[发明专利]单细胞萃取电喷雾质谱分析系统和方法

说明书

本发明提出了单细胞质谱分析系统及实施单细胞质谱分析的方法，所述系统包括：顺次设置的第一微动台、显微镜、第二微动台、第一图像采集部件及质谱仪；其中，显微镜的载物台上设置有细胞定位芯片；第一微动台上设置有加液针，适于向细胞定位芯片上加入萃取液；第二微动台上设置有取液针，适于从细胞定位芯片上吸取经萃取液萃取所得到的萃取物并送至质谱仪中。利用本发明的系统实现了单细胞的高精密度、高速度、高重复度和高自动化的质谱检测分析，分析量可达皮升级。同时，可以克服手工操作过程中固有的缺点，使质谱单细胞分析摆脱对操作人员的依赖，过程更加规范，使用更加简便，分析更加精准，结果更加可靠。

技术领域

本发明涉及仪器检测和分析领域。具体地，本发明涉及单细胞萃取电喷雾质谱分析系统和方法。

背景技术

目前，单细胞分析得到越来越多的重视。在生物医学领域，如基因分析、药物研发、组织形成、癌症机理、疾病治疗等方面需要对单细胞进行分析。在传统的细胞生物学研究中，人们以群体细胞作为研究对象，已经探索出了许多疾病的致病机制和治疗方法。然而随着生命科学的发展，研究者们开始逐渐意识到单个细胞之间也存在着差异，这种差异被称作“单细胞的异质性”，它在许多生命过程中扮演着至关重要的角色。在癌症的临床治疗中，一群癌细胞在经过抗癌药物的作用后，会有极少量的癌细胞意外地存活了下来，逐渐成为强大的耐药癌细胞，使后续的化疗以失败而告终。除了癌细胞耐药这一生命过程以外，单细胞的异质性在干细胞的分化中也表现得尤为明显。一群干细胞会向着不同的方向分化，从而形成生命体中不同的组织和器官。这些实际的生物现象表明，看似相同的一群细胞，其实彼此之间是存在差异的，而探索这样的差异正是破解生命奥秘的关键。传统的检测方法只能针对群体细胞进行检测，由此获得的平均化的检测结果会将单细胞之间的异质性掩盖，使得这些重要的生命过程难以被深入研究。因此，为了阐明这些与生物发育、疾病治疗息息相关的重大生命问题，以单细胞作为研究对象，致力于发展针对单个细胞的研究方法是至关重要的。

荧光显微成像仪器结合荧光探针技术是目前单细胞分析与成像的主要技术手段，已有多种荧光显微成像技术用于单细胞成像。常用的荧光探针有荧光小分子探针、荧光纳米探针和荧光蛋白探针等，在流式细胞检测、亚细胞区域定位、细胞中蛋白、基因、小分子代谢物的分析以及细胞动态行为研究等方面获得了广泛的应用。但是，荧光成像技术在细胞分析中存在两个局限：一是需要有明确的识别对象，据此方可设计对该目标分子有选择性响应的荧光探针，不适于细胞中未知成分的分析；二是受到分子光谱谱带宽度的限制，能够同时测定的组分数目有限，难以进行细胞中多组分分子的同时分析。鉴于细胞中发生的生物过程常常是多种分子协同作用的结果，因此，发展新的单细胞分析方法，最大限度地满足细胞中多组分的同时分析的需求，并能够对细胞事件中的未知成分进行快速定性和精准定量分析，是单细胞生物学研究对分析化学的迫切需求。

利用质谱单细胞分析仪器系统将会具备解决上述两个问题的潜力。首先，质谱是一种多组分同时分析的仪器，依据细胞中各种成分的分子量不同，在质谱中能够形成按照质量数排列的谱峰，进一步通过多级质谱分析，即可获得细胞中各种成分的分子信息，实现多组分的同时分析。由于质谱法无需标记，不需要事先获知待测分子的信息，因此，能够对细胞中各种未知成分进行快速鉴定，获得细胞中蛋白质乃至小分子代谢物的“组学”信息。此外，质谱能够容易地获得各组分分子的同位素信息，采用同位素内标和稀释技术，可以实现细胞中各种待测分子的精准定量，因此，质谱单细胞分析最近受到高度重视，被认为在单细胞的“组学”分析研究中将会发挥重要的作用。