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基于光催化快速标记-富集技术的原位单细胞质谱代谢组定量分析系统的研究

批准号:
22074159
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
吴倩
依托单位:
学科分类:
分离分析
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴倩

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
为解决原位单细胞质谱分析(ambient single-cell mass spectrometry)中检测灵敏度低、检测覆盖范围窄以及原位定量困难等瓶颈问题,本项目基于光催化有机反应的快速高效性以及部分催化材料的富集能力,拟发展光催化标记平台引入原位液相萃取-电喷雾质谱系统中,实现代谢物的原位单细胞采样-光控快速标记富集-质谱检测。同时,基于采样动力学模型开发无需样品内加标的绝对定量校正方法。研究将着重于三点:一是光催化标记反应,包括光催化材料的掺杂和形貌改进以及高活性标记试剂的开发;二是光控快速富集,包括光照对代谢物在材料上吸附行为的影响以及加速解析的研究;三是单细胞采样动力学模型与动力学定量校正方法的建立。最终,项目将建立针对复杂代谢组的高灵敏度、高检测覆盖范围和强绝对定量能力的原位单细胞质谱分析平台,为解析细胞在生命活动和疾病过程中的个体差异提供更高效高通量且可靠的检测技术。
英文摘要
The low sensitivity, narrow detection coverage and poor quantitation capability are the bottle necks of current ambient single-cell mass spectrometry (MS) techniques. To address these issues, we propose to develop rapid and efficient photocatalytical labeling reactions and introduce them into ambient liquid extraction mass spectrometry system, and finally establish an ambient single cell sampling-light controlled rapid enrichment/labeling-MS platform for metabolomics based on the high efficiency and reaction rate of photocatalytical organic reaction and the enrichment capability of some photocatalytical nanomaterials. Moreover, the kinetic model for the sampling process will be established and used to develop the kinetic calibration method for in situ quantitation without spiking standards in samples. We would focus on three points in the project: First is the photocatalytical labeling method, including doping/hybridization and morphology optimization of photocatalytical materials immobilized in capillary, and development of highly active labeling reagents; second is the light-controlled enrichment of analytes on the photocatalytical materials, including the investigation of the effect of light on the adsorption behavior and the desorption rate of analytes on the materials; third is the establishment of kinetic calibration quantitation method based on the mass transfer kinetic model in single-cell sampling. Finally, a sensitive and quantitative ambient single-cell MS analysis platform with enhanced detection coverage will be established for metabolomics. This study would provide a more efficient, high throughput and reliable analytical technique for research on cell heterogeneity in living and disease processes.
找到细胞之间的个体差别对生命活动本质规律和疾病起因的深层次揭示以及早期的疾病诊断都有着十分重要的意义。为了识别细胞之间的差异,分子级别的单细胞分析近年来受到了极大的关注。而质谱因其多通道性以及强的定性能力已成为单细胞代谢组学分析的重要工具。为解决原位单细胞质谱分析中检测灵敏度低、检测覆盖范围窄以及原位定量困难等瓶颈问题,本项目基于光催化有机反应的快速高效性以及部分催化材料的富集能力,将光催化反应引入了原位液相萃取-电喷雾质谱系统中,实现了原位单细胞采样-质谱检测过程中的光控快速标记或富集。同时,基于采样动力学模型开发了无需样品内加标的绝对定量校正方法。在单细胞质谱平台上,项目开发了新型高空间分辨、高萃取效率、高稳定性的新型采样探针,并利用此探针建立了基于在线选择性捕集的单细胞原位质谱平台,平台实现了神经元胞体和突触的鞘脂分辨检测。在光催化反应的引入上,项目建立了原位质谱中的alpha位无取代胺类化合物的在线光催化标记反应,对胺类代谢物的增敏可达到3-500倍;建立了原位质谱中的快速光催化磷脂分解反应,将低丰度难电离脂质的检测覆盖范围提高了2-9倍;建立了基于光诱导富集-去糖基化的高灵敏和高定性能力糖脂单细胞质谱分析方法,提高了糖脂的检测覆盖范围9倍并提高了糖脂的二级质谱结构解析能力。在原位质谱的绝对定量上,建立了无样品上加标的逐像素点动力学定量校正方法。项目开发的系列新方法极大的提高了原位质谱的灵敏度、检测覆盖范围和绝对定量能力,为解析细胞在生命活动和疾病过程中的个体差异提供更高效、高覆盖范围且可靠的检测技术。相关成果在 Anal. Chem.等期刊上发表标注项目号的SCI论文13篇、中文核心期刊论文2篇、境外专著1篇,申请专利6件、授权2件。
复杂体系的空间分辨原位质谱分析及成像研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2026
  • 负责人:
    吴倩
  • 依托单位:
空间分辨的原位采样/电离方法的研究及其在代谢组质谱成像中的应用
  • 批准号:
    2022JJ20054
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    吴倩
  • 依托单位:
基于光催化快速标记-富集技术的原位单细胞质谱代谢组定量分析系统的研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    55万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    吴倩
  • 依托单位:
基于微液流表面采样与组织印记技术的空间分辨前处理平台及其代谢组质谱成像应用研究
  • 批准号:
    21804142
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    吴倩
  • 依托单位:
国内基金
海外基金