近年来,随着人们物质生活水平的提高,人们对于自身健康管理的需求越来越大。心血管疾病,呼吸系统疾病,恶性肿瘤,糖尿病等慢性疾病已经成为导致我国居民死亡的主要原因。其中,由于恶性肿瘤而死亡的人数逐年增加,目前已经成为危害我国居民健康最严重的一类疾病。对癌症的早期诊断与靶向治疗已经成为广大研究者的研究重点。对肿瘤细胞的识别与分析是癌症早期诊断中的重要的研究手段。在对恶性肿瘤的诊治过程中,医学成像一直是重要的分析手段。在医学成像中,光学生物成像凭借众多优势成为大家的研究重点。而在光学生物成像领域中,功能纳米颗粒凭借靶向富集、载药定向控释、光稳定等优势在活体荧光成像、肿瘤标记、药物递送等领域有着很多的应用。生物原位合成是制备功能纳米颗粒的重要的技术手段,它主要是利用不同的元素在生物因子的介导下,合成金属以及合金颗粒的方法。有三个优点,包括改善性能、省去预处理、简化工艺。我们实验室在之前的研究中,将HAuCl₄用于肿瘤细胞共孵育,成功制备出具有荧光效应的金纳米簇,并应用于肿瘤细胞的成像中但是,现有实验存在一些问题,如下。培养与操作不一致、不能保证细胞活力状态、重复样本、观察窗口窄、细胞对照不一致。对称,我们提出的改进方法就是设计了一款可以置于显微镜平台的镜载培养系统,通过控制微型培养微腔的温度、湿度以及CO₂浓度,实现对细胞的镜载培养。通过将培养系统与共聚焦荧光显微镜的结合,对肿瘤细胞进行追踪成像,并研究肿瘤细胞在生物原位合成金纳米簇时,细胞所产生荧光的位置、强度的变化信息。本论文的主要研究内容具体如下:1、制作出一个微型的可以放置在倒置显微镜上的细胞培养微腔,利用传感与PID)控制技术,精确控制微腔内的温度、湿度以及CO₂浓度,以维持一个稳定高效的细胞培养外环境。通过与计算机的串口通讯,我们可以记录微腔内的温度、湿度以及CO₂浓度信息。实验结果表明,我们选用的传感器精度很高,该套装置可以稳定的控制微腔的温度、湿度以及CO₂浓度。该套装置具有极强的平台适用性,可以适用于多个成像平台与检测平台。2、利用细胞MTT实验,对比常用的CO₂培养箱、自制的镜载培养系统以及普通室内条件下细胞的活力状态,我们发现,自制的镜载培养系统中的细胞活力达到对照组的95%以上,与此同时,置于常温室内环境的细胞活力不足50%。因此,我们认为我们设计并制造的镜载细胞培养系统可以为细胞的培养孵育提供一个稳定高效的细胞外环境。3、我们将镜载培养系统应用于生物原位合成金纳米簇的细胞成像研究中,利用肿瘤细胞的特异性原位合成金纳米簇,建立基于原位合成的细胞追踪成像的自成像模型。实验表明,细胞荧光主要集中在肿瘤细胞内的内质网区域,并和肿瘤细胞的活性有着很大的相关性,当细胞处于低活力状态时,荧光亮度小且荧光区域少;而当细胞处于代谢活动旺盛的状态时,荧光亮度高且充斥在整个细胞质范围内。通过细胞饥饿处理,我们可以发现,经饥饿处理的细胞,荧光物质聚缩成块在细胞核的边上,而通过查找文献知道,,这一区域属于细胞的粗面内质网区域,由此可以见,荧光物质基本分布在细胞的内质网区域。通过细胞周期处理,我们在细胞处于不同阶段时,进行给药共孵育处理,如图,在G1期,荧光物质散逸到细胞核周围区域,导致单位区域内的荧光亮度降低。荧光物质可以勾勒出细胞核的形状。S期与G1期的状态基本一致。而在G2期阶段,细胞荧光亮度明显增强,荧光分布相对于G1期与S期更广。考虑到在G2期里,细胞合成大量蛋白与RNA,能量水平相对较高,这说明,荧光物质和荧光亮度细胞的当前活力与能量代谢水平有很大的相关性。最后,我们通过裂解细胞提取金纳米簇粒子,用于TEM表征,结果表明原位合成的金纳米簇有着比较好的分散性,颗粒粒径较小,均值在2nm附近。