AS期刊：單細胞中金納米顆粒的定量分析

The following article is from AS期刊 Author 王萌，陳明麗等

AS期刊

國際期刊Atomic Spectroscopy (ISSN: 0195-5373) 由Dr. Walter Slavin于1962年創(chuàng)辦，刊登原子光譜技術新方法及應用、新儀器/部件研發(fā)、元素同位素樣品前處理技術、標準物質(zhì)開發(fā)等。

細胞是生命活動的基本單元，也是生物醫(yī)學研究的基礎。要探尋生命活動規(guī)律，闡明疾病發(fā)生機理，就必須研究細胞的結(jié)構(gòu)和功能。由于分析方法的限制，過去的研究往往只能以細胞群體為研究對象，但由于細胞之間存在差異（即細胞異質(zhì)性），基于細胞群體的研究往往會掩蓋這種差異。單細胞分析可以獲得細胞在微環(huán)境中準確的個體信息，對于研究細胞的信號傳導、生理病理和重大疾病的早期診斷具有十分重要的意義。

單細胞分析中的待測物主要包括核酸、蛋白質(zhì)、代謝物等生物分子。此外，無機金屬離子也參與了生物合成、分子代謝、能量傳遞等許多生命過程，隨著金屬藥物、納米材料的廣泛應用，外源性金屬的細胞生物效應和安全性也成為研究的熱點問題。因此，分析單細胞中元素具有重要的意義。

近年來隨著質(zhì)譜技術，特別是電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術在單細胞進樣系統(tǒng)、單細胞數(shù)據(jù)處理軟件和快速質(zhì)量分析器等方面的發(fā)展，現(xiàn)在不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在單細胞水平定量分析檢測細胞內(nèi)的金屬元素，還可以通過分析金屬標簽間接得到單細胞中分子信息。但商品化ICP-MS一般使用由同心圓霧化器和旋流霧室組成的進樣系統(tǒng)，在分析單細胞時，只有少于1%的細胞可以進入ICP-MS并被檢測，細胞樣品損失大，檢出限相對較差。

中國科學院高能物理研究所納米生物實驗室王萌副研究員與東北大學化學系陳明麗教授合作開發(fā)用于溶液中單細胞進樣系統(tǒng)，使得ICP-MS能夠高效地完成單細胞分析。進樣系統(tǒng)（圖1）采用流速為40μL min^-1的低流速霧化器，產(chǎn)生的含有細胞的微液滴在輔助氣的作用下高效地進入ICP-MS，提高了細胞的傳輸效率；設計加工了與商品化ICP-MS匹配的進樣組件，可以方便地安裝與拆卸，并可以實現(xiàn)對系統(tǒng)中玻璃部件的保護和準確定位（圖2）。

  圖1.單細胞進樣系統(tǒng)

 圖2.單細胞進樣系統(tǒng)安裝圖

應用開發(fā)的單細胞進樣系統(tǒng)，分析了單細胞中的金納米顆粒的含量（圖3）。單細胞的進樣效率可達12%。在實驗中對比了不同駐留時間對單細胞測量結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)使用更短的駐留時間可以顯著地提高單細胞事件的信噪比。本研究研發(fā)的用于溶液中單細胞分析的進樣系統(tǒng)，使得ICP-MS能夠高效地完成單細胞分析，擴展了已有商品化ICP-MS的應用范圍，進一步發(fā)揮了ICP-MS在單細胞分析領域的應用潛力。

 圖3.單個HepG2細胞中Au納米顆粒分析

該研究得到了科技部重點研發(fā)計劃和中國科學院儀器設備功能開發(fā)技術創(chuàng)新項目的支持，研究結(jié)果以封面文章的形式發(fā)表在原子光譜領域國際期刊Atomic Spectroscopy上（2021, 42(3), 114-119; https://doi.org/10.46770/AS.2021.102）。

原文

Jinhui Liu, Lingna Zheng, Junwen Shi, Xing Wei, Xue Li, Mingli Chen*, Meng Wang*, Jianhua Wang, and Weiyue Feng, Quantitative Analysis of Gold Nanoparticles in Single Cells with Time-resolved ICP-MS, Atomic Spectroscopy, 2021, 42(3), 114-119.DOI: 10.46770/AS.2021.102