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微流控液滴技术与蛋白质组分析技术相结合

微流控液滴技术与蛋白质组分析技术相结合

浙江大学化学系微分析系统研究所方群教授团队,联合北京大学医学部精准医疗多组学研究中心主任黄超兰教授团队,在单细胞蛋白质组学分析研究领域取得突破性进展。研究论文近日在线发表在美国《分析化学》杂志上。

单细胞蛋白质

   黄超兰介绍,近年来,基于细胞群体内的蛋白质组学研究,已越来越难以满足对生命功能深入探究的需要。从单细胞层面去了解细胞特征以及彼此之间的相互影响,可以为生物系统中细胞间的异质性提供更宝贵的信息。然而,单细胞内蛋白质含量极少,且细胞内的蛋白质通常需要在离心管内完成复杂多步的前处理操作,由于样品与离心管的接触、多步的样品转移等原因,在进入质谱之前不可避免地带来了蛋白质损失。

蛋白质

为此,该项研究自 2014 年起,两个团队的研究人员协同合作将微流控液滴技术与蛋白质组分析技术相结合,发展了一种微型化的油—气—液“三明治”芯片及相应的纳升级液体操控和进样方法,能够在原位静态的纳升级液滴中完成少量细胞蛋白质组学分析所必需的多步样品前处理操作,并且实现了将液滴样品直接高效地注入色谱分析柱内完成后续的液相色谱分离与质谱检测。该芯片系统可以分别成功地从 100、50、10 和 1 个 HeLa 细胞内鉴定到 1360、612、192 和 51 个蛋白质。研究人员首次实现了以单个鼠卵母细胞为初始样本的蛋白质组学分析,一共鉴定到 355 种蛋白质,其中存在一系列与生殖发育、疾病相关的基因。而且,微流控液滴体系具有更低的样品吸附损失、更高的酶切效率和更高效的疏水性蛋白质鉴定能力等,更适用于微量蛋白质样品的蛋白质组学分析。

 

分析数据图

黄超兰介绍,此项研究首先成功发展了适合进行单细胞及类似微量样品的蛋白质组学分析样品前处理芯片和方法,显著减少了样品与反应器接触所带来的损失;二是发展了一种实现纳升级液滴的直接进样方法,完全避免了样品转移和经过液相仪器内复杂管路带来的损失;三是提出了一种采用气相来间隔液滴相和油相的新型液滴芯片结构,在成功防止液滴明显蒸发的同时,还避免了油相和液滴相直接接触带来的脂溶性样品的损失,也使系统能更方便地进行后续的分离柱进样、色谱分离和质谱检测。

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