细胞是一个能通过与外界进行物质、能量、信息交换的独立生存和自我调节的开放体系,也是生命活动的基本结构和功能单位。生命的实质就是细胞属性的外在体现,它不仅反映了生命活动的多样性和一致性,更体现了生命活动的复杂性。长期以来细胞一直是生命科学研究的核心。由于生物组织的不均匀性,同种细胞在形状、大小、生物活性及其生理状态等方面均有差异。由细胞群体分析获得的统计结果,抹杀了单细胞个体之间的差异,往往无法提供生物学及医学等领域必需的准确信息,而单细胞研究在疾病的早期诊断,揭示不同细胞在化学组成、生理响应等方面的差异性、药物设计和疾病的合理治疗等方面具有不可替代的地位。细胞也是生命科学与化学的交汇点。现代生命体系的研究已从生物的整体、器官、组织进入到细胞、亚细胞层次,而化学对生命体系的研究也已从原子、分子、大分子聚集体,走向细胞。二十一世纪分析化学与生物学之间的渗透交叉,使对生命奥秘的探索更加深入,也促进了分析方法的快速发展。本论文以电化学方法为基础,以神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y cell)为研究对象,在研制了ITO(Indium Tin Oxide)微孔电极、ITO阵列微孔电极和改进了碳纤维微电极的基础上,对SH-SY5Y单细胞、多细胞在不同条件下的胞吐及SH-SY5Y细胞“失巢凋亡”进行了研究。第一章绪论首先介绍了细胞分析特别是单细胞分析的意义与发展概况,重点关注了细胞通讯中胞吐现象的研究。对常见的单细胞分析手段如图像分析、毛细管电泳分析、微电极电化学分析、微流控分析进行了简要综述。最后阐述了本论文主要的研究目的、对象、研究方法和研究手段。第二章ITO微孔电极、阵列微孔电极的制备与表征ITO微电极与传统微电极相比,其突出优势在于在具备良好的电化学特性的同时,还具备优良的光学特性。本研究采用ITO与紫外光刻技术构建了一种新型ITO微孔电极和ITO阵列微孔电极,将该电极用于神经递质的测定,取得较好的效果。与传统的方法相比,ITO微孔电极不仅可以用电化学的方法监测细胞胞吐,而且还可与荧光或者化学发光等方法联用,实现同时运用多种手段对细胞的生理现象进行研究的目的。第三章ITO微孔电极上不同形态SH-SY5Y细胞胞吐的研究在细胞信号转导的众多形式中,以释放特定生化或化学信息为手段的细胞胞吐等细胞通讯方式,在生命的进程中具有尤其重要的地位。本章利用ITO微孔电极,成功地对SH-SY5Y单细胞、多细胞的胞吐进行了直接和实时的监测,并对不同形态的SH-SY5Y单细胞胞吐的情形进行了比较,发现具有突出的SH-SY5Y细胞的胞吐活性明显高于球形SH-SY5Y细胞,并对此展开了初步讨论。第四章ITO微孔电极上不同刺激剂SH-SY5Y细胞胞吐响应时间和机理研究细胞胞吐是真核细胞所具有的一种极为复杂的机能活动。对细胞胞吐的机制进行深入研究,将为我们对生命的理解提供直接的依据。分别使用高钾,尼古丁、亚硝基降烟碱等溶液为刺激剂,对SH-SY5Y细胞进行刺激,实验结果表明,不同刺激剂下SH-SY5Y细胞的胞吐发生时间存在明显差异,表明不同刺激下的胞吐对应着不同的胞吐机制。研究神经递质和激素的分泌调控,阐明某些对胞吐活动具有干预作用的胞外因素,将为细胞胞吐机制的探索提供实践例证。第五章碳纤维微电极的制备及初步用于SECM和对细胞胞吐的实时监测自Wightman等将碳纤维微电极应用于单细胞的测试以来,多数单细胞实验的测定均以碳纤维微电极为实验工具,碳纤维微电极的稳定性以及灵敏度等直接影响着实验结果。碳纤维微电极的制备也一直在实验的过程中占有重要地位,碳纤维微电极的制备过程具有操作繁琐、效率低、需要显微操作、以及电极容易泄漏等不足。我们优化了制做流程,避免了在制备过程中的显微操作,使碳纤维微电极的制备更加简便、快捷。用此方法制备的碳纤维微电极经电化学表征和在SECM等实验中的应用,取得较好的实验效果。将碳纤维微电极与ITO微孔电极同时应用于细胞胞吐的监测中,通过比较实验数据发现,两种电极在应用中各有能够发挥自身优势的领域：ITO电极由于与细胞接触近,接触面较大,能够监测到较多的胞吐事件,而碳纤维微电极可以区分细胞表面不同的胞吐活性区域。第六章基于电化学阻抗法实时监测SH-SY5Y细胞生理活动大多数哺乳动物细胞在体内和体外生长时需要附着于一定的底物,细胞与底物粘附后将逐渐伸展而形成一定的形态。细胞能否生长的关键取决于尽早地使细胞粘附贴壁,如细胞不能及时粘附贴壁、或者贴壁被破坏,细胞将不能维持正常的生理进程以至于凋亡。研究细胞粘附现象,对研究多个生理学和病理学进程的重要组成部分,例如伤口愈合、炎症、血管天生和癌症有重要的意义。三氧化二砷传统上是一种毒性试剂,研究发现其对肝癌、白血病、神经母细胞瘤的治疗有疗效。如能在肿瘤细胞贴壁潜伏期通过控制外界条件,如调整培养基成分、加入抗肿瘤药物等影响细胞的粘附及生长,将对癌症的治疗等有着重要的意义。以往的细胞测试方法都是基于终点测验,不能实时监测细胞状态的变化。我们将ITO阵列微孔电极用于细胞生理功能的无标记、实时的监测,对三氧化二砷作用于SH-SY5Y细胞的粘附贴壁效果进行研究。实验结果表明,一定浓度的三氧化二砷对细胞的粘附和贴壁有着明显的影响,对SH-SY5Y细胞的增殖有着明显的抑制作用。本实验中使用ITO阵列微孔电极,避免了传统EIS法中电极中贵金属的使用,而且由于ITO又具有优越的透光性,可使电化学阻抗测量与其他光学表征手段联合使用,为将来复合功能细胞传感器的研制提供思路。