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前兩種拉曼細胞分選技術均是在細胞靜止或相對靜止狀態下完成,其通量尚無法滿足高通量的細胞表型功能分選需求。發展流式拉曼單細胞分選技術是必然趨勢,但受限于拉曼信號弱這一先天性缺點,首先需要解決高速流動狀態下細胞拉曼采集這一瓶頸問題。我們開發了一種基于介電單細胞捕獲/釋放的拉曼激活微流分選(RAMS)技術,解決了上述瓶頸,率先實現了拉曼流式細胞分選。該?RAMS?系統集成了基于介電的單細胞捕獲釋放單元,可實現高速流動狀態下單細胞的捕獲,從而完成拉曼信號獲取。在此基礎上,我們進一步建立了拉曼激活液滴分選(RADS)技術,提高了拉曼細胞分選通量和系統的穩定性。由于采用介電液滴分選技術,RADS?系統是目前已報道工作中全譜分選通量最高的?RACS?系統,通量達數百個細胞每分鐘,與此同時,針對雨生紅球藻中蝦青素含量的分選準確率達到?95%?以上,分選后細胞存活率達?93%。值得一提的是,目前該分選通量主要受限于拉曼檢測而非系統本身,通過與高靈敏拉曼檢測技術(如受激拉曼等)耦合,可實現超高通量分選。
上述?RACS?技術家族的建立與拓展為人工細胞表型檢測和篩選提供了新的、強有力的技術手段,也為目前?FACS?尚難于解決的應用提供了全新的解決方案。但是僅憑上述單元技術尚無法直接滿足人工細胞的表型篩選的現實需求,亟須針對合成生物技術的現實需求,構建基于上述單細胞拉曼分選關鍵技術的細胞篩選全流程和裝備系統。
其他非標記式的細胞功能檢測與分選方法
細胞表型與功能的差異,除體現于光譜性質的不同外,還可能導致細胞物理性質的變化。因此,通過單細胞物理參數的測量,也可識別與分選細胞表型。如單細胞電阻抗可反映細胞狀態,與細胞大小、生長階段等多種表型直接相關,已被用于分選人體正常細胞與腫瘤細胞。同樣,正常細胞和腫瘤細胞的單細胞力學參數有異,細胞形變能力等參數已展示出腫瘤診斷的潛力[59]。
上述基于細胞電阻抗、力學形變能力等物理性質也被已經應用于細胞功能分選。不同的單細胞操控力場如光鑷力、電場力(介電場等)、聲波(表面駐波)、流體力場、磁場等均可以方便地集成到微流控芯片系統中,從而實現高通量、高精準的單細胞功能分選。總體而言,為了適應千變萬化的細胞表型分選需求,基于新概念或新原理的單細胞功能分選技術不斷涌現,并向著高信號特異性、高檢測動態范圍、非標記、全景式、高通量、人工智能化等目標方向不斷推進。