微流控芯片在线微阀富集-质谱检测方法的建立及其在单细胞分析中的应用研究

The application of online microchip-mass spectrometry (MS) platform on single cell analysis was limited by the sensitivity since the low expression level of single cell. It’s necessary to perform online sample preconcentration before MS detection for single cell analysis. Using the “nano-channel” generated at a closed microvalve on a polydimethylsiloxane (PDMS) chip, we are developing online microvalve preconcentration coupling with on-chip MS detection to enhance the sensitivity of microchip-MS. The project is focused on the following specific research: fabricating microchips with integrated microvalvea and channels for cell manipulation and single cell capture; developing online microvalve preconcentration-MS technique to enhance the detection sensitivity; integrating the online microchip-MS platform to study neurotransmitter release from PC-12 cells. The aim of this project is to make online microchip-MS a high sensitive analytical tool for single cell analysis.

微流控芯片在线质谱检测由于灵敏度问题在单细胞分析应用中受到限制，发展芯片在线富集技术对痕量单细胞分泌物的质谱检测十分重要。本课题拟利用聚二甲基硅氧烷芯片（PDMS）微阀闭合时产生的类纳米通道结构，构建微流控芯片在线微阀富集-质谱检测新方法，并应用于单细胞的分离分析。主要研究内容包括：构建集成微阀和不同尺寸通道的微流控芯片，通过调控微通道内流体来操控细胞的传输，实现芯片上细胞操控和单细胞捕获；建立微流控芯片在线微阀富集-质谱检测技术，提高芯片在线质谱检测灵敏度；以PC-12作为模型细胞，在微流控芯片微阀富集-质谱检测平台上研究不同刺激剂对神经细胞的作用和对神经递质分泌的影响。本项目旨在建立微流控芯片-质谱在线联用新方法以实现单细胞的高灵敏分析。

项目原计划搭建微流控芯片微阀富集-质谱检测平台，以此研究不同刺激剂对神经细胞的作用和对神经递质分泌的影响。由于条件的限制，改为搭建芯片电泳化学发光检测平台，实现了芯片通道内对单细胞的操控。在平台上完成了对三种内源分泌氨基酸的分离分析，但由于细胞内含量过低，未能实现对单细胞内相应分泌物的检测。之后，开展了项目关联的纸微流控芯片、比色、荧光以及电化学生物传感方面的其他研究。.（1）纸微流控芯片。基于淀粉水解调控的试纸条润湿程度，结合酶修饰的微球进行信号放大，实现对三种目标物腺苷、干扰素γ和Pb2+进行距离量测的免仪器分析。（2）比色法对金属离子的分析检测。以3条不同链长的单链DNA与金纳米构成三维比色传感阵列，借助主成分分析和线性判别分析对比色响应信号进行分析，可对多种金属离子进行鉴别。另外，借助银纳米的丁达尔效应，根据加入Hg2+后，银纳米被降解导致丁达尔效应减弱的现象，构建了新型的Hg2+比色传感器。（3）基于碳点的荧光传感研究。根据不同DNA保护的金纳米产生的不同聚集状态对碳点的荧光有不同的猝灭效果，设计DNA的序列为啶虫脒的适配体，构建了一个新型无标记的农残荧光传感方法。另外，微波辅助一步水热法合成的石墨烯量子点对Al3+有特异性的荧光增强效应，通过多种表征技术，推测为石墨烯量子点的聚集诱导荧光增强引起的。根据该现象，构建了对Al3+的荧光传感方法。（4）功能化电化学传感平台的研究。通过电聚合的方法在电极表面构建了疏松多孔含有功能化金纳米的有机框架膜层，并连接富含C碱基的单链DNA，利用碱基错配将Ag+进行富集，实现水溶液中Ag+的高灵敏和特异性检测。