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國(guó)際期刊Atomic Spectroscopy (ISSN: 0195-5373) 由Dr. Walter Slavin于1962年創(chuàng)辦，刊登原子光譜技術(shù)新方法及應(yīng)用、新儀器/部件研發(fā)、元素同位素樣品前處理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)開(kāi)發(fā)等。

細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單元，也是生物醫(yī)學(xué)研究的基礎(chǔ)。要探尋生命活動(dòng)規(guī)律，闡明疾病發(fā)生機(jī)理，就必須研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。由于分析方法的限制，過(guò)去的研究往往只能以細(xì)胞群體為研究對(duì)象，但由于細(xì)胞之間存在差異（即細(xì)胞異質(zhì)性），基于細(xì)胞群體的研究往往會(huì)掩蓋這種差異。單細(xì)胞分析可以獲得細(xì)胞在微環(huán)境中準(zhǔn)確的個(gè)體信息，對(duì)于研究細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)、生理病理和重大疾病的早期診斷具有十分重要的意義。

單細(xì)胞分析中的待測(cè)物主要包括核酸、蛋白質(zhì)、代謝物等生物分子。此外，無(wú)機(jī)金屬離子也參與了生物合成、分子代謝、能量傳遞等許多生命過(guò)程，隨著金屬藥物、納米材料的廣泛應(yīng)用，外源性金屬的細(xì)胞生物效應(yīng)和安全性也成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。因此，分析單細(xì)胞中元素具有重要的意義。

近年來(lái)隨著質(zhì)譜技術(shù)，特別是電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術(shù)在單細(xì)胞進(jìn)樣系統(tǒng)、單細(xì)胞數(shù)據(jù)處理軟件和快速質(zhì)量分析器等方面的發(fā)展，現(xiàn)在不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在單細(xì)胞水平定量分析檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)的金屬元素，還可以通過(guò)分析金屬標(biāo)簽間接得到單細(xì)胞中分子信息。但商品化ICP-MS一般使用由同心圓霧化器和旋流霧室組成的進(jìn)樣系統(tǒng)，在分析單細(xì)胞時(shí)，只有少于1%的細(xì)胞可以進(jìn)入ICP-MS并被檢測(cè)，細(xì)胞樣品損失大，檢出限相對(duì)較差。

中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所納米生物實(shí)驗(yàn)室王萌副研究員與東北大學(xué)化學(xué)系陳明麗教授合作開(kāi)發(fā)用于溶液中單細(xì)胞進(jìn)樣系統(tǒng)，使得ICP-MS能夠高效地完成單細(xì)胞分析。進(jìn)樣系統(tǒng)（圖1）采用流速為40μL min^-1的低流速霧化器，產(chǎn)生的含有細(xì)胞的微液滴在輔助氣的作用下高效地進(jìn)入ICP-MS，提高了細(xì)胞的傳輸效率；設(shè)計(jì)加工了與商品化ICP-MS匹配的進(jìn)樣組件，可以方便地安裝與拆卸，并可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中玻璃部件的保護(hù)和準(zhǔn)確定位（圖2）。

圖1.單細(xì)胞進(jìn)樣系統(tǒng)

圖2.單細(xì)胞進(jìn)樣系統(tǒng)安裝圖

應(yīng)用開(kāi)發(fā)的單細(xì)胞進(jìn)樣系統(tǒng)，分析了單細(xì)胞中的金納米顆粒的含量（圖3）。單細(xì)胞的進(jìn)樣效率可達(dá)12%。在實(shí)驗(yàn)中對(duì)比了不同駐留時(shí)間對(duì)單細(xì)胞測(cè)量結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)使用更短的駐留時(shí)間可以顯著地提高單細(xì)胞事件的信噪比。本研究研發(fā)的用于溶液中單細(xì)胞分析的進(jìn)樣系統(tǒng)，使得ICP-MS能夠高效地完成單細(xì)胞分析，擴(kuò)展了已有商品化ICP-MS的應(yīng)用范圍，進(jìn)一步發(fā)揮了ICP-MS在單細(xì)胞分析領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

圖3.單個(gè)HepG2細(xì)胞中Au納米顆粒分析

該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院儀器設(shè)備功能開(kāi)發(fā)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目的支持，研究結(jié)果以封面文章的形式發(fā)表在原子光譜領(lǐng)域國(guó)際期刊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