单细胞凝胶电泳其及光学图像分析

采用单细胞凝胶电泳检测DNA损伤度,运用光学图像处理软件对彗星试验得到的参数进行图像分析,结果表明:该方法快捷,灵敏度高,能够较好地应用于DNA损伤度的修复、细胞遗传、环境检测等方面.     

模拟微重力效应对辐射致细胞DNA损伤修复效应的影响

在地面模拟微重力的情况下, 应用碱性单细胞凝胶电泳（SCGE）技术对80 MeV/u Ne离子辐射诱发人血淋巴细胞DNA损伤修复效应进行了研究。 在不同时刻对相同剂量辐照后的淋巴细胞经单细胞电泳处理后显示, 在模拟微重力下孵育的彗星尾更长, 彗星头面积更小。 这表明, 相对地面环境而言, 模拟微重力环境对淋巴细胞的DNA损伤修复有一定的抑制作用。 Effect of the modeled microgravity (MMG) on heavy ion induced lymphocytes DNA repair by using single cell gel electrophoresis (SCGE) has been studied. The results showed that residual DNA damage induced by Ne ions irradiation increased more in cultures incubated in MMG than in 1 g, which indicated that MMG incubation after Ne ions irradiation reduce the DNA damage repair capacity.     

双细胞光声信号的有限元分析

为了分析两个相同的细胞在不同距离下光声信号的特性,对细胞及环境进行了有限元分析。创建了不同距离的双细胞模型和相同环境下的单细胞模型,通过双细胞模型,得到了主体细胞在受到不同距离的另一个细胞的影响下,其不同角度的频域声压级曲线。通过单细胞模型,得到了单个细胞未受到影响时,其不同角度的频域声压级曲线。将主体细胞与单细胞频域声压级曲线进行相似度比较。结果表明,在受到不同距离的细胞影响下,主体细胞各角度的频域声压级曲线,存在与单细胞相似度极高的曲线,且距离为26.6微米时,相似度最高。这项研究表明,在两个双凹形红细胞距离适当时,细胞间的光声信号相互影响最小。     

单细胞拉曼光谱结合多元统计方法分析不同酿酒酵母菌株的成分差异

应用单细胞拉曼光谱技术结合多元统计方法分析比较了六株不同来源的酿酒酵母菌株的同步化细胞,从而获知菌株间细胞成分的差异.利用连续密度梯度离心法分离酿酒酵母同步化细胞,分别对六个酵母菌株的同步化单细胞进行拉曼信号收集,并结合主成分分析(PCA)、辨别函数分析(DFA)两种多元统计分析光谱差异.结果表明,细胞的拉曼光谱表征其...     

基于荧光光镊与机器学习的单细胞血液分类方法

利用物种间血液成分的差异来识别物种,对生物医学、医疗健康、海关、刑侦、食品安全、野生动物保护等工作十分重要。但目前的研究都是针对群体细胞展开,忽略了单细胞的异质性,开展基于单细胞的血液光谱分类方法研究非常迫切。在此提出了一种基于荧光光镊和机器学习的单细胞血液分类方法,利用光镊实现了单细胞捕获,通过荧光光谱检测系统获得了单细胞荧光光谱数据,并基于机器学习方法实现了准确分类。首先,设计并搭建了一套荧光光镊系统,实现了单细胞捕获和荧光光谱检测。然后,制备了马、猪、犬、鸡四种动物的红细胞稀释液,以440 nm激光作为荧光激发光源,获得了四个物种每种100条、共计400条荧光光谱数据,并进行了背景去除、平滑、归一化的预处理,消除了信号中的噪声干扰。随后,建立了随机森林分类模型,分析了当抽取特征数k=20时,模型中树的棵数与预测准确率之间的关系,当决策树m=500时,分类正确率趋于稳定,有很高的分类正确率和运行效率。进一步地,设定样本数据的30%作为测试集、 70%为训练集,计算不同波长与特征重要性之间的关系,得到了10个分类准确率,并取平均值作为模型分类的准确率,测试集最终准确率达到93.1%,...     

光纤微操作器探测亚细胞水平的pH

对单细胞内亚细胞器微环境的探测可以深入了解细胞内一些复杂的生理活动,因此,一种与单细胞尺寸相匹配的探测器的制备显得尤为重要。这里,我们制作了一种光纤纳米探测器,其尖端尺寸可达200nm,在尖端表面修饰SERS活性分子即可进行细胞内不同区域的pH探测。该光纤纳米探针可集激发,传感,操纵细胞于一体,实现单细胞微领域的深入探索。     

原子光谱/元素质谱在生命分析中的应用进展

原子光谱/元素质谱是元素分析的强有力手段,其在生命分析领域的应用也越来越广泛。在单细胞元素分析方面,相关研究工作主要关注元素在单细胞中的分布和形态变化;在元素标记策略分析领域,利用原子光谱（atomic spectrometry, AS）和电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS）实现对小分子、核酸、蛋白质等目标分析物的高灵敏检测是研究热点;在金属药物分析领域,ICP-MS为研究金属药物在生物体中的摄入、分布、代谢和排泄等过程提供了便利,也为进一步阐明药物作用机理以及金属药物的设计和改进提供了数据支持;在生物元素成像领域,ICP-MS与激光剥蚀技术（laser ablation, LA）联用,可以对生物样品进行原位分析和微区分析,结合有机质谱实现元素相关生物过程的分子机制研究;与相关分离方法联用,原子光谱和元素质谱还可以对生物组织中元素进行形态分析,研究其在相关过程中的生物转化过程。本文从单细胞元素分析、元素标签标记策略、金属药物转运与代谢以及生物组织中元素分布分析等方面,评述了原子光谱和ICP-MS在生命分析中的应用实例,并对该领域的发展前景进行了展望。     

离子注入对黑松花粉粒细胞核的损伤效应

利用激光扫描共聚焦显微技术和碱性单细胞凝胶电泳技术对经过离子注入后的黑松花粉粒内细胞核的直接损伤效应进行了观察鉴定。 研究结果表明, 离子注入后可以直接损伤细胞核结构, 导致细胞核裂解。 细胞核的损伤程度与注入离子的剂量密切相关, 即细胞核DNA分子的损伤程度随着注入离子剂量的增加而提高。 The damage of pollen nuclei of Pinus thunbergii induced directly by ion implantation were measured by the laser confocal microscopy technique and the single cell gel electrophoresis test. The results showed that ion implantation caused the nuclei structure to be damaged, leading to the nuclei degradation. The results of statistical analysis showed that the damage grade of nuclei was very correlative with the ion dosage. The damage degree of DNA in the nuclei at the level of single cells was increased with the increase of the ion implantation dose.     

抑癌基因p53的单细胞傅里叶变换显微红外光谱

为探索单细胞红外光谱技术对单基因差异的鉴别能力,利用同步辐射傅里叶变换红外显微光谱技术采集含抑癌基因p53(野生型)和敲除抑癌基因p53(敲除型)结肠癌细胞的单细胞显微红外光谱。研究分析光谱发现,二者在脂质、蛋白质以及核酸吸收谱带峰强度和位置都有明显的差异。敲除p53后脂质、核酸以及蛋白特征吸收峰均减弱,且几乎所有的吸收峰都向高波数位移。分析了酰胺I带与酰胺II带的相对吸收强度比,发现敲除型比值明显变大;酰胺I带拟合结果表明野生型细胞中蛋白质二级结构的α螺旋和无规则卷曲含量明显低于敲除型,转角和非典型螺旋的含量则高于敲除型,而β折叠的含量无明显变化。研究表明,同步辐射单细胞红外光谱可以在分子水平上鉴别因p53基因差异而产生的细胞代谢变化。     

基于金纳米粒子的光谱分析法进行单细胞探测

在过去的几十年中,等离子纳米粒子,尤其是金纳米粒子(AuNPs),由于其独特的局部表面等离子体共振(LSPR)特性,金纳米颗粒非常适合高度传导定域在表面的化学或物理刺激产生的光信号,已被广泛应用于生物检测与成像。包括单细胞光谱分析与成像。基于光吸收和弹性光学方法散射,阐述了利用光谱方法进行的单细胞光学探测的进展应用和纳米系统表现出新的特性。论述了基于AuNPs的细胞内环境光谱分析与探测,对在单细胞水平上进行的细胞动态实时测量的基本原则和与光互动独特的相关方法进行了描述。重点放在单细胞光谱检测的原则、方法及这些方法的优点和挑战,并阐述了最近在这一领域的研究进展,内容包括细胞和亚细胞环境的探测、细胞应答诱导细胞凋亡过程探测、生物分子识别和量化、药物传递及释放、癌症诊断及治疗等。给出了未来的挑战和努力方向。     

结合微液滴技术与SERS光谱的单细胞分析方法

单细胞分析是目前一直备受关注的领域,通过对细胞群体中分离出来的个体细胞的研究来解释细胞的生理过程。单细胞的SERS检测也是近些年被关注的新领域,SERS检测单细胞的方法有几种,其中包括封片固定含有SERS底物的死细胞~([1])以及单个活细胞的SERS检测~([2])等。由于微流控技术具有高度集成、生成液滴的体积、速率可控等优势已经被应用于化学,生物学和纳米技术等的分析检测中~([3])。本研究结合微液滴技术与表面增强拉曼光谱,建立了原位检测单个细胞的方法,用于检测单个细胞表面的唾液酸(SA)。将Ag-MPBA纳米生物探针与细胞表面的唾液酸(SA))结合,通过细胞结合探针个数以及光谱的SERS信号强度,识别正常细胞系与癌细胞系以及同种细胞系的单个活细胞表面的唾液酸(SA)含量的差异。     

激光光镊拉曼光谱仪信噪比测量研究

通过对激光光镊拉曼光谱仪系统信噪比测量分析研究表明：在一定条件下,平均背景噪声随冷却温度降低而缓慢减小,在激发波长不变时对应的信噪比逐渐增加;曝光时间的延长使系统信噪比以不同比例线性增加;激光输入功率和系统信噪比成正比．这为单细胞拉曼光谱测量与分析提供了有力的实验依据．     

氦氖激光辐照红霉素链霉菌诱变育种的研究

本文报道了氦氖激光对红霉素链霉菌孢子及原生质体的诱变效应,分离到红霉素发酵单位提高27.2%的辐照株,并用聚丙烯酰胺凝胶电泳方法,对激光辐照诱变株的酯酶同工酶谱进行了分析。     

单个活态细胞显微激光拉曼散射光谱处理方法研究

单细胞激光共焦拉曼散射光谱由于受扫描条件、样品自身浓度以及样品分子组成等因素的影响,其谱线信噪比较低、荧光背景有时较明显从而导致谱线质量较差.本文主要针对活态单细胞的拉曼光谱进行谱线预处理技术研究用以提高谱线的信噪比、灵敏度及降低荧光背景干扰.首先是宇宙射线的去除,之后进行谱线的归类,这是提高谱线灵敏度的关键步骤;其次...     

基于可变荧光统计学分布的水体藻类活体细胞数分析方法

可变荧光量与藻类活体细胞数有良好的相关性，然而在浮游藻类种类、尺寸及生长周期等条件不同的情况下，藻类单细胞的可变荧光量存在明显差异，直接利用可变荧光强度计算藻类活体细胞数将存在很大误差。因此，提出了一种基于可变荧光统计学分布的水体藻类活体细胞数分析方法。根据子样本细胞数的分布形状与可变荧光量一致的特点，利用可变荧光量的分布形状直接计算样品中藻类活体细胞数。研究结果表明，在浮游藻类单细胞的可变荧光量变化44倍的条件下，基于可变荧光统计学分析方法计算的活体藻细胞密度与显微镜的镜检结果基本一致，两者线性拟合的相关系数在0.93以上，相对误差绝对值的平均值在5.98%～16.94%之间，说明所提方法基本解决了藻类单细胞的可变荧光量对活体藻细胞计数结果的影响。     

在单细胞水平上基于拉曼光谱和原子力显微镜研究不同地区PM2.5的毒理效应

PM2.5作为一种重要的空气污染物，研究不同地区PM2.5对人体细胞的损伤异同具有重要意义。本实验以人肺癌细胞为研究对象，分别经过3个不同地区PM2.5日均量暴露2 h，采用拉曼光谱仪和原子力显微镜对活性单细胞的光谱、形貌和生物力学指标进行检测，通过酶联免疫反应检测细胞产生的发炎因子浓度。统计分析表明：PM2.5暴露后细胞拉曼峰1 002.97，1 127.29，1 172.83和1 338.1 cm-1强度变大；细胞伪足收缩或残缺，细胞核区变高；苏州地区PM2.5暴露后细胞黏滞功变小，弹性能变大；细胞产生发炎响应。发现经不同地区PM2.5暴露后，单细胞光学和力学信息发生了各异的改变，因此单细胞水平上研究不同地区PM2.5的毒理效应，为空气污染治理、肺部疾病防控提供数据支撑。     

光镊技术在生命科学研究中的应用

介绍了光镊技术的工作原理和系统结构,论述了光镊技术工作特点,并结合具体的研究工作,阐述了光镊技术在单细胞、单分子等生命科学研究领域中的应用,最后给出了近年来光镊技术取得的进展和新的应用.     

浓醪乙醇发酵的单细胞拉曼光谱表征

应用激光镊子拉曼光谱技术收集500L发酵罐中木薯淀粉浓醪乙醇发酵过程底物、产物及酵母单细胞的拉曼光谱,以期从单细胞水平为乙醇发酵提供新的认识。结果显示:1)拉曼光谱可以实时监测浓醪乙醇发酵过程底物与产物的变化;2)酵母细胞胞内物质的变化存在类似于产物变化的前发酵期、主发酵期和后发酵期3个阶段,但出现的时间要比产物变化晚约4h;3)为适应浓醪发酵环境,酵母细胞的生理状态和胞内物质在不断地进行调整,随着环境乙醇浓度的升高,酵母细胞在胞内累积蛋白质和脂类物质,蛋白质二级结构逐渐变为以无规则卷曲为主;4)发酵后期,酵母细胞在胞内累积大量的嘌呤类物质,但细胞间含量存在异质性。上述结果表明,单细胞拉曼光谱技术提供了一种研究微生物发酵的新方法,可从新的角度获知乙醇发酵过程酵母细胞内外的变化信息。     

基于单细胞拉曼技术鉴定非结核分枝杆菌的方法研究

非结核分枝杆菌（NTM）是除结核分枝杆菌复合群（MTC）和麻风分支杆菌以外的分枝杆菌总称。近年来NTM导致人类感染的发病率不断上升,其感染的临床症状与MTC感染极为相似,但两者治疗方案却存在差异,临床亟须快速、准确的鉴定方法用于诊断NTM感染。单细胞拉曼光谱技术（SCRS）具有非标记、免培养、快速、准确、低成本等优势。据此,我们提出了一种基于显微共聚焦单细胞拉曼光谱技术鉴定NTM的方法。通过对临床常见的六种NTM（脓肿分枝杆菌、戈登分枝杆菌、偶发分枝杆菌、土分枝杆菌、鸟分枝杆菌以及堪萨斯分枝杆菌）的拉曼光谱进行处理比较,并结合峰位注释进行分析。采用无监督低维可视化的t-分布式随机邻域嵌入方法展示六种NTM的拉曼数据结构,证明其数据在低维空间上的可分性后,比较分类中常用的六种分类器[支持向量机分析(SVM)、K最近邻分类算法(KNN)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、随机森林(RF)、线性判别分析(LDA)、XG Boost]的效果。SVM和LDA在NTM分类中效果最好,分别达到了99.4%和98.8%的测试准确率;SVM仅对于堪萨斯分枝杆菌（97.96%,48/49）的分类准确性略低,其余均为100%;LDA对于脓肿分枝杆菌（95.65%,22/23）和戈登分枝杆菌（96.30%,26/27）,其余也均为100%。因此,单细胞拉曼检测结合SVM分类器为NTM快速准确鉴定提供了富有潜力的新工具。     

南极海洋芳香烃低温降解微生物的拉曼光谱分析

激光镊子拉曼光谱技术可以实现在自然状态下对单个细胞或细胞器较长时间的观察研究.应用激光镊子拉曼光谱技术实时观察南极微生物低温降解芳香烃过程中单个南极细菌的细胞生长和胞内生物大分子的动态变化过程,收集、分析其拉曼光谱,结果发现:单细胞的拉曼光谱反映了其细胞内部的生命物质组成,南极动球菌 NJ41 和希瓦氏菌 NJ49 生...