近日，我组在高通量单细胞代谢组学研究中取得新进展，通过使用非对称蛇形通道的微流控芯片，实现细胞的单个排列聚焦，进一步在脉冲电场的作用下实现细胞电穿孔与代谢物提取及离子化，从高分辨质谱中获取单个细胞中的代谢物信息。该方法分析通量可达80 个细胞/分钟，单次实验可连续分析3000个以上的单细胞。

由于细胞的异质性和一些代谢物的快速周转，传统的群体细胞的分析会掩盖单个细胞的代谢信息。因此，迫切需要一种高通量的单细胞分析方法，获取单细胞在近生理环境条件下代谢物的信息。

研究团队将蛇形通道微流控装置与脉冲电场诱导电喷雾离子化高分辨率质谱（pulsed electric field-induced electrospray ionization-high resolution MS，PEF-ESI-HRMS）相结合，实现了高通量单细胞分析。脉冲方波电场用于在线细胞破碎和诱导电喷雾电离。细胞悬浮在接近生理条件下质谱分析单细胞，通量可达80个细胞/分钟，检测到900多个代谢特征，定性约120个代谢物。

使用该装置示范性分析两种肿瘤单细胞，实现了很好的区分。为了探索同种细胞的代谢异质性，进一步使用无监督的机器学习算法在1000个HepG2细胞中发现了32个离群值，在1000个MCF7细胞中发现了61个离群值，并获知了各自的代谢差异。

此方法也可对有细胞壁的细胞（如酵母细胞）进行分析。这种基于微流控芯片-PEF-ESI-HRMS的方法有望在大规模单细胞代谢组学分析中发挥重要作用。

相关研究成果以“High-throughput Single Cell Metabolomics and Cellular Heterogeneity Exploration by Inertial Microfluidics coupled with Pulsed Electric Field-Induced Electrospray Ionization-High Resolution Mass Spectrometry”为题，近日发表在《分析化学学报》（Anal. Chim. Acta.,1221, 340116）上。该工作的第一作者是博士研究生丰迪生和博士后李杭，通讯作者为石先哲副研究员和许国旺研究员。以上工作得到了国家自然科学基金、大连化物所创新基金、中科院 "西部之光 "计划等项目的资助。（文/图 丰迪生 李杭）

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003267022006870