微流控芯片—质谱联用技术用于细胞代谢及相互作用研究

【摘要】：生命科学是21世纪自然科学重要的研究领域，而探索生命的秘密需要从组成生命体的基本单位——细胞开始。逐渐发展起来的微流控芯片技术以其微米级的通道和灵活的设计在当前对细胞的研究中占据非常重要的地位。利用微流控芯片的手段对细胞进行操作和控制，连接质谱分析的方法对细胞的分泌物进行检测分析，以期得到细胞生命活动中扮演重要角色的物质的结构和含量信息，是本论文的主旨。微流控芯片与质谱联用平台的搭建、细胞在芯片中的培养刺激、以及细胞分泌物的纯化和检测是本论文力求解决的关键问题。 首先采用单个的C30颗粒模拟细胞进行芯片上的固定并连接质谱检测，成功搭建起了微流控芯片与质谱联用的分析平台。对单个C30颗粒上吸附的除草剂进行质谱检测，在5min内即可获得除草剂的结构和含量信息，仅消耗溶剂2.5μL。对蔬菜样品中的除草剂进行了定性和半定量检测。该方法可以同时快速获得多种样品的结构和含量信息，且简化了前处理过程。 利用搭建起的微流控芯片-质谱联用平台对细胞分泌物进行研究。在芯片上进行PC12细胞的培养和神经毒素的刺激，利用集成于微通道中的固相萃取小柱对细胞分泌的谷氨酸进行脱盐和纯化，洗脱后进入质谱检测。研究了神经毒素Aβ42蛋白对PC12细胞的毒性导致谷氨酸的释放过程，并考察了肌肽对帮助PC12细胞抵御神经毒性的保护作用。该方法对谷氨酸检测限能够达到2.0μg/L，相比传统生物学方法和色谱检测技术降低了时间和试剂的消耗。 实际生物样品的检测还需面临去除复杂基质、分离不同种细胞的问题。发展了一个集成有PDMS多孔膜的微流控芯片平台，利用尺寸差异分选细胞。制作了最小孔径为6.4μm的单层PDMS多孔膜，并可以通过两层膜的重叠得到更小的孔径。成功将白细胞从全血样品中分离，分离效率达到99.7%。该方法可以在一张PDMS多孔膜上根据待分离样品的尺寸设计多种孔径，从而在一次流动后将复杂样品分开。 深入探索到细胞间信号传导的研究，在微流控芯片上进行PC12和GH3细胞的共培养，利用质谱监测GH3分泌生长激素的量。观察共培养过程中细胞相互的诱导作用。对PC12细胞施以不同刺激药物，监测对GH3分泌生长激素的影响，讨论细胞间信号传导机制。