调节pH值对于维持细胞环境中的健康平衡是至关重要的。在生物体系中,pH值变化可能是生物系统中疾病和功能障碍的结果。因而,pH的检测是当前生物医学研究的热点。在细胞水平上pH偏差的出现可能意味着异常反应和疾病。例如,肿瘤细胞外的pH值相对于正常细胞偏酸性。这是由于癌细胞的代谢方式导致了乳酸的产生,增加了局部H~+的活性。因此,监测细胞外pH是至关重要的。扫描电化学显微镜的超微电极尖端通过精密定位到感兴趣的样品表面,可以观察到样品表面局部电化学活性。扫描电化学显微镜已应用于生物体系。例如,活细胞和固定化的生物分子(抗体、DNA片段)等。而电位法中的固态离子选择性电极具有操作简单,不会改变溶液的成分等优点得到广泛关注。利用固态离子选择性电极作为扫描电化学显微镜的探针,可以检测H~+、碱金属和碱土金属离子等。因此,扫描电化学显微镜为检测细胞外pH提供了有用的工具。本论文通过制备扫描电化学显微镜探针并利用扫描电化学显微镜电位法,实现对细胞外pH的监测。本论文的研究内容分为四章,具体内容如下:第一章绪论本章先介绍了扫描电化学显微镜的基本原理、工作模式和应用。然后介绍了细胞外pH的检测方法和电刺激对于细胞的影响。最后提出了本论文的研究意义和目的。第二章扫描电化学显微镜电位法中的聚苯胺固态pH选择性微电极探针的制备在这一章中,制备了以铂微电极为基质的聚苯胺固态pH选择性微电极,并把该pH选择性微电极用作扫描电化学显微镜探针,用于监测溶液的pH。pH选择性微电极通过在含有苯胺的盐酸溶液中以-0.1~+0.9V的电位循环沉积聚苯胺薄膜而得到的。聚苯胺薄膜的制备、稳定性和可逆性被表征和优化。该pH选择性微电极与Ag/AgCl参比电极之间的电动势信号至少在pH为4.00~8.00范围内呈线性响应,斜率为53.0±0.4 mV/pH,具有良好的可逆性,响应时间为10s,持续3 h的测定电位漂移为1.13%,可用于检测溶液的pH。第三章扫描电化学显微镜双电极探针的制备以及对细胞外pH实时测定的应用在本章中,我们研究了一种制备双电极作为扫描电化学显微镜探针的方法。双电极是通过封装法将金/铂丝密封在拉制的硼硅酸玻璃管,并通过循环伏安法、扫描电子显微镜技术等方法验证了该双电极的成功制备。将聚苯胺薄膜修饰在双电极中的铂微电极上用以制备pH选择性微电极并应用于监测细胞人包皮成纤维细胞HFF和乳腺癌细胞MCF-7的细胞外pH(pHe)。双电极中的金微电极通过逼近曲线来确定双电极与细胞之间的距离,双电极的pH选择性微电极利用电位法实现pH测定。结果发现了人包皮成纤维细胞的pHe高于乳腺癌细胞的pHe,这可能是因为正常细胞和癌细胞代谢方式的不同。该研究方法为研究pHe提供了新的思路。第四章利用扫描电化学显微镜电位法监测电刺激后细胞外pH的变化在本章中,双电极作为扫描电化学显微镜探针并利用扫描电化学显微镜电位法监测电刺激细胞之后的细胞外pH(pHe)的变化。实验发现随着双电极离细胞的距离的减少,pHe也在减少。并随着刺激电位的增大和刺激时间的增加,pHe逐渐减少。通过钙黄绿素-AM和碘化丙啶的荧光染色结果验证了这种现象是由于电刺激细胞使得细胞膜通透性变大的原因。比较了三种不同细胞在电刺激之后的pHe的大小,得到了pHe的比较顺序为MCF-7