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世界在對抗新型冠狀病毒SARS-CoV-2引起的大流行疫情進行的研究表明單細胞分析是研究細胞生物學和生命組學分析中最重要的技術之一。單細胞水平單/多元素金屬含量檢測，以及基于金屬藥物或納米粒子的藥物和癌癥研究，成為科研領域關注熱點，部分相關癌癥療法已獲準在臨床上使用或目前正在開發中。

自2003年Degueldre首ci證明ICP-MS可作為“單個”含有金屬或類金屬顆粒的重要監測手段，成功引入單顆粒ICP-MS概念，并進一步擴展至單細胞ICP-MS后，單細胞ICPMS分析在單細胞水平的定性、定量分析方面發揮了關鍵性作用，不僅在毒理學、醫療診斷及藥物和癌癥研究或金屬組學方面具有廣闊的應用前景，還可拓展至環境微塑料表征等領域，實現整體細胞群中單個細胞金屬含量、含量分布及含有金屬或納米顆粒的細胞濃度等重要信息變化分析。

賽默飛ICP-MS搭載高傳輸效率的單細胞樣品引入系統（ESI 或Glass Expansion），為進一步提高樣品傳輸效率，采用注射泵代替傳統蠕動泵完成樣品輸送以大幅降低樣品流速，并通過Qtegra ISDS 軟件的scQuant智能科學數據解決方案實現方法創建和數據評估。

賽默飛單細胞ICP-MS分析方案

富硒酵母細胞中硒的含量及分布

硒是人體微量元素中的“抗癌之wang”。生物來源富硒酵母含有超過100多種活性硒種類，富硒酵母營養預防癌癥（NPC）成為降低癌癥的一項重要預防措施。采用單細胞ICPMS直接分析富硒酵母細胞稀釋懸浮液，可以直接檢測和表征單個細胞中微量元素含量和質量分布，有助于實時監測酵母發酵過程中硒的摻入水平并優化硒暴露的形式和劑量。

實驗方案

iCAP™ TQ ICP-MS，搭配高效單細胞進樣系統及微流注射泵，配備scQuant單細胞應用軟件。采用TQ-O₂模式測量酵母細胞中磷和硒元素，硒和磷在碰撞反應池中與氧氣反應后，采集質量變為⁸⁰Se¹⁶O⁺和³¹P¹⁶O⁺。其中磷元素作為細胞標記元素用于統計細胞個數，硒元素用于統計含有硒元素的細胞數量。

結果討論

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傳輸效率

采用金納米顆粒標準溶液（30 nm，LGCQC5050 Colloidal Gold Nanoparticles, LGC, Teddington, UK）進行傳輸效率計算，發現單細胞進樣系統傳輸效率通常是50 - 70%。在富硒酵母單細胞ICPMS分析中，與使用流式細胞儀測定細胞總數相比，基于磷信號的單細胞ICP-MS細胞傳輸效率為68%。

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信號分布

使用sc-ICPMS測定富硒酵母細胞，³¹P¹⁶O⁺和⁸⁰Se¹⁶O⁺系列信號如圖1所示，磷的平均信號強度在165000 cps范圍內，而硒的信號平均強度為46000 cps。此外，與磷相比，硒在單位時間內檢測到的信號數量也較低。通過對信號的定量評估，可獲得含有目標元素的細胞數量信息，以及目標元素在整個細胞群的平均質量及分布。

圖1 富硒酵母細胞中磷和硒的原始數據

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質量分布

硒在細胞群中分布并非均勻的, 將通過硒信號測定的細胞數量與之前使用磷測定的細胞數量進行比較，可知大約57%細胞中硒含量高于檢出限，可檢測到的硒含量在2.50 fg到72.50 fg之間。硒含量在細胞群體中分布差異，表現為平均值（18.6 fg）和中值（16.8 fg）的差異，標準偏差±12.5 fg，而磷含量平均值（37.0 fg）和中位數（30.9 fg），標準偏差±23.1 fg。

圖2 富硒酵母細胞中Se、P元素質量分布

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實驗結論

單細胞ICP-MS可以很好地實現單個細胞中不同微量元素質量含量/質量分布監測，為區分結合態硒和外源摻入硒提供了一種快速的分析工具。這些都是通過Qtegra ISDS軟件scQuant插件實現的，一體化數據采集處理軟件系統不僅能實現scQuant關鍵方法參數設定，控制注射泵，及數據可視化等功能，更關鍵的是可以使用順序方法掃描多個元素，所有感興趣的元素在一次樣本中相同時間段內進行測量，結果最終匯總在一個數據集中。

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