细胞培养与电化学检测一体化平台：维持生理环境的高精度细胞行为分析新策略

为解决细胞电化学分析中因环境变化导致的数据失真问题，研究人员开发了集成培养与检测功能的孵育器-电化学分析平台。该平台通过微流控模块、恒温CO2控制模块和测量模块的协同，实现了MCF-7细胞密度区分（低至2.5×105 cells/mL）和抗癌药物紫杉醇（PTX）疗效评估，为个性化医疗和药物筛选提供了新工具。

　　

细胞行为研究长期以来面临一个关键挑战：传统电化学检测需将细胞从恒温恒湿的培养环境转移到检测设备，温度、pH和CO₂浓度的变化会显著影响细胞状态，导致数据偏差。更棘手的是，在培养过程中直接使用屏幕印刷电极（SPE）时，电极表面易受湿度侵蚀，细胞培养基因扩散变薄而快速蒸发，这些问题共同制约了细胞电化学分析的准确性。

针对这一技术瓶颈，来自土耳其科学团队的研究人员开发了一种创新的孵育器集成电化学分析平台。该平台通过四大核心模块的协同，首次实现了细胞从培养到检测的全流程环境控制：微流控模块采用压电泵（流量误差≤2.5%）精确输送液体；孵育器模块通过PID算法维持37°C和5% CO₂（波动仅0.1°C和0.3%）；测量模块整合SPE和便携式恒电位仪（PalmSens4）；独创的样品制备装置则通过PDMS密封层和丙烯酸锁帽，在商业孵育器中构建稳定的微培养环境。

关键技术包括：1）三电极SPE表面细胞培养技术；2）基于PID控制的动态环境调节系统；3）多模式电化学检测（EIS/CV/DPV）；4）微流控-孵育器耦合接口设计。研究使用MCF-7乳腺癌细胞模型，通过临床标准药物紫杉醇验证平台性能。

微流控与孵育器模块的精准控制

压电泵在240V电压下实现0-2.5mL/min的线性流速（R²≈1），PID控制器将CO₂浓度稳定在5±0.15%。独特的双箱体设计将溶液预平衡（含CO₂调节）与测试环境（仅控温）分离，避免传感器电路受湿度影响。

样品制备装置促进细胞粘附

对比实验显示，使用该装置的SPE在24小时培养后电荷转移电阻（R_ct）达728.3Ω，是无装置组的68倍。共聚焦显微镜证实，装置形成的有限液柱高度（phalloidin/DAPI染色）为细胞提供了类培养瓶的微环境，而直接滴加培养基因液膜过薄导致细胞粘附失败。

细胞增殖监测与药物评估

平台可区分2.5×10⁵-2×10⁶ cells/mL的密度梯度：EIS显示R_ct从53.4Ω（5×10⁵ cells/mL）升至2125Ω（2×10⁶ cells/mL）。紫杉醇实验证实，50nM处理组电荷转移电阻下降55.4%（1002Ω vs. 对照2245Ω），DPV电流信号提升7倍，与药物诱导的细胞凋亡程度高度相关。

这项研究的意义在于创建了首个将细胞培养与电化学检测无缝衔接的技术平台。通过环境参数精确控制（温度波动<0.1°C）和专用样品制备装置，解决了细胞应激反应和电极降解两大难题。平台对紫杉醇的剂量效应检测能力（1-50nM）展现了其在抗癌药物筛选和疗效评估中的应用潜力，为个性化医疗提供了新的技术路径。该成果发表于《npj Biosensing》，其模块化设计也适用于其他贴壁细胞研究，标志着细胞电化学分析进入"生理状态检测"的新阶段。