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在微流控平台上分离单细胞

在单细胞研究领域,利用微流控系统分离单细胞,并作为反应容器制备单细胞NGS文库的方法近年来得到了越来越多的关注。如今,有代表性方法有液滴式微流控和芯片式微流控。这两种方法采用的装置有很大差异,但它们的共性是将细胞分离到纳升级的微小容器中,以此提高单细胞制备效率,同时降低反应成本。

 

液滴式微流控

 

液滴式微流控装置的工作原理是让悬浮的单细胞依其次通过一个超声装置,利用声波将含有细胞的水相液体连续分离为单独的微小液滴,并用表面活性剂处理以防液滴融合,最终收集到油相载液中统一反应。液滴式微流控装置具有高通量的特性,此法可以批量制备上百万的液滴。以此为基础,并联两个相同的装置可以使不同液滴两两融合,可在反应过程中逐级添加试剂,还可在制备流程中加入光筛,以流式细胞仪的原理自动剔除不含细胞的液滴,并富集具有共同表达特征的细胞。

 

由于微滴式流控系统有以上优点,已有公司正在尝试将其用于单细胞测序文库的制备。但是,在商业化的道路上仍有一些困难需要克服。以单细胞RNA-Seq文库的制备为例,其反应流程包括裂解-逆转录-扩增三步,每步都需要加入新试剂以改变反应体系。但用表面活性剂处理过的液滴再融合的效率不高。其次,各个步骤的反应体系互相干扰,而现今还没有低损纯化单细胞级微量核酸的良策,我们就只能通过大幅稀释前一反应体系来保证下一步的效率。这样一来,每个步骤都会使得液滴体积增加,这可能对液滴的制备和形态维持带来一定困难。最后,现有设备很难精确控制液滴体积,样本间偏差可高达30-40%,导致反应效率不均,可能会最终影响数据的解读。

 

芯片式微流控

 

相较液滴式微流控,芯片式微流控的相关技术已经成熟,相关文献不胜枚举,也有一批公司正在进行商业化尝试,比如苏州汶颢微流控、上海文昌芯片等。集成化微流控芯片在满足实验通量需求、降低单位反应成本的同时,还能够利用细胞的物理(声、光、电、体积等)或生物学性质(抗原)实现分选。此外,使用光刻工艺制造出来的反应室可以达到很高的精度,消除了液滴式微流控系统中反应容器体积不均一带来的弊端。

 

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标签:   微流控 单细胞
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