组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
对苯二酚（hydroquinone, HQ）诱导的细胞毒性；样品基质：含 V79 仓鼠肺成纤维细胞的 DMEM/FBS 培养液
检测原理
V79 细胞贴附于金或 PPy 修饰电极表面，形成细胞/传感器界面。HQ 直接加入培养液或由 PPy 膜通过离子交换/物理吸附可控释放，进入细胞或改变细胞外微环境。HQ 为弱酸（pKa 11.56），可被氧化为苯醌，并在超氧化物歧化酶作用下促进 H2O2 生成，从而改变细胞氧化还原状态、膜电位、离子转运、代谢和形态。细胞表面唾液酸等负电荷使贴附细胞产生负向电位漂移；HQ 毒性增强时，细胞增殖与贴附延迟，负向漂移减小、平衡时间延长，高剂量可出现正向漂移或无漂移。电位法在近似零电流下测量 Au 指示电极相对 Ag/AgCl 参比电极的电位，Lawson EMF-16 实时读出，从而以剂量依赖方式反映 HQ 细胞毒性。
检测灵敏度
未报告 LOD、线性范围和相关系数；电位漂移斜率（ΔE/48-t）随 HQ 浓度变化：−1.4, −1.0, −0.9, −0.6, −0.5 mV/h（对应 0, 5, 10, 15, 20 μM HQ）
效应效果
电位法与光学显微镜和台盼蓝计数平行验证，结果一致：HQ 对 V79 细胞毒性呈剂量依赖，30 μM 为致死剂量，40 μM 时细胞不能贴附生长。PPy-HQ 中 30 μM HQ 掺杂仍保留部分细胞活力，因 PPy 静电束缚减缓释放；PPy-PS 物理吸附释放更快，HQ 高于 5 μM 时几乎无负向电位漂移。低剂量 5 μM HQ 预处理 15 h 或 24 h 可诱导适应性反应，使细胞在随后 30 μM HQ 暴露中存活能力增强，24 h 预处理负向漂移更明显。与传统荧光/固定法相比，该方法无创、实时、快速、用细胞少、可高通量，并能提供细胞反应动力学信息，作者认为其适用于药物毒性与筛选。
传感器的构成
- 基底/指示电极：金电极（Au），提供细胞贴附与电位换能界面
- 导电聚合物修饰层：聚吡咯膜（PPy），以 HQ 或 PS 掺杂形成 PPy-HQ/PPy-PS，控制 HQ 掺入与释放
- 识别/响应元件：V79 仓鼠肺成纤维细胞，贴附于电极表面形成细胞/传感器界面
- 参比电极：Ag/AgCl 电极，提供稳定电位参考
- 培养介质：DMEM 加 5% FBS 和 1% 青霉素/链霉素，维持细胞活性并传导离子
- 读出系统：Lawson EMF-16 电位接口仪与 16 通道电位传感器阵列，实时测量电极电位
中文摘要
许多生命细胞过程具有电化学特征，适合用电位生物传感器测量。电位生物传感器通过测量细胞/传感器界面电位，可无创、实时监测细胞外环境变化，并作为整体细胞毒性指标。本研究采用电位传感器阵列研究对苯二酚（HQ）对培养哺乳动物 V79 细胞的细胞毒性。作者设计并表征了用于细胞生长的多种电极基底，包括金（Au）、聚吡咯-对苯二酚（PPy-HQ）和聚吡咯-聚苯乙烯磺酸钠（PPy-PS），并研究了 HQ 从 PPy 基底的可控释放。结果表明，HQ 暴露以剂量依赖方式影响细胞增殖，延迟细胞生长与贴附。此外，V79 细胞在低剂量（5 μM）HQ 中暴露超过 15 h 后，对随后高毒性 HQ 剂量表现出增强的适应能力。与传统方法相比，电位生物传感器不仅能无创、实时监测细胞反应，而且对体外细胞毒性研究更敏感。通过实时、无创监测体外细胞外电位，该电位传感器体系有望用于药物发现。
英文摘要
Many processes in living cells have electrochemical characteristics that are suitable for measurement by potentiometric biosensors. Potentiometric biosensors allow non-invasive, real time monitoring of the extracellular environment changes by measuring the potential at cell/sensor interface. This can be used as an indicator for overall cell cytotoxicity. The present work employs a potentiometric sensor array to investigate the cytotoxicity of hydroquinone to cultured mammalian V79 cells. Various electrode substrates (Au, PPy-HQ and PPy-PS) used for cell growth were designed and characterized. The controllable release of hydroquinone from PPy substrates was studied. Our results showed that hydroquinone exposure affected cell proliferation and delayed cell growth and attachment in a dose-dependent manner. Additionally, we have shown that exposure of V79 cells to hydroquinone at low doses (i.e. 5 microM) for more than 15 h allows V79 cells to gain enhanced adaptability to survive exposure to high toxic HQ doses afterwards. Compared with traditional methods, the potentiometric biosensor not only provides non-invasive and real time monitoring of the cellular reactions but also is more sensitive for in vitro cytotoxicity study. By real time and non-invasive monitoring of the extracellular potential in vitro, the potentiometric sensor system represents a promising biosensor system for drug discovery.