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2018年中国质谱学术大会（CMSC 2018）

作者：姚欢潘星宇赵瀚森张四纯张新荣微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室清华大学化学系

流式细胞术在生命科学等基础领域的具有很高的应用价值,在免疫学、细胞生物学和分子生物学方面已有广泛的应用。传统流式术的检测基于荧光发射光谱,目前最多可实现十余种荧光信号和散射光信号的同时检测。然而荧光发射光谱具有一定的谱... 详细信息

流式细胞术在生命科学等基础领域的具有很高的应用价值,在免疫学、细胞生物学和分子生物学方面已有广泛的应用。传统流式术的检测基于荧光发射光谱,目前最多可实现十余种荧光信号和散射光信号的同时检测。然而荧光发射光谱具有一定的谱带宽度,限制了检测通道数,且需进行复杂的补偿计算。质谱具有多组分同时分析等特点,可作为流式细胞分析的有效手段。2009年Tanner及其团队首次提出质谱流式细胞仪概念,用金属元素替代荧光基团作为标签系统,有效解决了谱带重叠问题,无需补偿计算,检测通道数可达到上百个。然而不论是传统流式细胞术还是质谱流式细胞仪,都需要对细胞样品进行标记。因此,我们开发了一种无需标记的多通道、高通量的单细胞检测技术,能够简单高效地实现悬浮态细胞的快速检测。该技术采用流式细胞仪的原理,用有机质谱作为检测手段,对细胞进行免标记质谱分析,检测通道数达到百余个。基于该技术得到的单细胞指纹图谱信息可以区分A549、HeLa、HepG2、MCF7四种不同类型癌细胞及乳腺癌细胞的四种亚型,包括MCF7、MCF 10A、MDA-MB-468、BT-474,初步证明了该技术可用于细胞分型。利用质谱图谱信息,可以溯源到不同类细胞间物质差异的分子信息,为寻找标志物提供了可能性。本方法有望发展成为新一代流式细胞仪。

关键词：免标记有机质谱流式细胞仪

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基于免标记原理的质谱流式细胞分析

基于免标记原理的质谱流式细胞分析

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2018年中国质谱学术大会

作者：姚欢潘星宇赵瀚森张四纯张新荣微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室清华大学化学系北京 100084

流式细胞术在生命科学等基础领域的具有很高的应用价值，在免疫学、细胞生物学和分子生物学方面已有广泛的应用。传统流式术的检测基于荧光发射光谱，目前最多可实现十余种荧光信号和散射光信号的同时检测。

关键词：

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微流控芯片上细胞培养与分析方法研究进展

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分析科学学报 2017年第5期33卷 707-714页

作者：林路遥林金明清华大学化学系微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室北京100084

微流控芯片以其强大的微流体和微小物质控制能力成为研究单细胞、细胞群落乃至生物组织的重要手段。在本篇综述中,我们将以微流控芯片上细胞体外培养模型的建立为主,对近几年来重要的研究工作加以评述,全面地介绍微流控技术在细胞生命... 详细信息

微流控芯片以其强大的微流体和微小物质控制能力成为研究单细胞、细胞群落乃至生物组织的重要手段。在本篇综述中,我们将以微流控芯片上细胞体外培养模型的建立为主,对近几年来重要的研究工作加以评述,全面地介绍微流控技术在细胞生命科学研究中应用的优势和未来发展方向,具体包括微流控芯片的细胞操控能力、细胞培养微环境的构建以及芯片联用检测手段,希望为从事这一领域研究工作的读者提供一些新的思路。

关键词：微流控芯片细胞分选细胞三维培养芯片器官

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探讨液滴分裂在电喷雾离子化过程中的重要性

探讨液滴分裂在电喷雾离子化过程中的重要性

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2018年中国质谱学术大会（CMSC 2018）

作者：张晓超张四纯张新荣 Richard N.Zare 清华大学化学系微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室斯坦福大学化学系

电喷雾质谱已经广泛应用于许多有机化合物的检测中[1],然而关于电喷雾离子化的机理仍然有一些不同的解释。多数研究认为电喷雾离子化的发生过程如下[2]:毛细管中的液体样品在高电压的驱动下会在毛细管尖端形成泰勒锥,当液体的静电场力... 详细信息

电喷雾质谱已经广泛应用于许多有机化合物的检测中[1],然而关于电喷雾离子化的机理仍然有一些不同的解释。多数研究认为电喷雾离子化的发生过程如下[2]:毛细管中的液体样品在高电压的驱动下会在毛细管尖端形成泰勒锥,当液体的静电场力超过表面张力时,会在泰勒锥的尖端溅射出许多带电液滴。对于这些带电液滴如何形成待测物离子,目前主要有两种模型来解释该过程[3],一个是带电残基模型(CRM),另一个是离子蒸发模型(IEM)。带电残基模型认为,液滴所带的电荷会在液滴去溶的过程中转移到待测物分子上,从而形成分子离子。离子蒸发模型认为,带电液滴会在蒸发收缩的过程中发生库伦爆炸,产生更小的液滴,如此反复,最后产生了分子离子。然而,对于进入质谱仪锥口的到底是库伦爆炸后形成的小液滴,还是液滴离子化后产生的分子离子,又或是两者的混合物,目前的研究中并没有清楚的解释[4]。认清这一问题,将对深入理解电喷雾离子化过程的机理、提高电喷雾质谱仪的灵敏度有着重要的意义。为此,我们设计了三组实验进行研究。我们将质谱仪锥口的温度从50℃逐步提升到275℃,观察到2,4,6-三甲基苯甲酸水溶液的信号受到温度的强烈影响。在锥口温度为50-75℃时质谱信号很低,在75-100℃时质谱信号显著提高。当我们把样品溶剂从水换成甲醇之后,也能观察到锥口温度接近溶剂沸点时,质谱信号有显著提高。此外,我们还构建了一个垂直于液滴飞行路径的匀强电场。我们将电场强度从0 kV/cm逐步提升到2.25 kV/cm,发现样品的质谱信号缓慢降低,最终也仅下降了35%。结合理论计算,我们发现在电喷雾过程中,由液滴分裂或蒸发产生的分子离子是难以进入质谱锥口的,并且小尺寸液滴也难以进入。真正大量进入质谱锥口的是半径在1.5μm以上的大尺寸液滴,这些液滴在锥口受热挥发形成分子离子,进而产生了质谱信号。这一发现不仅能为电喷雾原理提供更详细的解释,也有助于高灵敏的电喷雾质谱仪的开发。

关键词：电喷雾原理液滴分裂离子化

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探讨液滴分裂在电喷雾离子化过程中的重要性

探讨液滴分裂在电喷雾离子化过程中的重要性

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2018年中国质谱学术大会

作者：张晓超张四纯张新荣 Richard N.Zare 清华大学化学系微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室北京100084 斯坦福大学化学系美国加利福尼亚州帕罗奥多市94305 清华大学化学系微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室北京100084 斯坦福大学化学系美国加利福尼亚州帕罗奥多市94305

电喷雾质谱已经广泛应用于许多有机化合物的检测中[1]，然而关于电喷雾离子化的机理仍然有一些不同的解释。多数研究认为电喷雾离子化的发生过程如下[2]：毛细管中的液体样品在高电压的驱动下会在毛细管尖端形成泰勒锥，当液体的静电场...

电喷雾质谱已经广泛应用于许多有机化合物的检测中[1]，然而关于电喷雾离子化的机理仍然有一些不同的解释。多数研究认为电喷雾离子化的发生过程如下[2]：毛细管中的液体样品在高电压的驱动下会在毛细管尖端形成泰勒锥，当液体的静电场力超过表面张力时，会在泰勒锥的尖端溅射出许多带电液滴。

关键词：

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光化学衍生质谱分析斑马鱼胚胎不饱和脂质异构体

光化学衍生质谱分析斑马鱼胚胎不饱和脂质异构体

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2018年中国质谱学术大会（CMSC 2018）

作者：赵旭陈静张四纯张新荣马潇潇微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室清华大学化学系清华大学生命科学学院精密测试技术及仪器国家重点实验室清华大学精密仪器系

斑马鱼(Danio rerio)是发育生物学研究中常用的模式脊椎动物,其基因组和人类具有较高的相似性。斑马鱼胚胎在体外发育,发育周期短,体积较大且通体透明,便于进行各类发育生物学研究。脂质(lipids)作为斑马鱼胚胎中丰度较高的一类生物分子... 详细信息

斑马鱼(Danio rerio)是发育生物学研究中常用的模式脊椎动物,其基因组和人类具有较高的相似性。斑马鱼胚胎在体外发育,发育周期短,体积较大且通体透明,便于进行各类发育生物学研究。脂质(lipids)作为斑马鱼胚胎中丰度较高的一类生物分子,承担着构建生物膜、作为信号传导分子和能量来源等重要功能。近年来,已有研究对斑马鱼胚胎中的主要脂质物种进行成像1、定量分析并揭示发育过程中活跃的脂质代谢2。但常规的质谱脂质组学分析手段很难区分不饱和脂质的碳碳双键(C=C)位置异构体,这一技术难题阻碍了对不饱和脂质代谢相关的生理、病理过程的深入研究。在本研究中,我们采用基于Paternò-Büchi反应的在线光化学衍生法与串联质谱联用3,分别分析斑马鱼胚胎发育早期(0-5 hpf)体细胞(body)与卵黄(yolk)中不饱和磷脂物种碳碳双键(C=C)位置异构体的组成。在254 nm波长紫外光激发下,不饱和脂质和丙酮发生加成反应,生成含有氧杂四元环结构的产物分子。在串联质谱(MS/MS)模式下,反应产物碎裂,产生一对携带有C=C位置信息的诊断离子。根据诊断离子的强度信息,还可以对C=C位置异构体进行相对定量。初步数据显示,部分磷脂酰胆碱(PC)物种的脂肪酸链组成异构体与C=C位置异构体在细胞与卵黄中的相对含量存在较为显著的差异。本研究旨在通过分析斑马鱼胚胎中主要不饱和脂质物种的C=C位置异构体,为基于斑马鱼的发育生物学研究提供一个全新的视角。

关键词：不饱和脂质斑马鱼胚胎发育 Paternò-Büchi反应串联质谱

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光化学衍生质谱分析斑马鱼胚胎不饱和脂质异构体

光化学衍生质谱分析斑马鱼胚胎不饱和脂质异构体

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2018年中国质谱学术大会

作者：赵旭陈静张四纯张新荣马潇潇微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室清华大学化学系北京100084 清华大学生命科学学院北京100084 精密测试技术及仪器国家重点实验室清华大学精密仪器系北京100084

斑马鱼(Danio rerio)是发育生物学研究中常用的模式脊椎动物，其基因组和人类具有较高的相似性。斑马鱼胚胎在体外发育，发育周期短，体积较大且通体透明，便于进行各类发育生物学研究。

关键词：

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基于芯片电泳的人乳头状瘤病毒(HPV)基因分型筛查方法的研究

基于芯片电泳的人乳头状瘤病毒(HPV)基因分型筛查方法的研究

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第21届全国色谱学术报告会及仪器展览会

作者：林金明刘全利易伶潞微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室清华大学化学系

宫颈癌是威胁女性生命健康的第二大杀手,却也是至今病因明确的唯一癌症。超过99%的宫颈癌与人乳头状瘤病毒(HPV)的感染有因果关系。因此,对HPV感染情况的筛查成为重要而有效的预防宫颈癌的早期筛查手段。但是HPV的不同亚型的致病风险程... 详细信息

宫颈癌是威胁女性生命健康的第二大杀手,却也是至今病因明确的唯一癌症。超过99%的宫颈癌与人乳头状瘤病毒(HPV)的感染有因果关系。因此,对HPV感染情况的筛查成为重要而有效的预防宫颈癌的早期筛查手段。但是HPV的不同亚型的致病风险程度及其在不同地域人群中的分布都有所差异,直接对HPV进行分型检测显然更具有实际意义和价值。然而,目前仍然缺乏灵敏且经济适用的分型方法。近年来,我们实验室针对三

关键词：人乳头状瘤病毒 HPV 筛查方法基因分型

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基于质谱技术的中药复方药效物质基础的表征,发现与诠释

基于质谱技术的中药复方药效物质基础的表征,发现与诠释

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第三届全国质谱分析学术报告会

作者：谢媛媛王义明罗国安清华大学化学系微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室

清华大学罗国安教授在2007年提出了中医药整体系统生物学,采用化学物质组学表征中药复杂系统,采用基因组学、蛋白质组学、代谢组学及药理学等表征生命系统,建立了研究两个复杂系统相互作用和网络调控机制的方法体系,即采用"系统-系... 详细信息

清华大学罗国安教授在2007年提出了中医药整体系统生物学,采用化学物质组学表征中药复杂系统,采用基因组学、蛋白质组学、代谢组学及药理学等表征生命系统,建立了研究两个复杂系统相互作用和网络调控机制的方法体系,即采用"系统-系统"（System to System,S2S）模式表征多组分药物群（药物系统）与生物系统（系统生物学）的相互作用。现代质谱技术具有高灵敏度、高选择性和快捷等优点,在中药复杂物质体系和生命系统的表征中发挥重要作用,己成为探究中医药理论科学内涵的重要利器。益气养阴方由灯盏细辛等四味药材组成,具有益气养阴,活血健脑之功,主要用于治疗气阴两虚,瘀阻脑络引起的胸痹心痛、中风后遗症,症见痴呆、健忘,手足麻木症,冠心病心绞痛,缺血性心脑血管疾病,高脂血症等。为深入揭示益气养阴方干预缺血性中风的作用机制,本研究基于"系统-系统"模式的整体系统生物学研究策略,基于质谱技术开展了益气养阴方药效物质基础的表征和发现以及作用机制诠释等研究。（1）采用高分辨质谱技术鉴定益气养阴方的化学物质基础,预测主要化学成分的ADME性质,并采用网络药理学预测它们潜在的作用靶点和通路;（2）经典药理学和系统生物学相结合,研究了益气养阴方对中动脉栓塞大鼠模型的干预作用,及其对内源性小分子（血清和脑组织代谢组学）和蛋白质（血清比较蛋白质组学）的影响。根据病理解剖结果及血清和脑组织中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH-PX）丙二醛（MDA）和一氧化氮（NO）等经典生化指标的测定,表明益气养阴方可显著降低模型大鼠的脑梗塞率,减轻脑水肿程度,其对脑缺血再灌注所致脑组织损伤可能与促进自由基的消除、提高内源性物质抗氧化能力有关。（3）血清代谢轮廓谱和脑匀浆代谢轮廓谱分析,从整体效应角度证实了益气养阴方对缺血性中风的治疗作用;从血清中筛选得到了11个与脑组织缺血相关的潜在生物标志物,涉及到三羧酸循环、糖代谢、花生四烯酸代谢、甘油磷脂代谢、溶血磷脂酰胆碱类物质和脂肪酸代谢等5条代谢通路的紊乱,他们与脑组织的炎症反应密切相关。（4）iTraq比较蛋白质组学研究发现益气养阴方通过调控145个靶蛋白起到对缺血再灌注模型大鼠脑组织损伤的保护作用。整合网络药理学和代谢组学、蛋白质组学的结果,发现Focal adhesion,Glutathione metabolism,HIF-1 signaling pathway,Rap1 signaling pathway,和Platelet activation（hsa04611）是益气养阴方调控的关键通路。本研究基于"系统-系统"模式的整体系统生物学研究策略,整合代谢组学和蛋白组学研究,为揭示益气养阴方的作用机制提供了科学依据,为基于组学技术的中药复方现代研究提供了新的思路和借鉴。

关键词： "系统-系统"模式代谢组学蛋白质组学质谱益气养阴方缺血性中风

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基于二级质谱的神经胶质瘤单细胞的代谢组学分析

基于二级质谱的神经胶质瘤单细胞的代谢组学分析

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第三届全国质谱分析学术报告会

作者：张晓超张四纯张新荣清华大学化学系微量分析测试方法与仪器研制北京市重点实验室

在单细胞水平进行肿瘤细胞和正常细胞的代谢物分析,对于早期的疾病诊断至关重要。然而,在基于质谱的单细胞代谢组学分析方法中,要想同时获取单细胞的一级质谱和二级质谱以进行未知代谢物的结构鉴定,长期以来是个巨大的挑战。因为典型的... 详细信息

在单细胞水平进行肿瘤细胞和正常细胞的代谢物分析,对于早期的疾病诊断至关重要。然而,在基于质谱的单细胞代谢组学分析方法中,要想同时获取单细胞的一级质谱和二级质谱以进行未知代谢物的结构鉴定,长期以来是个巨大的挑战。因为典型的哺乳动物单细胞的体积仅约为一皮升,无法满足常规分析方法的检测要求[1]。为了解决单细胞质谱分析领域的这一瓶颈问题,我们在前期研究的基础上[2, 3],建立了基于液滴微萃取和皮升电喷雾的单细胞分析方法。该方法先使用微液滴对单个细胞中的代谢物进行萃取,然后使用我们开发的非接触式的皮升电喷雾离子源对萃取液进行离子化,随后进行高分辨质谱分析。液滴微萃取的采样方法可以在避免过度稀释样品的同时,解决单细胞中的基质干扰问题,提高代谢物的检测灵敏度。皮升电喷雾的使用,则能把质谱信号的持续时间延长至分钟级,满足大量二级质谱的采集需求。通过使用该方法,我们分别在单个神经胶质瘤细胞和正常星形胶质细胞中,成功检测到超过1000个分子的精确质量数,并在单次测定中采集到了超过600张二级质谱图。这些丰富的信息为单细胞中大量未知代谢物的结构鉴定提供了巨大帮助。通过对特征子离子的分析,我们准确鉴定出了单细胞中超过300个磷脂酰胆碱类分子。利用主成分分析,我们成功地将神经胶质瘤单细胞和正常星形胶质单细胞分成了两类。我们发现,神经胶质瘤细胞中不同磷脂酰胆碱的比值,如PC(32:1)/PC (32:0),显著高于正常星形胶质细胞。除此之外,我们通过二级质谱准确鉴定出了PC (17:1)和PE (20:1)这一对同分异构体,并且发现在神经胶质瘤细胞中同时含有PC (17:1)和PE (20:1),而在正常星形胶质细胞中只含有PC (17:1)。据我们所知,在肿瘤细胞与正常细胞中发现这样的同分异构体的含量差异,尤其是在单细胞层面,尚属首次。我们的方法可以从单个细胞中获取丰富的一级质谱与二级质谱信息,并且能从多维数据的角度对不同的单细胞进行区分。该方法有望用于包括干细胞分化、癌细胞耐药性在内的多种重大生命科学问题的研究。

关键词：单细胞分析液滴萃取皮升电喷雾代谢组学神经胶质瘤

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