微流控芯片同时检测单细胞内多种自由基的研究

自由基对细胞生命活动的基本过程具有重要的调控作用，对单细胞内多种自由基的同时检测是最终揭示其生物学功能的前提之一。本项目在微流控激光诱导荧光分析系统平台及自由基荧光探针设计前期研究基础上，拟通过芯片及其功能单元的构建，荧光探针筛选，细胞荧光标记，单细胞进样、溶膜及电泳分离等方面的研究，实现芯片上单细胞进样、溶膜、电泳分离和胞内多种自由基同时检测的功能集成，建立多水平、多参数的单细胞自由基分析新方法。该项目取得的研究成果是单细胞组分分析、自由基检测技术的突破，将为单细胞水平上探究细胞内自由基的水平变化与生物生理、病理关系，乃至疾病早期诊断等提供重要的理论依据。

鉴于细胞内自由基等活性物质分析检测的重要意义及研究现状，本项目开展了微流控芯片定量检测细胞内多种自由基及活性物质的研究。通过微流控芯片结构设计、荧光探针筛选、流体操纵，结合微流控芯片毛细管电泳激光诱导荧光方法实现了细胞内多种自由基及活性物质的定量检测。. 超氧阴离子自由基和一氧化氮是机体中具有代表性的两种自由基，细胞内的两种自由基的同时检测有利于研究它们参与细胞信号转导、代谢过程的生理病理机制，以及两种自由基之间的相互作用的探索。基于自行搭建的微流控分析系统（包括微流控芯片流体电动控制和激光诱导荧光检测），在具有简单的“十字”玻璃芯片上，采用电动夹流进样和激光诱导荧光检测，实现了快速、简单、灵敏的细胞线粒体中活性氧和活性氮自由基的同时检测。该方法还被成功用于检测随凋亡试剂诱导的肝癌细胞和神经细胞凋亡过程中两种自由基活性物质含量的变化。研究工作发表在Anal Chem（2012, 84, 4687−4694）。. 细胞的异质性导致细胞在化学组成、生物活性、生理响应时间等方面的差异性。以单个细胞为基础进行研究，对其结构、功能和生理的分析可以获得反映细胞状态和过程的更准确、更全面的信息。基于自行搭建的微流控分析系统，在具有辅助通道的“十字”芯片上，采用电动夹流进样方式以及液压结合电动进样方式和激光诱导荧光检测，实现了细胞采样、单细胞捕获、单细胞溶膜、电泳分离和单细胞内活性氮/活性氧自由基同时检测的多步集成，利用该方法测定了单个细胞中的超氧阴离子自由基和一氧化氮。. 此外，作为细胞中含量最为丰富的小分子硫醇，谷胱甘肽参与到许多细胞进程中，包括抗氧化保护、细胞信号传导、细胞增殖等。利用毛细管电泳结合电化学还原的氧化石墨烯修饰的微电极检测，电化学方法检测了单个细胞中谷胱甘肽的含量。研究工作发表在Electrophoresis （2014, 35, 3371–3378）。. 本课题研究成果的取得将为细胞内多种自由基、活性物质的相互转化对细胞功能影响的研究提供一种新型的分析平台，为在分子水平上探究自由基的生理功能、进行病理探讨、寻求治疗药物及治疗手段提供理论依据与分析策略。