單個(gè)細(xì)胞是地球上生命體功能和進(jìn)化的基本單元，蘊(yùn)藏著生長發(fā)育、衰老死亡、新陳代謝、信號傳導(dǎo)等眾多奧秘。單細(xì)胞精度的功能分選是解析每個(gè)細(xì)胞千差萬別的原因、探索自然界海量陌生細(xì)胞（不可培養(yǎng)微生物）的重要工具，分選通量的提高將幫助研究人員累積更多的研究樣本，拓展更廣的篩選范圍（自然環(huán)境、突變體庫等）。因此，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞精度的高通量功能分選至關(guān)重要。

最近，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所傳來喜訊，該所單細(xì)胞中心馬波研究員與徐健研究員帶領(lǐng)的多學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì)，將單細(xì)胞拉曼光譜（SCRS）與液滴微流控技術(shù)耦合，發(fā)明了高通量拉曼激活單細(xì)胞液滴分選技術(shù)（RADS，Raman-activated single-cell Droplet Sorting）。該工作于2017年11月3日在線發(fā)表于美國化學(xué)會《Analytical Chemisrtry》。

注：單細(xì)胞拉曼光譜（SCRS）能夠在無標(biāo)記、無損的前提下揭示細(xì)胞固有的化學(xué)組成。

巧妙的“后液滴包裹”設(shè)計(jì)

本研究開發(fā)的高通量拉曼激活單細(xì)胞液滴分選技術(shù)（RADS技術(shù)），是一種巧妙的“后液滴包裹”設(shè)計(jì)，它在微流控芯片的拉曼光譜檢測點(diǎn)后方引入液滴包裹單元，這樣就克服了制約通量提高的電磁閥作為分選驅(qū)動(dòng)力的瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)了基于介電力驅(qū)動(dòng)的高通量分選。這使得從自然界中篩選新型的種子選手，或是從突變體庫中找到更優(yōu)秀的候選者，都變成現(xiàn)實(shí)。這項(xiàng)研究成功地將傳統(tǒng)的“先養(yǎng)再選”思路扭轉(zhuǎn)成了“先選再養(yǎng)”，避免了傳統(tǒng)分選的涂平板和挑克隆的過程，省去了擴(kuò)大培養(yǎng)、提取以及定量等繁瑣過程。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，RADS技術(shù)的優(yōu)勢為：

從篩選到采集，高效一體化拉曼分析過程

接下來我們就來看看整個(gè)從篩選到采集的工作是如何進(jìn)行的。具體來說，如下圖，在微流控芯片中，細(xì)胞排著隊(duì)（從左向右）一個(gè)個(gè)經(jīng)過拉曼檢測點(diǎn)（Raman），之后被逐個(gè)包裹在液滴（Oil）里面，與此同時(shí)計(jì)算機(jī)對采集到的單細(xì)胞拉曼信號進(jìn)行判別，滿足分選條件的，啟動(dòng)介電力（Dielectrophoresis），目標(biāo)細(xì)胞將進(jìn)入分選通道（Collect），而不滿足分選條件的細(xì)胞將流入廢液通道（Waste）。

拉曼激活單細(xì)胞液滴分選技術(shù)

在上述“流程”中的拉曼分析環(huán)節(jié)，研究團(tuán)隊(duì)利用HORIBA HR 800型拉曼光譜儀來采集單細(xì)胞拉曼光譜信號，配置EMCCD使得信號強(qiáng)度大幅提升，這對分選通量提高起到了重要作用。

如果說微流控芯片、拉曼光譜儀及RADS是分析過程的三大核心結(jié)構(gòu)，那么本項(xiàng)工作更加重要的“總指揮”則是團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)的分析軟件，該軟件將拉曼采集、分析、單細(xì)胞液滴包裹及分選過程集成在一起，充分實(shí)現(xiàn)了從分選到采集的高度自動(dòng)一體化。

實(shí)踐中的應(yīng)用

在上述分選技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)成功完成了大量實(shí)踐研究，如高產(chǎn)蝦青素之雨生血球藻的精確化（分選準(zhǔn)確率98.3%）、高通量（260細(xì)胞/分鐘）篩選等，并通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)并證明，分選后92.7%的雨生血球藻細(xì)胞仍可保持活性并可增殖。相信后續(xù)還會有更多令人興奮的實(shí)踐研究成果不斷誕生。

本工作在中國科學(xué)院青島生物能源與過程所完成，同時(shí)得到了中科院武漢水生所胡強(qiáng)研究員、北京大學(xué)王瑋教授等的幫助，并得到了中科院儀器專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金等的支持。相關(guān)研究成果以“Raman-activated Droplet Sorting (RADS) for Label-free High-throughput Screeningof Microalgal Single-cells.”為題發(fā)表在《Analytical Chemisrtry》上。