单细胞质谱分析系统和方法与流程

1.本发明涉及单细胞分析，特别涉及单细胞质谱分析系统和方法。


背景技术：

2.细胞是人类研究生命奥秘、阐释疾病机理的重要研究对象。传统的细胞生物学研究常常以群体细胞作为研究对象，已经为人类探索出了许多疾病的致病机制和治疗方法。但基于群体细胞的平均研究结果，忽略了细胞“异质性”，存在明显缺陷。单细胞分析能够弥补过去由于群体细胞采样而导致的被掩盖和遗漏掉的重要信息，使人类对疾病的研究更准确和全面。单细胞质谱分析技术能够实现对多组分样品同时检测，获得大量样品中未知成分的结构信息，具有较高的灵敏度，为单细胞代谢组学、蛋白质组学等研究提供有效的技术支撑。
3.目前的单细胞质谱分析技术的不足之处主要在于：
4.1.毛细针贯穿全流程使用，存在较大的交叉污染隐患，基于毛细针的方案存在单细胞之间的交叉污染问题；
5.部分方案引入了毛细针清洗技术，但使得系统工作流程变得更加复杂，可靠性降低。
6.2.双侧毛细针协同操作，甚至可能要求旋转电机介入，控制复杂、易出错。


技术实现要素：

7.为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种单细胞质谱分析系统。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
9.单细胞质谱分析系统，所述的单细胞质谱分析系统包括毛细针、单细胞承载装置和质谱分析仪；所述的毛细针包括依次分布的外径较小的第一部分、外径逐渐变大的第二部分和外径较大的第三部分；所述的单细胞质谱分析系统还包括：
10.移动件和承载件，所述的承载件设置在所述的移动件上，所述的毛细针设置在所述的承载件的远离所述的移动件的一端，所述的移动件用于将所述的毛细针分别移动到所述的单细胞承载装置、质谱分析仪和毛细针承载装置处；
11.毛细针承载装置，所述的毛细针承载装置具有多个适于承载所述的毛细针的承载位；
12.夹持装置，所述的夹持装置包括基座、第一夹爪、第二夹爪、第一导轨和驱动单元，所述的基座固定在所述的承载件上，所述的第一夹爪设置在基座上，所述的第一导轨设置在所述的基座上，所述的驱动单元用于驱动所述的第二夹爪在所述的第一导轨上正向和方向移动；所述的第一夹爪和第二夹爪分别具有相对设置的凹槽，自凹槽的下壁向上，二个凹槽的侧壁间的距离变大；所述的第二部分和第三部分被夹在第一夹爪和第二夹爪的二个凹槽内。
13.本发明的另一目的在于提供了根据上述单细胞质谱分析系统的单细胞质谱分析
方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
14.根据本发明单细胞质谱分析系统的单细胞质谱分析方法，所述的单细胞质谱分析方法包括以下步骤：
15.(a1)移动件将所述的承载件移动到所述的毛细针承载装置处，夹持装置移动到选择的毛细针处；
16.(a2)驱动单元驱动所述的第二夹爪在所述第一导轨上正向移动，毛细针的第三部分和第二部分进入所述的二个凹槽内，并被所述的第一夹爪和第二夹爪夹紧。
17.与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
18.1.避免了交叉污染；
19.在毛细针承载装置设置多个毛细针，如呈矩阵式分布，在每次单细胞检测中，首先夹取新的毛细针，之后用于单细胞萃取和检测，毛细针作为耗材使用，避免了毛细针间的交叉污染；
20.2.结构简单；
21.在同一时间，仅有一个毛细针随着移动件移动，移动件上设置二维移动平台，也即仅需一台三维移动装置(移动件和二维移动平台的组合)实现了毛细针的三维移动，进而实现单细胞萃取、检测，无需其他控制部件(例如旋转电机等)，降低了系统复杂度，提升了可靠性；
22.3.分析效率高；
23.毛细针的加载、单细胞萃取和检测均是自动化实现，显著地提高了单细胞分析效率；
24.毛细针第二部分、第三部分的设计，以及与此匹配的第一凹槽和第二凹槽的(第四部分和第五部分)设计，使得毛细针快速、准确地被第一夹爪和第二夹爪夹持，提高了整体工作效率。
附图说明
25.参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：
26.图1是根据本发明实施例的单细胞质谱分析系统的结构示意图。
具体实施方式
27.图1和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。
28.实施例1：
29.图1示意性地给出了本发明实施例1的单细胞质谱分析系统的结构图，如图1所示，所述的单细胞质谱分析系统包括：
30.毛细针14、单细胞承载装置31和质谱分析仪51；所述的毛细针14包括依次分布的外径较小的第一部分、外径逐渐变大的第二部分和外径较大的第三部分；
31.移动件11和承载件12，所述的承载件12设置在所述的移动件11上，所述的毛细针14设置在所述的承载件12的远离所述的移动件11的一端，所述的移动件11用于将所述的毛细针14分别移动到所述的单细胞承载装置41、质谱分析仪51和毛细针承载装置31处，如利用直线轨道或圆形轨道移动所述的移动件11；
32.毛细针承载装置31，所述的毛细针承载装置31具有多个适于承载所述的毛细针14的承载位，如多个毛细针呈矩阵式地分布在所述的毛细针承载装置31上，平行设置；
33.夹持装置13，所述的夹持装置13包括基座、第一夹爪、第二夹爪、第一导轨和驱动单元，所述的基座固定在所述的承载件上，所述的第一夹爪设置在基座上，所述的第一导轨设置在所述的基座上，所述的驱动单元用于驱动所述的第二夹爪在所述的第一导轨上正向和反向移动；所述的第一夹爪和第二夹爪分别具有相对设置的凹槽，自凹槽的下壁向上，二个凹槽的侧壁间的距离变大；所述的第二部分和第三部分被夹在第一夹爪和第二夹爪的二个凹槽内。
34.为了实现毛细针的三维移动，进一步地，所述单细胞质谱分析系统还包括：
35.第二导轨21，所述的移动件11设置在所述的第二导轨21上；
36.二维移动平台，所述的二维移动平台设置在所述移动件上，所述的承载件设置在所述的二维移动平台上。
37.为了实现单细胞萃取和离子化，进一步地，所述的基座内具有气体通道，所述的毛细针具有贯穿所述第一部分、第二部分和第三部分的通孔，毛细管设置在所述通孔内；当毛细针处于所述的二个凹槽内时，所述的通孔与所述的气体通道连通，也即实现了气体通道和毛细管内的连通。
38.为了实现待测物质的离子化，进一步地，所述的单细胞质谱分析系统还包括：
39.导电体，所述的导电体设置在所述的气体通道内；
40.电极，所述的电极设置在所述的毛细针内；当所述的毛细针处于所述的二个凹槽内时，所述的导电体与所述的电极连接。
41.为了提高电连接的可靠性，进一步地，所述的电极包括球状部分和在所述毛细针内延伸的针状部分；当所述的毛细针处于所述的二个凹槽内时，所述的导电体与所述的球状部分连接；所述的第一夹爪固定在所述基座上。
42.为了实现气路密封，进一步地，所述的基座的临着毛细针的侧部具有环绕所述的气体通道开口的环形凹槽，密封件设置在所述的环形凹槽内；当所述的毛细针处于所述的二个凹槽内时，所述的密封件被所述的基座和毛细针挤压。
43.为了稳定可靠低驱动第二夹爪，进一步地，所述的驱动单元包括：
44.电机和齿轮，所述的电机固定在所述的基座上，并驱动所述的齿轮转动；
45.连接件，直线状的连接件设置在所述第一导轨上，并与所述的第二夹爪连接，所述的齿轮与所述的连接件上的齿咬合。
46.本发明实施例的单细胞质谱分析方法，也即根据本实施例单细胞质谱分析系统的单细胞质谱分析系统的工作方法，所述的单细胞质谱分析方法包括以下步骤：
47.(a1)移动件11将所述的承载件12移动到所述的毛细针承载装置31处，夹持装置13
移动到选择的毛细针14处；
48.(a2)驱动单元驱动所述的第二夹爪在所述第一导轨上正向移动，毛细针14的第三部分和第二部分进入所述的二个凹槽内，并被所述的第一夹爪和第二夹爪夹紧；
49.(a3)移动件11将毛细针14移动到所述的单细胞承载装置41处，完成对选择的单细胞的萃取；
50.(a4)移动件11将毛细针14移动到所述的质谱分析仪51处，完成对单细胞的分析；
51.(a5)所述的驱动单元驱动所述的第二夹爪在第一导轨上反向移动，第一夹爪和第二夹爪分离，毛细针掉落，并被收集。
52.为了实现气电的同时导通，进一步地，在步骤(a2)中，当所述的毛细针被第一夹爪和第二夹爪夹紧时，所述的基座上气体通道内的导电体与毛细针内的电极连接，同时，所述的毛细针14的内部与所述的气体通道连通。
53.实施例2：
54.根据本发明实施例1的单细胞质谱分析系统及其工作方法的应用例。
55.在本应用例中，如图1所示，第二导轨21采用直线导轨，移动件11设置在第二导轨21上，二维移动平台设置在所述移动件11上，组合形成三维移动平台；承载件12的一端固定在二维移动平台上，另一端固定夹持装置13；单细胞承载装置41设置在电动载物台上，显微成像模块设置在单细胞承载装置41的下侧；
56.多个毛细针14呈矩阵式地设置在毛细针承载装置31上，毛细针14相互平行，且毛细针14的顶端位置共面；自下而上地，毛细针14包括外径较小的第一部分、外径逐渐变大(从第一部分的外径变大到第三部分的外径)的第二部分和外径较大的第三部分，毛细针14呈管状，且两端开口，也即有通孔贯穿了第一部分、第二部分和第三部分，毛细管设置在所述通孔内；电极设置在所述的毛细针14内，其中球状部分固定在第三部分内，针状部分在所述的毛细管内延伸；
57.第一夹爪固定在基座上，基座上设置气体通道，气体通道内设置导电体，基座临着毛细针14的一侧具有环绕气体通道出口的环形凹槽，o形圈设置在环形凹槽内；基座上设置第一(直线)导轨，第二夹爪设置在第二导轨上，直线状的连接件连接第二夹爪上，并具有齿；电机固定在基座上，转轴上固定齿轮，该齿轮与连接件上的齿咬合，当电机转动时，驱动第二夹爪(连接件)在第一导轨上平移；第一夹爪具有第一凹槽，第二夹爪具有第二凹槽，当第一夹爪和第二夹爪处于竖直静止状态时，第一凹槽和第二凹槽分别包括上壁、侧壁和下壁，下壁到上壁的距离等于毛细针第二部分和第三部分的(毛细针中心轴线方向上)高之和；自下而上下，侧壁分为第四部分和第五部分；从下壁到上壁，第一凹槽和第二凹槽的侧壁间的距离在第四部分逐渐变大，在第五部分不变，使得毛细针被第一夹爪和第二夹爪夹紧时，第二部分处于第一夹爪和第二夹爪的第四部分之间，第三部分处于第一夹爪和第二夹爪的第五部分之间，且o形圈被基座和毛细针的第三部分挤压，同时，导电体与球状部分接触。
58.本发明实施例的单细胞质谱分析方法，也即根据本实施例单细胞质谱分析系统的单细胞质谱分析系统的工作方法，所述的单细胞质谱分析方法包括以下步骤：
59.(a1)移动件11和二维移动平台协作，将所述的承载件12移动到所述的毛细针承载装置31处，夹持装置13移动到选择的毛细针14处；
60.(a2)驱动单元驱动所述的第二夹爪在水平方向第一导轨上正向移动，毛细针的第三部分先进入第一凹槽和/或第二凹槽内，之后，第二部分进入第一凹槽和/或第二凹槽内，和第二部分进入所述的二个凹槽内，毛细针向上移动，使得毛细针被第一夹爪和第二夹爪夹紧，第二部分处于第一夹爪和第二夹爪的第四部分之间，第三部分处于第一夹爪和第二夹爪的第五部分之间，且o形圈被基座和毛细针的第三部分挤压，气体通道和毛细管连通，同时，导电体与球状部分接触，实现了电路、气路的同时导通；
61.驱动承载件向上移动，毛细针脱离承载装置31；
62.(a3)移动件11在第二导轨21上正向移动，将毛细针14移动到所述的单细胞承载装置41处，完成对选择的单细胞的萃取，如产生皮升级萃取液，吸取单细胞的萃取物质，这些都是本领域的现有技术；
63.(a4)移动件11在第二导轨21上继续正向移动，将毛细针14移动到所述的质谱分析仪51处，电极放电，实现对萃取物质的离子化，离子进入质谱分析仪，经分析完成对单细胞的分析；
64.(a5)驱动单元驱动所述的第二夹爪在第一导轨上反向移动，第一夹爪和第二夹爪分离，毛细针掉落，并被收集；
65.移动件11在第二导轨上继续反向移动，移动到毛细针14加载位。
66.实施例3：
67.根据本发明实施例1的单细胞质谱分析系统和方法的应用例，与实施例2不同的是：
68.第一夹爪设置在第一导轨上，利用驱动单元实现了第一夹爪和第二夹爪在第一导轨上平移，方向相反。