我是在接触了单细胞转录组之后,才开始认识到微流控这项由来已久的技术。相比之下,可以说单细胞是一种分辨率,微流控是抵达这个分辨率背后的技术。目前市面上经常有人说单细胞技术,其实这个说法是不严谨的,单细胞本身不是一项技术,而是由一系列技术驱动的应用场景。
单细胞转录组可以说是微流控技术的杀手锏式的应用,微流控的应用场景都有哪些呢? 我们买本书了解一下吧。
微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上, 自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力,已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。微流控技术的成熟是伴随着工业技术的发展而来的,高通量,低成本,可模拟的生命科学研究需求带来了新的研究范式:芯片实验室(Lab-on-a-chip)或称微全分析系统(Micro Total Analysis System, or microTAS)是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检测等基本操作单位集成或基本集成于一块几平方厘米的芯片上,用以完成不同的生物或化学反应过程,并对其产物进行分析的一种技术。
这是研究范式的改变,也是生命科学快检行业(IVD)的改变。几乎是先后脚功夫另一项高通量技术也日臻成熟:高通量测序技术。目前的单细胞组学相关的产品,几乎是这两项技术的完美集合:细胞捕获用微流控,指标测定用NGS。对内,单细胞分析是对细胞内转录翻译调控等内部信号在单个细胞条件下分子水平的测量,其目标是从单个细胞层面上理解细胞群落。对外,单细胞分析可以研究细胞的迁移,趋化,交流,培养,以理解细胞的发育与病变。
一般的基于NGS的单细胞流程是,组织解离,细胞消化,上微流控反映,建库测序,下游分析。其实我们知道微流控不止可以和NGS结合,微流控质谱可以做单细胞代谢,微流控电渗流可以做细胞分选,微流控光学可以做单细胞荧光成像等等。在NGS单细胞中用的微流控细胞提取主要有
- 微孔法
- 液滴法
虽然他们均不是在微流控上分析,而是用其分选功能。
所以微流控像是一个工作台,在这个台上面我们可以进行多种单细胞层面的分析。
一个比较深的印象是微流控控制液体梯度可以研究单细胞对不同浓度试剂的反映,有名的结构是圣诞树状的。《微流控芯片细胞分析》这本书比较系统地介绍了微流控的设计及其在细胞分析中的应用,在每个领域作者均在最后一部分提出了机遇与挑战,可以说是很用心了。
Peng Zhang, Xin Zhou, Mei He, Yuqin Shang, Ashley L. Tetlow, Andrew K. Godwin & Yong Zeng. Ultrasensitive detection of circulating exosomes with a 3D-nanopatterned microfluidic chip. Nature Biomedical Engineering (2019) | DOI: 10.1038/s41551-019-0356-9
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