《单细胞分析》

单细胞分析是分析化学、生物学和医学多学科相互渗透发展形成的跨学科前沿领域。 分析化学新方法新技术丛书——《单细胞分析》，由武汉大学程介克教授等著。全书共分15章，全面系统地介绍了单细胞分析的各种方法，包括毛细管电泳、微流控芯片、多种光学显微镜（荧光显微镜、聚焦荧光显微镜、全内反射荧光显微镜、多光子荧光显微镜、荧光相关显微镜、近场扫描光学显微镜等）、扫描电化学显微镜、质谱成像、原子力显微镜、扫描隧道显微镜图像分析、阿达玛变换显微光谱及成像、肿瘤电化学及免疫分析、动力学分析、荧光及发光探针、纳米技术以及实时动态检测等新技术和新方法。     

单细胞成像分析研究进展

本文综述了近年来单细胞成像分析方法的研究进展。重点讨论了图像细胞光度测量、荧光显微成像、红外(近红外)与拉曼显微成像、磁共振成像和扫描探针显微镜成像等技术,并展望了单细胞成像的发展前景。     

高分辨阿达玛变换显微荧光图像分析(Ⅱ)单细胞DNA荧光图像生成、处理及自动定量分析研究

本研究把荧光显微镜，阿达玛变换多通道成像技术和计算机图象处理技术结合起来，建立了一种单细胞DNA荧光图像自动定量分析系统，对系统的成像原理、信号编码和解码方法及单细胞定量分析方法进行了讨论，分析结果表明，本系统提供的单细胞定量分析数据稳定可靠。     

基于光学成像技术的单颗粒电化学研究

光学显微镜技术具有高时空分辨率、高通量、高灵敏度、非接触等优点,十分适合于微观、异相界面的电子转移过程研究,因而在单颗粒电化学分析中展现出良好的应用前景.结合本课题组的研究工作,本文主要介绍了单分子荧光显微镜、表面等离激元共振显微镜、暗场显微镜及电化学发光四种光学显微技术在单纳米粒子电化学研究方面取得的最新研究进展,最...     

量子点在生物体系中的光学应用

量子点（QDs）与传统染料分子相比,具有量子产率高、光学漂白低、稳定性强、尺寸可调等独特的光学特性.通过与荧光、电化学发光、荧光共振能量转移、循环伏安、差分脉冲伏安以及方波伏安等光电化学技术的联用,使得量子点在DNA、蛋白质、酶等生物分子,细胞以及活体成像中的应用越来越广.本综述简单介绍了量子点的特性及制备方法,重点讨论了其在生物体系中光学检测DNA、蛋白质及酶等生物分子,细胞分析以及活体成像中的应用,并展望了其在未来生命分析中的研究趋势与前景.     

受激辐射耗尽超分辨显微成像的研究进展及应用

荧光显微镜凭借其非接触、无损伤、可实时探测生物样品内部等优点,成为生命科学研究中不可或缺的工具,但是Abbe光学衍射极限的存在限制了其对亚细胞尺度生化过程的进一步研究。作为突破光学衍射极限的远场光学显微镜,受激辐射耗尽(Stimulated Emission Depletion,STED)超分辨荧光显微术,因其超高时空分辨率和三维层析能力,成为备受关注的新型成像和分析表征工具。本文结合我们课题组在STED显微成像研究方面的工作,综述了近年来STED显微成像技术的研究进展及其在细胞成像中的应用。     

扫描离子电导显微镜的原理及应用

扫描离子电导显微镜(SICM)是一种扫描探针显微技术,通过测定超微玻璃管探针的离子电流,它能够非接触地扫描样品表面,进而研究样品的形貌及性质。SICM具有成像分辨率高、探针易于制备和对被成像物体无损伤等特点,特别适用于研究生理条件下的活体细胞,是一种与扫描电化学显微镜及原子力显微镜互补的扫描探针显微镜技术。SICM能够对软界面及表面,如活细胞表面的显微结构,进行高分辨率成像;并能够与其它技术联用,研究细胞形貌与功能的关系;还能控制沉积特定分子,实现纳米尺度的显微操作与加工。本文对SICM的发展历史、仪器构造、基本原理及应用进行了综述。     

结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学

近年来,单颗粒碰撞技术在纳米电化学领域受到广泛关注. 该技术通常控制超微电极处于某一电位,检测单个纳米颗粒随机碰撞到电极表面后产生的瞬时电流. 通过分析电流信号,可以研究单个纳米颗粒的性质. 尽管该技术可以检测单个纳米颗粒的电化学或电催化电流,但是传统的单颗粒碰撞技术缺乏空间分辨率,难以识别和表征特定的纳米颗粒. 因此,结合光学成像技术研究单颗粒碰撞电化学来补充电化学技术缺失的空间信息已成为一种趋势. 本文首先简要综述了单颗粒碰撞技术的三种检测原理,主要介绍了近年来单颗粒碰撞技术与荧光显微镜、表面等离激元共振显微镜、全息显微镜和电致化学发光相结合的研究进展,最后展望了单颗粒碰撞技术未来的发展趋势.     

NEWS

单细胞分析是实现生命科学精细化研究重要的技术方法之一。它可以使得我们了解复杂生命过程中细胞与细胞之间的相互作用,更加深入地揭示疾病细胞的分子机理。目前主要的单细胞分析方法包括光学分析和电化学分析。光学分析具有通量高的优点;但需要针对被分析分子设计特定探针实现高选择性的检测,无法构建统一化探针;而电化学分析则可利用氧化酶,转化各种被分析分子成具有电活性的活性氧分子,实现统一化的高时空分析;但该方法存在检测通量低的缺点,难以满足临床检测需求。在基金委重大科研仪器设备研制专项“单细胞时空分辨分子动态分析系统”的支持下,南京大学陈洪渊院士、江德臣副教授课题组系统的发展了单细胞电致化学发光检测平台,将单细胞电化学检测过程产生的电化学信息转化为光信号,从而有效的发挥了电化学检测和光学检测的优点,实现高通量的单细胞分析。该方法避免了传统光学方法需针对特定分子进行独特设计的不足,有望用于临床分析。     

单个等离子体纳米颗粒在生化分析和生物成像中的应用

等离子体纳米颗粒（PNPs）因其独特的物理、化学、光学和生物学特性而被广泛地应用于材料科学、生物学和医药学等研究领域。PNPs的光学性质是可以通过改变其组成、形状和大小来进行调控的,所以利用可控合成的方式能够筛选出适合的光散射探针。在单分子水平上实时研究PNPs的动态行为对于理解细胞及活体组织的生命活动机制、制备功能型纳米材料和开发新型化学生物传感器等有着重要的意义。基于传统的暗场显微镜（DFM）,通过对光源、检测器及其它光学元件的择优组装和调试,我们开发出了一系列具有高灵敏度、高时空分辨率和高通量的等离子体光散射成像技术,并将其应用于单分子检测、多颗粒传感、单细胞成像以及生物过程示踪等领域。基于具有光学各向异性的PNPs,我们还研制出了活细胞三维扫描成像系统和超连续激光光片成像与高速毛细管电泳联用系统,推进了单分子光谱方面的研究。本文将总结近十年来本课题组在PNP单颗粒分析及成像中的工作,并为该领域未来的发展提出一些新的思路。     

二次离子质谱-激光扫描共聚焦显微镜联用对单细胞显微成像-原理及应用

二次离子质谱(SIMS)分析主要用于半导体、地质等领域材料表面分析,随着科学仪器技术的发展,近年来,SIMS在生命科学领域中得到了越来越广泛的应用。SIMS可以实现对样品表面的质谱分析、化学成像以及深度剖析。三维SIMS成像分析的横向分辨率可达80~100 nm,纵向分辨率1~5 nm。但是,由于缺少特异性指示亚细胞结构的碎片离子,单细胞SIMS成像分析仍然面临着诸多挑战。激光扫描共聚焦显微成像(LSCM)作为一种单细胞成像技术已日趋成熟,可以对单细胞中的荧光分子或者对荧光标记的目标分子、细胞器成像,获得高分辨率亚细胞结构成像图。因而,LSCM在单细胞形貌分析上的优势和SIMS在单细胞化学成像方面的优势可以有效互补,其联合应用能显著提升单细胞分析的应用范围、深度和结果的准确性。本文重点介绍SIMS成像以及SIMS-LSCM联用成像在单细胞成像研究中的应用进展,在总结、评述该领域代表性工作的同时,对SIMS-LSCM联用成像在化学和生命科学研究,特别是在细胞生物学和药物发现领域的应用前景进行了展望。     

微流控进样阿达玛变换显微荧光成像单细胞分析

将微流控芯片用于单细胞进样,以自制阿达玛变换显微荧光成像分析系统进行成像检测,讨论了影响单细胞进样和荧光成像的主要因素,并对花粉细胞DNA含量进行定量分析。结果表明：微流控进样技术与HT显微成像技术相结合,可有效可靠地应用于单细胞分析中,所测定的三个玉帘花粉的DNA含量分别为124．4、123．9和62．9pg。     

电化学扫描隧道显微镜的研制及银、镍的现场电沉积研究

本文报道电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)的研制技术,包括电子线路及绝缘探针尖的制备。研制的ECSTM中,试样和探针的电位能同时控制。绝缘探针的制备包括先用电化学腐蚀形成针尖,然后再在光学显微镜下绝缘,用扫描电子显微镜评定了绝缘针尖的性能。最后用研制的ECSTM现场研究了银、镍在高定向裂解石墨(HOPG)上的电沉积。     

探索脑化学纳米电化学监测单细胞、单囊泡、突触间隙释放化学信号分子及形貌分析

针对已有的微米及纳米电化学监测单囊泡、单突触及突触间隙释放, 扫描电化学显微镜用于单细胞释放前后形貌变化的定量分析, 微流控与阵列电极集成芯片, 用于细胞灌注培养及监测释放化学信号分子的研究工作进行了评述. 同时, 对近几年此领域的前沿研究进行了简要评论, 并对其未来发展提出了一些新的观点.     

基于LSCM的线扫描方向识别方法的建立与应用

激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)具有高分辨率和高光学切片的成像能力,是生命科学研究不可或缺的工具。通常采用的XY或者XYZ扫描方式成像速度慢,限制了生物研究中快速现象的追踪。本文介绍了实时快速成像的XT线扫描模式,并建立线扫描方向的识别方法。制作荧光小球样本,经过荧光小球划出不同方向的线段,使线段的一端接近荧光小球的中心而另一端远离,对线段进行XT线扫描,根据荧光信号与两端距离的远近判断扫描方向。阐述了XT线扫描在Zeiss、Nikon和Olympus共聚焦显微镜中的具体操作方法,并比较了其线扫描方向的差异。本研究建立了一套确定线扫描方向的实用方法,该方法简便易操作,具有普遍适用性,可为显微成像从业者和研究者提供借鉴。     

基于散射信号的超分辨光学相减显微镜

现有的光学超分辨显微成像技术主要依赖于特殊的荧光标记物,其对于大多数非荧光样品的超分辨成像就变得无能为力。因此我们提出将光学相减显微技术应用到非荧光样品的成像当中,利用普通共聚焦光斑和面包圈型光斑分别激发样品的散射光成像,从而得到样品同一区域的两幅图像,再通过图像相减的方法提高了图像空间分辨率。不同于一般的超分辨成像方法,这种光学相减显微镜不需要特殊的样品预处理过程,同时两次成像的激发光强度可以保持在一个较低水平,避免了样品损伤的影响。随后金纳米小球和有机聚合物微丝的散射成像实验证明了光学相减显微镜可以将空间分辨率提高到215 nm (0.33λ, 1λ = 650 nm),并且通过探测散射信号得到更多的样品细节信息。     

利用AFM和SNOM对淋巴细胞膜表面超微结构及其光学性质的初步研究

利用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy，AFM)对淋巴细胞表面形貌进行了形态学的初步研究，观察到了其膜表面其他显微技术所不能发现的超微结构．同时也运用扫描近场光学显微镜(Scanning Near field Optical Microscopy，SNOM)对淋巴细胞进行成像，观察了其对光的透射、吸收等光学性质，并对两种成像方法进行了比较．研究发现：淋巴细胞膜表面凹凸不平，分布着大量直径几十到几百纳米不等的小颗粒；淋巴细胞中央部位有自发荧光现象．结果表明，AFM和SNOM可作为进一步探讨淋巴细胞的结构与功能关系的有力工具．     

SECM基本原理及其在金属腐蚀中的应用

扫描电化学显微镜（SECM）是一种具有较高空间分辨率的化学显微镜,在成像和动力学研究已经广泛应用. 本文简要介绍SECM基本原理,综述2009年以来SECM在腐蚀方面的应用,包括扫描成像和异相转移电子化学活性的研究,并简要介绍了作者课题组在SECM方面的研究工作,展望SECM在腐蚀研究的应用.     

扫描电化学显微镜及其在生物分析中的应用研究进展

扫描电化学显微镜(SECM)以其极高的空间分辨率、操作简单、测试样品更接近实际应用情况等特点,近年来逐渐成为生物样品分析中的重要工具,在研究细胞形貌、氧化还原活性、细胞膜上活性位以及跨细胞膜的物质传递方面具有优异的性能。本文介绍了扫描电化学显微镜的工作原理及其在细胞分析、酶分析、DNA分析、抗体抗原分析及微修饰等方面的应用,并展望了该技术未来的发展方向。     

荧光成像在生物分析中的应用

荧光显微镜与荧光光谱仪耦合系统可获取显微荧光成像及微区荧光光谱、荧光寿命的测定信息,广泛应用于细胞、组织中蛋白质的结构功能分析,核酸的识别检测,金属离子、自由基的定量测定,以及纳米生物探针的研制等生物分析研究的热点领域。本文引用文献46篇,综述了荧光成像在生物分析中的应用新进展。