新納米微滴管pH生物傳感器將有望用于癌癥治療
發(fā)布時間:2019-12-18 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】據(jù)麥姆斯咨詢報道,金澤大學(xué)(Kanazawa University)的研究人員在《自然通訊》期刊上發(fā)表研究稱,帶有兩性離子膜的納米微滴管可以更好地監(jiān)測活細胞周圍的pH值變化,從而表征浸潤性癌細胞的特性及其對治療的反應(yīng)。
雙筒納米探針用于同時進行SICM成像和pH測量操作
金澤大學(xué)納米生命科學(xué)研究所的Yuri Korchev和Yasufumi Takahashi,倫敦帝國理工學(xué)院(Imperial College London)的Yanjun Zhang和來自英國、中國、日本、俄羅斯合作機構(gòu)的同事們在最近的一篇論文中解釋道,“很明顯,酸性細胞外pH值在癌細胞生長、侵襲和對抗治療中起著至關(guān)重要的作用。盡管人們越來越認識到直接環(huán)繞在細胞周圍的pH值作為細胞健康指標的重要性,但是現(xiàn)有測量技術(shù)在靈敏度、可提供的空間分辨率和對pH值變化的響應(yīng)速度方面仍然受到限制。”Zhang、Takahashi、Korchev及其同事發(fā)表在《自然通訊》上的論文中描述了一種新型納米微滴管pH生物傳感器,該傳感器對0.01單位以下的pH值變化非常敏感,響應(yīng)時間為2 ms,空間分辨率為50 nm。
研究人員最初將傳感器設(shè)計為納米微滴管離子場效應(yīng)晶體管,其中的柵極控制著納米微滴管中離子的流動。雖然這種設(shè)計解決了圍繞pH值敏感性和空間分辨率的問題,但是由于離子庫侖阻塞效應(yīng)阻礙了離子的擴散速率,該裝置的讀數(shù)仍需要花費幾秒鐘來響應(yīng)pH值的變化。
Zhang、Takahashi、Korchev及其同事現(xiàn)在提出的解決方案是結(jié)合兩性離子膜以實現(xiàn)更快的響應(yīng)。通過使用雙筒納米微滴管(只有一個筒應(yīng)用了離子膜),研究人員得以將另一個筒作為掃描離子電導(dǎo)顯微鏡(scanning ionic conductance microscope, SICM)同步進行拓撲測量。
團隊成員在活的癌細胞上進行測試,并展示了該裝置如何從缺乏雌激素的乳腺癌細胞浸潤性表型中檢測到細胞外pH值的增加。他們還可以檢測光合作用中,由于無機碳的吸收所導(dǎo)致的暴露于陽光下藻類的pH值變化,并且可以從高分辨率pH值圖中識別出侵襲性黑色素瘤細胞的異質(zhì)性。
研究人員著重強調(diào)了該裝置可以實時反饋所控制的細胞外pH值動態(tài)3D映射,并且可以檢測出“無標記和亞細胞分辨率”癌細胞的異質(zhì)性。他們總結(jié)道,“該方法有助于癌癥的診斷、預(yù)后和評估酸性pHe(細胞外pH值)靶向治療。”
利用反饋控制的雙筒SICM-pH納米探針對活黑色素瘤細胞進行高分辨率3D pHe映射。單次SICM掃描同時獲得低緩沖活性黑色素瘤A375M細胞的3D SICM地形圖(左柱)和3D pHe分布圖(右柱),顯示了高度多樣化的pHe分布模式。比例尺:20 μm
先前技術(shù)的局限性
目前,最常用的pH探針基于微電極,與細胞外pH研究中pH值波動范圍相比,微電極體積較大。替代方案包括基于分子熒光的變化,核磁共振成像以及正電子發(fā)射計算機斷層掃描。然而,熒光監(jiān)測易受背景噪音和光漂白的影響,其他技術(shù)的空間分辨率較差,并且由于其基于探針在組織內(nèi)的分布而難以定量。
通過使用納米微滴管作為離子場效應(yīng)晶體管,研究人員得以克服限制現(xiàn)有技術(shù)的大多數(shù)問題。但是,相互排斥的電荷會導(dǎo)致庫侖阻塞效應(yīng),這種效應(yīng)會抑制帶正電荷的質(zhì)子化水分子在納米微滴管管中的擴散,從而減緩了響應(yīng)時間。
兩性離子膜
兩性離子是包含帶相反電荷官能團的不帶電荷分子。針對納米微滴管中的兩性離子膜,研究人員使用多聚賴氨酸(poly-l-lysine, PLL)和葡糖氧化酶(glucose oxidase, GOx)自組裝水凝膠,具有成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。PLL具有帶正電荷的季胺基,Gox具有帶負電荷的羧酸殘基。戊二醛蒸汽可以交聯(lián)所得的PLL/Gox水凝膠。
中性pH條件下,兩性離子膜同時具有帶正電荷和負電荷的官能團,但在低pH條件下,正電胺基官能團占主導(dǎo)地位,因此負離子優(yōu)先通過膜擴散,從而避免了離子庫侖的阻塞。
論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13535-1
作者: 麥姆斯咨詢殷飛
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測試庫獲得德國萊茵TüV IEC 61508功能安全認證
- 芯科科技第三代無線開發(fā)平臺引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號調(diào)節(jié)器, 以推動不斷增長的IO-Link市場
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍牙的無線局域網(wǎng)/藍牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 讓汽車LED照明無死角,LED驅(qū)動的全面進化
- 開關(guān)模式電源問題分析及其糾正措施:晶體管時序和自舉電容問題
- 熱電偶的測溫原理
- 【泰克先進半導(dǎo)體實驗室】 遠山半導(dǎo)體發(fā)布新一代高壓氮化鎵功率器件
- ADALM2000實驗:變壓器
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電容器公式
電聲器件
電位器
電位器接法
電壓表
電壓傳感器
電壓互感器
電源變壓器
電源風(fēng)扇
電源管理
電源管理IC
電源連接器
電源濾波器
電源模塊
電源模塊
電源適配器
電子書
電阻測試儀
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動力電池
動力控制
獨石電容
端子機
斷路器
斷路器型號