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國(guó)產(chǎn)高端質(zhì)譜流式細(xì)胞儀助力研究成果榮登SCI頂刊《ACS Nano》（IF＞15）
近日，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）環(huán)境學(xué)院以“銀納米粒子在活細(xì)胞中演化的時(shí)空?qǐng)D譜”（Spatiotemporal Mapping of the Evolution of Silver Nanoparticles in Living Cells）為題，在2024年12月10日發(fā)表于國(guó)際納米科技領(lǐng)域?qū)W術(shù)期刊《ACS Nano》（IF＞15）。
作為該工作中的重要組成部分之一，譜育科技旗下的譜康醫(yī)學(xué)基于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的MSFLO型 質(zhì)譜流式細(xì)胞儀，向該科研團(tuán)隊(duì)提供了切實(shí)的技術(shù)支持，并作為合作作者、合作單位參與了該工作的發(fā)表。
在水生環(huán)境中釋放的Ag納米離子（AgNPs）可以發(fā)生復(fù)雜的轉(zhuǎn)化，AgNPs在氧氣或其他氧化劑的存在下容易氧化，導(dǎo)致Ag離子（Ag+）的釋放。更嚴(yán)重的是，釋放的Ag+可以進(jìn)一步還原為次生Ag0NPs。由于現(xiàn)有技術(shù)的限制，對(duì)活細(xì)胞內(nèi)這些物種之間復(fù)雜的相互轉(zhuǎn)化的理解受到很大阻礙，這增加了探測(cè)細(xì)胞內(nèi)AgNPs毒性機(jī)制的困難。
此外，值得注意的是，新形成的次生Ag0NPs對(duì)AgNPs整體毒性的貢獻(xiàn)尚不清楚，一個(gè)主要的挑戰(zhàn)是缺乏此生Ag0NPs的量化表征技術(shù)手段，尤其是Ag0NPs的形成動(dòng)力學(xué)（Formation Kinetics）。作為本文建立的三種方法之一，作者使用譜育科技旗下譜康醫(yī)學(xué)的MSFLO型質(zhì)譜流式儀，成功建立了對(duì)原生AgNPs和次生Ag0NPs同時(shí)進(jìn)行量化的表征技術(shù)，表征結(jié)果與透射電鏡-能譜技術(shù)（TEM-EDX）以及新建立的基于AIE熒光探針-ICP-MS聯(lián)用量化技術(shù)的表征結(jié)果良好吻合。
在詳細(xì)工作中，作者采用了AgNPs、Au@AgNPs和AgNPs@AIE三種不同的AgNPs進(jìn)行質(zhì)譜流式儀分析，這三種AgNPs具有較高的溶出率，可監(jiān)測(cè)Ag+的還原動(dòng)力學(xué)（Ag0NPs的形成動(dòng)力學(xué)）。同時(shí)含有Ag和Au信號(hào)的NPs被標(biāo)記為Au@AgNPs，而只含有Ag或Au的粒子分別被標(biāo)記為AgNPs/Ag+或AuNPs/Au3+。
對(duì)于AgNPs和AgNPs@AIE，在MSFLO質(zhì)譜流式儀中同時(shí)監(jiān)測(cè)107Ag和109Ag信號(hào)。含有相對(duì)較高的107Ag/109 Ag信號(hào)的AgNPs或AgNPs@AIE被認(rèn)為是較大的NPs（上圖中的Q2群體，原始AgNPs和AgNPs@AIE），而含有較低的107Ag/109 Ag信號(hào)的NPs代表較小的Ag0NPs（上圖中的Q4群體）。與AgNPs相比，新形成的Ag0NPs始終顯示出相對(duì)較小的尺寸，在質(zhì)譜流式儀上獲得的信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)更低，因此，通過(guò)不同的質(zhì)譜計(jì)數(shù)信號(hào)，即可有效區(qū)分原生AgNPs和次生Ag0NPs。
此外，分別于暴露后0 h、1 h、5 h、10 h和24 h采集樣品，使用MSFLO型質(zhì)譜流式細(xì)胞儀進(jìn)行分析（結(jié)果如上圖所示），在開始（0 h）時(shí)，混合物中含有99.2% Au@AgNPs和0.803% AgNPs。隨著暴露時(shí)間的增加，Au@AgNPs的百分比下降至24 h時(shí)的77.3%，表明Au@AgNPs的溶解。相反，次生Ag0NPs的比例在24 h內(nèi)從1.60%上升到22.7%，在平衡狀態(tài)下形成約110μg/L的Ag0NPs。當(dāng)比較Au@AgNPs和AgNPs@AIE暴露下的Ag0NPs的形成動(dòng)力學(xué)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)AgNPs比Au@AgNPs表現(xiàn)出相對(duì)更高的Ag0NPs形成率，這是因?yàn)樗鼈冡尫诺腁g+濃度相對(duì)更低，結(jié)果表明Ag+濃度在Ag0NP的形成中起著重要作用，即更高的Ag+含量誘導(dǎo)生成更多的次生Ag0NPs。上述基于MSFLO型 質(zhì)譜流式細(xì)胞儀的研究工作所得到的結(jié)論，與作者新建立的基于AIE熒光探針-ICP-MS聯(lián)用量化技術(shù)的表征結(jié)果良好吻合，形成了良好的相互驗(yàn)證的研究效果。
進(jìn)一步的，作者團(tuán)隊(duì)基于AIE熒光探針技術(shù)與無(wú)標(biāo)記共聚焦散射和高光譜成像技術(shù)相結(jié)合，定量地觀察AgNPs、Ag0NPs和Ag+在活細(xì)胞中的生物分布和生物轉(zhuǎn)化，最終證明了AgNPs首先溶解在培養(yǎng)基中，釋放的Ag+在藻類細(xì)胞外聚合物和光的存在下轉(zhuǎn)化為次生Ag0NPs，且AgNPs單獨(dú)占AgNP總毒性的12.4%，與Ag0NPs的比例相當(dāng)（15.6%），相比之下，Ag+仍然是總體AgNPs毒性的主要貢獻(xiàn)者。此外，該工作還發(fā)現(xiàn)AgNP的暴露上調(diào)了藻類谷胱甘肽的產(chǎn)生，使谷胱甘肽還原酶活性增加38.3倍，這可能導(dǎo)致Ag0NP在活性位點(diǎn)形成。總的來(lái)說(shuō)，本工作區(qū)分了AgNPs、Ag+和Ag0NPs的毒性，并直接可視化了AgNPs、Ag+和Ag0NPs在活細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)化和易位，這對(duì)揭示AgNPs的毒性機(jī)制至關(guān)重要。
▲譜育科技旗下-譜康醫(yī)學(xué)- MSFLO型 質(zhì)譜流式儀 外觀示意圖、離子光學(xué)示意圖、對(duì)瞬態(tài)信號(hào)（transient signal）的信號(hào)采集原理示意圖
譜育科技旗下-譜康醫(yī)學(xué)所推出的MSFLO型 質(zhì)譜流式細(xì)胞儀可應(yīng)用于在質(zhì)譜流式細(xì)胞分析、多元素納米顆粒分析、大氣單顆粒元素分析、微區(qū)全元素分析、生物組織成像等前沿科學(xué)方向，為提升元素分析及生命科學(xué)領(lǐng)域裝備和應(yīng)用水平、推動(dòng)前沿研究提供強(qiáng)有力的設(shè)備和技術(shù)支撐。
在2024年，MSFLO型 質(zhì)譜流式細(xì)胞儀榮獲了“朱良漪分析儀器創(chuàng)新成果獎(jiǎng)”，這一殊榮不僅彰顯了業(yè)界對(duì)這款設(shè)備的高度認(rèn)可，也突顯了其在促進(jìn)科學(xué)研究方面所發(fā)揮的重要作用。
經(jīng)過(guò)浙江省分析測(cè)試協(xié)會(huì)專家評(píng)審認(rèn)定，譜育科技實(shí)現(xiàn)了高端質(zhì)譜流式細(xì)胞儀的“國(guó)產(chǎn)化替代”，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白；此外，金屬螯合配體及其制備方法、四極桿調(diào)諧方法和流式質(zhì)譜分析技術(shù)更是達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。
展望未來(lái)，我們將堅(jiān)持不懈地追求創(chuàng)新，致力于研發(fā)更多具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高端科學(xué)儀器。通過(guò)不斷提升自主創(chuàng)新能力，力求在高端科學(xué)儀器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更大的突破，加速國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，書寫中國(guó)科技新篇章。