基于单相流微流控技术的单细胞分析系统

单相流微流体捕获系统主要包括流体动力学捕获、磁力捕获、介电泳捕获、声学捕获、光学捕获等。这些单细胞的捕获方法最近得到了很好的总结。

(a)流体动力捕捉器利用微流体通道中独特的微观结构和阀门来控制流体流动，从而不需要使用其他装置来收集单个单元。微流体通道的结构就像一个过滤器，它把细胞困在流动的流体中，因此得到了大量的单细胞，不足之处是会造成相当大的细胞数量的损失。本文介绍一种微流体动力学在数字单细胞分析中的捕获系统。该微流控装置具有一种特殊的旁路结构，它能改变流体动力学，通过一系列旁路结构捕捉单个细胞，其单细胞捕集效率可达90%左右。

在2016年，提出了一种基于单细胞陷阱技术的新型微流控器件，其原理是等效电阻电路。它遵循最小阻力路径的原则，能够捕捉确定性的单细胞，实现大规模、高效和灵活的细胞捕获。

(b)磁力分离技术以磁力为基础，通过免疫磁标记的核酸探针或磁珠修饰与待测物杂交。这样，通过磁场处理的微流体设备就可以捕捉到磁标的目标物。可通过正选选择(收集与磁珠相连的靶材)或反向选择(也就是说，收集不带磁珠的目标物)。其唯一缺点是磁性捕获的专一性取决于抗体和引物的设计。

(c)介质电泳捕获介电泳(DEP)是一种可极化粒子在非均匀电场中运动的现象。采用电动操纵是常用的单片机控制方法。

该方法是用涂有细胞结合剂的显微载玻片，并以薄电极阵列为模板，用电信号激发这些电极阵列，使之受到DEP的作用，实现了从载玻片悬浮细胞中直接捕捉不同类型的细胞。

用负DEP(nDEP)诱捕一株未接触酵母细胞进行单细胞增殖的实验。利用基于绝缘介质的双向电泳(iDEP)，从哺乳动物外周血单核细胞(PBMC)混合物中捕获单个哺乳动物乳腺癌细胞(MCF-7)。

利用外电场的不同作用，实时观察细胞活力变化。本文对DEP诱捕细胞实验中产生的热效应与细胞间的直接相互作用进行了理论和实验研究。(d)声学捕捉表面声波，作为一种非接触的方法，既可以探测特定的分析物，也可以将单个细胞局限于微流体通道。它是一种声陷波器捕捉细胞的原理，其原理是使用一对数字互感器(IDT)在施加电流、陷波器或凝聚层中产生超声驻波。研制了一种基于驻波表面声波(SSAW)的微流体控制装置，用于有限数量的细胞样本的连续富集，用于进一步的细胞研究。当前，声捕获器与光钳系统结合在一起，可将其与微流场耦合在一起，具有良好的生物相容性和易于制造的特性，可用于颗粒和细胞的动态浓缩。

(e)除了上述单细胞捕获系统之外，基于惯性力和粘弹性微流体的单细胞分离系统也成为了单细胞分离技术的发展趋势，而精确而高通量的单细胞分离也是机械分离细胞间功能异质性的重要手段。2015年，孙佳姝研究组开发了一种结合集成膜过滤器基于惯性的微流体细胞分选仪，基于大小、无标签、高效地分离富集全血循环肿瘤细胞，CTCs的分离效率达74.4%。在2018年，他们又报道了一个粘弹微流体系统，它可以在不需要任何细胞标记的情况下，直接从全血中选择性地分离肿瘤细胞。

在单胞外小泡的分离和检测方面取得了突破性进展，并发展了一种基于粘弹性分离及核酸适配体识别的微流控分离芯片，实现了单个胞外小泡的选择性分离及对其表面蛋白的分析。结果表明，微流控生物芯片可以实现高通量单细胞检测和分离，可望实现高精度的临床诊断等领域。