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隨著基因組合成與編輯技術的迅猛發展，基于液滴的單細胞表型篩選的意義顯得尤為重要。然而，如何精準、高通量地將目標單液滴分配到特定的宏觀介質中，進而完成下游多組學分析，仍然是一個技術挑戰。
近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞中心開發了一種基于液滴打印的平臺，以“單孔單液滴”方式將含有單克隆的液滴打印至培養皿或96孔板中，從而服務規模化、低成本、全自動的單細胞表型獲取和篩查。該成果發表于《傳感器和執行器B：化學》。
服務于單細胞表型篩選的液滴打印平臺。青島能源所供圖
傳統篩選方法，如瓊脂平板和微孔板篩選，是目前應用最廣泛的兩種篩選策略。瓊脂平板法操作簡單，但難以準確定量，主要用于菌株的初篩。微孔板篩選能精準定量，便于評價突變體的性能，但通量較低。
據了解，基于液滴微流控的工具有望滿足超高通量篩選的需求，但目前大多數的分選策略只能將表型一致的液滴富集到一個通道中，難以將每個“目標液滴”高精度、高通量、自動化地分離到宏觀介質的特定空間位置，以開展下游單細胞培養、測序等實驗。
針對這些問題，該所單細胞中心研究小組基于電流體動力學打印技術，開發了一種基于液滴打印的芯片化平臺，以“單孔單液滴”方式將含有單克隆的液滴打印到指定的位置。這個平臺包括四個主要模塊：泵驅動微流控芯片模塊、光學自動信號識別模塊、高壓控制模塊和自動化的移動平臺模塊。芯片中預埋的光纖可引入紅光LED，當分選后的目標液滴流過檢測窗口時，光纖連接的二級管可識別并產生相應信號，進而利用電流動力學原理將液滴打印到特定區域。
據介紹，該芯片平臺特色鮮明。首先，不僅能實現在線生成液滴并打印，且可對孵育或分選后液滴進行按需精確打印，打通了“目標液滴群”到“單個目標液滴”的高效渠道，服務下游單細胞層面表型研究。其次，增加了基于光纖傳輸的光學檢測模塊，不僅提高液滴打印的準確率，且規避了復雜光路系統；這一簡潔而集成化的系統可兼容更多的下游實驗場景，如質譜檢測、培養皿、96孔板等。
下一步，研究人員將基于前期開發的FlowRACS和RACS-Seq/Culture等單細胞拉曼分選儀器系列，耦合上述高精度按需單液滴打印模塊，針對微生物組、大規模突變體文庫等復雜生命系統，實現全流程高精度、高通量、自動化的功能單細胞識別、分離、培養和導出，服務于生物資源、合成生物技術、精準醫學、深海/深地/深空探索、生物安全等產業。