【期刊】单细胞中金纳米颗粒的定量分析 | AS

      细胞是生命活动的基本单元，也是生物医学研究的基础。要探寻生命活动规律，阐明疾病发生机理，就必须研究细胞的结构和功能。由于分析方法的限制，过去的研究往往只能以细胞群体为研究对象，但由于细胞之间存在差异（即细胞异质性），基于细胞群体的研究往往会掩盖这种差异。单细胞分析可以获得细胞在微环境中准确的个体信息，对于研究细胞的信号传导、生理病理和重大疾病的早期诊断具有十分重要的意义。

单细胞分析中的待测物主要包括核酸、蛋白质、代谢物等生物分子。此外，无机金属离子也参与了生物合成、分子代谢、能量传递等许多生命过程，随着金属药物、纳米材料的广泛应用，外源性金属的细胞生物效应和安全性也成为研究的热点问题。因此，分析单细胞中元素具有重要的意义。

近年来随着质谱技术，特别是电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术在单细胞进样系统、单细胞数据处理软件和快速质量分析器等方面的发展，现在不仅能够实现在单细胞水平定量分析检测细胞内的金属元素，还可以通过分析金属标签间接得到单细胞中分子信息。但商品化ICP-MS一般使用由同心圆雾化器和旋流雾室组成的进样系统，在分析单细胞时，只有少于1%的细胞可以进入ICP-MS并被检测，细胞样品损失大，检出限相对较差。







中国科学院高能物理研究所纳米生物实验室王萌副研究员与东北大学化学系陈明丽教授合作开发用于溶液中单细胞进样系统，使得ICP-MS能够高效地完成单细胞分析。进样系统（图1）采用流速为40 μL min-1的低流速雾化器，产生的含有细胞的微液滴在辅助气的作用下高效地进入ICP-MS，提高了细胞的传输效率；设计加工了与商品化ICP-MS匹配的进样组件，可以方便地安装与拆卸，并可以实现对系统中玻璃部件的保护和准确定位（图2）。

图1 单细胞进样系统

图2 单细胞进样系统安装图

应用开发的单细胞进样系统，分析了单细胞中的金纳米颗粒的含量（图3）。单细胞的进样效率可达12%。在实验中对比了不同驻留时间对单细胞测量结果的影响，发现使用更短的驻留时间可以显著地提高单细胞事件的信噪比。本研究研发的用于溶液中单细胞分析的进样系统，使得ICP-MS能够高效地完成单细胞分析，扩展了已有商品化ICP-MS的应用范围，进一步发挥了ICP-MS在单细胞分析领域的应用潜力。

图3 单个HepG2细胞中Au纳米颗粒分析

该研究得到了科技部重点研发计划和中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目的支持，研究结果以封面文章的形式发表在原子光谱领域国际期刊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

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作者简介

王萌，中国科学院高能物理研究所副研究员。2000年7月本科毕业于南京大学化学化工学院，2008年3月在中国科学院高能物理研究所获理学博士学位。现主要开展基于质谱技术的单细胞分析和生物成像方法及应用研究。曾获得中国科学院院长优秀奖（2008年）、《分析化学》优秀论文奖（2008年）、澳大利亚NHMRC Early Career Fellowship（2010年）、欧盟Marie Curie International Incoming Fellowship（2011年）等奖励。主持和参与国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后基金，中国科学院仪器设备功能开发技术创新等多项科研项目。在Anal. Chem., Talanta，J. Anal. At. Spectrom.和At. Spectrosc.等期刊上已发表SCI论文50多篇，H-index为22等。

作者简介

陈明丽，女，东北大学理学院教授，博士生导师，东北大学分析测试中心主任。主要研究领域为样品预处理和原子光谱分析，作为项目负责人先后主持国家自然科学基金面上项目2项，青年科学基金项目1项，教育部博士点专项基金项目（新教师类）1项和中央高校基本业务费项目多项。在Anal. Chem., J. Hazard. Mater., J. Mater. Chem., Biosens. Bioelectron., ACS Appl. Mater. Inter., J. Anal. At. Spectrom., Anal. Chim. Acta, Analyst和Talanta等本领域重要国际学术期刊上发表学术论文60余篇，高倍引论文1篇，授权发明专利1项，软件著作权2项。东北大学高层次人才计划（曙光学者），辽宁省“百千万”人才计划（千人层次），沈阳市领军人才，辽宁省高等学校创新人才支持计划，辽宁省教学名师。

文章来源：“AS期刊”公众号

Atomic Spectroscopy (ISSN: 0195-5373) 由Dr. Walter Slavin于1962年创办，2020年1月转由中国香港Atomic Spectroscopy Press Limited (ASPL)出版发行。英文双月刊，1997年至今被Web of Sci、Scopus等数据库收录，2019 JCR, Q3。主要刊登原子光谱(AAS/AFS,  XRF, LIBS, ICP-OES/ICP-MS, GD-MS, TIMS, SIMS, AMS等）新方法及应用、新仪器/部件开发、元素同位素样品前处理技术、标准物质研发等。Atomic Spectroscopy编委会由国际国内60位年轻专家组成，主编为中国科学院院士李献华教授；厦门大学杭纬教授、中国地质大学（武汉）胡兆初教授，德国Justus Liebig University Giessen大学Michael Dürr教授任副主编；责任主编中国地质大学（武汉）郭伟教授。目前，自1998年至今，AS出版的文章均可免费下载。
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