陳洪淵院士/徐靜娟教授課題組在單體（單細(xì)胞/單顆粒/單分子）分析領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
目前，人們對(duì)生命現(xiàn)象的觀察和研究已經(jīng)深入到單細(xì)胞、單顆粒和單分子的微-納尺度的水平，如何在這樣一個(gè)尺度范圍內(nèi)獲取精準(zhǔn)的生物化學(xué)信息，是分析化學(xué)各個(gè)研究領(lǐng)域面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院陳洪淵院士/徐靜娟教授課題組圍繞他們應(yīng)時(shí)提出的所謂 “三單一成像”，即：?jiǎn)渭?xì)胞、單顆粒、單分子分析和高時(shí)、空分辨的成像，做出了一系列開(kāi)創(chuàng)性工作。2018年2月，課題組利用超靈敏電化學(xué)發(fā)光成像，實(shí)現(xiàn)了在納米尺度上多種貴金屬結(jié)構(gòu)的高通量表面電化學(xué)行為的成像，消除了大尺度帶來(lái)群體行為的平均化問(wèn)題，從而能應(yīng)用于識(shí)別單個(gè)顆粒之間行為特性的差別。相關(guān)工作發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition (2018, 57, 4010 –4014)。該論文的第一作者為化學(xué)化工學(xué)院博士生朱孟嬌，通訊作者為趙微副研究員和徐靜娟教授。
圖1. 單顆粒電化學(xué)發(fā)光成像
在此基礎(chǔ)上，課題組開(kāi)展了在單細(xì)胞內(nèi)的單分子成像與測(cè)量，利用局域表面等離子體共振耦合探針，首次將所研究DNA/RNA體系的鏈取代過(guò)程從簡(jiǎn)單的溶液體系推進(jìn)到真實(shí)的細(xì)胞環(huán)境中。采用納米金“衛(wèi)星”等離子體，通過(guò)鏈取代產(chǎn)生的衛(wèi)星離去事件結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法， 建立了反映真實(shí)生理環(huán)境下鏈取代的動(dòng)力學(xué)模型，揭示了DNA/DNA與RNA/DNA取代動(dòng)力學(xué)過(guò)程的差異。在單個(gè)活細(xì)胞中，只需要數(shù)個(gè)探針就可以獲取反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并得到單細(xì)胞內(nèi)核酸分子表達(dá)量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。該體系DNA分子間動(dòng)力學(xué)模型的建立， 對(duì)于推動(dòng)DNA技術(shù)的發(fā)展以及DNA探針的在體應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)論文發(fā)表在 ACS Nano (2018, 12, 3341−3350)上?；瘜W(xué)化工學(xué)院博士生李美星與徐琮輝副研究員為論文共同第一作者，趙微副研究員和徐靜娟教授為論文共同通訊作者。
圖2. 單分子鏈取代反應(yīng)的暗場(chǎng)光學(xué)成像
最近，課題組采用尖端直徑僅為30nm的石英毛細(xì)管，進(jìn)一步提升單細(xì)胞分析的時(shí)空分辨能力，建立起一種可在亞細(xì)胞水平上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)單細(xì)胞氧化還原代謝的電分析方法。在石英納米孔道內(nèi)精確自組裝G-四鏈體DNA酶，通過(guò)分析離子電流的變化，監(jiān)測(cè)單細(xì)胞內(nèi)氧化還原代謝產(chǎn)生的活性氧；結(jié)合微操作定位系統(tǒng)，這種超微納米毛細(xì)管可在單細(xì)胞內(nèi)精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)了亞細(xì)胞水平的分析。該方法成功揭示了單細(xì)胞在氧化應(yīng)激反應(yīng)中以及藥物刺激作用下有氧代謝水平的變化。該研究工作發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition (2018, 10.1002/anie.201808537)上?；瘜W(xué)化工學(xué)院博士生宋娟與徐琮輝副研究員為論文共同第一作者，趙微副研究員和徐靜娟教授為論文共同通訊作者。
圖3. 單細(xì)胞氧化應(yīng)激過(guò)程的時(shí)空分辨監(jiān)測(cè)
這些工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目（21327902）、重點(diǎn)項(xiàng)目（21535003）和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃納米專項(xiàng)（2016YFA0201200）的資助。
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