贴壁细胞的机器人细胞内电化学传感

南方科技大学的一个研究小组开发了一种自动化的细胞内传感系统，该系统提供了一种高效的方法来揭示细胞内在特征和异质性，以便更好地研究疾病进展或早期疾病诊断。新的研究论文于9月2日发表在CyborgandBionicSystems杂志上。

细胞内生化过程的测量对于定量了解生物系统的功能具有重要意义。基于纳米移液器的细胞内传感是一种原位、无标记和无损测量方法。然而，小尺寸的细胞和纳米移液器尖端使得难以通过手动操作有效地进行细胞内测量，这对获得具有统计学意义的数据构成了障碍。因此，研究人员通过集成自动化技术设计了一种高效且一致的细胞内传感系统。

首先，设计了尖端直径约为100nm的基于纳米吸管的传感器，其中纳米吸管尖端上的铂环用作工作电极，用于电化学传感活性氧(ROS)。同时，将传感器安装在运动分辨率为5nm的高精度显微操纵器上，并使用倒置荧光显微镜进行视觉反馈。

此外，该团队提出了一种免标记细胞检测算法，可以避免荧光染色对细胞的影响，准确定位穿透位点，实现高效的细胞内测量。该算法自动将细胞移动到离焦平面，使贴壁细胞与背景的灰度差异最大化，从而简化细胞检测，提高细胞识别率。

此外，还开发了一种无过冲的纳米移液器吸头定位，以避免在自动对焦期间因吸头与细胞培养皿碰撞而造成吸头损坏。具体来说，在不同z轴位置的模板匹配过程中的归一化相关系数被用作焦点测量，以自动聚焦纳米移液器尖端，而不会出现过冲和尖端损坏。

此外，由于贴壁细胞的厚度变化很大，因此使用基于离子电流反馈的接近检测来准确确定纳米吸管尖端和细胞表面之间的相对高度。当吸头接近细胞时，吸头会逐渐被细胞挡住，通过吸头开口的离子电流会减少。因此，可以准确测量尖端和电池之间的相对高度。

最后，通过人乳腺癌细胞和斑马鱼胚胎细胞对ROS的细胞渗透和电化学检测进行了评估，ROS信号的变化表明该系统能够对ROS进行高选择性响应和细胞内ROS的定量测量。

这项工作为贴壁细胞的细胞内自动传感提供了系统的方法，为单细胞内不同形式的生化反应的高通量检测、诊断和分类奠定了坚实的基础。此外，所提出的系统还将在发育生物学的谱系追踪和活单细胞中细胞器的高分辨率操作以研究疾病的具体原因和开发新疗法方面具有重要应用。

论文“RoboticIntracellularElectrochemicalSensingforAdherentCells”于2022年9月2日发表在CyborgandBionicSystems杂志上。