适用于单细胞内活性小分子物种检测的荧光分析仪

Due to the large demand of single cell analysis and the limitation of the present technology, we aim to develop a fluorescence analyzer for detecting the bioactive small molecules in single cells by investigating about the micro-fluid/cell manipulation, single cell injection, single cell capture, recognization and trigger of the signal, single cell lysis, laser-induced fluorescence detection, multi-channel spectra/images acquirement and automatization of the analysis. Using the sample analyzer, a new multi-parameter quantitative method for detection of bioactive small molecules in single cells will be investigated. The results acquired in this research will solve the problems that usual fluorescence analyzer could not implement the single-cell analysis and confocal microscopy and flow cytometer could not definitely quantify the bioactive small molecules in single cells. The new fluorescence analyzer will be a technical breakthrough in single-cell analysis. We think it will be a powerful technology for probing the relationship between the bioactive small molecules and physiological functions at single-cell level and an effective method for the early diagnosis of disease.

本项目针对单细胞分析需要和现有技术不足，通过对微流体/细胞操纵、单细胞进样、单细胞捕获的识别与触发、快速溶膜、激光诱导荧光三通道检测（2个光子计数检测通道和1个CCD成像检测通道）、多通道光谱/图像信号采集及分析过程自动化控制等关键技术、方法的研究，研制一种适用于单细胞活性小分子物种分析测定的荧光分析仪。利用研制样机结合筛选的系列荧光探针，研究实现单细胞内重要活性小分子的定量检测，建立多水平、多参数的单细胞分析新方法。该项目取得的成果旨在解决当前普通荧光光谱仪不能实现对单细胞分析、激光共聚焦与流式细胞仪难以准确定量单细胞内活性小分子的不足，将为单细胞分析等相关科学研究提供一种新型荧光分析仪；研究的结果将是单细胞组分分析、检测技术的突破，将为单细胞水平上探究细胞内活性小分子水平变化与生物生理、病理关系，乃至疾病早期诊断提供一种新途径。

本项目在以活性小分子为重点对象的系列新型荧光探针研究的基础上，以设计的多功能微流控、单细胞进样与单细胞电泳芯片、双激光诱导荧光三色检测以及信号采集与系统控制等关键技术为单元模块，研制出适用于单细胞内活性小分子物种检测的荧光分析仪样机。在此基础上，利用样机结合筛选的系列荧光探针，发展了单细胞内浓度差别大的多种重要小分子（活性氧、活性氮、巯基化合物、金属离子等）的同时检测与定量分析新方法，并用所建方法获取了外界刺激及本真条件下单细胞内这些活性小分子的含量、水平变化所发生细胞分子事件的相关性信息。项目取得的仪器成果，具有高效的单细胞操纵与电泳分离能力和高灵敏、多参数的检测能力，解决了目前商品化荧光光谱仪不适应单细胞、激光共聚焦与流式细胞仪难以准确定量单细胞内活性小分子，以及现有微流控激光诱导荧光检测（单色激光激发和单色荧光探测）不适合多色标记的多种小分子同时检测的不足，结果将为单细胞分析、小分子检测等领域提供了一种重要的科学仪器。项目取得的方法成果与突破，将在单细胞水平上为活性小分子相关的生理病理机制研究提供了一种全新的分析方法。项目执行期间发表SCI 论文共计74篇，影响因子5.0以上的论文74篇，总引用次数达1676次；申请发明专利14件，授权5件；研究成果获得省部级奖励2项。研究团队中1人次入选国家百千万领军人才“万人计划”和山东省“泰山学者攀登计划”，1人次获山东省基金委优青资助，2人晋升教授。培养硕士生25人，博士生6人，博士后出站4人。此外，承办包括“科学仪器设备研制发展战略研讨会”的学术会议3次，参加国内外学术会议23次，并作重要学术报告。圆满完成项目预定研究目标和任务。