客户成果丨北京工商大学Analytical Chemistry：在活细胞单细胞 pH 传感领域取得新进展

1  研究简介

细胞内 pH 是反映细胞生理状态的重要参数。传统细胞内 pH 检测常依赖荧光探针等方法，但可能受到光漂白、浓度依赖等因素影响。该研究构建了可被细胞内化的液晶微胶囊传感平台 M-E7PBA，并将其与微流控技术结合，实现活细胞内局部 pH 变化的无标记光学监测。

M-E7PBA 以 E7 液晶为核心，层层组装引入PBA。随着环境酸碱度变化，液晶可发生可逆的径向—双极构型转变，并通过偏振光显微镜直接读取。研究显示，该体系可在 pH 5.8–7.8 范围内响应，分辨率约为 0.1 pH 单位。

图1  M-E7PBA 液晶微胶囊用于细胞内 pH 监测的原理示意图（来源：论文 Figure 1）

2  主要研究结果

研究团队通过逐层自组装制备聚电解质壳层，并将 PBA 掺杂的 E7 液晶装载至微胶囊中。所得微胶囊在生理相关 pH 范围内具有稳定、可重复的光学构型变化。

在微流控条件下，液晶微胶囊的细胞内化效率得到提升。约 18 h 后，约 70% 的细胞可观察到已内化的微胶囊；三维共聚焦成像进一步验证了其细胞内定位。研究还利用该平台监测长春新碱诱导的 HeLa 细胞局部酸化过程，显示了其用于细胞内动态分析和药物响应研究的潜力。该研究成果以“Internalized Liquid Crystal Microcapsules for pH Sensing in Living Single Cells ”为题发表在Analytical Chemistry上。

3  托托科技设备在本研究中的应用

本研究使用 PDMS-玻璃微流控芯片促进液晶微胶囊进入细胞。在母模图形曝光环节，研究团队使用托托科技 Ultraviolet Maskless Lithography machine（TuoTuo Technology, UV Litho-ACA）完成微结构光刻。

图2  微流控芯片及液晶微胶囊细胞内化验证（来源：论文 Figure 5）

4  研究意义

该工作将刺激响应液晶材料、液晶微胶囊与微流控细胞操控技术结合，使液晶传感进一步拓展至活细胞内部。该平台能够将局部 pH 变化转化为可直接观察的液晶光学构型变化，为活细胞单细胞分析及药物响应评价提供了新的技术思路。

5  作者与项目支持

Ling Lin 为论文通讯作者。论文作者还包括Wenjun Liao、Jun Li、Xueting Xie、Tianzi Song、Honghua Li 和 Qiyu Wu。研究获得国家自然科学基金、北京科技新星计划和中国博士后科学基金支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c02453