焦和针尖损伤。

此外，由于贴壁细胞的厚度变化很大，采用基于离子电流反馈的近距离检测，可以准确地确定纳米微球尖端与细胞表面的相对高度。当纳米微球的尖端接近细胞时，尖端会逐渐被细胞堵塞，通过尖端开口的离子电流会减小。因此，可以准确地测量尖端与细胞之间的相对高度。

最后，通过人乳腺癌细胞和斑马鱼胚胎细胞对ROS的细胞穿透和电化学检测进行了评价，ROS信号的变化表明该系统能够对ROS进行高度选择性的响应，并能定量测量细胞内ROS。

这项工作为贴壁细胞的自动胞内传感提供了一种系统的方法，为单细胞内不同形式生化反应的高通量检测、诊断和分类奠定了坚实的基础。此外，该系统还将在发育生物学的谱系追踪和活单细胞细胞器的高分辨率操作方面具有重要应用，以研究疾病的具体原因和开发新的治疗方法。

国家自然科学基金项目(61903177)、深圳市科技计划项目(批准号:)JCYJ20190809144013494)和广东省科技计划项目(批准号:2021A1515011813)。本研究得到深圳市科学技术和创新委员会的部分资助，资助号:ZDSYS20200811143601004和部分由南方海洋科学与工程广东实验室(广州)负责。作者感谢SUSTech核心研究设施的帮助。感谢南方科技大学生物系刘东教授提供斑马鱼胚胎。

原文标题：

 " Robotic Intracellular Electrochemical Sensing for Adherent Cells," was published in the journal Cyborg and Bionic Systems on September 2nd, 2022, at DOI: https://doi.org/10.34133/2022/9763420

：胡承志博士简介   

2014年获名古屋大学微纳系统与工程系博士学位。2014年至2018年，他是苏黎世联邦理工学院多尺度机器人实验室的博士后。2018年起任南方科技大学机械与能源工程系副教授。他一直从事生物分析和生物医学应用的微/纳米机器人、微流控芯片、微/纳米工具和其他生物医学系统设备的开发。

个人主页:https://faculty.sustech.edu.cn/hucz/en/

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