电化学显微镜在水凝胶微孔阵列表征中的新应用.pdfVIP

中国科学: 化学 2014 年 第44 卷 第11 期: 1814 ~ 1822 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Chimica SCIENCE CHINA PRESS 论 文 扫描电化学显微镜在水凝胶微孔阵列表征中的 新应用 ① ②③ ①②* ①②* 杜晓静 , 徐峰 , 李菲 , 陈咏梅 ① 西安交通大学理学院化学系, 非平衡物质结构及量子调控教育部重点实验室, 西安 710049 ② 西安交通大学仿生工程与生物力学中心(BEBC), 西安 710049 ③ 西安交通大学生命科学与技术学院, 生物医学信息工程教育部重点实验室, 西安 710049 * 通讯作者, E-mail: feili@; chenym@ 收稿日期: 2014-02-09; 接受日期: 2014-03-23; 网络版发表日期: 2014-09-05 doi: 10.1360/N032014-00063 摘要 水凝胶微孔阵列是细胞培养的新型基板软材料, 其微孔形貌对细胞的行为产生 关键词 直接的影响. 但传统水凝胶微孔阵列形貌的表征手段缺乏在水溶液中原位和可逆表征的 扫描电化学显微镜 水凝胶微孔阵列 能力. 本文以水溶液中的氧气为还原电对, 应用扫描电化学显微镜(SECM)对水溶液中的 光掩模法 聚乙二醇二甲基丙烯酸酯水凝胶微孔阵列的形貌进行了原位表征, 得到了水凝胶微孔阵 模板法 列表面的二维孔径和三维形貌信息, 开发出采用SECM 对水凝胶微孔阵列形貌进行原位、 可逆、无损表征及提供三维形貌信息的新方法. 1 引言 阵列, 并各有优缺点. 光掩膜法的制备工艺较简单, 但由于受到光程的限制, 不适合制备较厚和孔较深 微孔阵列(microwell array)是用于培养和分析细 的水凝胶微孔阵列; 模板法可精确控制水凝胶微孔 胞的新型基板材料[1]. 与传统的二维细胞培养基板相 阵列的孔径和孔深, 但由于需要定做模具, 制备工艺 比, 具有高密度三维微孔结构的微孔阵列更有利于 较复杂. 观察细胞的形态(如单细胞的分化形态和团聚体的状 水凝胶微孔阵列的微孔形貌、孔径和孔深对其中 态)[2] [3] [4~9] 培养的细胞的行为产生直接的影响[1,14~16]. 例如, 和高通量地捕获、筛选细胞 . 水凝胶 是一种 具有化学或物理交联结构、可吸收大量水分但不溶于 Khademhosseini 小组[14] 的研究表明相对于圆柱形和 水的高分子软材料, 并具有以下特点: (1) 三维网络 锥形的水凝胶微孔阵列, 半球形的水凝胶微孔阵列 结构与细胞外基质极为类似, 有利于细胞的增殖和 更有利于形成球形的细胞团聚体; 水凝胶微孔阵列 铺展; (2) 物理、化学性质易调控, 可满足细胞培养的 中微孔的大小直接影响其中培养的胚胎干细胞的分 特殊要求; (3) 透明度高, 有利于细胞培养过程中观 化能力[16], 如直径450 m 的微孔有利于胚胎干细胞 察细胞. 基于微孔阵列和水凝胶的优点, 水凝胶微孔 向心肌细胞的分化,