组成图示
点击图片查看大图 · 依据论文自动绘制
传感器类型
全细胞生物传感器
检测对象
人食管癌细胞KYSE 30（KYSE 30，细胞黏附、铺展、增殖与形态）；顺铂（cisplatin，10/25/50 μM）；样品基质：含5%胎牛血清的MEM培养液/PDMS微腔。
检测原理
该传感器以贴壁KYSE 30癌细胞作为全细胞识别元件。细胞通过纤连蛋白（FN）黏附并铺展在铂微电极表面后，细胞膜和细胞-基底接触层阻碍交流电流从电极进入电解质，使电极/电解质界面阻抗升高；细胞数量增加、铺展面积扩大和增殖会进一步增大阻抗。采用电化学阻抗谱（EIS）施加10 mV峰峰值正弦交流信号，在1 Hz–1 MHz扫描，并在10 kHz固定频率实时记录。阻抗谱可用等效电路拟合，其中Rc和Cc主要反映细胞形态变化。加入顺铂后，药物诱导DNA损伤、凋亡、细胞收缩、微丝减少和细胞-基底接触减少，使界面阻抗下降；不同浓度顺铂产生不同时间-阻抗响应，从而实现无标记、实时监测癌细胞化疗敏感性。
检测灵敏度
原文未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
FN修饰电极上KYSE 30细胞24 h密度约5.1×10^4 cells/cm2，未修饰表面约2.8×10^4 cells/cm2；MTT显示FN修饰表面4 d细胞活力更高。细胞黏附后10 kHz阻抗增加数百Ω，约1 h达初始稳态，随后16 h缓慢上升。加入10、25、50 μM顺铂后阻抗均下降且呈浓度依赖：25和50 μM先约20 min轻微上升，随后下降，6 h达稳态；50 μM 12 h后不再变化，提示细胞基本死亡；10 μM约5 h后明显下降。荧光成像证实顺铂引起微丝减少、细胞收缩、染色质凝聚和核碎裂。相比荧光显微镜、流式细胞术和caspase-3/DNA片段化检测，该芯片可实时无标记监测，作者认为可用于抗癌药物筛选和药代动力学研究。
传感器的构成
- 基底/绝缘层：2英寸硅片（Si wafer）与PECVD氮化硅（Si3N4）绝缘层，厚约2000 Å，提供机械支撑与电绝缘。
- 换能电极：铂（Pt）微电极阵列，厚约1000 Å，10×10图案，单电极直径80 μm、中心距200 μm，用于施加交流信号并检测阻抗。
- 电极隔离层：聚酰亚胺（PI）薄膜，旋涂并反应离子刻蚀图案化，覆盖非电极区域，限定暴露电极。
- 培养微腔：聚二甲基硅氧烷（PDMS）微腔，尺寸5 cm×5 cm×1 cm，用于细胞培养与培养液/药物灌注。
- 识别/黏附层：纤连蛋白（fibronectin, FN，10 mg/ml）预涂于电极表面，介导KYSE 30癌细胞黏附、铺展并模拟细胞外基质。
- 全细胞识别元件：人食管癌细胞系KYSE 30，贴壁生长于电极表面，作为生物识别元件，其数量、形态和存活状态改变界面阻抗。
- 刺激/分析物：顺铂（cisplatin，10、25、50 μM）抗癌药，加入培养液诱导细胞凋亡/形态改变，用于化疗敏感性评估。
- 信号读出：VersaSTAT3阻抗分析仪，施加10 mV峰峰值正弦交流电压，1 Hz–1 MHz扫描，并在10 kHz固定频率实时记录阻抗。
中文摘要
本文报道了一种基于微电极阵列（MEA）的全细胞生物传感器，用于通过电化学阻抗谱（EIS）实时、无创地监测贴壁生长哺乳动物癌细胞的培养行为，并评估抗癌药物的化疗敏感性。铂微电极阵列采用半导体工艺制备，呈10×10图案，单个电极直径80 μm。人食管癌细胞系KYSE 30被培养在预涂纤连蛋白（fibronectin, FN）的电极表面；FN是细胞外基质中参与肿瘤细胞黏附与转移的连接蛋白。细胞黏附、铺展和增殖过程中，细胞覆盖面积和细胞-基底接触状态改变电极/电解质界面阻抗，因此可通过阻抗分析连续监测。随后向培养体系中加入顺铂（cisplatin）进行潜在药物筛选实验。结果表明，顺铂对KYSE 30细胞产生具有浓度依赖性的化疗敏感效应，并引起特征性阻抗变化，可被MEA检测到。该细胞基芯片为癌症细胞生物学研究和抗癌药物筛选提供了一种实时、无标记的分析方法。
英文摘要
Impedimetric analysis on adherently growing cells by micro-electrodes provides information related to cell number, cell adhesion and cellular morphology. In this study, cell-based biosensor with micro-electrode arrays (MEAs) was used to monitor the culture behavior of mammalian cancer cells and evaluate the chemosensitivity of anti-cancer drugs using electrochemical impedance spectroscopy. The platinum electrode arrays were fabricated by semiconductor technology to a 10 x 10 pattern, with diameter of 80 microm of each electrode. The human oesophageal cancer cell lines (KYSE 30) were cultured on the surface of the electrodes with the pre-coated fibronectin, the connecting protein for tumor cells metastasis and adhesion in extracellular matrix. Morphology changes during cells adhesion, spreading, and proliferation can be detected by impedimetric analysis in a real time and non-invasive way. Cisplatin was added to cells for potential drug screening applications. The experimental results show that this well-known anti-cancer drug has characteristic chemosensitivity effects on KYSE 30 cells which can be detected by MEA. Thus, this cell-based chip provides a useful analytical method for cancer research.