CN107863286A - 一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置 - Google Patents

一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其包括细胞操控平台及探针对准装置、微流体探针及在线离子化装置和检测装置；所述细胞操控平台及探针对准装置上设置有所述微流体探针及在线离子化装置，细胞样品在所述细胞操控平台及探针对准装置中被原位裂解，经所述微流体探针及在线离子化装置在线形成离子化喷雾，进入所述检测装置。本发明的检测装置细胞样品自动操控、细胞原位裂解、裂解物自动传输，喷雾驱动液流传输及质谱检测与一体，可以对任意活体单细胞进行裂解，裂解物传输及在线的质谱检测。

Description

一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置
技术领域
本发明涉及一种单细胞质谱研究技术领域，特别是关于一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置。
背景技术
单细胞检测是通过质谱、毛细管电泳、液相色谱等手段在单细胞水平实现细胞内容物、代谢物及基因组等分析。随着技术的进步，科学工作者开发了越来越多的单细胞检测技术。单细胞分析能够为疾病检测、基因测序及细胞代谢组学等提供重要的信息，因而广受关注。单细胞检测已在药物研发、疾病预防及细胞分析机制和细胞通路研究中发挥着越来越重要的作用。
用于细胞分析的仪器手段有很多种，包括光学成像，荧光分析，电泳分析，色谱及质谱分析等。质谱作为细胞组分分析最重要的手段，很多单细胞质谱方法为单细胞研究提供了重要工具，如液滴单细胞质谱、探针刺入取样技术及喷墨打印单细胞技术。这些重要技术中，单细胞液滴技术包载率极低，而且不可避免的会包含细胞培养液，从而干扰单细胞组分的分析。探针刺入技术只能取得细胞内一部分样品，无法真实反映细胞对相应物质水平。喷墨打印技术也存在包载率低、无法与培养基分离、细胞与贴壁状态存在巨大差异等问题。因此，开发一种能够原位准确检测单细胞的单细胞质谱技术将对这一领域具有重大的推动作用。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其能最大程度保持细胞的原始状态，样品直接离子化完成质谱检测。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其特征在于：该装置包括细胞操控平台及探针对准装置、微流体探针及在线离子化装置和检测装置；所述细胞操控平台及探针对准装置上设置有所述微流体探针及在线离子化装置，细胞样品在所述细胞操控平台及探针对准装置中被原位裂解，经所述微流体探针及在线离子化装置在线形成离子化喷雾，进入所述检测装置。
进一步,所述细胞操控平台及探针对准装置包括电控载物台、培养皿、细胞培养基溶液和显微镜物镜；所述电控载物台上设置有用于培养细胞的所述培养皿，细胞上层覆盖有所述细胞培养基溶液；位于所述电控载物台下方设置有用于对细胞进行观察和定位的所述显微镜物镜。
进一步,所述微流体探针及在线离子化装置包括微流体探针、电源、固定环和针状末端；所述微流体探针与所述电源连接，且所述微流体探针设置在固定架上；所述微流体探针一端位于所述培养皿上方，通过调整所述电控载物台位置后使目标细胞位于所述微流体探针的正下方，所述流体探针另一端与所述针状末端连接。
进一步,所述流体探针另一端与所述针状末端之间通过固定环连接。
进一步,所述微流体探针包括外管和内管；所述外管内套设有所述内管；位于所述培养皿一侧，所述外管的末端与所述培养皿紧邻，所述内管的末端与所述培养皿之间具有距离。
进一步,所述外管采用普通玻璃管；所述内管采用熔融玻璃毛细管，其末端玻璃拉伸工艺形成所述针状尖端。
进一步,所述外管采用直管，所述内管采用L型弯管，且在折弯处采用具有弧度的结构。
进一步,所述电源采用商用高压电源，用以提供内管末端形成喷雾需要的电压。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明集细胞原位裂解、裂解液连续流控制、细胞裂解组分液驱动，在线实时离子化及检测于一体，可以对培养皿中培养的贴壁细胞或者组织切片上的细胞进行原位定点处理，并实现原位质谱检测，实现对单细胞的原位全组分分析。2、本发明的微流控芯片能够对单细胞进行逐个取样，而且能够最大程度的保持细胞贴壁生长状态下的物质成分及含量。3、本发明的细胞处理速度快，可以在很短的时间内完成单个细胞的取样。4、本发明通过外部粗管将待测细胞与周围环境溶液隔离开来，避免了细胞培养液中组分的干扰，实现了真正意义上的单细胞全组分分析。5、本发明可以将细胞裂解液换成药物溶液，可以实时监测细胞对药物的代谢水平。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的细胞样品控制及探针对准装置；
图3为本发明的细胞提取探针设计及喷雾形成装置。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种基于微流体探针的活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其包括细胞操控平台及探针对准装置1、微流体探针及在线离子化装置2和检测装置。细胞操控平台及探针对准装置1上设置有微流体探针及在线离子化装置2，细胞样品在细胞操控平台及探针对准装置1中被原位裂解，经微流体探针及在线离子化装置2在线形成离子化喷雾，进入检测装置，从而实现单细胞的全组分分析。
上述实施例中，细胞操控平台及探针对准装置1包括电控载物台3、培养皿4、细胞培养基溶液5和显微镜物镜6。电控载物台3上设置有培养皿4，细胞7培养在培养皿4内，细胞7上层覆盖有适量的细胞培养基溶液5。位于电控载物台3下方设置有显微镜物镜6，通过显微镜物镜6可以对细胞进行观察和定位，可以自动切换不同细胞及对细胞裂解过程进行记录。
在一个优选的实施例中，如图1、图2所示，细胞7以102～104个/平方厘米的密度种植在培养皿4里。
上述各实施例中，如图3所示，微流体探针及在线离子化装置2包括微流体探针、电源8、固定环9和针状末端10。微流体探针与电源8连接，且微流体探针设置在固定架(图中未示出)上。微流体探针一端位于培养皿4的上方，通过调整电控载物台3位置后使得目标细胞位于微流体探针的正下方，从而将目标细胞与周围培养基溶液5隔离开；微流体探针另一端通过固定环9与针状末端10连接，通过固定环9固定针状末端10的方向和位置，使得针状末端10正对检测装置的质谱检测口，提高检测灵敏度。
在一个优选的实施例中，微流体探针包括外管11和内管12；外管11的直径远大于内管12的直径。外管11内套设有内管12；位于培养皿4一侧，外管11的末端与培养皿4紧邻，内管12的末端与培养皿4之间具有距离。
在一个优选的实施例中，外管11采用直管玻璃管。内管12采用熔融玻璃毛细管，由于熔融玻璃毛细管具有良好的柔韧性，故可在折弯处可以根据需要在45度到180度之间调整。
在一个优选的实施例中，外管11采用普通玻璃管。内管12采用熔融玻璃毛细管，具有良好的柔韧性，其末端玻璃拉伸工艺形成针状尖端10。
在一个优选的实施例中，电源8可以采用商用高压电源，用以提供内管12末端形成喷雾需要的电压。
上述各实施例中，检测装置可以采用现有检测设备，检测装置的质谱检测口13与针状末端10正对。
综上所述，本发明在使用时，其过程如下：
1)调整外管11和内管12的相对高度，使得内管12的末端比外管11的末端高出适当的距离。
2)将微流体探针垂直靠近培养皿4的底面，通过电控载物台3将目标细胞调整到微流体探针的正下方，培养在培养皿4的细胞7可以由显微镜7观察，从而可以确认微流体探针端对准了单个细胞。
3)通过电控载物台3使得外管11紧贴培养皿4底面从而将目标细胞与周围培养基溶液5隔离开。
4)将细胞裂解液经外管11的上端注入，经过外管11从内管12的下端进入内管12，在外管11的上端连接电源8。高压电位经过溶液传导至针状末端10，在针状末端10持续形成喷雾14，溶液变成喷雾造成了溶液减少会在针状末端10处产生负压从而驱动流体在微流体探针中持续流动。
其中，细胞裂解液持续作用于培养皿4中的细胞7，经过一定的时间，细胞7被裂解进入内管12，然后经过内管12的针状末端10形成连续离子化电喷雾14。
5)喷雾14进入检测装置的质谱检测口13，成了活体单细胞的隔离、裂解、裂解物传输，离子化及质谱检测，实现对活体单细胞的全组分质谱分析。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其特征在于：该装置包括细胞操控平台及探针对准装置、微流体探针及在线离子化装置和检测装置；所述细胞操控平台及探针对准装置上设置有所述微流体探针及在线离子化装置，细胞样品在所述细胞操控平台及探针对准装置中被原位裂解，经所述微流体探针及在线离子化装置在线形成离子化喷雾，进入所述检测装置。
2.如权利要求1所述的一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其特征在于：所述细胞操控平台及探针对准装置包括电控载物台、培养皿、细胞培养基溶液和显微镜物镜；所述电控载物台上设置有用于培养细胞的所述培养皿，细胞上层覆盖有所述细胞培养基溶液；位于所述电控载物台下方设置有用于对细胞进行观察和定位的所述显微镜物镜。
3.如权利要求2所述的一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其特征在于：所述微流体探针及在线离子化装置包括微流体探针、电源、固定环和针状末端；所述微流体探针与所述电源连接，且所述微流体探针设置在固定架上；所述微流体探针一端位于所述培养皿上方，通过调整所述电控载物台位置后使目标细胞位于所述微流体探针的正下方，所述流体探针另一端与所述针状末端连接。
4.如权利要求3所述的一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其特征在于：所述流体探针另一端与所述针状末端之间通过固定环连接。
5.如权利要求3所述的一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其特征在于：所述微流体探针包括外管和内管；所述外管内套设有所述内管；位于所述培养皿一侧，所述外管的末端与所述培养皿紧邻，所述内管的末端与所述培养皿之间具有距离。
6.如权利要求5所述的一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其特征在于：所述外管采用普通玻璃管；所述内管采用熔融玻璃毛细管，其末端玻璃拉伸工艺形成所述针状尖端。
7.如权利要求5所述的一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其特征在于：所述外管采用直管，所述内管采用L型弯管，且在折弯处采用具有弧度的结构。
8.如权利要求3所述的一种活体单细胞原位裂解及在线离子化检测质谱接口装置，其特征在于：所述电源采用商用高压电源，用以提供内管末端形成喷雾需要的电压。
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