应用领域

植物

植物逆境研究的活体测试

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光合/呼吸作用

光合/呼吸作用研究的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途

研究植物光合作用的机理
研究生物体的呼吸的机制
筛选高光合效率的植物

植物叶片形态、叶肉细胞生长状态、光照等因素均直接影响光合作用效率，为保证正常的细胞状态，K⁺、H⁺、Cl^-等离子往往需要流入或流出细胞进行调节。呼吸作用则是动植物共有的生命活动，消耗O₂并产生能量，能量的储存需要维持一定的质膜内外质子（H⁺）梯度。因此，要在微观尺度上研究光合及呼吸作用，就必须研究对应的离子/分子流。

获得活体生物的动态离子/分子流的全新系统称为非损伤微测系统。该系统以完全不损伤的方式原位采集叶肉细胞等样品的K⁺、H⁺、Cl^-、O₂等离子/分子流的变化情况。这是对生物体光合及呼吸作用过程最直观的反映，为筛选高光合效率植物等工作提供了可靠的依据。

实例

（1）发现螺旋藻叶绿体不同光强下的光合作用强度不同

不同光强下螺旋藻表现出放氧和吸氢，达到光饱和时放氧和吸氢不再增加

（2）发现萌发的花粉管中存在碱化带

双电极同时测量花粉管的H⁺/O₂流速，证实了碱化带的存在

参考文献

（1） Porterfield DM, et al. Protoplasma. 2000, 212:80–88.

（2）Xu Y, et al. Journal of integrative plant biology, 2006, 48: 823-831.

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

非损伤微测系统创始研发团队成员之一许越先生创立旭月（北京）科技有限公司（www.xuyue.net）提供专业技术服务。非损伤微测系统创始人Lionel F. Jaffe教授受聘担任旭月公司学术顾问。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H₂O₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

植物发育调控

植物发育调控研究的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途

研究植物发育的调控机制
生长素、赤霉素、脱落酸、乙烯等植物激素在发育中的作用
研究胁迫条件下植物的发育
研究植物发育过程中的信号转导
研究通过合理手段促进农作物、观赏植物等的快速生长发育

植物的生长发育是一个极其复杂的过程，它在各种物质代谢的基础上，表现为种子发芽、生根、长叶、植物体长大成熟、开花、结果，最后衰老、死亡。

植物的一生始于受精卵的形成，受精卵形成就意味着新一代生命的开始。在以后的生长过程中，无论是营养生长还是生殖生长，时刻都受到各种内外因子的影响和调控。在这些调控过程中往往伴随着H⁺、Ca²⁺、K⁺、Cl^-、Mg²⁺、O₂等离子/分子流入或流出植物体。通过离子/分子流研究植物生长发育，能够发现全新的生命现象，如胞外Ca²⁺内流与胞内Ca²⁺稳定浓度的关联性等等。

研究活体植物生长发育调控相关的动态离子/分子流的新系统称为非损伤微测系统。该系统能够在花粉管、根、细胞等活体植物样品上原位获得离子/分子流，是对生长发育过程最为真实的反映。

应用实例

（1）非损伤微测系统研究NO在极性生长中的功能

非损伤微测系统发现NO释放剂促进胞外Ca²⁺内流，NO抑制剂抑制胞外Ca²⁺内流。

（2）非损伤微测系统研究肌醇盐和Cl^-流调控花粉管的生长和细胞的体积

Cl^-振荡与花粉管生长速率一致。

参考文献

（1）Wang Yuhua, et al. New Phytologist, 2009, 182: 851-862.

（2）Laura Zonia, et al.Plant Cell, 2002, 14: 2233-2249

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H_₂O_₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

植物营养研究与检测

植物营养研究与检测的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途

研究作物营养吸收的机理和规律
研究营养吸收的调控机理，寻找能够调节营养吸收的物质
绘制营养吸收曲线
筛选优良的作物品种
评价肥料的效果
指导合理施肥

植物生长过程中，需要从周围环境大量吸收N、P和K等营养物质，这些营养元素常常以NH₄⁺、NO₃^-、K⁺等离子的形式流入到根内；为保证植物正常吸收营养离子，Ca²⁺、H⁺等离子往往要流入或流出根部进行调节。因此，离子流的检测能够在微观尺度上研究植物吸收营养这一动态过程。

获得活体生物的动态离子/分子流的全新系统称为非损伤微测系统。该系统测量时完全不损伤样品，能够采集植物生长过程中NH₄⁺、NO₃^-、K⁺、Ca²⁺及H⁺等离子流的变化情况。这是对植物营养吸收过程最直接反映，为评价作物的营养供应提供了非常可靠的证据。

实例

（1）发现了小麦营养吸收的节律性

小麦根部对K⁺、H⁺和Ca²⁺的吸收呈现一定规律的正弦曲线

（2）发现pH调节植物NH₄⁺和NO₃^-的吸收

H⁺流与NH₄⁺和NO₃^-的吸收具有负相关性，可以通过调节土壤的酸碱度促进植物对氮素的吸收

（3）发现合理的施肥能够促进作物吸收更多的NH₄⁺和NO₃^-

外界NH₄NO₃浓度升高有助于吸收更多的NO₃^-，但是减少了对NH₄⁺的吸收，说明合理的施肥对于氮素的吸收具有重要的调节意义

参考文献

（1）ShabalaS, et al. Functional Plant Biology, 2002, 29, 595–605.

（2）Garnett TP, et al. Plant and Soil, 2001, 236: 55–62.

（3）Fang YY, et al. Annals of Botany, 2007, 99: 365–370.

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H₂O₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

植物与微生物相互作用

植物与微生物相互作用研究的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途:

植物与微生物相互作用的机理
真菌侵染植物的信号转导过程
植物的菌根化过程
植物固氮作用
化感作用研究
真菌的发育

在自然界，各种不同类群的植物和微生物能在多种不同的环境中生长繁殖。微生物与植物之间、微生物与微生物之间，微生物与其它生物之间彼此联系，相互影响，即互生、共生、拮抗和寄生。如何实时、活体地研究这些相互关系，是我们更好地利用生物的关键。

获得活体生物的动态离子/分子流的全新系统称为非损伤微测系统。该系统能够非损伤、实时地获得相互作用早期和过程中的各种离子和分子的动力学，进而认识其中涉及到的信号转导，这就为揭开这种相互作用提供了依据。

实例:

（1）质子流（H⁺ flux）是真菌发育的标签，并受到营养吸收的调控

孢子不同部位H⁺ flux的差异，发现靠近菌丝的位置具有强烈的H⁺外流。

（2）Ca²⁺外流是真菌侵染植物发生反应的关键成分

跨膜离子流在启动和调控防御机制中起着重要的作用，含有质膜的Ca²⁺-ATPase是其重要的组分。Ca²⁺不仅在激活防御反应中作为第二信使起作用，而且可能在后期的加速细胞死亡、抑制病原体侵染扩散以及结束防御反应中作为下游调控者。

烟草叶肉细胞经P. syringae pv syringae 61处理后短时间内Ca²⁺流外流，长时间后大量外流，且受到光的调控。

（3）菌根化过程的pH控Ca²⁺及阴离子的空间分布

菌根化是一种典型的宿主植物-真菌共生互作，植物养分吸收及生长加速通过侵染真菌介导，且依赖于pH的变化。

真菌侵染前后和抑制剂处理前后桉树根部伸长区离子流的振荡变化图。

参考文献:

（1）Ramos AC,et al. New Phytologist, 2008, 178: 177-188.

（2）Nemchinov LG, et al. Plant Cell and Physiology, 2008, 49: 40-46.

（3）Ramos AC, et al. New Phytologist, 2009, 181: 448-462.

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H_₂O_₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

植物抗逆研究的活体测定

植物抗逆研究的全新活体测定系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途

研究植物对逆境条件反应的生理调控机制、信号转导途径
筛选农作物、果树、观赏植物、沙漠植物等抗逆品种

在自然界中，植物分布极其广泛，生长的环境十分复杂。许多特殊环境对植物生存与生长存在不利影响，这些环境称逆境，主要包括干旱、寒冷、高温、涝害、盐碱、病虫害和化学污染物等。

许多植物能够通过自身生理机能的调节对抗逆境。植物的生理调节过程往往伴随着H⁺、Ca²⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、O₂等离子/分子流入或流出植物体的过程，离子/分子流的研究能够从全新角度阐述植物抗逆机制，获得常规方法难以获得的全新发现。

研究活体植物样品与抗逆相关的动态离子/分子流的新系统称为非损伤微测系统。该系统直接在根、细胞等活体植物样品上原位获得离子/分子流，不仅能够研究逆境对植物的生理生化影响和伤害机理、描述植物对逆境的生理响应，以及逆境信号的转导过程，而且能够通过离子/分子流快速、准确地筛选具备优良性能的生物品种。

应用实例

（1）非损伤微测系统研究胡杨抗盐中的离子流转换

胡杨比群众杨有更强的排Na⁺能力，与H⁺梯度相关。受到NaCl胁迫后，胡杨有更强的H⁺内流

（2）非损伤微测系统发现PKS5负调控质膜质子泵

成熟区H⁺流野生型和突变体没有明显差异，根尖处野生型内的H⁺外流远远高于突变体。pks5突变体之所以具有更强的忍耐高pH的能力，是因为pks5保持了高的PM H⁺-ATPase的活性，比野生型对H⁺的吸收少。

PKS5是新的Ca²⁺信号途径的调控者，控制PM H⁺-ATPase的活性和胞外的酸化

参考文献:

（1）Sun J,et al. Plant Physiology, 2009, 149: 1141-1153

（2）Anja T.Fuglsang, et al. Plant Cell, 2007, 19:1617-1634

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H₂O₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

动物、医学

神经科学

神经科学研究的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮

用途:

研究神经细胞及组织生理过程的调控机制
研究诱发神经退行性疾病的异常生理调控
研究与神经活动相关蛋白质的生理功能
研究Ca²⁺，谷氨酸等信号分子的功能

在神经细胞和组织的生理调控过程中，Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、O₂、谷氨酸等离子/分子发挥着重要的作用。这些离子/分子以一定的速率流入或流出，是神经细胞和组织实现正常生理活动的必要保障。因此，离子/分子流可以作为正常生理及其调控过程的特征性指标。如果神经组织发生病变，正常的生理活动受到干扰，对应的离子/分子流也会改变。

获得活体生物的动态离子/分子流的全新系统称为非损伤微测系统。该系统测量时完全不损伤样品，能够得到细胞、组织、器官等样品生理调控过程中Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、O₂等离子/分子流的变化情况。

非损伤微测系统获得的离子/分子流，简单直观，易于理解，既能单独使用，又能很好地结合分子生物学或其他生理研究系统的结果，使它们相互验证，极大提高了研究成果的准确性和可靠性。

实例:

（1）Bcl-x_L通过与线粒体F₁F₀ ATP合成酶的相互作用调节神经元代谢的效率

B细胞淋巴2（Bcl2）家族蛋白调节程序性细胞死亡，但是抗细胞程序性死亡蛋白如Bcl2和Bcl-x_L如何阻止细胞死亡的过程还不了解。Bcl-x_L促进线粒体和胞质之间代谢物的交换，也是成年大脑中主要的抗细胞程序性死亡的蛋白，Bcl-x_L过表达增加了突触的数量和大小。

为了研究Bcl-x_L的调节作用，耶鲁大学的科学家使用非损伤微测技术在“Nature Cell Biology”发表文章，发现过表达Bcl-x_L的神经元有更高的ATP水平，外源Bcl-x_L减少或者抑制ATP。尽管ATP水平增加，但是过表达神经元Bcl-x_L的耗氧降低，且Bcl-x_L消失后增加了氧气吸收的水平。证据表明Bcl-x_L与F₁F₀ ATP合成酶的β-subunit直接作用，减少了F₁F₀ ATP成酶复合体中的离子渗漏，因而增加了F₁F₀ATP活动期间通过F₁F₀的H⁺转运。此外，重组Bcl-x_L蛋白直接增加了纯化的合成酶复合体ATPase活性的水平，并且外源的Bcl-x_L减少了F₁F₀酶活性的水平。发现表明在Bcl-x_L表达的神经元中增加线粒体的效率归功于增加了突触的效能。
本研究认为Bcl-x_L通过减少质子从F₁F₀ ATP酶的渗漏增加ATP合成酶的效率，因此促进了神经元的代谢。这里通过非损伤微测技术直接测定神经元的氧气流速，从而准确地认识了Bcl-x_L所引起的线粒体代谢效率的增加，为更多的代谢方面的研究提供了新手段。

（2）老年痴呆症治疗的新思路

阿尔茨海默病(Alzheimer病，AD)是引起老年痴呆的重要疾病，AD的主要病理学特征是胞外不溶性β淀粉粒(Aβ)空斑的沉积。研究表明Aβ的聚集受金属锌及铜的催化。金属硫蛋白（MT）是脑内主要的锌和铜的内源结合蛋白，MT与AD的病理生理学相关。鉴于MT较强的金属结合能力，研究人员推测 MT可能参与调控金属结合调控及Aβ聚集。

2010年，澳大利亚及爱沙尼亚的科学家以大鼠皮质神经元细胞为材料，通过电喷雾离子阱质谱（ESI-MS）、等离子体质谱（ICP-MS）、神经元毒性试验、非损伤微测技术等手段研究了金属硫蛋白亚型MT-2A与锌/铜的结合状态以及不同处理条件下神经元细胞的活力、Ca²⁺、K⁺离子流信息等。研究发现，MT-2A可以保护皮质神经元细胞免受Aβ聚集引起的毒性，主要是由于Zn7MT-2A与Cu(II)Aβ之间的锌铜交换并形成 Zn结合的Aβ，而Zn结合的Aβ只能形成可溶性的可溶性的蛋白聚集。神经元毒性试验表明Cu(II)Aβ具有神经元毒性，可诱导产生类似氧化胁迫的不利影响。通过非损伤微测技术检测Cu(II)Aβ处理下神经元离子动态平衡的改变，发现Cu(II)Aβ引起K⁺的外流，Ca²⁺的内流，而加入5μM的Zn7MT-2A会阻止Cu(II)Aβ引起的K⁺和Ca²⁺流的改变，证实了Zn7MT-2A可阻止Cu(II)Aβ诱导氧化胁迫引起的不利影响。

目前比较普遍的AD疗法是金属螯合疗法，但是被螯合掉金属离子的Aβ容易重新与金属离子结合，而MT与Aβ进行金属交换后留下的是活性低的结合了锌的Aβ。该研究结果提供了一种更为可行的AD金属螯合疗法。

注：Cu(II)-Aβ及Zn7MT-2A处理下的Ca²⁺、K⁺离子流信息。Cu(II)Aβ引起K⁺外流，Ca²⁺内流，而Zn7MT-2A阻止Cu(II)Aβ引起的离子流的改变。

参考文献:

（1）Kambiz N. Alavian, et al. Nature Cell Biology, 2011, 13: 1224–1233.

（2）Chung RS et al. (2010). PLoS ONE 5(8): e12030. doi:10.1371/journal.pone.0012030

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H₂O₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

生理调控

生理调控研究的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮

用途:

研究代谢、神经、循环等重要生理过程的调控机制
研究诱发肿瘤、神经退行性疾病、心脑血管疾病等的异常生理调控
研究蛋白质的全新功能
研究NO、多巴胺等信号分子的全新功能

在生物体的生理调控过程中，Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、O₂等离子/分子发挥着重要的作用。为了实现生理活动的精确调控，常常要求这些离子/分子以一定的速率流入或流出生物体。离子/分子流可以作为生理调控过程的特征性指标。如果生物体发生疾病，正常的生理活动受到干扰，对应的离子/分子流也会改变。因此，测量离子/分子流是研究生理调控机制的全新方法，特别是用于发现哪些生理调控环节的异常导致了疾病的发生。

实例:

（1）发现了骨骼对血浆中Ca⁺浓度的调控作用

当血浆中存在一定浓度的Ca²⁺时，骨骼会正常吸收Ca²⁺；当血浆中缺乏Ca²⁺时，骨骼会释放Ca²⁺回补血浆。

（2）发现母体糖尿病导致胚胎的氧代谢偏低能诱发胚胎神经管缺陷

糖尿病母鼠胚胎和正常母鼠胚胎相比，O₂内流的流速明显偏低，表明胚胎O₂代谢的水平偏低。

随后分子生物学的研究发现，胚胎O₂代谢水平偏低会导致与神经管发育密切相关的基因Pax3表达量偏低。

（3）发现NO能够促进重金属Cd²⁺流入细胞加剧Cd²⁺毒性

NO产生的量增大，Cd²⁺流入细胞的流速也增大；NO的合成被抑制或NO被分解，Cd²⁺流入细胞的流速减小甚至不能流入细胞。

参考文献:

（1）Marenzana M, et al. Bone, 2005, 37: 545-554.

（2）Li R,et al.Am J Physiol Endocrinol Metab, 2005, 289: E591–E599.

（3）Ma W,et al.. Planta, 2010.

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H₂O₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

药理研究与药效评价

药理研究与药效评价的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途:

研究特定药物发挥作用的药理机制
研究耐药病理细胞、组织等产生耐药性的生理机制
评价药物对于不同生物个体的治疗效果
准确筛选广谱性药物品种
制定个体化用药方案，指导合理用药

药物发挥作用的重要方式是干扰或破坏病理细胞、组织等的生理活动，而病理细胞、组织等对抗药物（产生耐药性）的重要方式也是改变或加强自身的某些生理活动。生理活动常常伴随着Ca²⁺、H⁺、O₂等离子/分子流入或流出细胞、组织等样品，这些离子/分子流入流出的速率可以作为生理活动的特征性定量指标，从而也成为药理机制研究及药物作用效果评价的定量指标。

获得活体生物的动态离子/分子流的全新系统称为非损伤微测系统。该系统测量时完全不损伤样品，能够采集活的病理样品在药物作用下Ca²⁺、H⁺、O₂等离子/分子流的变化情况。

非损伤微测系统获得的离子/分子流用于药理研究及药效评价，操作方法简单，数据直观易于理解，能够将分子生物学的结果和生理学结果很好的结合，使它们相互验证，极大提高了研究成果的准确性和可靠性。

实例:

（1）发现了耐药肿瘤细胞释放H⁺对抗阿霉素

耐药乳腺癌细胞在阿霉素作用下大量释放H⁺，H⁺流出的速率远远大于敏感细胞

（2）非损伤微测系统发现紫杉醇能够使肿瘤组织的H⁺内流

取自病人的乳腺癌组织块，在紫杉醇的作用下出现明显的H⁺内流，H⁺流入到组织内部

（3）非损伤微测系统与其他药理药效研究系统的结合使用

示例：目前常采用标记药物分子进入病理细胞的数量的方法研究药物的药效及细胞耐药性。已有研究发现，细胞外部较高浓度的H⁺能够成为药物进入细胞的屏障。因而，若非损伤微测系统发现病理细胞在药物作用下有大量的H⁺外流且标记方法发现进入细胞的药物数量很少，则可以肯定的说明细胞的生理调控是其耐药性的来源。

参考文献:

Song J, et al. Acta Biophysica Sinica, 2008, 24: 191-197

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H₂O₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

细胞活性检测与研究

细胞活性检测与研究的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途:

活体检测卵细胞的活性
活体检测胚胎的活性
活体检测细胞融合的信号

离子/分子流是生命体活性的基本特征。细胞需要通过物质交换来维持正常的生理状态，离子的交换是其中的一种形式。细胞维持正常的生理状态需要离子交换，细胞发生生理变化同样也需要离子交换。一般来说这些离子包括Ca²⁺、K⁺和Cl^-，其他一些特别的细胞还需要H⁺等。

离子流的检测能够从微观尺度上反映细胞活性和检测细胞生理变化的这一动态过程，伴随着这个过程同时也表征了细胞的状态和活性。这种新的系统即非损伤微测系统，该系统测量时完全不损伤样品，能够得到活体细胞的Ca²⁺、K⁺、H⁺和Cl^-等离子的流动信息，是细胞状态的最直接反映，为评价细胞活性提供了非常可靠的证据。

实例：

（1）检测卵细胞活性

非损伤微测系统检测测量卵细胞的Ca²⁺活性，之后将该卵细胞植入体内，产下健康的后代。

（2）检测细胞融合时的钙信号

非损伤微测系统实时获取玉米卵细胞细胞融合期间胞外Ca²⁺流信息，可直观地观测到Ca²⁺的内流。

参考文献：

（1）Trimarchi JR, et al. Zygote, 2000:15-24.

（2）Antoine AF, et al.Nature Cell Biology, 2001:1120-1123.

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H_₂O_₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

糖尿病、癌症等各类疾病

糖尿病研究的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途：

研究内分泌过程的调控机制
研究诱发糖尿病及其并发症的异常生理行为
评价治疗糖尿病药物的效果

糖尿病除了其本身严重威胁人类健康外，还会诱发大量的并发症成为导致死亡的重要因素。糖尿病的发病机制非常复杂，生理调控过程的异常是其重要诱因，这涉及Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、O₂等诸多离子/分子。Ca²⁺、H⁺等离子以一定的节律流入流出胰岛，维持胰岛的正常功能，这些节律被破坏的话胰岛就不能正常分泌胰岛素。糖尿病的许多并发症也与生理行为的异常密切相关。

非损伤微测系统获得的离子/分子流，简单直观、易于理解，既能单独使用，又能很好地结合分子生物学或其他生理研究系统的结果，使它们相互验证，极大提高了研究成果的准确性和可靠性。

实例：

发现母体糖尿病导致胚胎的氧代谢偏低能诱发胚胎神经管缺陷

糖尿病母鼠胚胎和正常母鼠胚胎相比，O₂内流的流速明显偏低，表明胚胎O₂代谢的水平偏低。

随后分子生物学的研究发现，胚胎O₂代谢水平偏低会导致与神经管发育密切相关的基因Pax3表达量偏低。

参考文献：

Li R,et al.Am J Physiol Endocrinol Metab, 2005, 289: E591–E599.

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H₂O₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

细胞凋亡

细胞凋亡活体研究与检测的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途

研究细胞凋亡的机理机制
细胞凋亡的预判
研究细胞的毒理毒性机制

离子/分子流是生命体活性的基本特征。细胞需要通过物质交换来维持正常的生理状态，离子的交换是其中的一种形式。而且当细胞生理状态发生变化的时候，也伴随着离子的流动发生改变。当细胞发生凋亡的时候，K⁺或H⁺等离子会发生相应的变化。因此，离子流的检测能够从微观尺度上研究细胞凋亡这一动态过程，伴随着这个过程同时也表征了细胞的状态。

获得活体生物的动态离子/分子流的全新系统称为非损伤微测系统。该系统测量时完全不损伤样品，能够得到活细胞的K⁺和H⁺等离子的流动信息，是细胞凋亡过程的最直接反映，为评价细胞生理变化提供了非常可靠的证据。

实例：

（1）检测K⁺外流作为小鼠胚胎细胞凋亡的早期指示

非损伤微测技术实时获取经H₂O₂处理后的K⁺流，并用形态学方法观察到细胞在H₂O₂诱导下的变化，检测卵母细胞和晶胚外的钾离子浓度变化规律，观察不同健康状况的胚胎之间的差异。

（2）离子通道调节细胞凋亡早期的K⁺外流

非损伤微测技术实时监测STS处理Jurkat细胞后的K⁺流，发现随着细胞衰亡的过程发生，K⁺流也相应的发生了外流。为认识细胞凋亡的内在机制提供了新的证据。

参考文献：

（1）Trimarchi JR, et al. Biology of Reproduction,2000, 63: 851-857.

（2）Valencia-Cruz G, et al.Am J Physiol Cell Physiol, 2009, 297: C1544-C1553.

诞生：

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H₂O₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

重金属污染与治理研究

重金属污染与治理研究的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途:

重金属污染的监测
重金属富集机制的研究
重金属污染治理方案的完善
植物重金属耐受性机制的研究
筛选重金属高效富集植物品种

人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成多种重金属如铅、汞、镉、钴等进入水、土壤和生物圈中，引起严重的环境污染。部分植物对重金属离子（如Cd²⁺）有明显的耐受性，并能够对其进行富集，这为重金属污染的生物修复提供了可能。大部分动物对重金属呈敏感性，其生命活动尤其是呼吸作用在重金属存在情况下呈现出显著的变化。

重金属往往要流入到生物体内才能产生毒性，而生物体通过生理调节对抗重金属毒性往往涉及H⁺和O₂等离子/分子的流入流出。因此，对上述重金属离子及相关的H⁺和O₂等离子/分子流的研究能够更深入地研究重金属的危害机制及相应的修复机制。

获得活体生物的动态离子/分子流的全新系统称为非损伤微测系统。该系统以完全活体的方式原位采集动植物在重金属环境中Cd²⁺、H⁺及O₂等离子/分子流的变化情况。这是对重金属污染最直观的体现，可为重金属污染的监测及高效富集重金属植物的筛选提供依据。

实例:

（1）发现了肠和马尔皮基管在摇蚊幼虫Cd²⁺转运和吸收过程中发挥重要作用

摇蚊幼虫肠腔不同部位Cd²⁺流速结果

（2）发现了小麦根部富集Cd²⁺的模式

小麦根部富集Cd²⁺模式图

参考文献:

(1) Leonard EM,et al. Aquatic Toxicology. 2009, 92: 179-186.

(2) Piñeros MA,et al. Plant Physiology. 1998, 116:1393–1401.

诞生:

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O₂、H₂O₂、IAA......

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

生态环境监测与分析

生态环境监测与分析的新系统

活体动态研究——引领生命科学的新潮流

用途:

水体污染物的检测
水体污染的生物预警
水质评价
重金属污染的检测

在污染物作用下，水生生物的生命活动有明显的变化。研究水生生物生命活动的异常，是最为直接和可靠的环境监测手段。生物体生命活动改变的最基本特征是O₂、H⁺等离子/分子流入或流出生物体速率的改变。离子/分子流是反映生物体对环境污染的响应的新颖而可靠的指标。

获得活体生物的动态离子/分子流的全新系统称为非损伤微测系统，该系统测量时完全无损伤，能够在细胞、胚胎等样品上原位采集O₂、H⁺等离子/分子流。该系统为水质评价、重金属污染监测及环境污染的生物预警提供了全新的手段。

实例:

发现了不同污染物作用下流入黑鱼胚胎O₂流的变化。

不同污染物作用下流入黑鱼胚胎O₂流的变化

参考文献:

Sanchez BC, et al. Environ. Sci. Technol. 2008, 42: 7010-7017.

诞生:

非损伤微测系统诞生于54位诺贝尔奖得主工作过的科学圣地——美国海洋生物学实验室（Marine Biological Laboratory, MBL）。

特色：

测量信息：离子/分子的流动速率和三维流动方向

测量方式：活体、动态、实时、长时间、三维空间测量

测量对象：Ca²⁺、H⁺、K⁺、Na⁺、Cl^-、NH₄⁺、NO₃^-、Cd²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、O_2、H_₂O_₂、IAA……

测量材料：整体、器官、组织、细胞层、单细胞、细胞器（富集）

进展：

普渡大学应用非损伤微测系统开展环境生物监测的工作在美国引起轰动，在多家主流媒体刊登，随后又被多家国内知名媒体转载。