2023年CAIA獎一等獎：適于生命體系中金屬/類金屬形態分析的光譜系統的創制及應用
完成單位：東北大學
完成人：王建華、魏星、于永亮、陳明麗、舒楊、陳旭偉、楊婷、陳帥
成果簡介：
金屬/類金屬是生命重要載體，在生長發育過程中起到了重要作用。金屬/類金屬元素失衡或過量攝入會對生命體造成毒害效應。同時，某些金屬或形態與特定疾病密切相關。研究生命體系中金屬及形態遷移轉化，有助于闡述疾病發生與治療機制。本項目創制了適于生命體系中金屬形態原位分析的儀器系統，將生命樣品原位采樣、實時樣品預處理、光/質譜檢測集成化，實現生命系統中金屬形態及遷移轉化的即時監測。研制了系列適于采樣、樣品預處理、進樣、分析檢測的單元模塊與接口，任意組合組裝這些單元模塊，集成為三個分析系統，即體液分析系統、單細胞（二維）分析系統、組織樣品成像系統。開發建立了匹配的獨立控制系統和強大的數據處理系統，包括形態分析的積分法、單細胞分析的一階導數法等。所研制的適于生命體系中金屬/類金屬形態分析的光譜系統不僅可從多角度研究生命樣品中特定金屬或形態變化遷移趨勢，同時可為研究生命體系中與特定疾病相關的金屬及形態轉化和疾病發生與治療機制提供有效工具。
創新點及科學價值：
（1）高效快速地提取體液中的痕量金屬元素并對其進行靈敏測定；準確地對小體積血液樣品中的痕量金屬形態進行高效提取和基質去除，為血樣中金屬形態分析提供了有效的新方法；
（2）實現高通量、高時間分辨的單細胞分析，獲取異質性信息；開發了多種可實現單細胞操控及篩選的微流控芯片，同時基于多流體原理，有效地去除復雜全血樣品基體，實現小體積血液樣品中單個稀有細胞（如循環腫瘤細胞，CTC）的分離與檢測，這對于癌癥的早期診斷具有重要意義；
（3）將LIF與ICP-MS耦合，實現單細胞熒光-質譜二維分析。通過熒光和元素雙重標記策略，可獲得單細胞多重數據信息，從而獲得更全面的單細胞分析。如在單個腫瘤細胞水平上研究藥物攝取或細胞表型差異性與疾病標志蛋白的表達及其關聯，為個性化治療提供指導；同時耦合毛細管電泳單元，可實現血液/細胞中金屬及其形態或聚集體的形態分離分析，這對于生命健康分析及毒理分析具有重要作用。
應用前景：
所研制的適于生命體系中金屬/類金屬形態分析的光譜系統，有利于深入研究金屬及其形態或聚集體與生命體系中的遷移轉化，可為某些特定相關疾病的發生及其與健康的關系提供依據，從而進一步研究疾病的發生和發展機制，有助于疾病預防、早期檢測診斷和有效治療。
