最新单细胞光纳米光电检技术简介V1020幻灯片.ppt

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1、单细胞光纳米光电检技术简介单细胞光纳米光电检技术简介V1020江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司新的应用？新的应用？1234单细胞技术单细胞技术研究案例研究案例单细胞光电检测技术单细胞光电检测技术5江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司l 多学科技术综合多学科技术综合 采用独立开发的光采

2、用独立开发的光,机机,电电,生生,化一体传感技术。化一体传感技术。l 可检测单个活细胞可检测单个活细胞 实时检测单细胞内代谢过程中生化指标变化。实时检测单细胞内代谢过程中生化指标变化。l 亚细胞水平光电同步检测亚细胞水平光电同步检测 可在纳米尺度定位定量检可在纳米尺度定位定量检测亚细胞及分子水平的光测亚细胞及分子水平的光/ 电信号。电信号。l 给药和药效检测同时进行给药和药效检测同时进行 可外部给药可外部给药,同时检测药物疗效。同时检测药物疗效。l 微创检测微创检测 能够不破坏细胞结构，不损伤细胞来实现能够不破坏细胞结构，不损伤细胞来实现对活细胞内多种信号对活细胞内多种信号分子、生物标志物、酶

3、活性、信号传递等的实时和原位检测。分子、生物标志物、酶活性、信号传递等的实时和原位检测。Technical Characteristics江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司产品介绍产品介绍OutlookFirst Generation江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司OutlookSecond Generation江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司Structure整体结构整体结构: :光源单元，微操系统，细胞定位系统，光/电学检测单元及数据采集与分析单元等江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司Working Principle生物素标记的抗

4、端粒酶+端粒酶结合磷酸酶共轭+磷酸酶抗端粒酶-纳米探针尖纳米探针穿刺到细胞里面抗端粒酶+端粒酶结合光学检测：光学检测：纳米探针刺入待测细胞，探针尖端的修饰物与待测目标相结合纳米探针刺入待测细胞，探针尖端的修饰物与待测目标相结合,通过激发光通过激发光来激发与目标标记物相结合的荧光物质，导致来激发与目标标记物相结合的荧光物质，导致标记物发射荧光。光学系统收集这些荧光标记物发射荧光。光学系统收集这些荧光信号并进行分析处理。信号并进行分析处理。范例范例: 江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司光学信号激发光待测目标物质光信号检测示意图光信号检测示意图Working Principle江苏瑞明

5、生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司电学检测：电学检测：纳米探针靠近纳米探针靠近(或者刺入或者刺入)待测细胞，通过工作电极检测待测目标物待测细胞，通过工作电极检测待测目标物质的电质的电流信号。根据浓度流信号。根据浓度-电流校准曲线，可以推算出细胞所释放出的物质的电流校准曲线，可以推算出细胞所释放出的物质的浓度。浓度。 如：以如：以PB（普鲁士蓝）修饰后的纳米探针作为工作电极，配合参考电极和对（普鲁士蓝）修饰后的纳米探针作为工作电极，配合参考电极和对电极及电化学工作站来检测细胞内电极及电化学工作站来检测细胞内H2O2分解释放、氧化还原状态和硫醇水平分解释放、氧化还原状态和硫醇水平的电流信号。

6、根据得到的电流响应的值，可以推算出细胞所释放出的的电流信号。根据得到的电流响应的值，可以推算出细胞所释放出的H2O2的的浓度。浓度。 电光纳米探针在电光纳米探针在MCF10A（a a，d d，g g），），MCF7（b b，e，h）和）和MCF7/HER2（c c，f f，i i）细胞内检）细胞内检测的测的H H2 2O O2 2分解释放到细胞外空间（分解释放到细胞外空间（a-ca-c）的动力学和细胞内氧化还原状态（）的动力学和细胞内氧化还原状态（d-fd-f）的实时变化或还原）的实时变化或还原的硫醇水平（的硫醇水平（g-ig-i）。）。Working Principle江苏瑞明生物科技有限公

7、司江苏瑞明生物科技有限公司工作电极电信号 微对电极(Pt)微参比电极(Ag/AgCl)释放生化物质（待测目标物质）电信号检测试示意图电信号检测试示意图Working Principle江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司案例一：光学探测单个活体癌细胞的端粒酶表达水平：癌变分析案例一：光学探测单个活体癌细胞的端粒酶表达水平：癌变分析结果：通过光学检测结果：通过光学检测单个活体癌细胞的端粒酶过度表达，发现荧光信号远远高于阴性单个活体癌细胞的端粒酶过度表达，发现荧光信号远远高于阴性hMSC。使用该设备可以在单个细胞水平，在线观测。使用该设备可以在单个细胞水平，在线观测端粒酶的变化情况。为

8、细胞癌变端粒酶的变化情况。为细胞癌变的早期分析起到非常好的引导作用；同时该设备还可以用来检测其它低表达蛋白。的早期分析起到非常好的引导作用；同时该设备还可以用来检测其它低表达蛋白。加入DDAO-phosphates 后，单个癌细胞（MCF-7）及正常细胞（hMSC) 的荧光变化对比曲线不同细胞群内单个细胞的荧光变化统计图，包括癌细胞（MCF-7），正常细胞（hMSC) 数据来源：Zheng, X.T.etc, Single living cell detection of telomerase over-expression for cancer detection by an optical

9、 fiber nanobiosensor. Biosensors & Bioelectronics(IF:5.44), Biosensors & Bioelectronics(IF:5.44), 2010. 25(6): p. 1548-1552.Case Study江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司案例二：光学检测单个细胞的乳酸释放水平：诊断早期癌症案例二：光学检测单个细胞的乳酸释放水平：诊断早期癌症Detection of extracellular lactate Diffusion profiles of the released lactase（样品细胞：人乳腺癌细胞

10、MCF-7） Case Study数据来源：Zheng, X.T., H.B. Yang, and C.M. Li, Optical Detection of Single Cell Lactate Release for Cancer Metabolic Analysis. Analytical ChemistryAnalytical Chemistry (IF:5.69)(IF:5.69), 2010. 82(12): p. 5082-5087.江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司研究结果发现在新陈代谢过程中，癌症细胞的细胞外的乳酸水平要明显高于正常细胞，研究结果发现在新陈代谢

11、过程中，癌症细胞的细胞外的乳酸水平要明显高于正常细胞，通过监测细胞的乳酸水平，可有效诊断细胞是否癌变。该设备为癌细胞发展的早期诊通过监测细胞的乳酸水平，可有效诊断细胞是否癌变。该设备为癌细胞发展的早期诊断提供了一个强大的检测手段。断提供了一个强大的检测手段。Calibration curve for lactate detectionCase Study江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司案例三：单细胞内亚细胞细水平局部给药的实时检测：研究抗癌疗效案例三：单细胞内亚细胞细水平局部给药的实时检测：研究抗癌疗效纳米探针给单个细胞局部给药示意图纳米探针给单个细胞局部给药示意图RGO通过静

12、电作用聚焦在纳米探针端面通过静电作用聚焦在纳米探针端面抗癌药物：抗癌药物： -lap探针尖端放大示意图探针尖端放大示意图 数据来源：C.M. Li,etc. Anticancer Efficacy and Subcellular Site of Action Investigated by Real-Time Monitoring of Cellular Responses to Localized Drug Delivery in Single Cells. SmallSmall (IF:7.82), (IF:7.82), 2034. 8(17): p. 2670-2674.Case Stu

13、dy江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司亚细胞特地供给亚细胞特地供给-lap药物位置图药物位置图在在细胞细胞不同位置进行不同位置进行-lap供给后，检测到的供给后，检测到的ROS活性对比活性对比细胞核周围细胞核周围 ：位置：位置2细胞质细胞质 ：位置：位置1细胞核细胞核 ：位置：位置 3加入抗癌药加入抗癌药-lap 到单细胞内的不同位置，检测到的活性氧种类（到单细胞内的不同位置，检测到的活性氧种类（ROS）含量和）含量和Ca2+ 均显示细胞均显示细胞核周围为药物的起效位置，该设备不仅实现了单个细胞亚细胞水平定向给药，而且为优化给药位核周围为药物的起效位置，该设备不仅实现了单个细胞亚

14、细胞水平定向给药，而且为优化给药位置，分析药物起效机理提供极佳的平台，对药物筛选及置，分析药物起效机理提供极佳的平台，对药物筛选及 药理分析具有极大的意义。药理分析具有极大的意义。Case Study江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司过氧化氢浓度和电流过氧化氢浓度和电流校准曲线图校准曲线图案例四：光电实时探测单细胞内局部生化过程：案例四：光电实时探测单细胞内局部生化过程：光电纳米探针在光电纳米探针在K3Fe(CN)6溶液中的测试结果溶液中的测试结果 数据来源：Zheng, X.T., et al., Bifunctional electro-optical nanoprobe t

15、o real-time detect local biochemical processes in single cells. Biosensors & Bioelectronics,Biosensors & Bioelectronics, 2011. 26(11): p. 4484-4490.Case Study江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司细胞核内和细胞边缘微电流对比细胞核内和细胞边缘微电流对比细胞核内和细胞边缘荧光激发对比细胞核内和细胞边缘荧光激发对比细胞核内细胞核内细胞边缘细胞边缘光电多功能纳米探针在研究动态单细胞活性过程中，不仅实时监测细胞内荧光变化水平，同光电多功

16、能纳米探针在研究动态单细胞活性过程中，不仅实时监测细胞内荧光变化水平，同时实时定量的测量出在相同位置释放出时实时定量的测量出在相同位置释放出H H2 2O O2 2时的电流大小。光电同时检测的结果显示，与正常时的电流大小。光电同时检测的结果显示，与正常细胞相比，癌症细胞具有较高的氧化反应同时也改变了抗氧化水平。这表明细胞恶性肿瘤与细胞相比，癌症细胞具有较高的氧化反应同时也改变了抗氧化水平。这表明细胞恶性肿瘤与氧化应激的强度相关氧化应激的强度相关, ,较高的抗氧化剂水平可能会造成耐药性。这种独特结构的光电同步纳米较高的抗氧化剂水平可能会造成耐药性。这种独特结构的光电同步纳米探针检测仪，适用于单细

17、胞水平的生化反应通用监控，在纳米级的环境中研究化学动力学，探针检测仪，适用于单细胞水平的生化反应通用监控，在纳米级的环境中研究化学动力学，阐明关键的生物学过程。阐明关键的生物学过程。Case Study江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司Research Achievementl基于本设备进行了多方面深入的研究，目前已经取基于本设备进行了多方面深入的研究，目前已经取 得得 了一系列研究成果。了一系列研究成果。l发明专利发明专利3项，项，SCI科技论文科技论文6篇（影响因子最低篇（影响因子最低4.57，最高最高24.89），投稿论文），投稿论文3篇。篇。 江苏瑞明生物科技有限公司江苏

18、瑞明生物科技有限公司Publication List Zheng, X.T. and C.M. Li, Single cell analysis at the nanoscale. . Chemical Society Reviews(IF:24.89),Chemical Society Reviews(IF:24.89), 2011. 41(6): p. 2061-2071.Zheng, X.T., P. Chen, and C.M. Li, Anticancer Efficacy and Subcellular Site of Action Investigated by Real-Tim

19、e Monitoring of Cellular Responses to Localized Drug Delivery in Single Cells. SmallSmall (IF:7.82), (IF:7.82), 2012. 8(17): p. 2670-2674.Zheng, X.T., et al., Bifunctional electro-optical nanoprobe to real-time detect local biochemical processes in single cells. Biosensors & Bioelectronics(IF:5.44),

20、Biosensors & Bioelectronics(IF:5.44), 2011. 26(11): p. 4484-4490. Zheng, X.T. and C.M. Li, Single living cell detection of telomerase over-expression for cancer detection by an optical fiber nanobiosensor. Biosensors & Bioelectronics(IF:5.44), Biosensors & Bioelectronics(IF:5.44), 2010. 25(6): p. 15

21、48-1552.Zheng, X.T., H.B. Yang, and C.M. Li, Optical Detection of Single Cell Lactate Release for Cancer Metabolic Analysis. Analytical Chemistry(IF:5.69)Analytical Chemistry(IF:5.69), 2010. 82(12): p. 5082-5087.Zheng, X.T. and C.M. Li, Restoring Basal Planes of Graphene Oxides for Highly Efficient Loading and Delivery of beta-Lapachone. Molecular Pharmaceutics(IF:4.57), Molecular Pharmaceutics(IF:4.57), 2034. 9(3): p. 615-621.江苏瑞明生物科技有限公司江苏瑞明生物科技有限公司