研究开发出新型哺乳动物单细胞分析与分选平台
文章导读
做单细胞分析，你是不是还在忍受不到50%的捕获率和昂贵的微流控芯片？最新研究推翻了这一困局——他们用一块成本极低的PDMS-ITO玻璃，在8192个微结构里实现了93%的捕获效率，而且细胞24小时后仍能存活。更惊人的是，借助激光诱导微气泡，目标细胞能被无损导出直接做测序。这个平台如何同时搞定“低成本、高通量、高活性”这个不可能三角？答案可能比你想象的更简单，但足以让你连夜更新实验方案。
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细胞群体内部的异质性在哺乳动物发育、免疫应答及疾病进程中具有重要生物学意义。单细胞在形态、代谢状态和功能响应等方面的差异，蕴含着关键的生物学信息。当前，如何在维持细胞活性的前提下实现单细胞低成本、高效捕获与精准分选，仍是单细胞分析领域的核心挑战。
近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究团队开发出新型微流控哺乳动物单细胞分析与分选平台。该平台集成了阵列化单细胞捕获、芯片内原位孵育、在线明场/荧光检测及目标细胞精准导出功能，实现了哺乳动物细胞在单细胞水平的动态表型分析、分选、培养及后续分子检测。
针对传统微流控芯片捕获率低、操作复杂及成本高等问题，研究团队设计了基于低成本PDMS-ITO玻璃的阵列化微流控芯片。通过优化流体动力学结构，在8192个平行微结构中实现了哺乳动物单细胞的高效捕获。以RAW264.7巨噬细胞、HCT116结肠癌细胞和MCF7乳腺癌细胞为模型，该平台在10–20μm细胞尺寸范围内，表现出良好的适用性，平均捕获效率超过93%。捕获后的细胞在芯片内孵育24小时存活率仍高于80%，并通过巨噬细胞胞内细菌感染模型验证了其免疫代谢功能的维持能力。
为实现目标细胞的无损精准导出，研究团队引入激光诱导微气泡操控策略，通过激光聚焦至ITO玻璃区域形成瞬时膨胀气泡，推动目标细胞脱离捕获单元进入流道并收集至96孔板，细胞释放效率超过97%。回收细胞可用于单细胞全基因组扩增和测序等下游分析。平台还通过实时监测单细胞荧光变化，揭示了巨噬细胞在PMA刺激下ROS响应的异质性，展现了其在细胞功能分群和异质性解析中的应用潜力。
该研究构建了高通量、高效率且低成本的单细胞分析体系，为免疫细胞功能筛选、肿瘤异质性分析、药物响应评价及单细胞测序前处理等应用提供了解决方案。
相关研究成果发表在Sensors and Actuators B: Chemical上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等的支持。
哺乳动物单细胞高效捕获与精准分选平台
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