陳洪淵院士/徐靜娟教授課題組在單體（單細(xì)胞/單顆粒/單分子）分析領(lǐng)域取得重要進展
目前，人們對生命現(xiàn)象的觀察和研究已經(jīng)深入到單細(xì)胞、單顆粒和單分子的微-納尺度的水平，如何在這樣一個尺度范圍內(nèi)獲取精準(zhǔn)的生物化學(xué)信息，是分析化學(xué)各個研究領(lǐng)域面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院陳洪淵院士/徐靜娟教授課題組圍繞他們應(yīng)時提出的所謂 “三單一成像”，即：單細(xì)胞、單顆粒、單分子分析和高時、空分辨的成像，做出了一系列開創(chuàng)性工作。2018年2月，課題組利用超靈敏電化學(xué)發(fā)光成像，實現(xiàn)了在納米尺度上多種貴金屬結(jié)構(gòu)的高通量表面電化學(xué)行為的成像，消除了大尺度帶來群體行為的平均化問題，從而能應(yīng)用于識別單個顆粒之間行為特性的差別。相關(guān)工作發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition (2018, 57, 4010 –4014)。該論文的第一作者為化學(xué)化工學(xué)院博士生朱孟嬌，通訊作者為趙微副研究員和徐靜娟教授。
圖1. 單顆粒電化學(xué)發(fā)光成像
在此基礎(chǔ)上，課題組開展了在單細(xì)胞內(nèi)的單分子成像與測量，利用局域表面等離子體共振耦合探針，首次將所研究DNA/RNA體系的鏈取代過程從簡單的溶液體系推進到真實的細(xì)胞環(huán)境中。采用納米金“衛(wèi)星”等離子體，通過鏈取代產(chǎn)生的衛(wèi)星離去事件結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計方法， 建立了反映真實生理環(huán)境下鏈取代的動力學(xué)模型，揭示了DNA/DNA與RNA/DNA取代動力學(xué)過程的差異。在單個活細(xì)胞中，只需要數(shù)個探針就可以獲取反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)，并得到單細(xì)胞內(nèi)核酸分子表達量的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。該體系DNA分子間動力學(xué)模型的建立， 對于推動DNA技術(shù)的發(fā)展以及DNA探針的在體應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)論文發(fā)表在 ACS Nano (2018, 12, 3341−3350)上。化學(xué)化工學(xué)院博士生李美星與徐琮輝副研究員為論文共同第一作者，趙微副研究員和徐靜娟教授為論文共同通訊作者。
圖2. 單分子鏈取代反應(yīng)的暗場光學(xué)成像
最近，課題組采用尖端直徑僅為30nm的石英毛細(xì)管，進一步提升單細(xì)胞分析的時空分辨能力，建立起一種可在亞細(xì)胞水平上實時監(jiān)測單細(xì)胞氧化還原代謝的電分析方法。在石英納米孔道內(nèi)精確自組裝G-四鏈體DNA酶，通過分析離子電流的變化，監(jiān)測單細(xì)胞內(nèi)氧化還原代謝產(chǎn)生的活性氧；結(jié)合微操作定位系統(tǒng)，這種超微納米毛細(xì)管可在單細(xì)胞內(nèi)精準(zhǔn)定位，實現(xiàn)了亞細(xì)胞水平的分析。該方法成功揭示了單細(xì)胞在氧化應(yīng)激反應(yīng)中以及藥物刺激作用下有氧代謝水平的變化。該研究工作發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition (2018, 10.1002/anie.201808537)上?；瘜W(xué)化工學(xué)院博士生宋娟與徐琮輝副研究員為論文共同第一作者，趙微副研究員和徐靜娟教授為論文共同通訊作者。
圖3. 單細(xì)胞氧化應(yīng)激過程的時空分辨監(jiān)測
這些工作得到國家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項目（21327902）、重點項目（21535003）和科技部重點研發(fā)計劃納米專項（2016YFA0201200）的資助。
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