东南大学项楠团队: 肿瘤细胞高精度电学特性表征与鉴别新工具

学术   科学   2024-10-09 12:03   英国  

研究背景

微流控阻抗流式细胞仪作为细胞生物物理表征的新兴前沿技术,能够以无标记、多参数的方式实现复杂生物样品中细胞的定量和鉴别。基于单细胞阻抗表型分析,微流控阻抗流式细胞仪已在细胞类型识别、分化细胞检测以及药物处理细胞分析等方面展现出广阔的应用前景。
然而,由于细胞进入微通道的初始位置不同,经常会出现细胞在不同的横截面位置通过检测区域的情况,甚至多个细胞可能同时穿过检测区域,这对准确表征细胞的阻抗谱具有严重的负面影响。

研究内容

基于上述研究背景,东南大学项楠教授课题组设计开发了一种基于三维惯性聚焦的阻抗流式细胞仪(图 1),用于肿瘤细胞的高精度电学特性表征与鉴别。通过结合垂直鞘液挤压和对称蛇形微通道产生的惯性升力,实现了细胞在靠近电极一侧相同的横截面位置逐个通过检测区域。受益于这种三维惯性聚焦,获得了具有高信噪比和高均匀性的阻抗信号,有助于细胞的高精度表征和鉴别。
  • Figure 1. 基于三维惯性聚焦的阻抗流式细胞仪工作原理示意图
在系统研究了耦合鞘液和惯性升力的三维惯性聚焦机理后,实现了 7 至 20 μm 尺寸范围内不同粒径颗粒的高效单线聚焦,聚焦效率大于 96%。此外,利用数值和实验方法验证了该阻抗流式细胞仪获取高信噪比和低变异系数阻抗信号的能力。最后,该阻抗流式细胞仪用于检测具有相似尺寸分布的多种肿瘤细胞(图 2)。在对肿瘤细胞的阻抗信号分析后,结合机器学习算法成功实现了对 A549、MDA-MB-231 和 UM-UC-3 细胞的准确识别。与传统的二维惯性聚焦相比,该阻抗流式细胞仪对 A549、MDA-MB-231 和 UM-UC-3 细胞的识别精度分别提高了 57.5%、36.4% 和 36.6%。

  • Figure 2. 多种肿瘤细胞单线聚焦和电学特性表征
总之,该阻抗流式细胞仪能够获取细胞高信噪比和低变异系数的阻抗信号,实现了肿瘤细胞的精确表征和识别,在复杂生物样本中的细胞计数、高精度电学表征和鉴别方面具有巨大潜力。该成果以“Three-dimensional inertial focusing based impedance cytometer enabling high-accuracy characterization of electrical properties of tumor cells”(《基于三维惯性聚焦的阻抗流式细胞仪用于高精度表征肿瘤细胞电学特性的研究》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Lab on a Chip 上。

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论文信息

  • Three-dimensional inertial focusing based impedance cytometer enabling high-accuracy characterization of electrical properties of tumor cells

    Chen Ni, Mingqi Yang, Shuai Yang, Zhixian Zhu, Yao Chen, Lin Jiang and Nan Xiang*项楠,东南大学)

    Lab Chip, 2024, 24, 4333 - 4343
    https://doi.org/
    10.1039/D4LC00523F

作者简介

倪陈 博士研究生
东南大学
本文第一作者,现就读于东南大学机械工程学院,博士研究生,研究内容主要包括微纳制造、生物微球微流控分选芯片和电阻抗检测芯片研究。






项楠 教授
东南大学
本文通讯作者,东南大学机械工程学院,教授/博导,从事新型微型化医疗仪器和软体机器人的设计与制造研究。
Small (IF 13.3)、Small Methods (IF 12.4)、Lab on a Chip (IF 6.1) 及 Science Bulletin (IF 18.9) 等知名期刊发表 SCI 论文 130 余篇,主编/参编英文专著 3 部。其中,封面论文和研究亮点论文 16 篇,英国物理学会 Top Cited Paper Award 论文 1 篇,美国化学学会 ACS Editors' Choice 论文 1 篇和 Lab on a Chip HOT Article 1 篇;发表于 Nanotechnology 的封面论文被英国物理学会做长达三页纸的大篇幅专题报道,受邀撰写惯性微流控唯一一篇前瞻性综述论文。主持或参研国家重大科研仪器研制项目等项目近 20 项。
获得教育部自然科学一等奖(排2)、斯坦福全球前2%科学家、江苏省“333高层次人才培养工程”中青年学术技术带头人,Lab on a Chip Emerging Investigator 新锐科学家,Microsystems & Nanoengineering 青年科学家奖,江苏省优秀青年基金,江苏省优秀博士学位论文,东南大学首批“至善青年学者”(A层次),江苏省“六大人才高峰”高层次人才,江苏省优秀硕士学位论文指导教师,挑战杯国家特等奖指导教师,Outstanding reviewer for Lab on a Chip(2年),MDPI 优秀青年编委奖,ELECTROPHORESISBiosensors 等期刊编委,百余个国际期刊审稿人。

相关期刊

Devices and applications at the micro- and nanoscale

rsc.li/loc

Lab Chip

2-年影响因子*6.1
5-年影响因子*6.3
JCR 分区*Q1 化学-分析
Q1 化学-跨学科

Q1
仪器仪表
Q1 生物医学研究方法
Q2 纳米科学与技术
CiteScore 分11.1
中位一审周期39 


Lab on a Chip 报道微米和纳米尺度上的微型化研究,力求发表在物理技术(微米或纳米级的制造、流控、系统集成、分析分离技术等)和应用潜力方面都具有高影响力的原创性工作。该刊最为看重的是论文的创新性,所发表的论文通常要在以下两个方面都有所创新:(i) 微型化器件的物理、工程和材料;(ii) 在生物学、化学、环境科学、食品科学、医学、能源等领域中的应用。

Editor-in-Chief
  • Aaron Wheeler
    🇨🇦 多伦多大学

Associate editors

  • Jean-Christophe Baret
    🇫🇷 波尔多大学

  • Yoon-Kyoung Cho
    🇰🇷 蔚山科学技术院

  • Amy Herr
    🇺🇸 加州大学伯克利分校

  • Xingyu Jiang (蒋兴宇)
    🇨🇳 南方科技大学

  • Séverine Le Gac
    🇳🇱 特温特大学

  • Hang Lu
    🇺🇸 佐治亚理工学院

  • Manabu Tokeshi
    🇯🇵 北海道大学

  • Hongkai Wu (吴洪开)
    🇨🇳🇭🇰 香港科技大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)
 CiteScore 2023 by Elsevier
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