譚浩蘭 何 紅 龔 麗 葛 闖 徐 溢

（1）重慶大學(xué)新型微納米器件與系統(tǒng)技術(shù)重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，光電技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044；2）重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331；3）重慶大學(xué)光電工程學(xué)院，重慶 400044；4）重慶大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院腫瘤轉(zhuǎn)移與個(gè)體化診治轉(zhuǎn)化研究重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030；5）重慶航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，重慶 400021）

細(xì)胞-細(xì)菌的相互作用是指細(xì)菌或細(xì)菌代謝物作用于宿主后，引起宿主體內(nèi)多種細(xì)胞發(fā)生不同程度應(yīng)變的過(guò)程［1-2］。按照細(xì)胞類型的不同，可分為細(xì)菌與吞噬性細(xì)胞或與非吞噬性細(xì)胞的相互作用。吞噬性細(xì)胞一般指宿主體內(nèi)的免疫細(xì)胞，會(huì)主動(dòng)遷移到細(xì)菌感染處，吞噬并溶解入侵的細(xì)菌，在宿主免疫系統(tǒng)起到“哨兵”的作用［3-5］。非吞噬性細(xì)胞如上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等，不具有吞噬性，但是具有侵襲性的細(xì)菌通過(guò)其特有的毒力機(jī)制會(huì)破壞細(xì)胞的屏障功能，誘導(dǎo)細(xì)胞骨架重排，促進(jìn)非吞噬性細(xì)胞的內(nèi)化作用，導(dǎo)致細(xì)胞狀態(tài)受損［4，6］。

細(xì)菌-細(xì)胞的相互作用導(dǎo)致細(xì)菌性感染疾病，嚴(yán)重威脅著人體健康［7-8］。細(xì)菌感染檢測(cè)分析已成為疾病機(jī)制研究及藥物治療效果評(píng)估的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，細(xì)菌侵襲軌跡、細(xì)胞/細(xì)菌形態(tài)、細(xì)胞/細(xì)菌活性、細(xì)胞屏障、細(xì)胞/細(xì)菌代謝物等都是研究細(xì)胞-細(xì)菌相互作用機(jī)制的重要指標(biāo)，對(duì)細(xì)胞-細(xì)菌相互作用機(jī)制進(jìn)行更深層次的研究，以及對(duì)細(xì)菌侵襲細(xì)胞的不同階段及其相應(yīng)的變化規(guī)律進(jìn)行探索，對(duì)于生命科學(xué)研究、解析病理機(jī)制、發(fā)現(xiàn)和篩選抗菌藥物、選擇和優(yōu)化診療方案等領(lǐng)域具有重要的研究?jī)r(jià)值和指導(dǎo)意義。

傳統(tǒng)的細(xì)胞-細(xì)菌體外實(shí)驗(yàn)研究方法包括孔板共培養(yǎng)、嵌入式細(xì)胞共培養(yǎng)法等，存在操作繁瑣、樣本需求量大、與人體真實(shí)環(huán)境差異大、過(guò)程表征難以深化闡述及信號(hào)獲取困難等問(wèn)題［9］。近年來(lái)，利用微機(jī)電系統(tǒng)（micro electro-mechanical system，MEMS）技術(shù)構(gòu)建的具備多種結(jié)構(gòu)和功能單元的微流控芯片，廣泛用于細(xì)胞/細(xì)菌培養(yǎng)、細(xì)胞/細(xì)菌檢測(cè)等領(lǐng)域，為細(xì)胞-細(xì)菌的研究提供了優(yōu)質(zhì)的平臺(tái)［10-11］。本課題組長(zhǎng)期從事微流控生化分析研究工作，發(fā)現(xiàn)利用微流體控制技術(shù)可對(duì)細(xì)胞-細(xì)菌生長(zhǎng)的微環(huán)境進(jìn)行時(shí)間和空間上的精確調(diào)控，模擬細(xì)胞-細(xì)菌生長(zhǎng)的復(fù)雜微環(huán)境，通過(guò)在微流控芯片上集成傳感監(jiān)測(cè)模塊，不僅可以在線監(jiān)測(cè)細(xì)胞-細(xì)菌研究體系的變化過(guò)程，還可以實(shí)現(xiàn)多種檢測(cè)模式高效結(jié)合，獲取更多生化信息［12-13］。

本文簡(jiǎn)要介紹了細(xì)胞-細(xì)菌相互作用研究所需模型在微流控芯片上的構(gòu)建途徑，重點(diǎn)對(duì)芯片上細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程光電檢測(cè)方法進(jìn)展進(jìn)行綜述，探討了光學(xué)檢測(cè)法和電化學(xué)檢測(cè)法在芯片上的集成，及其對(duì)細(xì)胞-細(xì)菌研究體系的測(cè)試效果及研究進(jìn)展，對(duì)芯片上細(xì)胞-細(xì)菌相互作用研究的難點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

1 微流控芯片上細(xì)胞-細(xì)菌相互作用模型構(gòu)建

1.1 細(xì)胞-細(xì)菌接觸式共培養(yǎng)模型

微流控芯片被公認(rèn)為是疾病研究理想的體外平臺(tái)，微流體可通過(guò)控制生化梯度、機(jī)械刺激、生化因子等模擬更準(zhǔn)確的疾病模型，MEMS 技術(shù)和生物材料的發(fā)展促進(jìn)了細(xì)胞-細(xì)菌共培養(yǎng)模型的多樣性［14-15］。Kim 等［16］在芯片上設(shè)計(jì)了內(nèi)外兩個(gè)微腔室，使用氣動(dòng)微閥升高或降低內(nèi)部細(xì)胞培養(yǎng)微腔室的聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）壁，實(shí)現(xiàn)了從時(shí)空尺度控制細(xì)菌侵襲細(xì)胞過(guò)程。Park 等［17］將液滴與微腔室相結(jié)合，通過(guò)T 型接頭裝置，可產(chǎn)生最大頻率為500 滴/s的液滴，用于不同微生物之間的長(zhǎng)期共培養(yǎng)。結(jié)合微流控平臺(tái)，3D 細(xì)胞培養(yǎng)還可構(gòu)建更復(fù)雜的芯片上細(xì)胞球和類器官模型。Brackett 等［18］利用懸浮的微液滴實(shí)現(xiàn)了腫瘤細(xì)胞球的培養(yǎng)，并借助微流體技術(shù)模擬了細(xì)菌靶向腫瘤組織治療的過(guò)程。水凝膠［19］、微孔［20］或U 型微腔室［21］等也是細(xì)胞球培養(yǎng)的常用手段。Puschhof等［22］從人體小腸標(biāo)本中培養(yǎng)原代干細(xì)胞，開(kāi)發(fā)了微流控腸道類器官模型，重建了人體小腸更多的關(guān)鍵功能，其模擬腸道疾病模型比2D 細(xì)胞模型有更好的反應(yīng)。

微閥控制更加自動(dòng)化、集成化，但存在一定的加工和操作難度?；谝旱蔚墓才囵B(yǎng)具有高通量、并行性、樣品消耗低等優(yōu)勢(shì)，超小體積利于實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞水平分析，但也限制了更多生化信息的采集。隨著微流體控制技術(shù)的發(fā)展，芯片上3D 細(xì)胞成為新的體外模型熱點(diǎn)，細(xì)胞球是最簡(jiǎn)單且常用的3D細(xì)胞模型，類器官模型則概括了更多的人體器官的結(jié)構(gòu)和生化信息，都可模擬更復(fù)雜的疾病，但需優(yōu)化其生產(chǎn)方法以減少勞動(dòng)力和成本，其分析方法也有待標(biāo)準(zhǔn)化［23-24］。

1.2 細(xì)胞-細(xì)菌非接觸式共培養(yǎng)模型

非接觸式共培養(yǎng)模型的策略主要是利用生物材料結(jié)構(gòu)小于微生物尺寸，限制細(xì)胞/細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)而允許小分子物質(zhì)自由穿過(guò)［25-26］。Marzorati等［27］利用聚酰胺多孔膜構(gòu)建了上下兩個(gè)分別用于細(xì)菌/細(xì)胞培養(yǎng)的微腔室，建立了細(xì)菌毒性分泌物與細(xì)胞共培養(yǎng)的模型。細(xì)胞/細(xì)菌在水凝膠中難以實(shí)現(xiàn)空間上的遷移，但其分泌的小分子物質(zhì)可通過(guò)水凝膠自由交流［28］。Hong 等［29］在微通道中利用膠原蛋白凝膠將細(xì)胞和細(xì)菌限制在不同區(qū)域，而細(xì)胞分泌的生化因子通過(guò)具有滲透性的凝膠作用于細(xì)菌，研究了細(xì)菌對(duì)不同細(xì)胞的趨化作用。納米結(jié)構(gòu)尺寸微小，也可作為物理屏障。Burmeister 等［30］在微通道中央設(shè)計(jì)了一排納米圍堰限制細(xì)胞和細(xì)菌的接觸，納米結(jié)構(gòu)的尺寸可靈活設(shè)計(jì)，適用于研究細(xì)菌代謝物擴(kuò)散速率不同對(duì)細(xì)胞的影響。

兩種共培養(yǎng)方式的細(xì)胞模型是可以通用的，但側(cè)重點(diǎn)不同，接觸式共培養(yǎng)模型適用于細(xì)菌直接侵襲細(xì)胞并引起細(xì)胞吞噬細(xì)菌、細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌復(fù)制以及細(xì)胞裂解死亡等過(guò)程研究［31-32］，非接觸式共培養(yǎng)模型多用于研究細(xì)胞和細(xì)菌之間的信號(hào)交流，都為相關(guān)疾病機(jī)制的研究提供了可靠的平臺(tái)。

2 微流控芯片上細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程的檢測(cè)

微流控芯片與多種檢測(cè)分析方法結(jié)合，為解析細(xì)胞-細(xì)菌相互作用機(jī)制提供了高效的研究平臺(tái)。這里重點(diǎn)介紹光學(xué)檢測(cè)法和電化學(xué)檢測(cè)法，光學(xué)檢測(cè)法最大優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平上的可視化觀測(cè)，電化學(xué)檢測(cè)法則通過(guò)電信號(hào)的變化動(dòng)態(tài)反映生化過(guò)程信息。

2.1 光學(xué)檢測(cè)法

2.1.1 熒光法

微流控?zé)晒饧夹g(shù)不僅能夠可視化細(xì)胞和細(xì)菌，還能提供細(xì)胞-細(xì)菌相互作用的動(dòng)力學(xué)信息［33］。

針對(duì)細(xì)菌小尺寸和高分裂率的特性，常在細(xì)菌內(nèi)導(dǎo)入表達(dá)熒光蛋白的質(zhì)粒，從而產(chǎn)生明亮而穩(wěn)定的熒光，為觀察細(xì)菌侵襲細(xì)胞的過(guò)程提供了更多便利［34-35］。Delincé 等［36-37］通過(guò)熒光延時(shí)顯微鏡觀測(cè)了表達(dá)橘紅色熒光蛋白的海洋分枝桿菌感染盤(pán)基網(wǎng)柄菌（D. discoideum）細(xì)胞，在芯片上實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞攝取細(xì)菌、胞內(nèi)細(xì)菌復(fù)制到細(xì)胞裂解死亡過(guò)程的原位監(jiān)測(cè)（圖1a）。Ellett 等［38］在微腔室中培養(yǎng)表達(dá)綠色熒光蛋白的金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S. aureus），在微腔室外圈培養(yǎng)藍(lán)色熒光染料（Hoechst）標(biāo)記的中性粒細(xì)胞，可視化監(jiān)測(cè)了中性粒細(xì)胞感知、趨化、吞噬細(xì)菌過(guò)程（圖1b）。本課題組借助熒光探針標(biāo)記細(xì)菌成像，可視化觀測(cè)了細(xì)菌生物膜的生長(zhǎng)過(guò)程以及藥物-細(xì)菌相互作用過(guò)程［39］。

Fig. 1 Cell-bacterial interactions detected by fluorescence analysis圖1 熒光法檢測(cè)細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程

免疫熒光檢測(cè)技術(shù)基于特異性抗原-抗體反應(yīng)，借助熒光探針標(biāo)記和熒光顯微鏡技術(shù)，通過(guò)檢測(cè)細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程中結(jié)構(gòu)組分及細(xì)胞屏障的變化，進(jìn)一步獲得靶向蛋白的定性或定量信息［40］。Jing 等［41］使用帶熒光探針的抗體分別對(duì)腸上皮細(xì)胞的Occludin和絨毛蛋白免疫熒光染色，發(fā)現(xiàn)腸上皮細(xì)胞與大腸桿菌在芯片上共培養(yǎng)24 h后，這兩種蛋白質(zhì)的熒光強(qiáng)度顯著下降（圖1c）。Deinhardt-Emmer 等［42］建立了S. aureus感染人體肺部的微流控模型，通過(guò)對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的VE 鈣黏蛋白（VEcadherin）、緊密連接蛋白（ZO-1）免疫熒光染色，觀察到細(xì)菌感染引起內(nèi)皮細(xì)胞的緊密連接蛋白熒光信號(hào)明顯減弱（圖1d）。這些結(jié)果表明，細(xì)菌的侵襲會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞緊密連接受到不同程度的破壞，細(xì)胞屏障完整性難以維持。

熒光檢測(cè)技術(shù)與微流控芯片集成，為細(xì)菌侵襲細(xì)胞過(guò)程的可視化監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力手段，還能為體系中的一些細(xì)胞組分及其變化情況進(jìn)行高效的定量分析。采用共聚焦激光掃描熒光顯微鏡，還可以實(shí)現(xiàn)從三維層面觀測(cè)細(xì)胞內(nèi)外細(xì)菌的定位及動(dòng)態(tài)觀測(cè)細(xì)胞/細(xì)菌行為，進(jìn)一步拓展了微流控?zé)晒鈾z測(cè)技術(shù)在細(xì)胞/細(xì)菌分析中的應(yīng)用。

2.1.2 拉曼光譜法

與熒光檢測(cè)技術(shù)相比，拉曼光譜法無(wú)需標(biāo)記及樣本預(yù)處理，能夠提供更豐富的分子信息。與顯微技術(shù)結(jié)合，通過(guò)空間分辨和原位探測(cè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的光譜特征，還能夠可視化細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌感染過(guò)程［43-44］。

Grosse 等［45］利用拉曼顯微技術(shù)以無(wú)標(biāo)記、非侵入性的方式識(shí)別了細(xì)菌以及內(nèi)皮細(xì)胞核周區(qū)域，觀測(cè)了受感染EA.hy926 內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)S. aureus的分布，通過(guò)主成分分析和線性判別分析法預(yù)測(cè)了細(xì)菌處于細(xì)胞內(nèi)/外狀態(tài)，準(zhǔn)確率達(dá)到85%（圖2a）。Silge等［46］對(duì)戈登分枝桿菌（M. gordonae）產(chǎn)生的類胡蘿卜素進(jìn)行了原位拉曼光譜檢測(cè)，結(jié)合重建的化學(xué)圖像的空間信息和拉曼光譜圖，區(qū)分了巨噬細(xì)胞攝取M. gordonae的不同狀態(tài)，提供了受感染細(xì)胞的脫氧核糖核酸、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)等代謝信息（圖2b）。本課題組結(jié)合表面增強(qiáng)拉曼光譜（surfaceenhanced raman spectroscopy，SERS）和微流體控制技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了抑菌藥物作用于細(xì)菌過(guò)程中細(xì)菌內(nèi)毒素的釋放情況，還動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)了細(xì)胞膜成分磷脂的氧化過(guò)程［47-48］，體現(xiàn)了拉曼光譜法在監(jiān)測(cè)生化過(guò)程的優(yōu)勢(shì)，為監(jiān)測(cè)細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程提供了思路。

Fig. 2 Cell-bacterial interactions detected by Raman spectroscopy圖2 拉曼光譜法檢測(cè)細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程

拉曼光譜分析技術(shù)具有無(wú)損、非侵入和分子指紋特征的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)在微流控芯片上集成具有微納結(jié)構(gòu)SERS基底，可以觀測(cè)細(xì)菌對(duì)細(xì)胞的黏附，細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌的分布以及特定細(xì)胞/細(xì)菌成分的變化，提高靶標(biāo)物的檢測(cè)效率，深入探索細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程中復(fù)雜的代謝機(jī)制。

2.1.3 微分干涉顯微技術(shù)

微分干涉對(duì)比 （differential interference contrast，DIC）顯微鏡是研究細(xì)胞結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)，可以清楚地觀察細(xì)胞的形狀變化及其運(yùn)動(dòng)，對(duì)于理解細(xì)胞相關(guān)生化過(guò)程非常重要［49］。

Ingber 等［50］開(kāi)發(fā)了一種細(xì)菌感染腸道芯片模型（圖3），借助DIC 顯微鏡觀察到細(xì)菌會(huì)在上皮細(xì)胞的絨毛頂端過(guò)度生長(zhǎng)，細(xì)胞炎癥會(huì)導(dǎo)致絨毛損傷。進(jìn)而，該團(tuán)隊(duì)還研發(fā)了微流控小腸類器官模型，DIC結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)流體和機(jī)械刺激可以促進(jìn)小腸干細(xì)胞分化為具有絨毛的上皮細(xì)胞，形成明顯的腸褶皺，并成功用于氧濃度梯度下腸道共生微生物與上皮細(xì)胞的相互作用研究［51-52］，其研制的小鼠結(jié)腸類器官模型也成功實(shí)現(xiàn)與腸道共生細(xì)菌和致病菌的共培養(yǎng)［53］。

Fig. 3 DIC diagram of Escherichia coli infected intestinal epithelial cells and diagram of the intestinal chip［50］圖3 大腸桿菌感染腸上皮細(xì)胞的DIC圖及腸芯片示意圖［50］

總之，微分干涉顯微技術(shù)無(wú)需標(biāo)記，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞形態(tài)和分化的評(píng)估，但其分辨率有限，通常和更高分辨率的熒光/共聚焦激光掃描顯微技術(shù)結(jié)合，對(duì)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像，幾乎只用于細(xì)胞形態(tài)學(xué)變化研究。電子顯微鏡在生物成像中的應(yīng)用也十分廣泛，具有納米尺度的分辨率，可同時(shí)表征細(xì)胞/細(xì)菌超微結(jié)構(gòu)，比光學(xué)顯微鏡能夠提供更多細(xì)節(jié)，在生物形態(tài)學(xué)研究中有較大的優(yōu)勢(shì)，但其制樣要求較高，實(shí)現(xiàn)芯片上原位檢測(cè)有一定的難度［54］。

2.2 電化學(xué)檢測(cè)法

跨 上 皮/內(nèi) 皮 細(xì) 胞 電 阻 （trans-epithelial electrical resistance，TEER）常用于評(píng)估體外模型中單層細(xì)胞緊密連接完整性及細(xì)胞屏障受損狀況，是實(shí)時(shí)檢測(cè)細(xì)胞-細(xì)菌相互作用的重要指標(biāo)。芯片上TEER電化學(xué)測(cè)量方法要求細(xì)胞生長(zhǎng)在多孔半透膜上，通過(guò)測(cè)量整張膜上的電阻或測(cè)量廣泛頻率范圍內(nèi)的阻抗來(lái)量化細(xì)胞屏障［55-56］。

2.2.1 電阻分析法

在基于電阻的TEER 測(cè)量系統(tǒng)中，采用標(biāo)準(zhǔn)STX2 電極，電極對(duì)的每根棒包含1 個(gè)用于測(cè)量電壓的Ag/AgCl電極和1個(gè)用于通過(guò)電流的Ag電極，測(cè)量電阻時(shí)常以12.5 Hz，恒定的10 μA 交流電流進(jìn)行［57］。芯片上TEER 測(cè)量非常適合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上皮/內(nèi)皮細(xì)胞屏障完整性如何受刺激的影響。Eain等［58］設(shè)計(jì)了細(xì)胞-微生物串?dāng)_的微流控模型（圖4a），使用聚碳酸酯多孔膜作為細(xì)胞/細(xì)菌生長(zhǎng)的載體，在膜兩側(cè)插入STX2電極，成功監(jiān)測(cè)了上皮細(xì)胞的生長(zhǎng)情況，反映細(xì)胞的屏障功能。Shin 等［59］使用該技術(shù)，發(fā)現(xiàn)腸道厭氧性共生細(xì)菌在低氧時(shí)顯著增強(qiáng)細(xì)胞的屏障功能；當(dāng)致病菌侵襲上皮細(xì)胞時(shí)，TEER值持續(xù)下降，表明致病菌對(duì)細(xì)胞屏障完整性具有破壞性［50，60］。由于兩探針測(cè)量系統(tǒng)的電極與細(xì)胞的接觸面積有限，易引起跨膜的電流分布不均勻，因此，研究者通過(guò)增加電極數(shù)量，提高細(xì)胞與電極的接觸面積［61］。Booth 等［62］通過(guò)在膜兩側(cè)設(shè)計(jì)并行的兩個(gè)AgCl 薄膜電極對(duì)，形成了一個(gè)四點(diǎn)探針的電極結(jié)構(gòu)（圖4b），增大了與細(xì)胞的接觸面積，不僅能夠促進(jìn)離子流的均勻分布，消除接觸和引線電阻的影響，還能提高檢測(cè)靈敏度。

Fig. 4 Cell-bacterial interactions detected by resistance analysis圖4 電阻分析法檢測(cè)細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程

2.2.2 阻抗分析法

阻抗分析法將微電極集成到芯片上，當(dāng)細(xì)胞附著、擴(kuò)散或脫離電極時(shí)，會(huì)阻礙細(xì)胞-電極界面之間的電流交換，通過(guò)測(cè)量該界面的電流阻抗監(jiān)測(cè)細(xì)胞行為［63］。

Brown 等［64］在芯片上集成了叉指微電極陣列（interdigital microelectrode array，IMA），發(fā)現(xiàn)脂多糖（LPS，lipopolysaccharide）導(dǎo)致腸道細(xì)胞屏障的TEER 值顯著下降，益生菌治療后，TEER值在3 d 后逐漸恢復(fù)，表明益生菌可有效治療細(xì)菌感染（圖5a）。Jeon等［65］在腸芯片底部集成了金微電極陣列（multi-electrode array，MEA），考察了血腦系統(tǒng)TEER值隨LPS劑量和相互作用時(shí)間的變化規(guī)律，按照?qǐng)D5b 的等效電路擬合分析［66］，發(fā)現(xiàn)LPS感染的前6 h，TEER值隨LPS呈劑量依賴性方式降低，感染24 h 后，TEER值隨LPS 呈劑量依賴性增加，表明LPS對(duì)血腦屏障的破壞并非不可逆，隨著感染時(shí)間的增加，血腦屏障功能能夠得到部分恢復(fù)。本課題組利用阻抗分析法研究了細(xì)胞表面聚糖和細(xì)菌的相互作用關(guān)系，對(duì)研究細(xì)菌黏附細(xì)胞、細(xì)菌與細(xì)胞之間的選擇性識(shí)別具有參考意義［67-68］。

Fig. 5 Cell-bacterial interactions detected by electrochemical impedance spectroscopy圖5 阻抗分析法檢測(cè)細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程

電阻分析法和阻抗分析法可實(shí)時(shí)、非標(biāo)記、原位監(jiān)測(cè)細(xì)胞的屏障，具有快速分析、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。集成微電極的傳感芯片可消除電極-介質(zhì)界面電阻對(duì)阻抗計(jì)算的影響，縮短響應(yīng)時(shí)間，提高檢測(cè)靈敏度。總之，在芯片上集成電化學(xué)檢測(cè)模塊，為細(xì)胞-細(xì)菌相互作用研究提供了多樣化的分析測(cè)試平臺(tái)。

3 結(jié)論與展望

綜上所述，微流控平臺(tái)與光電檢測(cè)技術(shù)結(jié)合，顯示出高靈敏度、高分辨率、并行性和操作方便快捷的特點(diǎn)，其核心優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在可視化和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)細(xì)胞/細(xì)菌。光學(xué)顯微技術(shù)用于成像觀測(cè)，提供細(xì)胞/細(xì)菌形態(tài)學(xué)信息，與光譜技術(shù)結(jié)合，能夠提供生化過(guò)程的分子信息。但是這些光學(xué)檢測(cè)模型都屬于“芯片外”檢測(cè)策略，微流控芯片應(yīng)在優(yōu)化芯片結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮與光纖傳感器［69］、微透鏡陣列［70］等小型化的光學(xué)傳感模塊高度集成。電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)多用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)細(xì)胞屏障，芯片上集成微電極增加了檢測(cè)設(shè)備的便攜性，但其提供的信息是有限的。近年來(lái)，核磁共振儀［71］、液相色譜儀［72］、質(zhì)譜儀［73］和流式細(xì)胞儀［74］等與芯片的結(jié)合發(fā)展迅速，可在芯片上進(jìn)行多組學(xué)聯(lián)合分析，提供細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程中基因、核糖核酸、代謝物、蛋白質(zhì)組學(xué)分析及細(xì)胞/細(xì)菌結(jié)構(gòu)相關(guān)信息［75］，相信與光電檢測(cè)技術(shù)結(jié)合，能夠獲取細(xì)胞-細(xì)菌相互作用過(guò)程中更整體、全面的信息，解析更深層次的細(xì)胞-細(xì)菌相互作用機(jī)制。