姚春瑩 朱曉艷 劉艷玲*

（1武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院， 武漢 430072）

（2武漢商學(xué)院食品科技學(xué)院， 武漢 430056）

葡萄糖作為最主要供能物質(zhì)在大部分細(xì)胞中通過有氧途徑進(jìn)行代謝［1］，即葡萄糖在細(xì)胞質(zhì)中被轉(zhuǎn)化為丙酮酸，丙酮酸完全降解成水和二氧化碳，并釋放出大量三磷酸腺苷（ATP）［2］； 在缺氧條件下，丙酮酸則會在乳酸脫氫酶的作用下生成乳酸并釋放較少的ATP，該過程也被稱為糖酵解。 細(xì)胞代謝活動越旺盛，葡萄糖消耗量越多，因此，葡萄糖消耗已經(jīng)成為評價(jià)細(xì)胞生長代謝的重要指標(biāo)，異常的葡萄糖代謝與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)。 在血液中，葡萄糖濃度的偏高或偏低均會引起機(jī)體代謝紊亂，誘導(dǎo)糖尿病、心血管疾病等病癥的發(fā)生［3-4］。 在神經(jīng)退行性疾病中，神經(jīng)元對葡萄糖的攝取降低造成代謝產(chǎn)生的能量減少，長時(shí)間的能量供應(yīng)不足導(dǎo)致突觸丟失和神經(jīng)元死亡［5-7］。腫瘤細(xì)胞即使在氧氣充足條件下，仍然以糖酵解的代謝方式獲取能量，這種反常的低產(chǎn)能糖代謝模式為腫瘤細(xì)胞的生長、增殖和轉(zhuǎn)移提供物質(zhì)基礎(chǔ)［8-9］。因此，細(xì)胞葡萄糖代謝活動的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測，對細(xì)胞代謝機(jī)制的理解、藥物篩選研究和疾病臨床治療均具有重要意義。

目前，已經(jīng)發(fā)展了多種分析方法用于細(xì)胞葡萄糖濃度的測定，包括熒光光譜法［10］、比色法［11］、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法［12］、拉曼散射法［13］和電化學(xué)方法［14］等。 其中，電化學(xué)生物傳感器具有操作簡單、可微型化和響應(yīng)速度快等優(yōu)勢，在細(xì)胞［15］、血液［16和活體組織［17］葡萄糖含量分析中廣泛應(yīng)用。 生物酶催化作用的高效率和特異性使其被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)傳感器構(gòu)建，目前葡萄糖酶型傳感器主要利用高穩(wěn)定性的葡萄糖氧化酶（Glucose oxidase， GOD），并借助電子媒介體或者導(dǎo)電材料將酶活性中心的電子傳遞到電極表面，實(shí)現(xiàn)對葡萄糖的高靈敏、選擇性檢測。 近些年，納米科技的飛速發(fā)展為新型葡萄糖電化學(xué)傳感器構(gòu)建提供了更多選擇，例如納米顆粒［18］、導(dǎo)電聚合物［19］、碳材料［20］和復(fù)合納米材料［21-23］等引入電極界面，大大地提高了葡萄糖酶電極的靈敏度。 盡管如此，目前所報(bào)道的傳感器對細(xì)胞葡萄糖代謝水平實(shí)時(shí)監(jiān)測仍然面臨挑戰(zhàn)，這是由于傳統(tǒng)平面培養(yǎng)的細(xì)胞在結(jié)構(gòu)和功能方面與體內(nèi)三維基質(zhì)環(huán)境自然生長的細(xì)胞相差甚遠(yuǎn)，而現(xiàn)有的傳感器大多是基于二維電化學(xué)傳感器，很難與細(xì)胞三維培養(yǎng)體系集成并進(jìn)行細(xì)胞代謝活動實(shí)時(shí)監(jiān)測。

在前期工作中［24］，通過靜電吸附和電化學(xué)沉積等技術(shù)，依次在三維多孔聚二甲基硅氧烷（PDMS）支架表面組裝導(dǎo)電聚合物聚（3，4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）、碳納米管（CNTs）和普魯士藍(lán)納米顆粒（PB NPs），制備了對H2O2電化學(xué)還原反應(yīng)具有催化作用的三維電極（PCP）。 本研究工作在該電極表面進(jìn)一步固定GOD，構(gòu)建了三維葡萄糖電化學(xué)傳感器GOD/PCP，將包裹了腫瘤細(xì)胞（MCF-7）的膠原水凝膠填充到傳感器的孔隙，搭建了兼具三維細(xì)胞培養(yǎng)和電化學(xué)檢測功能的集成平臺。 細(xì)胞培養(yǎng)過程中，電極表面的GOD能夠催化氧化環(huán)境中的葡萄糖，產(chǎn)生葡萄糖酸和電活性分子H2O2，H2O2發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的電子通過媒介分子普魯士藍(lán)傳遞電極表面，從而實(shí)現(xiàn)傳感器對三維細(xì)胞培養(yǎng)體系葡萄糖消耗水平的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測（圖1）。

圖1 三維葡萄糖電化學(xué)傳感器構(gòu)建及細(xì)胞代謝檢測原理示意圖Fig.1 Schematic illustration of the fabrication of 3D glucose electrochemical sensor and the detection principle of glucose metabolism in 3D cell culture

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

CHI660A 型電化學(xué)工作站（上海辰華有限公司）；GeminiSEM 500 型場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM，德國Zeiss 公司）；Nicolet-6700 型傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR，美國Thermo Fisher 公司）；LSM 900 型激光共聚焦熒光顯微鏡（德國Zeiss 公司）；PDC-002 型等離子體清潔機(jī)（美國Herrick 公司）；HC-2062 型高速離心機(jī)（安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司）；Direct-Q3 型超純水儀（美國Millipore公司）。

導(dǎo)電聚合物聚（3，4-乙烯二氧噻吩）∶ 聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT∶PSS， Clevios PH1000）分散液購自武漢卓鑫科技有限公司。 單壁碳納米管（SWCNTs，外徑＜2 nm，長度5～30 μm）購自南京先豐納米材料科技有限公司。 PDMS交聯(lián)劑及預(yù)聚體購自美國 Momentive Performance Materials公司。 泡沫鎳模板（厚度1.0 mm）購自昆山嘉億盛電子新型材料有限公司。 丙酮（CH3CHOCH3）、無水乙醇（CH3CH2OH）、硝酸（HNO3）、鹽酸（HCl）、氯化鉀（KCl）、二甲基亞砜（DMSO）、十二水合磷酸氫二鈉（Na2HPO4·12H2O）、鐵氰化鉀（K3［Fe（CN）6］）、磷酸二氫鉀（KH2PO4）和氯化鈉（NaCl）購自國藥集團(tuán)化工試劑有限公司。 羧甲基纖維素鈉（CMC）、氯化鐵（FeCl3）、聚乙二醇二縮水甘油醚（PEGDE）和葡萄糖購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。 尿酸（Uric acid）購自東京化成工業(yè)株式會社（日本）。 GOD、聚二烯丙基二甲基氯化銨、多巴胺（Dopamine）、抗壞血酸（Ascorbic acid）、乙酰膽堿（Acetylcholine）、牛血清白蛋白、聚乙烯亞胺、乳酸（Lactate）、果糖（Fructose）和半乳糖（Galactose）均購自美國 Sigma-Aldrich公司。 實(shí)驗(yàn)中所使用的試劑均為分析純，所有實(shí)驗(yàn)用水為超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 三維葡萄糖電化學(xué)傳感器構(gòu)建

三維多孔PCP 電極根據(jù)前期發(fā)表工作［24］制備，步驟簡單概括為： 首先，采用PDMS 預(yù)聚體復(fù)制泡沫鎳多孔結(jié)構(gòu)，通過離心、固化和刻蝕等步驟制備三維多孔PDMS 支架； 然后，通過靜電組裝、疏水作用和化學(xué)沉積方式，在PDMS 支架表面依次固定PEDOT、CNTs 和PB NPs，得到多孔PB NPs/CNTs/PEDOT（PCP）電極。 在此基礎(chǔ)上，通過交聯(lián)劑PEGDE 將GOD 固定在三維電極表面，形成酶型三維葡萄糖電化學(xué)傳感器GOD/PCP。

1.2.2 傳感器與細(xì)胞三維培養(yǎng)體系集成

將膠原溶液與DMEM 完全培養(yǎng)基混合均勻并調(diào)節(jié)pH 值至中性，加入2×105cell/mL 的MCF-7 細(xì)胞懸浮液，使得混合液中膠原的終濃度為1.0 mg/mL，并立即將混合液灌注到三維GOD/PCP 傳感器孔隙中，并確保液體浸沒整個(gè)傳感器。 然后，將傳感器放置于恒溫培養(yǎng)箱中，使膠原溶液在傳感器孔隙中完全凝膠化。 MCF-7 細(xì)胞在膠原水凝膠中培養(yǎng)一定時(shí)間后，進(jìn)行活性染色和顯微成像。

1.2.3 細(xì)胞葡萄糖代謝實(shí)時(shí)監(jiān)測

MCF-7細(xì)胞與膠原溶液混合以及注入GOD/PCP 骨架過程與上部分步驟一致，待細(xì)胞穩(wěn)定2 h后，吸出培養(yǎng)基，并使用無菌PBS 緩沖溶液靜置清洗。 以GOD/PCP 電極為工作電極，Ag/AgCl 電極為參比電極，Pt 電極為對電極，在恒定電壓為0.0 V 條件下，通過安培計(jì)時(shí)電流法進(jìn)行檢測。 檢測過程中PBS 緩沖液中加入紫杉醇抗癌藥物，使得紫杉醇藥物的最終濃度為10和100 μmol/L。 而對照組則是加入相同體積PBS緩沖液或沒有細(xì)胞存在的條件下加入相同體積紫杉醇溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 GOD/PCP電極的制備與表征

PCP電極按照文獻(xiàn)［24］方法制備，圖2A為PCP電極的SEM圖片，結(jié)果顯示其為三維多孔支架結(jié)構(gòu)，孔徑尺寸在200 μm 左右。 圖2B 進(jìn)一步顯示其表面粗糙、分布有納米顆粒聚集物，為PB NPs。 PCP 電極修飾葡萄糖酶GOD后，依然保持清晰、連續(xù)和貫通的多孔結(jié)構(gòu)（圖2C），有利于后續(xù)膠原水凝膠灌入及細(xì)胞三維培養(yǎng)。 同時(shí)，相較于PCP電極高倍數(shù)SEM 結(jié)果，GOD/PCP 電極的PB NPs顆粒表面附著一層薄膜（圖2D），可能是GOD被固定在電極表面所形成的蛋白膜。

圖2 （A、B）三維PCP電極和（C、D）GOD/PCP電極在不同放大倍數(shù)下的掃描電子顯微成像圖片F(xiàn)ig.2 SEM images at different magnifications for （A， B） PCP electrode and （C， D） GOD/PCP electrode

接著，通過傅里葉變換紅外光譜儀對GOD/PCP 電極的特征官能團(tuán)進(jìn)行表征（圖3）。 PCP 電極在2082 cm－1處出現(xiàn)的吸收峰（黑線），對應(yīng)于普魯士藍(lán)中Fe2+-CN-Fe3+的C≡N 伸縮振動峰； GOD/PCP 電極（紅線）在1652、1542和1108 cm－1處的吸收峰，分別對應(yīng)于葡萄糖氧化酶中酰胺基團(tuán)的“C= = O”伸縮振動峰、“N—H”彎曲振動峰，以及可能歸屬于PEGDE 上的“C—O—C”伸縮振動峰。 以上結(jié)果充分證明了GOD成功修飾在三維PCP電極表面。

圖3 PCP電極和GOD/PCP電極的FT-IR譜圖Fig.3 FT-IR spectra of PCP electrode and GOD/PCP electrode

為考察GOD/PCP傳感器對目標(biāo)分子的電化學(xué)響應(yīng)能力，采用循環(huán)伏安法記錄了PCP、GOD/PCP電極在2 mmol/L葡萄糖溶液的循環(huán)伏安（Cyclic voltammetry， CV）曲線。 如圖4A所示，PCP電極表面沒有固定葡萄糖氧化酶時(shí)，電極在PBS溶液和2 mmol/L葡萄糖溶液中的循環(huán)伏安行為幾乎一致，僅在0～0.2 V之間出現(xiàn)普魯士藍(lán)的典型氧化還原峰。 而修飾了葡萄糖氧化酶的GOD/PCP 電極，在2 mmol/L 葡萄糖溶液中0 V 處普魯士藍(lán)的還原峰電流顯著增加（圖4B）。 以上電化學(xué)結(jié)果再次證明，葡萄糖氧化酶已成功修飾在PCP電極表面，且對葡萄糖具有良好的電化學(xué)響應(yīng)性能。

圖4 （A） PCP電極和（B） GOD/PCP電極分別在PBS和2 mmol/L葡萄糖溶液中的CV曲線，掃速均為10 mV/sFig.4 CVs of （A） PCP electrode and （B） GOD/PCP electrode in PBS （black） and 2 mmol/L glucose （red） solution with a scan rate of 10 mV/s

2.2 GOD/PCP電極的電化學(xué)傳感性能

為了進(jìn)一步考察GOD/PCP 電極對葡萄糖的傳感性能，采用計(jì)時(shí)電流法表征了GOD/PCP 電極對一系列濃度梯度葡萄糖的安培響應(yīng)。 在攪拌條件下，通過連續(xù)加入不同濃度的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，得到圖5A 中所示計(jì)時(shí)電流響應(yīng)曲線。 GOD/PCP 電極對葡萄糖的響應(yīng)速度較快，約在3 s 內(nèi)便達(dá)到電流穩(wěn)態(tài)，且在0.05～5.0 mmol/L 濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)出靈敏電流響應(yīng)。 另外，根據(jù)圖5B 線性方程相關(guān)系數(shù)R2=0.998 推斷，傳感器對葡萄糖的響應(yīng)在0.05～5.0 mmol/L 濃度范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系，計(jì)算得到的檢測靈敏度為10.0 μA/（mmol·L-1），檢測限為0.02 mmol/L。 以上電化學(xué)結(jié)果表明，三維GOD/PCP 傳感器對葡萄糖具有優(yōu)良的電化學(xué)檢測性能，為后期實(shí)時(shí)監(jiān)測細(xì)胞葡萄糖消耗量奠定了基礎(chǔ)。

圖5 （A） GOD/PCP電極對不同濃度葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液的安培響應(yīng)曲線，施加電位為0.0 V； （B） GOD/PCP電極對葡萄糖響應(yīng)的校準(zhǔn)曲線； （C） GOD/PCP電極對1.0 mmol/L葡萄糖和10.0 mmol/L干擾物質(zhì)安培響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)圖（n=5）Fig. 5 （A） Amperometric responses of GOD/PCP electrode to a series of increasing glucose concentrations in PBS solution at a potential of 0.0 V（vs.Ag/AgCl）； （B） Corresponding calibration curve of GOD/PCP electrode to glucose；（C） Statistical results of amperometric response of GOD/PCP electrodes to 1.0 mmol/L glucose and 10.0 mmol/L potential interfering substances （n=5）

細(xì)胞在生命活動中產(chǎn)生的多種類型部分代謝物，可能會干擾電極對葡萄糖的檢測，因此，選用了一些典型的潛在代謝物和電活性物質(zhì)對GOD/PCP 電極進(jìn)行了抗干擾測試，包括果糖、半乳糖、乳酸、乙酰膽堿、尿酸、多巴胺和抗壞血酸。 利用安培計(jì)時(shí)電流法比較了GOD/PCP 電極對10.0 mmol/L 干擾物質(zhì)和1.0 mmol/L 葡萄糖的響應(yīng)ΔI（圖5C），可見即使這些干擾物質(zhì)的濃度為葡萄糖的10倍，GOD/PCP電極對葡萄糖的電流響應(yīng)遠(yuǎn)大于干擾物分子。 這得益于GOD對底物葡萄糖的高效選擇性以及PB對產(chǎn)物H2O2優(yōu)異的電催化性能，使得三維GOD/PCP電極在較低電位（0.0 V）下實(shí)現(xiàn)葡萄糖高選擇性檢測。

2.3 GOD/PCP電極內(nèi)的細(xì)胞三維培養(yǎng)

體內(nèi)腫瘤細(xì)胞生長在周圍充滿基質(zhì)的三維微環(huán)境，本工作選擇膠原作為腫瘤細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)。 將乳腺癌細(xì)胞MCF-7 與I 型膠原混合均勻并填充在GOD/PCP 傳感器空隙，形成三維電化學(xué)傳感和細(xì)胞培養(yǎng)體系的集成平臺。 為了便于觀察細(xì)胞在三維葡萄糖傳感器內(nèi)的分布情況和生長狀態(tài)，采用交聯(lián)法將Cy3標(biāo)記的鏈霉親和素固定在PCP支架，使其被黃色熒光分子標(biāo)記。 細(xì)胞在傳感器內(nèi)培養(yǎng)24 h后，使用細(xì)胞活性染色劑鈣黃綠素（Calcein-AM，綠色）和死細(xì)胞核染色劑碘化丙啶（PI，紅色）對MCF-7細(xì)胞進(jìn)行染色（圖6A）。 共聚焦熒光成像結(jié)果顯示，MCF-7 細(xì)胞在黃色支架空隙內(nèi)均勻分散，且在不同高度均有分布（圖6B）。 另外，熒光成像結(jié)果顯示MCF-7細(xì)胞幾乎全部保持高活性（綠色熒光），表明該三維傳感器的存在不影響細(xì)胞自身生長狀態(tài)。

圖6 （A） GOD/PCP 電極（黃色，Cy3標(biāo)記）與MCF-7細(xì)胞（綠色，Calcein-AM 染色）三維培養(yǎng)體系集成的共聚焦成像圖； （B） MCF-7細(xì)胞培養(yǎng)24 h后被Calcein-AM和PI染色的熒光成像圖Fig. 6 （A） 3D reconstruction from confocal microscope images of MCF-7 cultured in the integrated platform and labeled with Calcein-AM（green） and PI （red） for cell and Cy3 （yellow） for GOD/PCP electrode； （B） Fluorescent image of MCF-7 cultured in the platform for 24 h and labeled with Calcein-AM and PI

2.4 MCF-7細(xì)胞葡萄糖消耗過程實(shí)時(shí)監(jiān)測

在上述工作基礎(chǔ)上，利用三維電化學(xué)傳感和細(xì)胞培養(yǎng)集成平臺實(shí)時(shí)監(jiān)測了MCF-7 細(xì)胞消耗葡萄糖的代謝行為。 紫杉醇是一種常用的化療藥物，可用于治療女性乳腺癌，主要作用機(jī)制是通過與微管結(jié)合阻止細(xì)胞分裂時(shí)染色體的分離，加速癌細(xì)胞死亡。 因此，采用抗癌藥物紫杉醇作為藥物刺激，考察了紫杉醇對MCF-7 細(xì)胞葡萄糖代謝活動的影響。 為了實(shí)現(xiàn)藥物刺激下細(xì)胞葡萄糖消耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測，將MCF-7細(xì)胞和膠原混合液注入電化學(xué)傳感器中，穩(wěn)定2 h后，加入新培養(yǎng)基作為電解液，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測紫杉醇藥物作用下細(xì)胞培養(yǎng)基中葡萄糖的消耗。 實(shí)驗(yàn)中向儲液池中加入不同體積的紫杉醇溶液，使得紫杉醇最終濃度為10和100 μmol/L。

在本工作中，電化學(xué)生物傳感器記錄的電流值與胞外培養(yǎng)環(huán)境中葡萄糖的濃度成正比，當(dāng)細(xì)胞消耗周圍培養(yǎng)基中的葡萄糖時(shí)，引起葡萄糖濃度降低，表現(xiàn)為電流值下降。 即細(xì)胞消耗的葡萄糖量越多，傳感器測量的電流值下降幅度越明顯。 此處，將檢測開始時(shí)的電流值表示為I0（葡萄糖含量最大），檢測過程中某一時(shí)刻的電流值表示為I，因此I/I0或者ΔI/I0（ΔI=I0-I）可以實(shí)時(shí)反映細(xì)胞周圍環(huán)境中葡萄糖的濃度變化，即MCF-7細(xì)胞對培養(yǎng)基中葡萄糖的消耗情況。

圖7 A 和7B 分別為在沒有和有MCF-7 細(xì)胞存在時(shí)GOD/PCP 電極記錄的I/I0隨時(shí)間變化曲線，圖7C為2種情況下在0～400 s和401～3600 s時(shí)間段內(nèi)ΔI/I0統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 結(jié)果顯示，在0～400 s時(shí)間內(nèi)（綠色背景部分），當(dāng)沒有細(xì)胞存在時(shí)，GOD/PCP 電化學(xué)傳感器的電流值下降了0.9%，這是因?yàn)閭鞲衅鞅砻娴钠咸烟茄趸冈谶B續(xù)檢測過程中會消耗培養(yǎng)基中少量的葡萄糖。 當(dāng)傳感平臺有細(xì)胞存在時(shí)，細(xì)胞代謝活動使記錄到的電流值下降了1.8%。 然后，GOD/PCP 電化學(xué)傳感器對三維培養(yǎng)環(huán)境中葡萄糖水平進(jìn)行了連續(xù)較長時(shí)間（3600 s）檢測。 在401～3600 s時(shí)間范圍內(nèi)，對于不含細(xì)胞的傳感平臺，傳感器記錄的電流值下降了6.4%； 而對于含有大量腫瘤細(xì)胞的傳感平臺，傳感器電流值下降了13.8%。 這是由于培養(yǎng)基中的葡萄糖被MCF-7細(xì)胞消耗，使得培養(yǎng)基中葡萄糖濃度大幅下降。

圖7 GOD/PCP電極在（A）無和（B）有MCF-7細(xì)胞存在下的I/I0隨時(shí)間變化曲線； （C） GOD/PCP電極在0～400 s和401～3600 s時(shí)間內(nèi)的ΔI/I0變化統(tǒng)計(jì)， ***P＜0.001Fig. 7 Amperometric response of GOD/PCP platform （A） without（w/o） and （B） with（w/） MCF-7 cells cultured therein； （C） Statistic analysis of the ΔI/I0 during the periods of 0～400 s and 401～3600 s. ***P＜0.001

在此基礎(chǔ)上，考察了抗癌藥物紫杉醇對三維培養(yǎng)環(huán)境中MCF-7 細(xì)胞葡萄糖代謝的影響。 圖8A和8B 分別為MCF-7 細(xì)胞經(jīng)10 和100 μmol/L 紫杉醇孵育后，GOD/PCP 電極記錄的I/I0隨時(shí)間變化曲線，圖8C 為兩種情況下在0～400 s 和401～3600 s 時(shí)間段內(nèi)ΔI/I0統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 在藥物處理前0～400 s時(shí)間內(nèi)，電流值下降無顯著性差異，表明藥物刺激刺激前細(xì)胞對葡萄糖的消耗速率一致。 在經(jīng)藥物刺激MCF-7 細(xì)胞后的401～3600 s 時(shí)間范圍內(nèi)，10 μmol/L 紫杉醇處理?xiàng)l件下，傳感器記錄的電流值下降了10. 1%； 對于100 μmol/L 紫杉醇處理細(xì)胞，傳感器記錄的電流值下降了7. 2%。 可見，相較于正常培養(yǎng)的細(xì)胞（ΔI/I0值為13. 8%），藥物作用后細(xì)胞對培養(yǎng)基中葡萄糖消耗速率下降，且藥物濃度越高細(xì)胞消耗葡萄糖的速率越慢。 由于葡萄糖消耗速率可直接反映細(xì)胞糖代謝狀態(tài)，這些結(jié)果表明抗癌藥物對MCF-7 細(xì)胞糖代謝有較強(qiáng)的抑制作用，藥物濃度越高抑制作用越明顯。

圖8 GOD/PCP 電極在MCF-7細(xì)胞經(jīng)（A） 10 μmol/L 和（B） 100 μmol/L 紫杉醇處理前后的I/I0隨時(shí)間變化曲線；（C） GOD/PCP電極在0～400 s和401～3600 s時(shí)間內(nèi)的ΔI/I0變化統(tǒng)計(jì)。 ns： 無顯著性差異， ***P＜0.001Fig. 8 Amperometric response of GOD/PCP platform before and after MCF-7 were treated with （A） 10 μmol/L paclitaxel and（ B） 100 μmol/L paclitaxel；（ C） Statistic analysis of the ΔI/I0 during the periods of 0～400 s and 401～3600 s. ns： no significance， ***P＜0.001

3 結(jié) 論

通過在前期發(fā)展的三維電極表面修飾葡萄糖氧化酶，構(gòu)建了一種靈敏度高、選擇性好的三維葡萄糖電化學(xué)生物傳感器。 將含有腫瘤細(xì)胞的膠原水凝膠填充到三維生物傳感器孔隙中，為腫瘤細(xì)胞提供了類似體內(nèi)生長情況的三維微環(huán)境，可實(shí)時(shí)監(jiān)測細(xì)胞對基質(zhì)中葡萄糖的消耗，并考察了抗癌藥物對腫瘤細(xì)胞能量代謝的抑制效果。 鑒于葡萄糖在細(xì)胞代謝活動中的重要作用，該傳感器可作為細(xì)胞自身葡萄糖釋放以及消耗環(huán)境葡萄糖行為的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測平臺，在細(xì)胞代謝、藥物篩選和癌癥研究中具有良好應(yīng)用前景。