功能扫描离子电导显微镜技术在探测活细胞表面形貌与电势中的应用

扫描离子电导显微镜(SICM)是一种扫描探针显微技术，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。

本研究使用基于电势检测的SICM扫描手段，研究了其在膜的形貌观察和电势测定方面的应用。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进行表面形貌及电势的研究，得到更加准确的膜表面电势。随后，进行膜电位分布的数值模拟及成像机制的研究。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，在理论上理解了产生的电流电势变化的机制。通过此新型SICM扫描手段检测正常与肿瘤皮肤细胞的表面形貌与电势分布情况，并发现当改变细胞外钾离子时，癌细胞可承受更高的钾离子浓度。

本研究开发了一种新型的细胞膜研究手段，其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（DOI: 10.1039/d0nr04555a）。