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不同元素在細胞中的作用，是目前細胞生物學中前沿的研究領域之一。在相關的研究當中，如果能在一次分析中得到單個細胞中的多個元素的信息，將會在提高實驗效率的同時，也為研究人員提供更多的研究空間。本期向您介紹高靈敏度、多元素的單細胞分析方案，為幫助您檢測單個細胞中的阿克 (ag, 1.0 × 10^-18g) 級的多種元素。

使用 Agilent 7900 ICP-MS 

在 scICP-MS 模式下進行單細胞分析

僅使用 100 μL 樣品測量單細胞中的四種元素

許多元素對細胞健康至關重要，元素不平衡、缺乏或過量都可能會破壞自然細胞過程。傳統(tǒng)細胞中金屬元素的分析方法需要進行樣品溶解、提取或消解，然后利用原子光譜進行分析。這些樣品前處理步驟會破壞細胞結構，使得報告中的金屬濃度結果為數(shù)千個細胞的平均值。

在單細胞 ICP-MS (scICP-MS) 中，樣品溶液中包含的完整細胞被霧化，各個細胞懸浮在氣溶膠液滴中。之后，使用成熟的單納米顆粒 ICP-MS (spICP-MS) 分析方法將各個細胞引入等離子體中，即可對單細胞中的金屬元素進行有效分析。

實驗部分

本實驗使用水溶液配制酵母細胞樣品，采用配備可選的集成樣品引入系統(tǒng) (ISIS 3) 的 Agilent 7900 ICP-MS 進行分析，利用 Agilent ICP-MS MassHunter 軟件的單納米顆粒應用模塊的快速多元素納米顆粒分析模式進行方法設置、采集和數(shù)據(jù)處理。

結果與討論

- 細胞霧化和傳輸效率

為確定細胞傳輸效率，將 ICP-MS 計算得出的細胞數(shù)量除以通過顯微鏡計數(shù)得出的細胞數(shù)量。使用此方法，得出細胞傳輸效率為 25%。確保大量細胞得到霧化和分析，可提高數(shù)據(jù)的準確度。

- 信號分布

使用 scICP-MS 在多元素模式下分析單細胞。³¹P⁺、³⁴S⁺、⁵⁶Fe⁺ 和 ⁶⁶Zn⁺ 的信號分布如圖 1 所示。通過在樣品前處理程序的離心和緩沖液置換步驟中充分清洗細胞，可以明確區(qū)分單細胞中各種元素的信號與背景信號。

圖 1. 單細胞中四種分析物的信號分布

- 平均質(zhì)量

表 1 所示的 P、S、Fe 和 Zn 的平均質(zhì)量數(shù)據(jù)由 ICP-MS MassHunter 軟件自動計算得出。除核酸和蛋白質(zhì)的主要成分 P 和 S 以外，還測量了各個細胞中亞飛克 (fg, 1.0 × 10-15g) 級的 Fe 和 Zn。

表 1. 單細胞中各種分析物的平均質(zhì)量（阿克）和精密度 (n = 3)

結論

安捷倫多元素 scICP-MS 方法能夠用于詳細測量和研究多種金屬在細胞生物學中的作用。該技術提供了有關單個細胞中固有金屬含量和金屬締合物的有價值的信息。scICP-MS 還可用于研究細胞對金屬和含金屬納米顆粒的吸收、累積和釋放。