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??? 近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院陳洪淵院士團(tuán)隊(duì)在單細(xì)胞分子動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果Nanokit for single-cell electrochemical analyses發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊 《美國(guó)科學(xué)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(xì)胞是組成生命體的基本單元，揭示生命的奧秘必須從細(xì)胞著手。細(xì)胞中存在各組分間的相互作用、電子轉(zhuǎn)移、能量轉(zhuǎn)移和物質(zhì)輸運(yùn)，像一個(gè)“小宇宙”。鑒于細(xì)胞自身的復(fù)雜性及彼此之間存在巨大差異，研究細(xì)胞群體往往會(huì)掩蓋多種特征，因此需要在單細(xì)胞層面了解細(xì)胞特征以及彼此之間的信息傳遞。目前單細(xì)胞分析系統(tǒng)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(qiáng)的識(shí)別和定位能力，但需要根據(jù)目標(biāo)分子進(jìn)行精巧設(shè)計(jì)和合成；且較難提供蛋白的化學(xué)活性等分子信息。鑒于這些技術(shù)挑戰(zhàn)，2012年陳洪淵院士團(tuán)隊(duì)提出發(fā)展基于電化學(xué)分析、結(jié)合光學(xué)和質(zhì)譜分析的全新單細(xì)胞時(shí)空分辨分子動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)，并于次年獲得基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目支持。在此指導(dǎo)思想下，團(tuán)隊(duì)成員江德臣副教授研究小組設(shè)計(jì)完成了一種新型的單細(xì)胞電化學(xué)分析模塊，利用經(jīng)典電泳現(xiàn)象將飛升量級(jí)（10^-15L，相當(dāng)于一滴水的十億分之一體積）的生物分析試劑盒成分導(dǎo)入到單個(gè)細(xì)胞中，構(gòu)建“單細(xì)胞試劑盒”；通過(guò)電化學(xué)分析反應(yīng)產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單細(xì)胞中小分子及蛋白化學(xué)活性的分析，拓展了單細(xì)胞分析的內(nèi)容。

??? 該儀器模塊中包含一根100nm開(kāi)口的玻璃毛細(xì)管、電泳單元和電分析單元。毛細(xì)管尺寸遠(yuǎn)小于單個(gè)哺乳細(xì)胞的尺寸，因此可最大程度的降低其扎入細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)時(shí)對(duì)細(xì)胞自身活性的干擾。毛細(xì)管尖端加工有納米環(huán)狀電極進(jìn)行電化學(xué)分析；而毛細(xì)管內(nèi)部包含用于細(xì)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(xì)胞后，通過(guò)管內(nèi)金屬絲產(chǎn)生的電泳現(xiàn)象，將飛升量的試劑盒成分推入細(xì)胞中；與目標(biāo)分子和蛋白發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電活性的H₂O₂分子；通過(guò)其在納米環(huán)狀電極表面電氧化產(chǎn)生的電子數(shù)，定量獲取小分子（如葡萄糖）及蛋白活性（如神經(jīng)鞘磷脂酶）信息。這種檢測(cè)策略利用開(kāi)發(fā)成熟的針對(duì)細(xì)胞群體研究的生物檢測(cè)試劑盒用于單細(xì)胞分析，打破了細(xì)胞分析及單細(xì)胞分析之間的壁壘；并結(jié)合對(duì)細(xì)胞無(wú)標(biāo)記的電化學(xué)分析方法，降低了單細(xì)胞檢測(cè)的難度。團(tuán)隊(duì)在此基礎(chǔ)上，正繼續(xù)耦合開(kāi)發(fā)成功的單細(xì)胞光學(xué)和質(zhì)譜分析模塊，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在單細(xì)胞時(shí)空分辨分析中新的突破。

??? 我校2014級(jí)化學(xué)化工學(xué)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(xiàng)目受到基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目和973項(xiàng)目支持。

圖1： 基于“單細(xì)胞試劑盒”的單細(xì)胞電化學(xué)分析方法