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SECM - 扫描电化学显微镜在生命科学领域的应用
案例学习：实验室研究工作
SECM - 扫描电化学显微镜
在命科学领域的应用
由Markus Hoth教授领导的德国萨尔大学生物物理系，是专门致力于人类免疫系统基本机制研究的团队，其中电化学是该项研究中常用的方法之一。在2012年至2020年，Monika Bozem博士担任该部门电化学实验的负责人。她的团队专注于生物物理学、生理学、生物化学、电化学和免疫学的交叉研究。由于电化学方法在多种实验环境下的特异性和敏感性，它被证明是检测生物系统中分析物浓度非常有价值且通用的方法。HEKA ElProScan系统是一种支持扫描电化学显微镜(SECM)、扫描离子电导显微镜(SICM)等技术的电化学扫描平台，目前已被成功的应用于生命科学样本，特别是单细胞的研究当中。
课题挑战
该实验室的课题研究重点是免疫和其他生理及病理过程中的氧化还原调节。 这涉及到人和小鼠原代单个活细胞代谢中信号通路的研究和细胞间(旁分泌)通信的分析。 为了完成相关的课题研究，实验人员需要一种无创性的方法通过目视直接控制和选择健康的细胞样本进行研究。此外他们希望这些操作与荧光成像相结合，来获得在细胞外或细胞内分子浓度检测的补充结果。
解决方案
ElProScan ELP-3扫描电化学显微镜能够在单细胞水平上解决以上实验所面临的挑战。ELP-3的定位系统安装在一个装有CCD摄像机的倒置显微镜上，并通过软件完全同步控制。 这使得ELP-3系统成为研究生物样本的理想配置。
SECM实验是将一个微小的电极放置在待测样品上方约1μm处， 通过记录感应距离内的电流变化，有效的获取待测样本中具有电活性物质的含量信息以及单细胞或者团簇细胞的表面形貌图像。
这种方法经证明对检测样本中随时间和空间位置不同而产生或降解的物质分布具有非常重要的意义。例如，研究单细胞产生的胞外H2O2，它被认为是氧化还原信号转导通路的主要信息传递者。
实验效果
德国萨尔大学电化学实验室利用ElProScan系统在单个细胞的细胞膜上特异性检测生理条件下 H2O2的产生和代谢，该方法能够在nM浓度范围内长期、稳定的监测H2O2的动态变化。PotMaster软件能够创建自定义协议，为特定的实验和在同一培养皿中对不同细胞的连续测量提供灵活性极高的编程设计。除了SECM，该团队也同时使用ELP系统进行了扫描离子电导显微镜 (SICM)的实验，通过纳米玻璃滴管对单个细胞表面的形貌进行成像分析。
在与HEKA的密切合作中，Bozem博士的研究团队对ElProScan系统的软件和硬件已经完全适并通过提供使用经验推动了实验程序的改进，这些努力和投入对快速发展的电化学-生命科学研究领域非常重要。 Bozem博士的团队目前已受益于ElProScan系统的以下独特性能:
1. 精密的微调定位系统，允许电极在样品(如细胞)上方或表面进行可靠和可重复的定位
2. 内置的显微镜完美地集成在软件中，它不是一个单独的工具，而是ELP-3系统不可分割的组成部分，因此能够流畅的完成对单个细胞的观察
3. 对同一个样本可进行SECM扫描电化学显微镜和SICM扫描离子电导显微镜两种测试
4. 摄像头可由该软件同步控制，并能够进行细胞的荧光图像采集
5. 软件具有多种储存、回放和分析数据的方法
6.可扩展编辑系统配置文件，以适应不断变化的实验应用
专家语录
“ElProScan对单细胞研究的高精度和方法多样化使其成为我们实验室非常依赖的实验平台。 适应和改进我们的实验设置一直都能够通过与HEKA的密切合作实现。”
“我们的研究旨在检测人类单核细胞和HEK-293细胞系中H2O2的产生和分布。 利用HEKA 的ElProScan系统，我们可以将SECM与荧光测量相结合，同时研究单细胞细胞外(SECM)和细胞内（荧光定量）的动态过程。 事实证明，这对实现我们的研究目标十分有利。”
---Dr. Monika Bozem, 高级研究员，生物物理系电化学部负责人，萨尔大学(德国)
END
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