文|编辑：日斤

电化学技术是最准确、快速和灵敏的分析测定方法之一，其成为单细胞规模的生物测定的有前途的技术。

纳米金属已广泛用于传统电极的修饰，以开发高灵敏度的电化学电池芯片。

基于纳米结构表面的电化学电池芯片已经作为无标记、简单和非破坏性的技术用于在试管内在细胞水平上监测不同抗癌药物的效果。

在这里，我们将提供纳米图案化表面和基于细胞的纳米阵列制备的最新进展，并讨论它们基于电化学技术的应用。

如细胞状态和化学物质的检测，以及干细胞分化的无损监测。

一、介绍

最近已经对基于细胞的纳米阵列芯片进行了大量研究，用于监测干细胞分化。

特别地，基于导电纳米材料的纳米阵列芯片由于其优点而在非破坏性电化学电池监测方面具有巨大的潜力，这些优点包括优异的导电性和电池排列的改善。

无损监测是干细胞治疗中最重要的所需特征之一，用于在以无损方式监测后将分化细胞直接用于临床治疗。

二、金属纳米粒子的电化学和光谱化学传感器

由精氨酰甘氨酰天冬氨酸-甲硫氨酰丙氨酸-半胱氨酸(RGD-MAP-C肽和多柔比星对HB1的影响。

此外，报道了一种基于单细胞的芯片，一对电极之间具有微米级间隙的金微电极。

金纳米点的六边形阵列沉积在微间隙内。

这种基于细胞的芯片用于研究PC12细胞的细胞内和细胞外氧化还原状态，基于光谱电化学工具，该工具同时结合了表面增强拉曼散射(SERS)和线性扫描伏安法技术。

这种方法可以用作在单细胞水平上分析细胞过程的有效研究工具。此外，金-铂纳米颗粒被沉积在金多电极阵列上，并用作细胞芯片。

我们通过记录噪声水平和尖峰信号并通过观察原代神经元细胞的培养物来检查金-铂纳米颗粒的功效。

该传感器用于记录来自原代培养的神经元细胞。

报道了几种基于纳米金属修饰电极的非酶电化学传感器。

Abdelwahab和Shim构建了银纳米粒子修饰的氧化聚-2，2:5，2-三噻吩-3-对-苯甲酸/多壁碳纳米管。

此外，将铂纳米粒子修饰的纳米多孔金电极用于电化学测定H2O2，纳米多孔金的使用增加了表面积并促进了电子转移反应。

Sophia等人使用稳定在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰的GCE中的金纳米粒子作为H2O2传感器。

此外，不同形貌的金，包括棒形、球形和立方体，被钯(Pd)作为超纳米粒子所包围，被用作H2O2传感器。

这些结构提供了比Au@Pd连续壳纳米粒子更高的活性表面积。

该传感器优于用还原的氧化石墨烯上的AuNPs修饰的GCEs，此外，石墨烯/金纳米粒子纸电极被用作简单而灵敏的H2O2传感器。

三、金属氧化物、金属氢氧化物及其复合物的电化学传感器

H2O2使用各种纳米材料，包括无机氢氧化物、金属氧化物和金属。

设计了一种新颖而成功的光电化学传感器2O2使用铂和镍羟基氧化物双层优化n-硅晶片电极进行分析。

相应地，BiVO的纳米多孔层4在掺氟氧化锡玻璃表面研制了一种用于H2O2使用简单的电沉积工艺。

ZnO纳米粒子显示了合适的光催化、电化学和光电化学传感应用。

一种混合变结构电极用于H的选择性光电化学检测2O2在用N-甲酰甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸刺激后源自活的Hela细胞，记录了包裹ZnO NP(fMLP)的C-dot(聚多巴胺衍生碳点)的发展。

ZnO纳米颗粒与Huh7细胞株具有良好的生物相容性。

多巴胺衍生的C-dots包覆的ZnO纳米粒子具有大量的催化活性位点、宽的表面缺陷、高的电导率和有效的光生电子和空穴分离势。

李等已经制造了柔性和可生物降解的电化学NO传感器，该传感器基于厚度为32 nm的超薄金纳米膜作为工作电极。

该传感器用于在几天内监测培养细胞和器官中释放的NO，检测极限为3.97 nmol。这项工作可以为健康评估、治疗优化和术后监测提供重要的诊断和治疗信息。

此外，他们报道了其用于监测关节腔中NO达5天的应用。

因此，这种传感器可用作生理条件下的NO传感器，并作为诊断和治疗信息用途的有希望的候选物。

四、电化学技术监测干细胞分化的纳米阵列

常规监测方法如荧光监测需要细胞固定过程，这不可避免地会破坏用于研究的分化细胞，这阻碍了分化细胞在生物医学应用中的直接利用。

电化学技术为干细胞分化监测提供了有希望的策略，而无需细胞破坏步骤，包括细胞固定。

因此，可以实现非破坏性监测，这是在以非破坏性方式监测其细胞状态后。

通过将分化细胞直接用于治疗而应用于干细胞治疗的最重要的所需特性之一。

此外，电化学技术为基于纳米材料的独特结构纳米阵列的制备提供了新的方法，可用于细胞监测。

从这些观点来看，电化学技术已经被用于开发基于细胞的纳米阵列，并且已经被研究以通过与导电纳米阵列。

在各种电化学方法中，电化学沉积方法特别用于在导电电极上制造独特结构的纳米阵列。

通过电化学沉积，通过控制诸如施加的电势强度、施加的时间和沉积的金属溶液的浓度的参数，可以容易且快速地在基底上制造独特的纳米阵列。

各种报道的纳米阵列已经用于干细胞分化监测。

例如，金纳米星阵列是通过电化学沉积开发的，用于在试管内神经干细胞分化的监测。

在另一项研究中，通过电化学沉积开发了尖峰结构纳米电极阵列，以控制和监测间充质干细胞(MSCs)的神经元分化。

然而，电化学沉积具有严重的局限性，即金属沉积区域或纳米结构形成区域不能被控制，因为沉积随机地发生在整个表面区域上。

为了克服这一限制，一些新技术被用来开发由最新纳米结构组成的电化学可监测纳米阵列。

例如，通过使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)冲压方法，这种冲压方法提供了制造各种结构石墨烯基混合阵列的方法。

例如线、网格和点阵列，对这些结构进行评估以找到用于MSCs分化的最佳结构。

此外，使用压印方法，通过压印方法和纳米转移印刷技术的组合使用来开发金属纳米图案阵列。

为了实现这一目标，作者使用冲压法制备了纳米图案模板，然后将金属离子沉积在制备的纳米图案模板上。

接下来，沉积的金属纳米层被转移到纳米尺度的粘合剂基底上，以形成金属纳米图案阵列结构。

这项研究表明，冲压方法不仅可以用于石墨烯基纳米材料的图案化，还可以用于贵金属的纳米图案化。

此外，最近电化学微锥纳米阵列被提出用于原地的来自细胞的多巴胺的监测，为了开发这种新型的微锥纳米阵列。

使用硅微锥模板制备了PMDS微锥，然后通过磁控溅射工艺在微锥上沉积了铬和金。

在各种新技术中，简易的LIL技术为以相对简单的制造方式开发多功能电化学池基纳米阵列芯片提供了强有力的策略。

作为一种无掩模光刻技术，LIL比其他光刻技术更便于使用光敏材料如光致抗蚀剂分子。

除了这项研究，石墨烯-金混合纳米电极阵列(NEAs)不仅用于无损监测，还用于增强干细胞分化(图2C)。

这里，利用金的LIL和物理气相沉积来制造石墨烯-金混合NEAs。在制作金纳米线之后，还原的氧化石墨烯覆盖在金纳米线上以提高电子转移速率和生物相容性。

通过控制LIL的激光反射角，作者找到了MSCs成骨分化纳米阵列的优化条件。

五、结论和未来展望

基于电化学电池的芯片体外模仿细胞功能的微制造设备，作为有前途的、快速的、精确的和非破坏性的工具被广泛使用。

基于电化学细胞的芯片广泛用于药物筛选、研究细胞功能、研究细胞间相互作用以及检测小生物分子，包括DNA、酶和激素。

特别是，用于检测细胞状态和化学物质的纳米图案化表面、基于细胞的纳米阵列芯片已被大量研究用于非破坏性电化学细胞分化监测。

这是干细胞治疗所必需的，使用了几种新技术，如LIL和电化学沉积。

开发的基于细胞的纳米阵列芯片显示出优异的生物相容性和对干细胞分化的高灵敏监测性能。

然而，需要进一步的研究来解决几个问题，并通过商业应用的跨学科方法开发用于特定细胞分化控制的有效纳米阵列。

然而，在这篇小综述中讨论的研究提供了跨学科的知识和新的方法来开发用于许多生物应用的电化学细胞芯片，例如药物效果/毒性的评估和在试管内细胞分化监测。

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