【摘要】：單細胞分析是在細胞及亞細胞層面研究生命過程的重要技術手段，但目前單細胞分析技術常受到分選技術純度、漏選，錯選及細胞操控方式的影響，造成單細胞分析準確性的下降。因此，發展新型單細胞分選控制技術對單細胞分析十分重要。隨著納米技術和微加工技術的發展，基于微流控系統和微電極陣列的單細胞操控系統近年來快速發展，其優點包括樣本需求量小、操控簡便、控制響應時間短、分選精度高等。本文基于二氧化錳納米結構，利用紫外光刻微加工技術，構建微電極陣列電化學系統;通過在二氧化錳表面修飾細胞吸附抗體，實現對目標單細胞的捕獲;再通過對目標微電極的電化學刻蝕切斷微電極與目標單細胞的聯接，實現單細胞的釋放與操控。

本文的主要結果如下:

(1)首先利用磁控濺射和紫外光刻技術在玻璃基板上沉積金電極陣列，再利用紫外光刻技術和二氧化錳納米空心球自組裝技術在核心電極區組裝二氧化錳，形成二氧化錳-金復合微電極陣列。通過光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察，發現所制備的二氧化錳-金復合微電極陣列與器件設計目標基本一致。該二氧化錳-金復合微電極陣列的總尺寸是40mm×40mm的正方形，核心電極的大小為120mm×120mm的正方形電極，電極與電極之間的間距為1080mm，陣列上一共有88個電極和88個腳電極。

(2)將微電極陣列、電解質溶液和導電玻璃組成微電極陣列器件。通過觀察二氧化錳微電極的循環伏安曲線及其對應的刻蝕效果的變化，構建二氧化錳微電極電容與刻蝕效果的關系。用原子力顯微鏡(AFM)表征刻蝕前后二氧化錳薄膜的厚度變化，并在不同的掃描速率、電極間距和電化學窗口參數下，測試刻蝕前后電極的電容變化。研究發現，掃描速率的增加、電極間距的減小以及電化學窗口的增寬，均可增強對二氧化錳的電化學刻蝕。

(3)利用經上皮細胞黏附分子(EpCAM)修飾的二氧化錳微電極捕獲循環腫瘤細胞，發現二氧化錳微電極陣列中有32%的單電極單元可捕獲單個目標細胞。使用1.0V電壓，可實現對單個二氧化錳微電極的電化學刻蝕，進而切斷微電極與單細胞的聯接，實現對單個目標細胞的釋放。綜上所述，本文構建了基于二氧化錳的微電極陣列器件，并通過電化學方法，將其應用于單細胞的捕獲與釋放。研究結果表明，基于二氧化錳構建的微電極陣列單細胞控制系統，可用于循環腫瘤細胞的單細胞分選。該技術有望提供一種新型單細胞分選控制平臺，并與單細胞分析系統聯合用于多種細胞的單細胞研究。