《PNAS》發表南京大學陳洪淵院士團隊在單細胞分析系統的重要研究進展
近日，南京大學化學化工學院陳洪淵院士團隊在單細胞分子動態分析系統研究中取得重要進展。相關成果Nanokit for single-cell electrochemical analyses發表在國際頂級期刊 《美國科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）。文章鏈接為：http://www.pnas.org/content/early/2016/09/23/1609618113.full。
細胞是組成生命體的基本單元，揭示生命的奧秘必須從細胞著手。細胞中存在各組分間的相互作用、電子轉移、能量轉移和物質輸運，像一個“小宇宙”。鑒于細胞自身的復雜性及彼此之間存在巨大差異，研究細胞群體往往會掩蓋多種特征，因此需要在單細胞層面了解細胞特征以及彼此之間的信息傳遞。目前單細胞分析系統主要是以熒光分析為核心組建。所使用的熒光探針雖具有較強的識別和定位能力，但需要根據目標分子進行精巧設計和合成；且較難提供蛋白的化學活性等分子信息。鑒于這些技術挑戰，2012年陳洪淵院士團隊提出發展基于電化學分析、結合光學和質譜分析的全新單細胞時空分辨分子動態分析系統，并于次年獲得基金委重大科研儀器研制項目支持。在此指導思想下，團隊成員江德臣副教授研究小組設計完成了一種新型的單細胞電化學分析模塊，利用經典電泳現象將飛升量級（10-15L，相當于一滴水的十億分之一體積）的生物分析試劑盒成分導入到單個細胞中，構建“單細胞試劑盒”；通過電化學分析反應產物，實現了對單細胞中小分子及蛋白化學活性的分析，拓展了單細胞分析的內容。
(南京大學化學化工學院 科學技術處 攝影)
圖1： 基于“單細胞試劑盒”的單細胞電化學分析方法
該儀器模塊中包含一根100nm開口的玻璃毛細管、電泳單元和電分析單元。毛細管尺寸遠小于單個哺乳細胞的尺寸，因此可最大程度的降低其扎入細胞進行檢測時對細胞自身活性的干擾。毛細管尖端加工有納米環狀電極進行電化學分析；而毛細管內部包含用于細胞分析的試劑盒成分及一根金屬絲連接電泳單元。在探針扎入細胞后，通過管內金屬絲產生的電泳現象，將飛升量的試劑盒成分推入細胞中；與目標分子和蛋白發生化學反應，產生電活性的H2O2分子；通過其在納米環狀電極表面電氧化產生的電子數，定量獲取小分子（如葡萄糖）及蛋白活性（如神經鞘磷脂酶）信息。這種檢測策略利用開發成熟的針對細胞群體研究的生物檢測試劑盒用于單細胞分析，打破了細胞分析及單細胞分析之間的壁壘；并結合對細胞無標記的電化學分析方法，降低了單細胞檢測的難度。團隊在此基礎上，正繼續耦合開發成功的單細胞光學和質譜分析模塊，從而實現系統在單細胞時空分辨分析中新的突破。
南京大學2014級化學化工學院碩士生潘榮容為本文第一作者，江德臣副教授為通訊作者。本項目受到基金委重大科研儀器研制項目和973項目支持。
