基于扫描离子电导显微镜的单细胞膜研究

细胞膜表面电荷分布在细胞活动中起着不可或缺的作用。然而，由于缺乏有效的检测手段，在生理条件下探测活细胞的表面电荷分布仍然是一个巨大的挑战。扫描离子电导显微镜(Scanning Ion Conductance Microscopy，SICM)是一种新型扫描探针技术，通过测定超微玻璃管探针内离子电流，非接触地扫描样品表面，进而研究样品的形貌及其他性质。SICM具有成像分辨率高、探针易于制备和对被成像物体无损伤等特点，特别适用于研究生理条件下的活细胞、组织。

本研究使用基于电流监测的SICM扫描手段，研究了其在膜的形貌观察和电荷测定方面的应用。使用有限元法研究电势分布的Poisson-Nernst-Planck方程，通过符合预期实验条件的边界条件求解，从微观尺度上模拟了膜电势场和微电极电场的耦合作用，在理论上理解产生的电流变化的机制。利用SICM研究不同分子修饰的PDMS膜，并对不同粗糙度和表面电荷的PDMS进行表面形貌及电荷的研究，得到更加准确的膜表面电荷分布。通过此新型SICM扫描手段检测HeLa细胞的表面形貌与电荷分布情况，并发现1%二甲亚砜(DMSO)处理后的细胞膜损伤引起的表面电荷变化。

本研究开发了一种新型的细胞膜研究手段，可以提高我们对细胞行为的理解，有助于药物传递方面的应用，为对再生修复和癌症治疗等生物医学应用提供了应用前景。相关论文已发表在Nanoscale杂志(https://doi.org/10.1039/D1NR05230F)。