微液滴系统耦合多种检测技术在单细胞分析的研究进展

近年来，微流控液滴技术在生物领域，特别是单细胞分析方面的应用发展迅速。

(1)微流控液滴技术结合多种操作技术已陆续得到发展，为单细胞分析的应用提供了一个广阔的平台。

(2)液滴大小可调，其大小可调，为单细胞的操作和分析提供了可能，而且微流控芯片具有良好的透光性、生物相容性和传热传质等优点，为单细胞分析提供了有力的外环境。当前，微流体滴状检测技术主要有：质谱、表面增强拉曼光谱和图像识别(SERS成像、荧光成像)。

微液滴-质谱的单细胞分析。

作为一种强大的分析技术，质谱分析具有高灵敏度、高选择性和能分析复杂样品等特点，尤其适合于生物分子如细胞分泌、药物代谢产物等的结构鉴定。与传统的宏观器件相比，微流控芯片具有自动化操作速度快、成本低、产量高、可实现平行筛选、适于微小型化分析等优点，在细胞分析领域有广阔的应用前景。

整合质谱仪平台上，细胞分析的一个关键步骤就是如何将细胞导入芯片，然后将其导入质谱分析系统。微流体控制液滴的研制，可以较好地解决上述问题。利用微流控芯片对哺乳动物细胞进行高通量筛选，并将其分类学方法应用于细胞毒性分析。2017年，研制出一种简单交叉结构的微流体芯片，并将其与时间分辨电感耦合等离子体质谱法(ICPMS)结合，测定了单个HepG2细胞中锌或氧化锌的含量。

通过应用微流控液滴技术和质谱技术，2018年实现了高精度的单细胞进样，并分析了单个细胞内纳米颗粒吞咽数目。单细胞拉曼光谱是一种基于液滴-表面增强拉曼光谱，它能获得分子振动、转动等方面的信息，它能提供物质的指纹信息，在分析应用上有一定的优势，但缺点是拉曼效应本身较弱，使其在样品分析和检测上具有一定的局限性。1974年，在粗糙银电极上对吡啶进行了拉曼散射，发现吡啶分子有很强的信号，这一增强归因于其表面增强效应。1977年，他们独立地对这种现象进行了独立的鉴定，EFs值为105-106。

表面增强拉曼光谱(SERS)是指某些分子吸附于特定贵金属表面，如金或银，会显著增强拉曼光谱强度。自发现以来，已被广泛地应用在生物医学研究领域，如细胞检测和生物成像。其指纹性强、无损性强，为生物学研究提供了较高的分子特异性和空间分辨率。

单细胞SERS检测也是近年来备受关注的一个研究领域，它是以一种非破坏性的方式实时检测已标记分子在单个细胞内的动态动态信息，通过被标记物分子的振动信息获取细胞的相关信息。现在，SERS可以用多种方法来检测单细胞，包括封堵含有SERS底物的细胞，即对死亡细胞的检测和对单个活细胞的实时SERS检测等。正常情况下，固定细胞的福尔马林可引起细胞内蛋白质交联，可能影响光谱模式。因此，在单个活细胞水平上实现SERS检测尤其重要。近几年来，微流体平台和表面增强拉曼光谱的结合引起了科学界的广泛关注。

将拉曼光谱的指纹特异性和金属纳米粒子等离子共振激发技术相结合。另外，用微流体液滴代替传统的微流控单相流动设备，可以获得较高的样品吞吐量，并能满足单细胞高通量分析的要求。2018年首次实现了微流体滴法与SERS相结合的单细胞分析技术，利用小麦胚芽凝集素修饰的金属纳米粒子来检测前列腺癌细胞表面的聚糖表达，并用SERS影像的概念验证实验证实了该细胞的高分辨率图像。

本文还将微流体滴与SERS相结合的方法应用于单细胞分析领域。利用表面增强共振拉曼散射(SERRS)技术，实现了对单细胞内碱性磷酸酶(ALP)超敏感、高通量分析。在此基础上，借助表面增强拉曼散射(SERS)-微流控液滴平台，实现了对单个细胞分泌的血管内皮生长因子(VEGF)和白细胞介素-8的快速、超灵敏检测。同一年，设计了一种多功能的磁性SERS基底，由银纳米粒子(AgNPs,30nm)修饰的400nmFe3O4磁性微球，实现了多组分单细胞代谢物(丙酮酸、三磷酸腺苷ATP和乳酸)的无标记、无损检测。通过Fe3O4@AgNPs磁场聚集产生的热点效应，可以实现SERS的高灵敏度检测。