單細(xì)胞光納米光電檢技術(shù)簡(jiǎn)介-V1020課件

單細(xì)胞納米光電同步檢測(cè)技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用新的應(yīng)用？1234單細(xì)胞技術(shù)研究案例單細(xì)胞光電檢測(cè)技術(shù)5Weallstartoutasasingletotipotentcellthatisprogrammedtoproduceamulticellularorganism.Howdoindividualcellsmakethosecomplexdevelopmentalswitches?Howdosinglecellswithinatissueororgandiffer?howdotheycoordinatetheiractionsorgoastrayinadiseaseprocess?Whydoseeminglyidenticalcellsresponddifferentlytoadrug?Whysinglecell?Single-nucleussequencing癌細(xì)胞：復(fù)雜的亞細(xì)胞群，意味著復(fù)雜的基因組以及復(fù)雜的拷貝數(shù)變異（CNV），單細(xì)胞測(cè)序讓這些“復(fù)雜”變得“簡(jiǎn)單化”，從而“清晰化”。通過(guò)對(duì)來(lái)自于同一基因組背景的100個(gè)單細(xì)胞分別測(cè)序，鑒定到了一個(gè)原始的基因擴(kuò)增。(Nicholasetal.,Nature,472,2011)

單細(xì)胞組學(xué)分析（Single-cell“omics”analysis）單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析揭示不同單細(xì)胞基因表達(dá)的巨大差別:Alex等利用脂多糖(LPS)刺激髓系來(lái)源的樹(shù)突狀細(xì)胞(BMDCs)，觀察到單細(xì)胞在mRNA表達(dá)豐度和剪切模式方面的巨大差別，鑒定了137個(gè)刺激應(yīng)答基因。(Alex,etal.Nature,498,2013)Singlecelltranscriptomes單細(xì)胞表觀遺傳分析？Notyet!Bigchallenge,butpossible,…

單細(xì)胞組學(xué)分析（Single-cell“omics”analysis）

單細(xì)胞組學(xué)分析（Single-cell“omics”analysis）Cohen,Science,322,2008多學(xué)科技術(shù)綜合

采用獨(dú)立開(kāi)發(fā)的光,機(jī),電,生,化一體傳感技術(shù)?？蓹z測(cè)單個(gè)活細(xì)胞

實(shí)時(shí)檢測(cè)單細(xì)胞內(nèi)代謝過(guò)程中生化指標(biāo)變化。亞細(xì)胞水平光電同步檢測(cè)

可在納米尺度定位定量檢測(cè)亞細(xì)胞及分子水平的光/電信號(hào)。給藥和藥效檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行

可外部給藥,同時(shí)檢測(cè)藥物療效。微創(chuàng)檢測(cè)

能夠不破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不損傷細(xì)胞來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)活細(xì)胞內(nèi)多種信號(hào)分子、生物標(biāo)志物、酶活性、信號(hào)傳遞等的實(shí)時(shí)和原位檢測(cè)。TechnicalCharacteristics產(chǎn)品介紹OutlookFirstGenerationOutlookSecondGenerationStructure整體結(jié)構(gòu):光源單元，微操系統(tǒng)，細(xì)胞定位系統(tǒng)，光/電學(xué)檢測(cè)單元及數(shù)據(jù)采集與分析單元等WorkingPrinciple生物素標(biāo)記的抗端粒酶+端粒酶結(jié)合磷酸酶共軛+磷酸酶抗端粒酶--納米探針尖納米探針穿刺到細(xì)胞里面抗端粒酶+端粒酶結(jié)合光學(xué)檢測(cè)：納米探針刺入待測(cè)細(xì)胞，探針尖端的修飾物與待測(cè)目標(biāo)相結(jié)合,通過(guò)激發(fā)光來(lái)激發(fā)與目標(biāo)標(biāo)記物相結(jié)合的熒光物質(zhì)，導(dǎo)致標(biāo)記物發(fā)射熒光。光學(xué)系統(tǒng)收集這些熒光信號(hào)并進(jìn)行分析處理。范例:

光學(xué)信號(hào)激發(fā)光待測(cè)目標(biāo)物質(zhì)光信號(hào)檢測(cè)示意圖WorkingPrinciple電學(xué)檢測(cè)：納米探針靠近(或者刺入)待測(cè)細(xì)胞，通過(guò)工作電極檢測(cè)待測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的電流信號(hào)。根據(jù)濃度-電流校準(zhǔn)曲線，可以推算出細(xì)胞所釋放出的物質(zhì)的濃度。如：以PB（普魯士藍(lán)）修飾后的納米探針作為工作電極，配合參考電極和對(duì)電極及電化學(xué)工作站來(lái)檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)H2O2分解釋放、氧化還原狀態(tài)和硫醇水平的電流信號(hào)。根據(jù)得到的電流響應(yīng)的值，可以推算出細(xì)胞所釋放出的H2O2的濃度。電光納米探針在MCF10A（a，d，g），MCF7（b，e，h）和MCF7/HER2（c，f，i）細(xì)胞內(nèi)檢測(cè)的H2O2分解釋放到細(xì)胞外空間（a-c）的動(dòng)力學(xué)和細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)（d-f）的實(shí)時(shí)變化或還原的硫醇水平（g-i）。WorkingPrinciple工作電極電信號(hào)微對(duì)電極(Pt)微參比電極(Ag/AgCl)釋放生化物質(zhì)（待測(cè)目標(biāo)物質(zhì)）電信號(hào)檢測(cè)試示意圖WorkingPrinciple案例一：光學(xué)探測(cè)單個(gè)活體癌細(xì)胞的端粒酶表達(dá)水平：癌變分析結(jié)果：通過(guò)光學(xué)檢測(cè)單個(gè)活體癌細(xì)胞的端粒酶過(guò)度表達(dá)，發(fā)現(xiàn)熒光信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陰性hMSC。使用該設(shè)備可以在單個(gè)細(xì)胞水平，在線觀測(cè)端粒酶的變化情況。為細(xì)胞癌變的早期分析起到非常好的引導(dǎo)作用；同時(shí)該設(shè)備還可以用來(lái)檢測(cè)其它低表達(dá)蛋白。加入DDAO-phosphates后，單個(gè)癌細(xì)胞（MCF-7）及正常細(xì)胞（hMSC)的熒光變化對(duì)比曲線不同細(xì)胞群內(nèi)單個(gè)細(xì)胞的熒光變化統(tǒng)計(jì)圖，包括癌細(xì)胞（MCF-7），正常細(xì)胞（hMSC)數(shù)據(jù)來(lái)源：Zheng,X.T.etc,Singlelivingcelldetectionoftelomeraseover-expressionforcancerdetectionbyanopticalfibernanobiosensor.

Biosensors&Bioelectronics(IF:5.44),2010.25(6):p.1548-1552.CaseStudy案例二：光學(xué)檢測(cè)單個(gè)細(xì)胞的乳酸釋放水平：診斷早期癌癥DetectionofextracellularlactateDiffusionprofilesofthereleasedlactase（樣品細(xì)胞：人乳腺癌細(xì)胞MCF-7）

CaseStudy數(shù)據(jù)來(lái)源：Zheng,X.T.,H.B.Yang,andC.M.Li,OpticalDetectionofSingleCellLactateReleasefor

CancerMetabolicAnalysis.

AnalyticalChemistry

(IF:5.69),2010.82(12):p.5082-5087.研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)在新陳代謝過(guò)程中，癌癥細(xì)胞的細(xì)胞外的乳酸水平要明顯高于正常細(xì)胞，通過(guò)監(jiān)測(cè)細(xì)胞的乳酸水平，可有效診斷細(xì)胞是否癌變。該設(shè)備為癌細(xì)胞發(fā)展的早期診斷提供了一個(gè)強(qiáng)大的檢測(cè)手段。CalibrationcurveforlactatedetectionCaseStudy案例三：?jiǎn)渭?xì)胞內(nèi)亞細(xì)胞細(xì)水平局部給藥的實(shí)時(shí)檢測(cè)：研究抗癌療效納米探針給單個(gè)細(xì)胞局部給藥示意圖RGO通過(guò)靜電作用聚焦在納米探針端面抗癌藥物：β-lap探針尖端放大示意圖數(shù)據(jù)來(lái)源：C.M.Li,etc.AnticancerEfficacyandSubcellularSiteofActionInvestigatedbyReal-TimeMonitoringofCellularResponsestoLocalizedDrugDeliveryinSingleCells.

Small

(IF:7.82),2034.8(17):p.2670-2674.CaseStudy亞細(xì)胞特地供給β-lap藥物位置圖在細(xì)胞不同位置進(jìn)行β-lap供給后，檢測(cè)到的ROS活性對(duì)比細(xì)胞核周圍：位置2細(xì)胞質(zhì)：位置1細(xì)胞核：位置3加入抗癌藥β-lap到單細(xì)胞內(nèi)的不同位置，檢測(cè)到的活性氧種類（ROS）含量和Ca2+

均顯示細(xì)胞核周圍為藥物的起效位置，該設(shè)備不僅實(shí)現(xiàn)了單個(gè)細(xì)胞亞細(xì)胞水平定向給藥，而且為優(yōu)化給藥位置，分析藥物起效機(jī)理提供極佳的平臺(tái)，對(duì)藥物篩選及藥理分析具有極大的意義。CaseStudy過(guò)氧化氫濃度和電流校準(zhǔn)曲線圖案例四：光電實(shí)時(shí)探測(cè)單細(xì)胞內(nèi)局部生化過(guò)程：光電納米探針在K3[Fe(CN)6溶液中的測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)來(lái)源：Zheng,X.T.,etal.,Bifunctionalelectro-opticalnanoprobetoreal-timedetectlocal

biochemicalprocessesinsinglecells.

Biosensors&Bioelectronics,2011.26(11):p.4484-4490.CaseStudy細(xì)胞核內(nèi)和細(xì)胞邊緣微電流對(duì)比細(xì)胞核內(nèi)和細(xì)胞邊緣熒光激發(fā)對(duì)比細(xì)胞核內(nèi)細(xì)胞邊緣光電多功能納米探針在研究動(dòng)態(tài)單細(xì)胞活性過(guò)程中，不僅實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)熒光變化水平，同時(shí)實(shí)時(shí)定量的測(cè)量出在相同位置釋放出H2O2時(shí)的電流大小。光電同時(shí)檢測(cè)的結(jié)果顯示，與正常細(xì)胞相比，癌癥細(xì)胞具有較高的氧化反應(yīng)同時(shí)也改變了抗氧化水平。這表明細(xì)胞惡性腫瘤與氧化應(yīng)激的強(qiáng)度相關(guān),較高的抗氧化劑水平可能會(huì)造成耐藥性。這種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的光電同步納米探針檢測(cè)儀，適用于單細(xì)胞水平的生化反應(yīng)通用監(jiān)控，在納米級(jí)的環(huán)境中研究化學(xué)動(dòng)力學(xué)，闡明關(guān)鍵的生物學(xué)過(guò)程。CaseStudyResearchAchievement基于本設(shè)備進(jìn)行了多方面深入的研究，目前已經(jīng)取得了一系列研究成果。發(fā)明專利3項(xiàng)，SCI科技論文6篇（影響因子最低4.57，最高24.89），投稿論文3篇。

PublicationList

Zheng,X.T.andC.M.Li,Singlecellanalysisatthenanoscale.

ChemicalSocietyReviews(IF:24.89),

2011.41(6):p.2061-2071.Zheng,X.T.,P.Chen,andC.M.Li,AnticancerEfficacyandSubcellularSiteofActionInvestigatedbyReal-TimeMonitoringofCellularResponsestoLocalizedDrugDeliveryinSingleCells.

Small

(IF:7.82),2012.8(17):p.2670-2674.Zheng,X.T.,etal.,Bifunctionalelectro-opticalnanoprobetoreal-timedetectlocalbiochemicalprocessesinsinglecells.

Biosensors&Bioelectronics(IF:5.44),2011.26(11):p.4484-4490.

Zheng,X.T.andC.M.Li,Singlelivingcelldetectionoftelomeraseover-expressionforcancerdetectionbyanopticalfibernanobiosensor.

Biosensors&Bioelectronics(IF:5.44),2010.25(6):p.1548-1552.Zheng,X.T.,H.B.Yang,andC.M.Li,OpticalDetectionofSingleCellLactateReleaseforCancerMetabolicAnalysis.

AnalyticalChemistry(IF