單細胞組分分析的研究進展

聶素娟 山東師范大學化學化工與材料科學學院， 山東濟南 250014

單細胞組分分析的研究進展

聶素娟 山東師范大學化學化工與材料科學學院， 山東濟南 250014

單細胞內(nèi)組分的分析和測定對疾病的治療和藥物篩選具有重要的意義。本文比較了兩種單細胞組分分析的方法即毛細管電泳和微流控芯片，并敘述了微流控芯片在單細胞研究方面的進展。

單細胞組分分析；毛細管電泳；微流控芯片

the analysis of intracellular components in individual cells; capillary electrophoresis; microfluidic chip

細胞是生物體生命活動的基本單位。探索細胞的生命過程，掌握與控制生、老、病、死的規(guī)律,必須以研究細胞為基礎。細胞群體分析往往掩蓋細胞之間的差異[1]，而單細胞組分分析可以獲得反映細胞生理狀態(tài)和過程的更準確、更全面的信息，對于研究細胞的信號轉(zhuǎn)導、生理病理和重大疾病的早期診斷等有重要意義。

1980年發(fā)展起來的毛細管電泳分離的方法已成功應用于單細胞內(nèi)多組分檢測，但是毛細管的一維結(jié)構(gòu)使單細胞進樣與溶膜操作較為復雜[2,3]。

1990年微流控芯片開始興起，由瑞士科學家Manz和Widmer[4]首次提出。微流控芯片，又稱微全分析系統(tǒng)或芯片實驗室，是把化學和生物等領域中所涉及的采樣、樣品預處理、反應、分離、檢測及細胞培養(yǎng)、分選、裂解等基本操作單元集成一塊幾平方厘米的芯片上,微通道形成網(wǎng)絡,可控流體貫穿整個系統(tǒng), 用以取代常規(guī)化學或生物實驗室的各種功能的一種技術(shù)平臺[5]。微流控芯片具有樣品和試劑用量少、分析速度快、通道尺寸與細胞直徑相當?shù)葍?yōu)點，目前在單細胞研究方面[6-8]備受關注。

1997年，單細胞操縱在微流控芯片首次實現(xiàn)[9]。隨后的十幾年來，在微流控芯片上進行細胞培養(yǎng)[10](如圖1)、細胞分選[11](如圖2)等單個細胞操作，以及單細胞組分分析[12](如圖3)等均成功實現(xiàn)。

圖 1 在微芯片上的三維流體圖[10]

圖 2 微型熒光激發(fā)細胞分選裝置[11]。

[1]Carlo, D. D.; Lee, L. P. Dynamic Single-Cell Analysis for Quantitative Biology. Anal. Chem. 2006, 78, 7918-7925

[2]Hogan, B. L.; Yeung, E. S. Capillary electrophoresis. Anal. Chem. 1992, 64, 2841-2845

[3]程介克，王宗禮.微柱分離用于單個細胞分析. 高等學?；瘜W學報.1997, 18, 1046-1053

[4]Manz, A.; Graber, N.; Widmer, H. M. Miniaturized total chemical analysis systems: A novel concept for chemical sensing. Sens. Actuators, B. 1990, 1, 244-248

[5]林炳承，等.微流控芯片實驗室. 北京:科學出版社. 2006, 1

[6]Yi , C. Q.; Li, C. W.; Ji, S. L.; Yang, M. S. Microfluidics technology for manipulation and analysis of biological cells. Anal. Chim. Acta. 2006, 560, 1-23

[7]J, E. A.; Sorger, P. K.; Jensen, K. F. Cells on Chips. Nature, 2006, 442, 403-411

[8]陳興,崔大付,劉長春，蔡浩原.用于細胞破裂的微流控生物芯片的研制.分析化學. 2007, 35,1656-1660

[9]Li, P.C. H; Harrison, D. J. Transport, Manipulation, and Reaction of Biological Cells On-Chip Using Electrokinetic Effects. Anal. Chem. 1997, 69,1564-1568

[10]Peng, X. Y.; Li, P. C. H. A Three-Dimensional Flow Control Concept for Single-Cell Experiments on a Microchip. 1. Cell Selection, Cell Retention, Cell Culture, Cell Balancing, and Cell Scanning. Anal. Chem. 2004, 76, 5273-5281

[11]Fu, A. Y.; Spence, C. ; Scheer, A.; Arnold, F. H.; Quake, S. R. A microfabricated

fluorescence-activated cell sorter. Nat.Biotechnol.1999, 17, 1109-1111

[12]Wu, H.; Wheeler, A.; Zare, R. N. Chemical cytometry on a picoliter-scale integrated microfluidic chip. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2004, 101, 12809 -12813

Advance on the Analysis of Intracellular Components in Individual Cells

Nie Sujuan
College of Chemistry, Chemical Engineering and Materials Science, Shandong Normal University, Shan Dong, Jinan 250014, P.R.China

The analysis and determination of intracellular components in individual cells is of great significance in treatment of diseases and drug screening. In the paper, the comparison of two methods (capillary electrophoresis and microfluidic chips) for single-cell analysis was done. Also, progression on cell studies by microchips were stated.

O 657.3

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.16.102

聶素娟 女 碩士 單位：山東師范大學。