单细胞分析仪

近日，中国科学院微电子研究所健康电子中心研究员黄成军、副研究员赵阳团队，在单细胞电学特性流式分析方法及高通量实时分析仪器研究方面取得重要进展。 单细胞电学特性生物传感与分析技术为单细胞生物物理学研究提供了新维度。该技术已被证明在全血分析、肿瘤细胞分型和免疫细胞状态评估方面具有重要的应用潜力。然而，现有的电学检测方法难以实现高通量实时性分析，限制了需要大量系统实验的单细胞电学特性研究的开展。 面该团队提出了快速并行物理拟合求解器，仅需0.62 毫秒即可在线求解出单个细胞膜比电容和细胞质电导率。与传统求解器相比，在不损失准确度的前提下，速度提升了27000倍，且不需要任何数据预采集和预训练过程，进一步实现了基于物理模型信息的实时阻抗流式细胞分析仪（piRT-IFC）（图1）。该技术可在50分钟内实时表征高达100902个单细胞，具有高稳定性、高通量、实时化和全流程自动化等特点。作为示范应用，该团队对药物处理后HL-60中性粒细胞脱粒现象这一典型的快速变化的生物过程进行实时表征分析。与普遍采用的神经网络辅助加速方法对比研究表明，piRT-IFC具有速度快、准确度高和泛化能力强的优势，具备广泛的应用潜力。 相关研究成果以piRT-IFC: Physics-informed real-time impedance flow cytometry for the characterization of cellular intrinsic electrical properties为题，发表在《微系统与纳米工程》（Microsystem and Nanoengineering）上。该研究由微电子所和计算技术研究所合作完成。近年来，该课题组面对单细胞物理特性检测存在敏感机理不明和技术实现困难等关键技术瓶颈，开创性提出了基于微流控技术的“交叉压缩通道”敏感新原理和单细胞电学模型，建立了基于微流控芯片的单细胞电学特性高通量定量检测方法，检测参数包括细胞膜比电容和胞浆电导率，通量比膜片钳等常规方法高10000倍，并进一步研发出实时高通量单细胞电学特性流式分析仪（图2）。仪器入选中国科学院自主研制科学仪器名录，与首都医科大学宣武医院、首都医科大学附属北京胸科医院、计算所等单位合作，成功用于脑卒中动物模型、癌症病人样本、药物模型等领域的多种细胞的分析，为肿瘤/脑卒中等精准诊断、药物筛选等提供了有力工具，并发现了新型标志物，验证了相关药物候选分子的作用、获得授权专利。研究工作得到科学技术部、国家自然科学基金委员会、北京市、中国科学院的支持。阻抗流式细胞分析仪（piRT-IFC）原理样机、核心微流控芯片、设备交互界面、典型结果和自动化实时数据处理流程 图2. 基于微流控芯片技术的单细胞电学特性活体单细胞分析仪（左）及核心微流控芯片（右）

今年1月1日起，江苏瑞明生物科技有限公司的实时单细胞多模态分析仪正式加入PerkinElmer生命科学产品序列！实时单细胞多模态分析仪功能概述单细胞研究对于理解细胞的组成、生理行为与功能的多样性具有重要意义，基因组、转录组、蛋白组、代谢组学等分析技术为单细胞研究提供了有力工具。实时单细胞多模态分析仪可以实时、连续、定量检测单个活细胞的小分子含量及酶活性。核心特点主要性能实时单细胞多指标检测：实时检测单个活细胞内小分子含量（如葡萄糖、乳酸、ATP、胆固醇、Ca2+、K+等）及酶活性 （葡萄糖苷酶、鞘磷脂酶、乳酸脱氢酶等），可匹配160余种商品化试剂盒；实时亚细胞原位检测：在亚细胞水平（胞质、胞核、胞膜）实时连续、原位检测；超微量提取、注射：单细胞水平提取细胞器（如溶酶体、线粒体）、胞质进行质谱或其它平台的联用分析；单细胞注射药物、代谢剂等，并进行药效评估；活体水平检测：活体水平实时检测生化指标（用药前后、中医药针灸刺激前后）的变化。技术原理电信号检测通过电探头对细胞释放的电活性物质进行检测，如过氧化氢、一氧化氮、多巴胺、超氧阴离子等物质。通过试剂盒的量化级联反应产生的过氧化氢等电活性物质，实现单细胞小分子含量或酶活性的检测。荧光信号检测光探头传输激发光激发预染色细胞，通过光学检测系统收集细胞发射的荧光信号，荧光信号强弱反映细胞预染色指标的含量，可实现细胞整体或亚细胞激发检测。通过单细胞超微量提取注射，向单个活细胞注射荧光检测试剂盒，光探头传输激发光激发细胞的生化反应产物而产生荧光，荧光信号强弱反映细胞内相应的小分子含量或酶活。经典应用肿瘤细胞代谢

今年1月1日起，江苏瑞明生物科技有限公司的实时单细胞多模态分析仪正式加入PerkinElmer生命科学产品序列！江苏瑞明 实时原位单细胞生化分析仪（点击索取报价参数）实时单细胞多模态分析仪功能概述单细胞研究对于理解细胞的组成、生理行为与功能的多样性具有重要意义，基因组、转录组、蛋白组、代谢组学等分析技术为单细胞研究提供了有力工具。实时单细胞多模态分析仪可以实时、连续、定量检测单个活细胞的小分子含量及酶活性。核心特点主要性能实时单细胞多指标检测：实时检测单个活细胞内小分子含量（如葡萄糖、乳酸、ATP、胆固醇、Ca2+、K+等）及酶活性 （葡萄糖苷酶、鞘磷脂酶、乳酸脱氢酶等），可匹配160余种商品化试剂盒；实时亚细胞原位检测：在亚细胞水平（胞质、胞核、胞膜）实时连续、原位检测；超微量提取、注射：单细胞水平提取细胞器（如溶酶体、线粒体）、胞质进行质谱或其它平台的联用分析；单细胞注射药物、代谢剂等，并进行药效评估；活体水平检测：活体水平实时检测生化指标（用药前后、中医药针灸刺激前后）的变化。技术原理电信号检测通过电探头对细胞释放的电活性物质进行检测，如过氧化氢、一氧化氮、多巴胺、超氧阴离子等物质。通过试剂盒的量化级联反应产生的过氧化氢等电活性物质，实现单细胞小分子含量或酶活性的检测。荧光信号检测光探头传输激发光激发预染色细胞，通过光学检测系统收集细胞发射的荧光信号，荧光信号强弱反映细胞预染色指标的含量，可实现细胞整体或亚细胞激发检测。通过单细胞超微量提取注射，向单个活细胞注射荧光检测试剂盒，光探头传输激发光激发细胞的生化反应产物而产生荧光，荧光信号强弱反映细胞内相应的小分子含量或酶活。经典应用肿瘤细胞代谢肿瘤细胞异质性研究，包括糖代谢、脂代谢、蛋白代谢相关的小分子和酶活分析；结合抑制实验，研究肿瘤细胞代谢过程中关键激活酶，为抗癌药物研发提供理论基础；通过抗癌新药直接刺激细胞或配合专用探头实现细胞内送药，评估其对单细胞内代谢参数指标的影响。代表文献1) Zheng XT, Yang HB, Li CM. Optical detection of single cell lactate release for cancer metabolic analysis. Anal Chem. 2010 Jun 15 82(12):5082-7. (DOI: 10.1021/ac100074n)2) Pan R, Xu M, Jiang D, Burgess JD, Chen HY. Nanokit for single-cell electrochemical analyses. Proc Natl Acad Sci USA. 2016 Oct 11 113(41):11436-11440. (DOI: 10.1073/pnas.1609618113)3) Zheng XT, Li CM. Single living cell detection of telomerase over-expression for cancer detection by an optical fiber nanobiosensor. Biosens Bioelectron. 2010 Feb 15 25(6):1548-52.. (DOI:10.1016/j.bios.2009.11.008)4) Zheng XT, Hu W, Wang H, Yang H, Zhou W, Li CM. Bifunctional electro-optical nanoprobe to real-time detect local biochemical processes in single cells. Biosens Bioelectron. 2011 Jul 15 26(11):4484-90.(DOI:10.1016/j.bios.2011.05.007)新药研究新药研究离不开细胞学实验，实时单细胞多模态分析仪在药物研究中的常见应用：药物的极性和分子量会影响其透过细胞膜的效率，如果药物的细胞膜透性较低或未知，可以单细胞内定点注射药物并实时检测药效相关指标（Ca2+和ROS等），可以反映药物发挥作用的潜在位置；为了理解药物作用机制，需要预先判断可能的转运体、药物靶点、及涉及到的关键代谢酶，然后通过实时单细胞多模态分析仪进行验证，由于是实时的，可以添加相关抑制剂或增强剂直接进行判断验证；用于单细胞亚细胞水平的定向给药及实时原位检测药物作用效果，提供亚细胞水平药物-细胞相互作用研究的重要工具，实现单细胞层面药物保护性研究和抑制性研究，可为药物载体的单细胞层面载药能力研究和亚细胞层面的定位提供选择性平台。代表文献1）Xin T Z , Peng C , Chang M L . Anticancer Efficacy and Subcellular Site of Action Investigated by Real‐Time Monitoring of Cellular Responses to Localized Drug Delivery in Single Cells[J]. Small, 2012, 8(17):2670-2674. (DOI: 10.1002/smll.201102636)2）Yuning Han, Bin Hu, Mingyu Wang, Yang Yang, Li Zhang, Juan Zhou*, Jinghua Chen*. pH-Sensitive Tumor-Targeted Hyperbranched System Based on Glycogen Nanoparticles for Liver Cancer Therapy, Applied Materials Today, 2020, 18, 100521.(DOI: 10.1016/j.apmt.2019.100521)神经领域应用单细胞胞质的超微量抽提，和质谱平台联用完成递质成分的分析；纳米级探头实现单个神经细胞或脑组织的小分子电化学检测。代表文献1）Molecular profiling of single axons and dendrites in living neurons using electrosyringe-assisted electrospray mass spectrometry[J]. Analyst, 2019, 144 2） Development of Au Disk Nanoelectrode Down to 3 nm in Radius for Detection of Dopamine Release from a Single Cell[J]. Analytical Chemistry, 2015, 87(11):5531.3）Electrochemically Probing Dynamics of Ascorbate during Cytotoxic Edema in Living Rat Brain[J]. Journal of the American Chemical Society, 2020, 142(45):19012-19016.活体研究中医药领域，可对特定穴位血清素（5-羟色胺）、一氧化氮、乙酰胆碱、抗坏血酸等关键指标的实时监测，可配合组织解剖学实验，研究不同组织类型的指标差异，辅助针灸机理研究；活体动物模型在体检测，辅助肿瘤疾病药物研究。代表文献1）Li, YT., Tang, LN., Ning, Y. et al. In vivo Monitoring of Serotonin by Nanomaterial Functionalized Acupuncture Needle. Sci Rep 6, 28018 (2016). (DOI: https://doi.org/10.1038/srep28018)2）Tang, L., Li, Y., Xie, H. et al. A sensitive acupuncture needle microsensor for real-time monitoring of nitric oxide in acupoints of rats. Sci Rep 7, 6446 (2017). (DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-06657-3)3）Tang, L., Du, D., Yang, F. et al. Preparation of Graphene-Modified Acupuncture Needle and Its Application in Detecting Neurotransmitters. Sci Rep 5, 11627 (2015). (DOI: https://doi.org/10.1038/srep11627)关于江苏瑞明（点击进入在线展位）江苏瑞明生物科技有限公司是一家集研发、生产与销售单细胞检测仪及其它高端生物化学检测设备的高科技企业。公司坐落于风景宜人的江苏省宜兴经济技术开发区光电子产业园。公司目前的主要产品为纳米光电生化检测仪，该设备采用世界首创且具有自主知识产权的技术，将精密光、电探测与纳米加工有机的结合为一体，实现了对单个活细胞在亚细胞水平的实时在线同时检测,填补了国内在此单细胞检测领域的空白。此设备在生命科学、医学、药理学或毒理学、农业、食品科学、生物能源等领域有着广泛的应用。公司目前主要产品有四大类，仪器设备、耗材、试剂和微流控及生物芯片。公司已有发明专利十几项，高新技术产品多项。（更多详情点击查看）