單細(xì)胞液滴可控—質(zhì)譜檢測技術(shù)

分析化學(xué)從早期的元素分析，發(fā)展到現(xiàn)代的小分子、中等分子、大分子的分離分析，出現(xiàn)一大批不同原理的分析儀器和分析方法。進入21世紀(jì)以來，隨著生命科學(xué)研究水平的提高和人們對疾病與健康的高度重視，分析化學(xué)已經(jīng)不能滿足于無生命的元素或者物質(zhì)分子的檢測，單細(xì)胞分析成為分析化學(xué)的熱點之一。在生命的發(fā)展過程中，即使是同一組織、同一類型的細(xì)胞，相互之間也會存在一定的差異。單細(xì)胞分析能夠很好地了解細(xì)胞之間的差異，對于掌握和了解腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及預(yù)防與治療都有積極的意義。由于細(xì)胞體積小、樣品量少、胞內(nèi)及表面組分十分復(fù)雜、胞內(nèi)生化反應(yīng)速度快等特點。因此，單細(xì)胞分析要求超小體積、高靈敏度、高選擇性、多組分、響應(yīng)速度快的分析技術(shù)，給分析化學(xué)工作提出了的挑戰(zhàn)，但是也給我們帶來眾多機遇。Inkjet打印皮升級液滴因為其液滴體積小、能夠提供一個限定的環(huán)境。通過對細(xì)胞裝載方式的調(diào)節(jié)，比較容易獲得單細(xì)胞液滴，并且細(xì)胞的分泌以及代謝均在狹窄的空間中，方便后續(xù)的分析與檢測，因此在單細(xì)胞分析上具有天然的優(yōu)勢。

清華大學(xué)化學(xué)系林金明教授研究組在運用Inkjet產(chǎn)生可控液滴的一系列研究基礎(chǔ)上（Talanta，2013，107：111-117；Anal.Chem.，2013，85：7413-7418；Analyst，2015，140（12）：3953-3939；Chem.Sci.，2016，7：5448-5452），完成了單液滴與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用（J.MassSpectrom.，2013，48：321-328）和細(xì)胞可控打印（Analyst，2016，141：2940-2947），并應(yīng)用于單細(xì)胞液滴質(zhì)譜的研究（Anal.Chem.，2016，88：4354-4360）。該方法簡單、方便，通過對單個細(xì)胞表面脂質(zhì)的直接質(zhì)譜檢測，結(jié)合主成分分析，可以實現(xiàn)對八種細(xì)胞的區(qū)分，因此在單細(xì)胞分析中具有積極的意義。

該團隊自制一個的inkjet按需打印液滴裝置，實現(xiàn)了單細(xì)胞液滴的可控產(chǎn)生。如圖1所示，將磁攪拌顆粒放入含細(xì)胞樣品的離心管里，磁攪拌設(shè)備將使細(xì)胞懸浮液攪拌，以控制細(xì)胞在液體中的均勻分布。而通過Inkjet取樣細(xì)胞懸浮液后，壓電陶瓷在波形驅(qū)動力作用下，擠壓通道中的液體，以致噴出液滴可控的單細(xì)胞數(shù)，并在二維平臺及顯微鏡監(jiān)控下將含有單細(xì)胞的皮升級液滴滴到含有高壓的鎢制電噴霧針尖上，最后在高壓電場的作用下快速產(chǎn)生噴霧進入質(zhì)譜進行檢測。在該研究中，細(xì)胞表面的多種脂質(zhì)能夠通過該方法很好的檢測出來，并通過對多種細(xì)胞的檢測結(jié)果進行主成分分析，可以識別出不同的細(xì)胞類型。因此，該方法可能對細(xì)胞識別、代謝研究和疾病診斷等方面提供了新的思路。

此外，該團隊還利用Inkjet細(xì)胞打印進行細(xì)胞共培養(yǎng)和藥物代謝研究。以HepG2細(xì)胞和U251細(xì)胞為例（圖2），兩種細(xì)胞分別包裹在海藻酸鈉中，利用Inkjet和電腦軟件在玻璃基底上精確的控制打印間隔的細(xì)胞液滴陣列。然后再覆蓋上有通道的PDMS層，注入離子交聯(lián)劑使得海藻酸鈉形成膠體，因而細(xì)胞就固定在微芯片的底部，然后用于藥物代謝研究。通過這種方式，細(xì)胞間的距離能夠非常精確的進行控制和調(diào)節(jié)，JP而細(xì)胞數(shù)目能夠較為精確的控制，因此能夠高通量、自動化的進行細(xì)胞圖案化，大大提升了效率。