CN112444583A - 基于纸基放电技术的细胞检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于纸基放电技术的细胞检测装置及方法，所述细胞检测装置包括质谱仪；纸具有尖端，导电体连接所述纸，并适于连接电源；承载件具有多个承载位，所述承载位用于承载细胞；流体管道的端部和所述承载位配合，在所述承载位和流体管道间形成与外界隔离的空间，所述承载位的细胞处于所述空间内；所述流体管道具有分别连通所述空间的进口和出口；气源用于向所述空间内供给气体，驱动所述空间内的物质进入所述流体管道，从所述流体管道出口排出的物质喷射到所述尖端和导电体之间的纸上。本发明具检测准确、自动化等优点。

Description

基于纸基放电技术的细胞检测装置及方法

技术领域

本发明涉及细胞分析，特别涉及基于纸基放电技术的细胞检测装置及方法。

背景技术

单细胞技术在近年来的发展迅速，随着单细胞测序、单细胞转录组等技术的不断发展，人类从DNA、RNA的水平深入了解了细胞群体异质性，单细胞分析对于研究细胞间异质性研究有着重要意义。质谱仪因其高灵敏度、准确的结构鉴定、定量分析等特性，广泛应用于单细胞分析中。然而，单细胞只有fL~pL的微小体积，若萃取液体体积过大，对细胞内的代谢物稀释过度，便会导致浓度过低，超出质谱检测范围；如果稀释过少，可供分析的样品量就过少，对样品的操控难度就大大增加。

已有研究者将纸喷雾质谱技术用于细胞分析，此方法以三角形纸基为载体，将样品加在纸基表面，施加高电压，利用电压驱动溶剂溶解提取样品中目标物，使其迁移、电离，在纸基尖端气化形成电喷雾进入质谱进行分析。该方法操作方便，且不会导致稀释过度。但是，纸喷雾质谱技术存在以下问题：

1. 与使用气帘气的质谱仪联用操作时，由于溶剂在纸上快速变干而导致产生短暂且不稳定的喷射，导致质谱信号不稳定、灵敏度低。

2. 该方法一般通过移液管方式点样，无法保证在单细胞水平上分析样品。

3. 由于存在基质干扰问题，面对复杂生物和环境复杂基体样品的分析时具有局限性。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种准确性好、稳定性好的基于纸基放电技术的细胞检测装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

基于纸基放电技术的细胞检测装置，所述细胞检测装置包括质谱仪；所述基于纸基放电技术的细胞检测装置还包括：

纸和导电体，所述纸具有尖端，所述导电体连接所述纸，并适于连接电源；

承载件，所述承载件具有多个承载位，所述承载位用于承载细胞；

流体管道的端部和所述承载位配合，在所述承载位和流体管道间形成与外界隔离的空间，所述承载位的细胞处于所述空间内；所述流体管道具有分别连通所述空间的进口和出口；

气源，所述气源用于向所述空间内供给气体，驱动所述空间内的物质进入所述流体管道，从所述流体管道出口排出的物质喷射到所述尖端和导电体之间的纸上。

本发明的另一目的在于提供了基于纸基放电技术的细胞检测方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

基于纸基放电技术的细胞检测方法，所述细胞检测方法包括以下步骤：

（A1）流体管道的一端和承载件上的承载位配合，形成与外界隔离的空间，所述承载位的细胞处于所述空间内；所述承载件具有多个承载位；

（A2）气体进入所述空间，驱动所述细胞的萃取物质从所述流体管道的开口端喷出；

（A3）连接纸的导电体放电，喷射到所述纸上的萃取物质被电离，离子从所述纸的尖端射出，进入质谱仪；

（A4）质谱仪分析离子，获得细胞的信息。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1．检测结果准确；

萃取液为固定体积，单细胞被萃取液萃取，而不混入其它物质，较好的控制稀释浓度，提升组间可对比性；

单细胞与萃取液充分接触，减少基质干扰，提高细胞检测的准确性；

2．检测稳定性好；

利用流体管道和承载位形成与外界隔离的空间，再利用通过进口进入空间的气体的推力作用持续地向纸基供给萃取物质，克服单点进样的纸基电喷雾无法形成稳定持续电喷雾的问题，从而提升纸喷雾质谱的信号稳定性，无需额外持续地向纸基补入溶剂。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例的基于纸基放电技术的细胞检测方法的流程图；

图2是根据本发明实施例2的流体管道的纵截面结构图；

图3是根据本发明实施例3的流体管道的纵截面结构图；

图4是根据本发明实施例4的流体管道的纵截面结构图。

具体实施方式

图1-4和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

基于纸基放电技术的细胞检测装置，所述基于纸基放电技术的细胞检测装置包括：

质谱仪，所述质谱仪具有进样口；

纸和导电体，所述纸具有尖端，如三角形的纸，所述导电体连接所述纸，并适于连接电源；

承载件，所述承载件具有多个承载位，如呈矩阵式分布的承载位，所述承载位用于承载细胞，如单个细胞；

流体管道，所述流体管道的端部和所述承载位配合，在所述承载位和流体管道间形成与外界隔离的空间，所述承载位的细胞处于所述空间内；所述流体管道具有分别连通所述空间的进口和出口；

气源，所述气源用于通过所述进口向所述空间内供给气体，驱动所述空间内的物质进入所述流体管道，从所述流体管道出口排出的物质喷射到所述尖端和导电体之间的纸上。

为了形成所述空间，进一步地，所述流体管道包括：

毛细管和传输管，所述传输管套设在所述毛细管外侧；当所述传输管的开口端与所述承载位接触时，所述毛细管的第一开口端和承载位间具有缝隙；所述空间形成在所述传输管内部，且处于承载位和毛细管的第一开口端之间；所述空间内的物质从所述第一开口端进入毛细管，从所述毛细管的第二开口端排出；所述气源连通所述传输管内部。

为了形成所述空间，进一步地，所述流体管道包括：

毛细管和传输管，所述传输管设置在毛细管的外侧，并和所述毛细管的部分外壁间形成呈上下延伸的夹层；当所述毛细管的第一开口端和所述传输管的开口端与所述承载位接触，所述空间形成在所述毛细管、传输管和承载位之间；所述空间内的物质从所述毛细管的第一开口端进入，从毛细管的第二开口端排出；所述气源连通所述传输管内部。

为了形成所述空间，进一步地，所述流体管道包括：

毛细管和传输管，当所述毛细管的第一开口端与所述承载位接触，所述空间形成在所述毛细管的第一开口端和承载位之间；所述传输管与所述毛细管连接，并连通所述空间；所述空间内的物质从所述毛细管的第二开口端排出；所述气源连通所述传输管内部。

为了检测每一个承载位的细胞，进一步地，所述细胞检测装置还包括：

驱动单元，所述驱动单元驱动所述流体管道或承载位，使得所述流体管道与任一承载位接触，从而形成所述空间。

为了将定量的萃取液施加到毛细管内，进一步地，所述细胞检测装置还包括：

容器，所述容器上端开口，适于容纳细胞萃取液；

所述驱动单元驱动所述毛细管上下移动和上下翻转。

为了形成所述空间以及传输细胞，进一步地，所述第一开口端的内径为0.5mm-1.2mm，所述第二开口端内径在10μm-100μm；所述第一开口端处于所述传输管内，且和传输管的接触承载位的一端的距离为0.5mm-2mm。

为了将定量的萃取液送至空间内以完成细胞的萃取，进一步地，所述细胞检测装置还包括：

液体源和定量单元，所述液体源提供的萃取液经过所述定量单元定量后进入所述传输管。

图1给出了本发明实施例的基于纸基放电技术的细胞检测方法的流程图，也即根据本实施例的细胞检测装置的工作方法，如图1所示，所述细胞检测方法包括以下步骤：

（A1）流体管道的一端和承载件上的承载位配合，形成与外界隔离的空间，所述承载位的细胞处于所述空间内；所述承载件具有多个承载位；

（A2）气体进入所述空间，驱动所述细胞的萃取物质从所述流体管道的开口端喷出；

（A3）连接纸的导电体放电，喷射到所述纸上的萃取物质被电离，离子从所述纸的尖端射出，进入质谱仪；

（A4）质谱仪分析离子，获得细胞的信息。

为了萃取细胞，进一步地，所述萃取的方式为：

所述细胞被萃取的方式为：

所述细胞被先进入所述空间的萃取液萃取，萃取物质在后进入所述空间的气体驱动下进入流体管道内；或者，

所述细胞被进入空间的气体驱动进入流体管道内，被流体管道内的萃取液萃取。

实施例2：

根据本发明实施例1的基于纸基放电技术的细胞检测装置及方法的应用例。

在本应用例中，如图2所示，流体管道包括固定连接的毛细管11和传输管21，毛细管11的第一开口端12的内径为0.5mm-1.2mm，大于细胞的直径，第二开口端13（流体管道的出口）内径在10μm-100μm；传输管21环绕在所述毛细管11的外侧，内径为2mm-10mm，所述第一开口端12处于所述传输管21内，且和传输管21的接触承载位的一端22的距离为0.5mm-2mm；传输管21的上端进口23为流体管道的进口；

纸呈三角形，导电夹子（导电体）夹住底边，与该底边相对的角（锐角）作为离子出射的尖端；

气源连接所述进口23，也即连通所述传输管21和毛细管11间的夹层；

驱动单元用于在竖直方向和水平方向平移传输管21（毛细管11），以及翻转传输管21（毛细管11），使得传输管21与任一承载位接触，形成与外界隔离的空间；

承载件呈板状，水平放置；多个承载位呈矩阵式地分布在所述承载件的上侧，每个承载位的外侧具有柔性材料制成环形凹槽，所述传输管21的接触承载位的一端22适于插入所述环形凹槽并保持密封。

本发明实施例的基于纸基放电技术的细胞检测方法，所述细胞检测方法包括以下步骤：

（A1）利用驱动单元的驱动，使得毛细管11的第二开口端13翻转朝下，并进入容器的萃取液内，部分萃取液进入第二开口端13内部；由于毛细作用，进入第二开口端13内的萃取液的体积固定；

所述毛细管11上移，并翻转，所述第二开口端13朝上；

在驱动单元作用下，毛细管11水平移动到选择的细胞承载位上侧，然后下移；

传输管21的底端插入选择的承载位的环形凹槽内，形成与外界隔离的空间，承载位的脱水细胞处于所述空间底部的承载位内；脱水细胞的获得方式为：

待测细胞来自血液、腹水或羊水等悬液材料，1000 r/min低速离心10 min，磷酸缓冲盐溶液（PBS）清洗2~3次离心沉淀，培养基清洗1次，适当调整细胞浓度后分入试管中培养；

用吸管轻轻吹打混匀试管中的培养液，吸取1 ml增殖后的培养液体至5ml清洗液（PBS或生理盐水）中，1000 r/min低速离心5 min，弃去上清，收集沉淀细胞；

依次用70%、80%和90%酒精对沉淀细胞进行浸泡和挥干处理，最后加入1ml无水乙醇，混匀后倒入承载件，细胞进入各个承载位，乙醇溶液随后挥发；仅留下单个细胞处于承载位；

（A2）气源提供的气体穿过进口23依次进入传输管21和空间内，携带承载位的单个细胞从第一开口端12进入毛细管11内；

向上移动的细胞被第二开口端13内的萃取液萃取；

在气体驱动下，细胞的萃取物质从毛细管11的第二开口端13喷出；第二开口端13和纸的距离为10-20mm，如10mm、12mm、17mm、20mm；

（A3）连接纸的导电夹子放电，喷射到所述纸上（处于导电夹子和尖端之间的纸的下侧面）的萃取物质被电离，离子从所述纸的尖端射出，进入质谱仪进样口；所述尖端和进样口的距离为3-10mm，如3mm、5mm、8mm、10mm；

（A4）质谱仪分析离子，获得承载位的单个细胞的信息。

实施例3：

根据本发明实施例1的基于纸基放电技术的细胞检测装置及方法的应用例。

在本应用例中，如图3所示，毛细管11的第一开口端12的内径为0.5mm-1.2mm，大于细胞的直径，第二开口端13（即流体管道的出口）内径在10μm-100μm；传输管21连接所述毛细管11的底端，传输管21内部和空间连通，流体从传输管21进入毛细管11内时是倾斜向下的；

驱动单元用于在竖直方向和水平方向平移毛细管11，使得毛细管11与任一承载位接触，形成与外界隔离的空间；

承载件呈板状，水平放置；多个承载位呈矩阵式地分布在所述承载件的上侧；

气源和液体源选择性地连接所述传输管21的进口，所述进口和液体源之间设置液体定量单元。

本发明实施例的基于纸基放电技术的细胞检测方法，所述细胞检测方法包括以下步骤：

（A1）利用驱动单元的驱动，使得毛细管11的第一开口端12下移；

毛细管11的底端与选择的承载位接触，形成与外界隔离的空间，承载位的脱水细胞处于所述空间内；脱水细胞的获得方式为：

待测细胞来自实体组织材料，采用机械分散法或消化分离法将组织中细胞充分分散，制成细胞悬液材料，适当调整细胞浓度后分入试管中培养；

用吸管轻轻吹打混匀试管中的培养液，吸取1 ml增殖后的培养液体至5ml清洗液（PBS或生理盐水）中，1000 r/min低速离心5 min，弃去上清，收集沉淀细胞；

用浓度超过10%的氯化钠溶液浸泡沉淀细胞，通过离心或细胞过滤网去除溶液，反复进行多次后，通过吹扫等方式将细胞转移至承载件的承载位；

（A2）经过定量的确定体积的萃取液先通过传输管21进入所述空间内，承载位的细胞被萃取；

气体后穿过传输管21进入所述空间内，携带萃取物质从第一开口端12进入毛细管11内；

在气体驱动下，细胞的萃取物质从毛细管11的第二开口端13喷出；第二开口端13和纸的距离为10-20mm，如10mm、12mm、17mm、20mm；

（A3）连接纸的导电夹子（导电体）放电，喷射到所述纸上（处于导电夹子和尖端之间的纸的下侧面）的萃取物质被电离，离子从所述纸的尖端射出，进入质谱仪进样口；所述尖端和进样口的距离为3-10mm，如3mm、5mm、8mm、10mm；

（A4）质谱仪分析离子，获得细胞的信息。

实施例4：

根据本发明实施例1的基于纸基放电技术的细胞检测装置及方法的应用例，与实施例2不同的是：

如图4所示，传输管21设置在毛细管11的外侧，毛细管11的部分外壁和传输管21间形成上下延伸的夹层24，该夹层24的底部和毛细管11内的底部连通；传输管21和毛细管11的第一开口端12接触承载位22，从而形成与外界隔离的空间；根据需要地，利用传输管21的进口23（即流体管道的进口）先后向所述空间内输入萃取液和气体，细胞的萃取物质从毛细管11的第二开口端13（即流体管道的出口）排出。

上述实施例示例性地给出了采用驱动单元去移动流体管道的的情况，当然还可以采用人工插入承载位的方式以形成与外界隔离的空间。

Claims (10)

1.基于纸基放电技术的细胞检测装置，所述细胞检测装置包括质谱仪；其特征在于，所述基于纸基放电技术的细胞检测装置还包括：

纸和导电体，所述纸具有尖端，所述导电体连接所述纸，并适于连接电源；

承载件，所述承载件具有多个承载位，所述承载位用于承载细胞；

流体管道，所述流体管道的端部和所述承载位配合，在所述承载位和流体管道间形成与外界隔离的空间，所述承载位的细胞处于所述空间内；所述流体管道具有分别连通所述空间的进口和出口；

气源，所述气源用于向所述空间内供给气体，驱动所述空间内的物质进入所述流体管道，从所述流体管道出口排出的物质喷射到所述尖端和导电体之间的纸上。

2.根据权利要求1所述的基于纸基放电技术的细胞检测装置，其特征在于，所述流体管道包括：

毛细管和传输管，所述传输管套设在所述毛细管外侧；当所述传输管的开口端与所述承载位接触时，所述毛细管的第一开口端和承载位间具有缝隙；所述空间形成在所述传输管内部，且处于承载位和毛细管的第一开口端之间；所述空间内的物质从所述第一开口端进入毛细管，从所述毛细管的第二开口端排出；所述气源连通所述传输管内部。

3.根据权利要求1所述的基于纸基放电技术的细胞检测装置，其特征在于，所述流体管道包括：

毛细管和传输管，所述传输管设置在毛细管的外侧，并和所述毛细管的部分外壁间形成呈上下延伸的夹层；当所述毛细管的第一开口端和所述传输管的开口端与所述承载位接触时，所述空间形成在所述毛细管、传输管和承载位之间；所述空间内的物质从所述毛细管的第一开口端进入，从毛细管的第二开口端排出；所述气源连通所述传输管内部。

4.根据权利要求1所述的基于纸基放电技术的细胞检测装置，其特征在于，所述流体管道包括：

毛细管和传输管，当所述毛细管的第一开口端与所述承载位接触，所述空间形成在所述毛细管的第一开口端和承载位之间；所述传输管与所述毛细管连接，并连通所述空间；所述空间内的物质从所述毛细管的第二开口端排出；所述气源连通所述传输管内部。

5.根据权利要求2或3或4所述的基于纸基放电技术的细胞检测装置，其特征在于，所述细胞检测装置还包括：

驱动单元，所述驱动单元驱动所述流体管道或承载位，使得所述流体通道与任一承载位接触，从而形成所述空间。

6.根据权利要求5所述的基于纸基放电技术的细胞检测装置，其特征在于，所述细胞检测装置还包括：

容器，所述容器上端开口，适于容纳细胞萃取液；

所述驱动单元驱动所述毛细管上下移动和上下翻转。

7.根据权利要求2所述的基于纸基放电技术的细胞检测装置，其特征在于，所述第一开口端的内径为0.5mm-1.2mm，所述第二开口端内径在10μm-100μm；所述第一开口端处于所述传输管内，且和传输管的接触承载位的一端的距离为0.5mm-2mm。

8.根据权利要求2或3或4所述的基于纸基放电技术的细胞检测装置，其特征在于，所述细胞检测装置还包括：

液体源和定量单元，所述液体源提供的萃取液经过所述定量单元定量后进入所述传输管。

9.基于纸基放电技术的细胞检测方法，所述细胞检测方法包括以下步骤：

（A1）流体管道的一端和承载件上的承载位配合，形成与外界隔离的空间，所述承载位的细胞处于所述空间内；所述承载件具有多个承载位；

（A2）气体进入所述空间，驱动所述细胞的萃取物质从所述流体管道的开口端喷出；

（A3）连接纸的导电体放电，喷射到所述纸上的萃取物质被电离，离子从所述纸的尖端射出，进入质谱仪；

（A4）质谱仪分析离子，获得细胞的信息。

10.根据权利要求9所述的基于纸基放电技术的细胞检测方法，其特征在于，所述细胞被萃取的方式为：

所述细胞被先进入所述空间的萃取液萃取，萃取物质在后进入所述空间的气体驱动下进入流体管道内；或者，

所述细胞被进入空间的气体驱动进入流体管道内，被流体管道内的萃取液萃取。

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