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實時單細胞多模態分析儀功能概述

單細胞研究對于理解細胞的組成、生理行為與功能的多樣性具有重要意義，基因組、轉錄組、蛋白組、代謝組學等分析技術為單細胞研究提供了有力工具。實時單細胞多模態分析儀可以實時、連續、定量檢測單個活細胞的小分子含量及酶活性。

核心特點

主要性能

實時單細胞多指標檢測：實時檢測單個活細胞內小分子含量（如葡萄糖、乳酸、ATP、Ca2+、K+等）及酶活性 （葡萄糖苷酶、鞘磷脂酶、乳酸脫氫酶等），可匹配160余種商品化試劑盒；

實時亞細胞原位檢測：在亞細胞水平（胞質、胞核、胞膜）實時連續、原位檢測；

超微量提取、注射：單細胞水平提取細胞器（如溶酶體、線粒體）、胞質進行質譜或其它平臺的聯用分析；單細胞注射藥物、代謝劑等，并進行藥效評估；

活體水平檢測：活體水平實時檢測生化指標（用藥前后、中醫藥針灸刺激前后）的變化。

技術原理

電信號檢測

通過電探頭對細胞釋放的電活性物質進行檢測，如過氧化氫、一氧化氮、多巴胺、超氧陰離子等物質。

通過試劑盒的量化級聯反應產生的過氧化氫等電活性物質，實現單細胞小分子含量或酶活性的檢測。

熒光信號檢測

光探頭傳輸激發光激發預染色細胞，通過光學檢測系統收集細胞發射的熒光信號，熒光信號強弱反映細胞預染色指標的含量，可實現細胞整體或亞細胞激發檢測。

通過單細胞超微量提取注射，向單個活細胞注射熒光檢測試劑盒，光探頭傳輸激發光激發細胞的生化反應產物而產生熒光，熒光信號強弱反映細胞內相應的小分子含量或酶活。

經典應用

腫瘤細胞代謝

腫瘤細胞異質性研究，包括糖代謝、脂代謝、蛋白代謝相關的小分子和酶活分析；

結合抑制實驗，研究腫瘤細胞代謝過程中關鍵激活酶，為抗癌藥物研發提供理論基礎；

通過抗癌新藥直接刺激細胞或配合專用探頭實現細胞內送藥，評估其對單細胞內代謝參數指標的影響。

代表文獻

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)

新藥研究

新藥研究離不開細胞學實驗，實時單細胞多模態分析儀在藥物研究中的常見應用：

藥物的極性和分子量會影響其透過細胞膜的效率，如果藥物的細胞膜透性較低或未知，可以單細胞內定點注射藥物并實時檢測藥效相關指標（Ca2+和ROS等），可以反映藥物發揮作用的潛在位置；

為了理解藥物作用機制，需要預先判斷可能的轉運體、藥物靶點、及涉及到的關鍵代謝酶，然后通過實時單細胞多模態分析儀進行驗證，由于是實時的，可以添加相關抑制劑或增強劑直接進行判斷驗證；

用于單細胞亞細胞水平的定向給藥及實時原位檢測藥物作用效果，提供亞細胞水平藥物-細胞相互作用研究的重要工具，實現單細胞層面藥物保護性研究和抑制性研究，可為藥物載體的單細胞層面載藥能力研究和亞細胞層面的定位提供選擇性平臺。

代表文獻

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)

神經領域應用

單細胞胞質的超微量抽提，和質譜平臺聯用完成遞質成分的分析；

納米級探頭實現單個神經細胞或腦組織的小分子電化學檢測。

代表文獻

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.

活體研究

中醫藥領域，可對特定穴位血清素（5-羥色胺）、一氧化氮、抗壞血酸等關鍵指標的實時監測，可配合組織解剖學實驗，研究不同組織類型的指標差異，輔助針灸機理研究；

活體動物模型在體檢測，輔助腫瘤疾病藥物研究。

代表文獻

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)