单细胞微生物@纳米材料复合微球用于液相生物芯片的研究
发布时间：2021-07-20 02:03
基于液相生物芯片的流式分析技术是一种以微球作为反应载体的新型分析技术,可以实现对一种到数百种生物分子的高灵敏定量检测,在生物、医学、环境等基础和应用研究领域具有巨大的应用前景。因此,发展一种环境友好、操作简单、低成本的方法用以制备大量性能优良、高度均一的功能微球并用于液相生物芯片分析在基础研究和实际应用中具有十分重要的应用价值和研究意义。本论文提出了两种基于单细胞微生物的功能微球的制备方案,并成功将制备的微生物@纳米材料复合功能微球分别应用于生物分子的分析测定。一、我们提出了一种采用酵母细胞制备功能微球的新策略,该方法具有简单、快速、廉价、环境友好等优点。研究结果表明:甲醛和处理缓冲液处理后的酵母细胞显示出良好的机械性能,其表面的巯基含量和介孔孔径都显著增加。胶体金可以在5 min内快速地自组装到酵母微球（yeast-based microspheres,YMs）表面,形成具有高度单分散性和均一性的新型刚性酵母@胶体金（yeast@Au）微球;通过多种表征方法（如TEM、SEM、EDX、HR-TEM、AFM、荧光显微镜、氮气吸附-脱附等温实验、自动电位滴定、XRD、FTIR、Raman...
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
流式细胞仪示意图
单细胞微生物@纳米材料复合微球用于液相生物芯片的研究3以轻松满足上述所有要求并具有统计数据的稳定性和使用便捷性的优势。但是，设计用于分析真核细胞的常规流式细胞仪难以提供足够的灵敏度来分析纳米级的BPOs，而高灵敏度流式细胞仪（如纳米流式细胞仪，图1-2）使得对纳米级的BPOs进行精确、灵敏和特异性分析成为可能。纳米流式细胞仪的高灵敏度也为表征单个细菌的众多生化特性提供了绝佳机会，而这些特性很难使用常规流式细胞仪进行分析。随着纳米流式细胞仪的发展，它可以分别检测单个病毒以及小至27nm和40nm的外泌体，由此可以预见其在纳米级BPOs分析中有着广阔的应用前景。图1-2纳米流式细胞仪及其应用Fig.1-2Nano-flowcytometeranditsapplications(Lianetal.2019)1.1.4成像流式细胞术成像流式细胞术（imagingflowcytometry,IFC）是将传统流式细胞术（零空间分辨率）的高通量、多参数功能与形态学和空间信息结合在一起，并且把这些参数都以单细胞分辨率实现的一种新型的流式细胞术。它可以在数分钟内通过CCD相机捕获成千上万个单细胞的多通道数字图像（图1-3）(Doanetal.2018)，其中包括几个荧光通道以及亮场（透射光）和暗场（散射光）。成像流式细胞仪的通量意味着它特别适合分析稀有细胞类型，例如循环肿瘤细胞(Ogleetal.2016)和过度状态的细胞（如细胞周期）(Blasietal.2016)。通过从这些数字图像中提取信息（图1-3，中间图），成像流式细胞仪可以量化多个亚细胞区室（细胞核、线粒体等）中目标成分（包括蛋白质、核酸和糖脂）的多种特性。丰富的信息使成像流式细胞仪成为高内涵分析的理想选择，从而提高了分析复杂细胞表型、识别稀有细胞和过度状态的细胞的可能性，此外，这种新技术有利于发现可用于药物开发、疾病诊断和个性化
华中农业大学2020届博士研究生学位（毕业）论文4图1-3成像流式细胞仪高通量采集单个细胞的图像Fig.1-3Imagingflowcytometryacquiresimagesofsinglecellsinhighthroughput(Doanetal.2018)1.1.5质量流式细胞术质量流式细胞术，又称作飞行时间质量流式细胞术，是利用质谱技术检测细胞内外结合的金属偶联抗体的新一代流式细胞术平台(Bendalletal.2012,SpitzerandNolan2016)。传统流式细胞术的缺点是对荧光染料的依赖，当在一个细胞上使用太多的荧光染料时，可能会导致其分辨率下降或者荧光光谱重叠。为了克服这个问题，可以结合质谱分析技术，即细胞被含有不同稀有镧系金属的抗体标记，然后在等离子体中蒸发，并且通过飞行时间质谱分析每个细胞的金属信号。离子越重，击中检测器所需的时间越长（图1-4）。通过这种方法，理论上可以在单个细胞分辨率下同时使用约40种可区分的标记。该技术克服了与荧光染料标记相关的潜在不利问题，尤其是当细胞在常规流式细胞术中显示出强烈的自发荧光时。然而，质量流式细胞术存在的一些缺点现在了其应用范围，其一是质量流式细胞仪上没有配备前向或侧向散射光装置来确定细胞的大小或粒度；其二是该技术对抗体特异性、样品的处理以及同位素标记抗体的质量等要求较高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improving the photocatalytic hydrogen evolution of UiO-67 by incorporating Ce4+-coordinated bipyridinedicarboxylate ligands[J]. Yang An,Yuanyuan Liu,Hongtao Bian,Zeyan Wang,Peng Wang,Zhaoke Zheng,Ying Dai,Myung-Hwan Whangbo,Baibiao Huang. Science Bulletin. 2019(20)
[2]基于功能纳米材料的液相生物芯片检测技术[J]. 武卫杰,冷远逵,沈梦飞,李万万. 化学进展. 2019(Z1)
[3]金属有机框架材料包覆活细胞以保持其代谢活性（英文）[J]. 孙超,常琳,侯珂,刘绍琴,唐智勇. Science China Materials. 2019(06)
本文编号：3291895
【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
流式细胞仪示意图
单细胞微生物@纳米材料复合微球用于液相生物芯片的研究3以轻松满足上述所有要求并具有统计数据的稳定性和使用便捷性的优势。但是，设计用于分析真核细胞的常规流式细胞仪难以提供足够的灵敏度来分析纳米级的BPOs，而高灵敏度流式细胞仪（如纳米流式细胞仪，图1-2）使得对纳米级的BPOs进行精确、灵敏和特异性分析成为可能。纳米流式细胞仪的高灵敏度也为表征单个细菌的众多生化特性提供了绝佳机会，而这些特性很难使用常规流式细胞仪进行分析。随着纳米流式细胞仪的发展，它可以分别检测单个病毒以及小至27nm和40nm的外泌体，由此可以预见其在纳米级BPOs分析中有着广阔的应用前景。图1-2纳米流式细胞仪及其应用Fig.1-2Nano-flowcytometeranditsapplications(Lianetal.2019)1.1.4成像流式细胞术成像流式细胞术（imagingflowcytometry,IFC）是将传统流式细胞术（零空间分辨率）的高通量、多参数功能与形态学和空间信息结合在一起，并且把这些参数都以单细胞分辨率实现的一种新型的流式细胞术。它可以在数分钟内通过CCD相机捕获成千上万个单细胞的多通道数字图像（图1-3）(Doanetal.2018)，其中包括几个荧光通道以及亮场（透射光）和暗场（散射光）。成像流式细胞仪的通量意味着它特别适合分析稀有细胞类型，例如循环肿瘤细胞(Ogleetal.2016)和过度状态的细胞（如细胞周期）(Blasietal.2016)。通过从这些数字图像中提取信息（图1-3，中间图），成像流式细胞仪可以量化多个亚细胞区室（细胞核、线粒体等）中目标成分（包括蛋白质、核酸和糖脂）的多种特性。丰富的信息使成像流式细胞仪成为高内涵分析的理想选择，从而提高了分析复杂细胞表型、识别稀有细胞和过度状态的细胞的可能性，此外，这种新技术有利于发现可用于药物开发、疾病诊断和个性化
华中农业大学2020届博士研究生学位（毕业）论文4图1-3成像流式细胞仪高通量采集单个细胞的图像Fig.1-3Imagingflowcytometryacquiresimagesofsinglecellsinhighthroughput(Doanetal.2018)1.1.5质量流式细胞术质量流式细胞术，又称作飞行时间质量流式细胞术，是利用质谱技术检测细胞内外结合的金属偶联抗体的新一代流式细胞术平台(Bendalletal.2012,SpitzerandNolan2016)。传统流式细胞术的缺点是对荧光染料的依赖，当在一个细胞上使用太多的荧光染料时，可能会导致其分辨率下降或者荧光光谱重叠。为了克服这个问题，可以结合质谱分析技术，即细胞被含有不同稀有镧系金属的抗体标记，然后在等离子体中蒸发，并且通过飞行时间质谱分析每个细胞的金属信号。离子越重，击中检测器所需的时间越长（图1-4）。通过这种方法，理论上可以在单个细胞分辨率下同时使用约40种可区分的标记。该技术克服了与荧光染料标记相关的潜在不利问题，尤其是当细胞在常规流式细胞术中显示出强烈的自发荧光时。然而，质量流式细胞术存在的一些缺点现在了其应用范围，其一是质量流式细胞仪上没有配备前向或侧向散射光装置来确定细胞的大小或粒度；其二是该技术对抗体特异性、样品的处理以及同位素标记抗体的质量等要求较高。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Improving the photocatalytic hydrogen evolution of UiO-67 by incorporating Ce4+-coordinated bipyridinedicarboxylate ligands[J]. Yang An,Yuanyuan Liu,Hongtao Bian,Zeyan Wang,Peng Wang,Zhaoke Zheng,Ying Dai,Myung-Hwan Whangbo,Baibiao Huang. Science Bulletin. 2019(20)
[2]基于功能纳米材料的液相生物芯片检测技术[J]. 武卫杰,冷远逵,沈梦飞,李万万. 化学进展. 2019(Z1)
[3]金属有机框架材料包覆活细胞以保持其代谢活性（英文）[J]. 孙超,常琳,侯珂,刘绍琴,唐智勇. Science China Materials. 2019(06)
本文编号：3291895
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