基于PEDOT@Pt夹层结构抗污染电化学传感器的三维水凝胶细胞培养实时监测技术

本文创新性地构建了PEDOT@Pt夹层结构抗污染电化学传感器（PEDOT：聚(3,4-乙撑二氧噻吩)），与胶原水凝胶集成实现三维（3D）细胞培养环境中活性氧（ROS/H2O2）的实时监测。该传感器灵敏度达176.0 nA/μM（检测限43.1 nM），在模拟细胞培养环境中性能保持70.8%，成功应用于A549/HeLa细胞在PMA/fMLP刺激下的ROS动态分泌研究，为类体内微环境精准分析提供新范式。

　　

亮点

本研究巧妙设计了一种三明治结构的PEDOT@Pt@PEDOT抗污染电化学传感器，其核心创新在于：

1. 1.

   双重功能界面：外层PEDOT多孔薄膜像"智能门卫"选择性阻挡大分子污染物，而内嵌的铂纳米颗粒(Pt NPs)作为"分子捕手"高效催化过氧化氢(H₂O₂)反应；

2. 2.

   超灵敏检测：对活性氧(ROS)的检测灵敏度达到176.0 nA/μM，最低可捕捉43.1 nM的H₂O₂信号——相当于在游泳池里检测一滴墨水；

3. 3.

   环境适应性：在充满蛋白质干扰的模拟培养液中，传感器性能仍保持70%以上，就像在暴风雨中仍能稳定工作的精密仪器。

材料与方法

实验采用电化学共沉积法制备传感器：先在氧化铟锡(ITO)基底上生长PEDOT"地基"，随后通过电还原氯铂酸在其表面"播种"Pt NPs，最后再覆盖PEDOT保护层。这种"三明治"工艺使Pt NPs像夹心巧克力般被均匀包裹，扫描电镜(SEM)显示其形成直径约50 nm的纳米花结构（图S1），这种特殊形貌使传感器表面积增大了3倍。

细胞实验设计

研究人员将A549（肺癌细胞）和HeLa（宫颈癌细胞）分别种植在2D培养板与3D胶原水凝胶中，比较了在佛波酯(PMA)和甲酰肽(fMLP)刺激下：

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  3D培养细胞ROS分泌量比2D环境高2.1倍，证明水凝胶更能模拟体内应激反应；

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  HeLa细胞对PMA刺激响应更快（5分钟内达峰值），而A549细胞呈现持续分泌模式，揭示不同癌细胞的氧化应激特征差异。

结论

该研究如同给细胞培养箱装上"智能嗅觉系统"，首次实现三维培养体系中ROS分泌的动态追踪。未来通过替换不同纳米催化材料，此平台还可拓展至葡萄糖、多巴胺等细胞代谢物的监测，为药物筛选和病理研究提供全新工具。