生物学上,细胞的温度变化一方面受到外界环境刺激的影响,一方面又会对细胞内的生化反应进程产生影响。因此,细胞内的温度变化能够反映出许多与之相联系的生化反应进程的变化。对单细胞温度变化的检测将有效的帮助我们理解单细胞水平上与温度相关的生命进程的意义。为了获得单细胞水平上的温度变化,我们首先论证单细胞温度变化幅值的可测性,随后搭建单细胞温度检测系统并对该系统进行技术标定。之后利用单细胞温度检测系统对肿瘤转移消失(MIM)蛋白不同表达水平的细胞进行单细胞温度变化检测,得到细胞内MIM蛋白表达和细胞外喜树碱及紫杉醇药物刺激对单细胞温度变化的不同影响作用。最后对单细胞温度检测系统进行改进,设计双探针单细胞温度检测系统,以期实现以细胞生存外环境温度为参考的细胞胞内温度变化检测。具体工作和实验结果如下:1.从实现单细胞温度检测对测温材料的特性要求,及细胞内发生温度变化的可能情况出发,分析对细胞温度变化进行检测的可行性。影响细胞内的热能变化的因素包括外环境的能量输入以及细胞内的能量转换,由此建立细胞内的温度变化理论和温度/热能等式,从而可以对细胞内温度变化的量值进行简单估算。2.对Pt-W组成的微/纳金属热电偶探针进行特性参数的表征,使其在特定的检测电路中达到测定单细胞温度变化的目的。其中包括:检测探针的制备及特性表征,对探针的形貌特性和电学特性进行标定,给出有效使用的置信区间;搭建单细胞测温系统,并对系统进行测量误差和温度—电压曲线关系的标定,确定单细胞测温系统的测量精度和灵敏度。3.利用单细胞测温系统,对MIM蛋白不同表达水平的293A细胞进行单细胞温度变化检测。喜树碱作用于MIM蛋白高表达293A细胞时,会促使细胞敏感性上升,细胞温度上升,同时,细胞内的ATP含量也会随之上升,而正常293A细胞则无此变化;与之相异的是,紫杉醇作用于不同蛋白表达水平的细胞,均能引起细胞温度的上升以及细胞内ATP含量的暂态上升。4.在单探针测温系统的基础上,开发、利用并联热电偶双探针测温系统,对单个细胞及其所在环境进行细胞温度变化检测。实验证实,并联双探针单细胞测温系统具有较好的检测精度和灵敏度,能够实现单细胞水平上的温度变化检测。利用并联双探针测温系统检测河豚毒素对小鼠单核巨嗜白血病细胞(RAW264.7)的影响,发现河豚毒素会引起大多数单个RAW264.7细胞的胞内温度下降。通过以上实验研究和发现,我们认为:(1)细胞内的温度变化量值,能够通过简式进行估算,并能够通过有效的检测手段进行细胞内温度变化测定;(2)具备一定特性的Pt-W微/纳金属热电偶探针在特定的检测电路中能够完成对单个细胞温度变化的检测;(3)MIM蛋白在细胞内高表达会提高细胞对肿瘤药物喜树碱/紫杉醇的敏感性,并改变药物刺激下的细胞内能量代谢状态,温度与ATP联合检测可能为疾病的诊断和治疗提供新的思路和方法;(4)并联热电偶双探针单细胞测温系统能够实现对单个细胞及其所在环境的温度变化检测,并帮助我们理解处于正常或非正常环境条件下的细胞内生理功能及能量代谢的变化。总之,实现单细胞温度检测能够帮助我们进一步了解细胞在受到外界刺激(药物或温度)时的自身应激反应及相关胞内能量代谢变化,并为我们更加深入的理解细胞或机体生命进程的意义提供有效的检测手段。