2024年分析測試科學獎一等獎：單細胞/顆粒中金屬元素分析新方法及應用
完成單位：中國科學院生態環境研究中心、武漢大學、山東大學、國科大杭州高等研究院
完成人：史建波，何蔓、紀曉萌、劉念、陳貝貝、胡斌、陰永光、胡立剛
成果簡介：本項目聚焦單細胞/顆粒的分析需求，發展了多種單細胞/顆粒中金屬元素分析的新方法，并應用于細胞及顆粒中典型金屬的表征。創新性地提出了高靈敏度在線測定單個細胞中金屬賦存的單細胞電感耦合等離子體質譜（ICPMS）方法，實現了單個細胞中金屬元素的高通量檢測，為單細胞水平的重金屬研究提供了新的技術手段；基于單顆粒ICPMS，發展了多種環境和生物樣品中含金屬單顆粒定性和定量分析的新方法，提供了樣品中金屬納米顆粒賦存的重要信息；應用3D打印、微流控芯片等技術，開發了適于單細胞/顆粒分析的進樣及分析系統；應用建立的方法，揭示了金屬元素在單細胞/顆粒水平的異質性、轉化機制及毒性效應。
創新點及科學價值：發展了單細胞ICPMS技術，實現單個細胞中金屬元素的高靈敏度檢測，為單細胞重金屬分析提供新方法；基于單顆粒ICPMS，提出了金屬納米顆粒的定量分析方法，揭示了樣品中金屬納米顆粒的賦存狀態。此外，應用3D打印和微流控芯片技術，開發了適用于單細胞/顆粒的進樣及分析系統。本項目突破了傳統群體平均分析的局限，為細胞和顆粒中的金屬異質性、轉化機制及毒性效應提供了新視角。
社會經濟效益：本項目屬于基礎研究，旨在解決單細胞/單顆粒中痕量金屬在分離鑒定、含量分析和形態轉化等方面的技術問題，發展單細胞/顆粒中金屬分析的新方法、新技術和新裝置。所開發的硬件和方法已被推廣應用，取得良好效果。其中以單細胞/單納米顆粒進樣系統研究工作為基礎，為企業的ICPMS系統定制開發了單細胞/單顆粒測量組件，取得良好經濟效益。
應用前景：應用本項目所建立的新方法和新技術，對金屬元素在單細胞/顆粒水平的異質性、轉化機制及毒性效應進行了深入研究，獲得了系列新的認識，取得了良好的應用效果，應用潛力巨大。項目在紅細胞、精子等單細胞水平上對重金屬的精確分析，揭示了人體內金屬分布機制和生殖健康相關性，預示在疾病診斷和健康監測中的應用前景。項目揭示了環境中金屬納米顆粒的轉化與生物富集機制，直接驗證了大鼠腦組織中納米銀的存在，未來可應用于環境風險評估及公共健康防護，為制定更精準的環境與健康安全政策提供科學支撐。
