毛细管电泳单细胞分析*

细胞是生命活动的基本单位,单细胞分析能够阐明细胞的结构与功能,揭示细胞之间的差异性,在细胞分化、生理病理研究及疾病早期诊断中具有重要作用。毛细管电泳作为一种高效的分离手段,所需样品体积小,能与高灵敏度检测器联用,特别适于单细胞分析。本文从单细胞进样技术、单细胞裂解技术、检测方法及应用等方面,对2007年以来毛细管电泳用于单细胞分析的最新进展做了相应叙述,并对未来的发展方向进行了展望。表明毛细管电泳不仅适于单细胞分析,而且仍有巨大的发展潜力和广阔的应用空间。     

单细胞分析技术研究进展

细胞是生命结构和生命活动的基本单位,基于单细胞的研究是生命研究的基础。由于细胞体积极小、细胞微环境复杂并且起到关键作用的组分含量往往较低,因此在很多方面单细胞分析仍然是一项具有挑战性的任务。该文对现有的单细胞分析技术进行归纳、总结,重点介绍了不同单细胞分析技术的特点及其应用的最新进展。     

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。     

基于微流控技术的单细胞生物物理特性表征

单细胞水平的生物物理特性表征,可有效阐明细胞的功能和状态,揭示细胞的单体差异性,对于细胞的分化和病理研究,以及疾病的早期临床诊断和治疗具有非常重要的意义。由于具有与细胞尺度相匹配的微米级腔道,微流控芯片比传统生化方法更适合单细胞样本的微环境精确控制、高通量定向操纵及多参数非特异性检测,已成为单细胞表征与分析的一项重要技术平台。本文总结了基于微流控技术的单细胞生物物理特性表征方法及其应用的最新进展,着重分析微流控芯片在常规方法难以达成的单细胞和高通量研究中的独特优势,最后探讨了微流控单细胞生物物理特性检测芯片在临床应用中面临的挑战和未来的发展动向,并提出一种新型的单细胞多参数同时表征的微流控分析器件。     

基于流体动力单细胞高效捕获的微流控芯片结构研究进展

单细胞分析对于重大疾病的早期诊断及治疗、药物筛选和生理病理过程的研究具有重要意义。微流控芯片能够精确控制单细胞的微环境,实时监测单细胞的行为,已成为单细胞分析的强大工具。单细胞捕获是单细胞分析的重要步骤。目前已报道了多种微流控芯片用于单细胞捕获的方法,其中基于流体动力的微流控芯片单细胞捕获方法具有操作方便、单细胞捕获效率高等优点,受到研究人员的广泛关注及使用。为了全面了解基于流体动力的微流控芯片单细胞捕获方法的研究现状,掌握单细胞高效捕获的微流控芯片结构设计,实现单细胞精准快速分析,本文综述了基于流体动力的单细胞高效捕获（>70%）原理及微流控芯片结构,根据结构设计不同分为微井结构、微柱结构和旁路通道结构,介绍了单细胞高效捕获的微流控芯片优化过程,总结了微流控芯片的材质、结构特点及单细胞捕获效率等,对不同单细胞捕获结构的优势及不足进行了分析。最后,对基于流体动力的微流控芯片单细胞捕获方法的发展趋势进行了展望。     

单细胞分析中的荧光标记化学*

细胞内组分复杂、含量低,因此测定单细胞内化学组分的分析方法必须具有灵敏度高、选择性好和分辨率高的特点。高灵敏度的荧光检测技术是单细胞分析中应用最多的检测方法之一。但是细胞内绝大部分物质其天然态是没有荧光的,且由于细胞膜的阻碍,衍生试剂不能自由地进入细胞内。为了使衍生试剂透过细胞膜标记细胞内待测物质而不引起显著的稀释效应,已进行了大量的研究工作。本文综述了在单细胞分析中常用的荧光标记方法,包括细胞作为微反应器的衍生法,借助于脂质体与聚乙二醇（PEG）等增加细胞膜通透性的衍生方法和在毛细管/芯片毛细管电泳分析单细胞时柱上衍生和柱后衍生法以及量子点的标记法等。对这些方法的原理、特点和在单细胞分析中的应用也做了较为详细的阐述。     

集成微流控芯片在单细胞测序样品制备中的应用

近年来,单细胞测序技术的飞速发展,从更精细的水平上揭示了细胞在遗传物质上的异质性.微流控技术作为操纵微量液体的新兴技术,尤其适合单细胞这样的微观物体操纵.本文着重介绍了集成微流控芯片在单细胞测序样品制备领域中的应用,包括单细胞全基因组测序样品制备、单细胞转录组测序样品制备和少量细胞的表观遗传组测序样品制备.相比传统方法,集成微流控芯片不仅在单细胞的操纵和俘获上有着独特的优势,也更容易进行高通量的并行实验,结果也显示了高度的平行性和重复性.集成化微流芯片在单细胞测序样品制备领域显示出了巨大的应用前景.     

单细胞与空间转录组分析研究进展

单细胞的异质性在胚胎发育、神经系统发育、癌症病变等生物学过程中具有重要的研究意义。单细胞转录组测序利用测序技术解析细胞内转录本序列,为细胞异质性研究提供可靠、准确的研究手段及观测视野,为揭示生物发育规律、疾病发生发展机制等提供了重要的技术手段。该文围绕单细胞与空间组学分析,综述了近年来发展的各类单细胞转录组测序、单细胞多组学测序及空间转录组分析方法,分析了其优缺点。同时展望了单细胞与空间转录组分析领域的发展趋势,即开发低成本、全方位、高通量、高分辨的单细胞空间多组学分析方法以实现对单个细胞更为细致、全面及准确的描述和精准单细胞图谱构建。     

用于单细胞RNA分析的循环肿瘤细胞团捕获和单细胞分离方法的质量评估

循环肿瘤细胞团（Circulating tumor cell cluster, CTC cluster）的单细胞分析对CTC cluster的生物学效应分析极其重要。为了使CTC cluster单细胞分析可以获得最有效的结果,分析前的捕获和单细胞分离的过程必须能够保持CTC cluster的完整性和细胞内部RNA的完整。本研究通过单细胞RNA测序中的逆转录方法逆转录并定量3个看家基因进行RNA质控,同时测量CTC cluster的横向直径用于评估CTC cluster的完整性,从而测定CTC cluster捕获和单细胞分离过程对CTC cluster单细胞分析结果的影响。分别采用胰酶-EDTA和非酶细胞解离溶液（Non-enzymatic cell dissociation solution, NECDS）分离CTC cluster中的单细胞,并考察了单细胞分离过程对胞内RNA的影响。考察了负向富集、正向富集和膜过滤捕获方案中不同操作流程对CTC cluster完整性和单细胞内RNA完整性的影响。结果表明,NECDS可快速分离CTC cluster中的单细胞且不会对细胞内RNA产生影响...     

单细胞质谱分析方法研究进展

细胞的个体差异性对于生物体生理功能的运行至关重要,准确阐释相关生物学机理需要以单细胞化学组分的准确测量为基础。然而,由于单细胞中的物质含量低、组成复杂,且不同物质的含量差异大,导致单细胞分析的技术难度极大。质谱技术凭借其高灵敏度、高特异性,以及强大的结构解析能力,近年来在单细胞分析研究中得到了广泛应用。研究者已建立了多种质谱分析方法,实现了单细胞中不同物质的准确测量。从离子化技术的角度,单细胞质谱分析方法目前主要包括三类,即纳升电喷雾离子化质谱法、激光解吸附离子化质谱法和二次离子质谱法。本文对近年基于上述三种离子化技术的单细胞质谱分析方法的研究进展进行了归纳和总结,对单细胞质谱分析方法未来的发展趋势进行了展望。     

Analytical Chemistry on the Femtoliter Scale

The compartmentalization of reactions in femtoliter (fL) containers and integration of fL containers into arrays not only enhances and accelerates chemical and biochemical analysis but also leads to new scientific methods and insights. This review introduces various fL container and array formats and explores their applications for the detection and characterization of biologically relevant analytes. By loading analytes, sensing elements, or cells into fL arrays, one can perform thousands of analytical measurements in parallel. Confining single enzyme molecules in fL arrays enables one to analyze large numbers of individual enzyme molecules simultaneously in solution. New nanofabrication techniques and progressively more sensitive detection methods drive the field of fL analytical chemistry. This review focuses on the progress and challenges in the field of fL analytical chemistry with examples of both basic and applied research.     

What Kind of Professional Training of Analytical Chemists is Required in Classical Universities?

The aims, curricula, and types of professional training of analytical chemists in classical universities are considered. Based on the data of a questionnaire filled at by the members of of analytical chemistry departments, an optimum set of special courses was proposed for the specialty analytical chemistry. An alternative set of special courses corresponding to the applied approach to training analytical chemists is sometimes taught to students of new specialties. A compromise between the two approaches is the introduction of additional educational programs.     

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.     

分析化学的“昨天、今天和明天”

简述了分析化学的发展历史。分析化学的"昨天",从基于物理化学的溶液理论,以目视可见为工具的"化学分析",进入以物理方法为基础的仪器分析,因此有人提出"化学正在走出分析化学";分析化学的"今天",因为它的主体任务是解决物质的分子原子结构和成分,所以又回归化学领域;对分析化学的"明天"寄厚望,分析化学走出历来仅仅以"为他人报告提供数据"的技术支持者的角色,成为"实际问题解决者",利用分析化学中综合分析的"剖析技术",为新产品开发创制的"反工艺研究"做出独特的贡献。     

新工科背景下分析化学中质量保证和质量控制的教学改革探究*

通过对目前分析化学教学中存在问题的分析,探究了新工科背景下分析化学专业中关于质量保证和质量控制方面的教学改革,提出了增设“分析化学中的质量保证和质量控制”或者类似的课程的建议,指出分析化学的教学应该围绕整个分析过程展开,并将分析化学中的质量保证和质量控制知识融入分析全过程中,注重理论课程与实践课程相互结合的同时更加强调应用性,增强学生的实践能力和分析问题、解决问题的能力。此外,分析化学教学重在“分析”,要与分析实验室/检测机构保持紧密联系,应建立以市场为导向、以技术为核心的教学活动,从而实现为社会不断培养与时俱进的分析人才的教育目标。     

Subject matter, role, and place of organic functional analysis in analytical chemistry

The place and role of organic functional analysis in analytical chemistry are considered. It is demonstrated that various areas of application of functional analysis are not joined into a single system as an important branch of analytical chemistry. A current analysis of the subject matter, role, and place of functional analysis in analytical chemistry allows one to recognize four main branches, which most adequately reflect the completeness and nature of this constituent of organic analysis.     

Recent advances in the development of single cell analysis—A review

Development of techniques for the analysis of the content of individual cells represents an important direction in modern bioanalytical chemistry. While the analysis of chromosomes, organelles, or location of selected proteins has been traditionally the domain of microscopic techniques, the advances in miniaturized analytical systems bring new possibilities for separations and detections of molecules inside the individual cells including smaller molecules such as hormones or metabolites. It should be stressed that the field of single cell analysis is very broad, covering advanced optical, electrochemical and mass spectrometry instrumentation, sensor technology and separation techniques. The number of papers published on single cell analysis has reached several hundred in recent years. Thus a complete literature coverage is beyond the limits of a journal article. The following text provides a critical overview of some of the latest developments with the main focus on mass spectrometry, microseparation methods, electrophoresis in capillaries and microfluidic devices and respective detection techniques for performing single cell analyses.     

Analytical chemistry and inorganic chemistry — an unhappy marriage?

Summary Analytical chemistry is a discipline which has a large impact in other fields of chemistry and natural sciences as well as in technology and society. Traditionally, analytical chemistry has been grouped together with inorganic chemistry to such an extent that they are often viewed as a single discipline. While this has been beneficial for the development of both inorganic and analytical chemistry, it is increasingly important that the need of analytical education by the organic and biochemists as well as by chemical engineers is clearly recognized. The tightening environmental protection requires the analyst to be conversant with more sensitive, more accurate, and more reliable techniques in novel chemical surroundings, but at the same time he has to have as thorough knowledge in every field of chemistry as possible.     

绿色分析化学技术研究进展

绿色分析化学是受到广泛关注的一门前沿科学,它是把绿色化学的基本原理应用在新的分析方法和技术方面.对绿色分析样品前处理技术、绿色分析分离富集技术和绿色分析测试技术进行了综述.