具有细胞分离能力的微流体系统可能会揭示新型病原体的攻击方式

我们的环境充斥着各种微生物。那些造成伤害的细胞有一些窍门-它们要么附着在宿主细胞上的受体上，要么产生毒素或破坏宿主的细胞机制。为了开发针对病原体的有效疗法，科学家需要首先揭示它们如何攻击宿主细胞。进行大规模调查的有效方法是通过称为分析的高速筛选测试。

德克萨斯农工大学的研究人员发明了一种高通量细胞分离方法，该方法可与液滴微流控技术结合使用，该技术可使包含生物或其他货物的微小液滴能够非常精确地高速移动。具体来说，研究人员使用电场成功地将附着在宿主细胞上的病原体与未附着在单个液滴内的病原体分离开来。 

“除细胞分离外，大多数生化分析已成功地转化为可进行高通量测试的液滴微流体系统，”电气和计算机工程学系教授，该项目主要研究人员Arum Han博士说。“我们已经解决了这一差距，现在可以在液滴微流控平台内以高通量的方式完成细胞分离。这一新系统无疑简化了宿主-病原体相互作用的研究，但对于环境微生物学或药物筛选应用也非常有用。”

In-droplet cell separation based on bipolar dielectrophoretic response to facilitate cellular droplet assays.(https://doi.org/10.1039/D0LC00710B)

微流体装置由微米大小的通道或管网组成，可控制流体的运动。近来，使用油包水液滴的微流体技术已在广泛的生物技术应用中得到普及。这些液滴的体积为皮升，可用作进行生物反应或运输生物材料的平台。因此，单个芯片中的数百万滴液滴有助于进行高通量实验，不仅节省了实验室空间，还节省了化学试剂和人工的成本。

为了开发细胞分离所需的技术，Han和他的团队选择了一种由沙门氏菌和人类巨噬细胞（一种免疫细胞）组成的宿主-病原体模型系统。当将这两种细胞类型引入液滴中时，某些细菌会粘附在巨噬细胞上。因此，他们的实验目标是将附着在巨噬细胞上的沙门氏菌与未附着在沙门氏菌上的沙门氏菌分开。

为了分离细胞，Han和他的团队构建了两对电极，它们在包含两种细胞类型的液滴附近产生一个振荡电场。由于细菌和宿主细胞具有不同的形状，大小和电特性，因此他们发现电场对每种细胞类型产生不同的作用力。该力导致一次移动一种细胞，从而将细胞分成液滴内的两个不同位置。为了将母滴分成两个包含一种细胞的子滴，研究人员还制作了一个下游的Y形分裂结。 

液滴内细胞分离微流控芯片的图像，显示了微流控通道和电极。放大图显示了宿主细胞和病原菌细胞在单个油包水微滴中分离到顶部和底部。图片来源：德克萨斯农工大学

尽管这些实验是在宿主和病原体之间进行的，它们之间的相互作用已经很好地建立了，但是当细菌种类的致病性未知时，它们的新型微流体系统具有滴内分离功能，是最有用的。他补充说，他们的技术可以在这些情况下以及需要细胞分离的其他应用中进行快速，高通量的筛选。

液体处理机械手可以进行数百万次测定，但成本非常高。液滴微流控技术可以在数百万个液滴中实现相同的功能，而且速度更快，成本更低。” Han说。“我们现在已经将细胞分离技术集成到液滴微流体系统中，从而可以以高通量的方式精确地控制液滴中的细胞，这在以前是不可能的。”