中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程研究室的李保庆副教授提出并实现了一种新型的单细胞分选技术。该技术结合实时图像处理与微流控冲击打印技术，以无标记的方式高效、高通量的分离单细胞。成果以“Label-free single-cell isolation enabled by microfluidic impact printing and real-time cellular recognition”为题，发表在工程技术领域著名期刊《Lab on a Chip》（2021,21,3695–3706），并入选当期封面 （Back Cover)。
为了研究单个细胞之间生物大分子的差异，研究人员需要把单个细胞分离分析。然而，目前的单细胞分离技术存在依赖荧光标记和低性能的问题。本文开发了一种新的单细胞分离技术，使用微流控冲击打印与细胞二维图像实时识别技术，将单细胞封装在单个液滴中。如图一所示，单细胞分离系统由信号控制模块、图像处理模块、打印模块三个模块组成。细胞悬浮液通过在压力泵的推动下从微流控通道入口流动到出口。高速相机实时捕捉采集检测区域的图像，利用计算机对图像进行实时处理，以识别单个细胞，然后向信号控制模块发送触发信号，触发压电致动器撞击打印室上的柔性薄膜，从喷嘴处产生一个包含单个细胞的液滴，并结合位移台运动形成单细胞液滴阵列。
图一 单细胞分离系统的设计及工作原理。
与传统的流式细胞分选相比，该方法采用图像处理方法代替荧光标记来识别细胞，简化了样品制备，降低了对细胞功能和活力的损害。利用相机实时拍摄，结合图像处理实时计算检测细胞的二维位置，检测精度更高，确保单细胞封装的高效率。实验表明，该技术有95%的单颗粒捕获效率和90.3%的单细胞捕获效率，并可以在2 Hz的通量下产生单细胞液滴阵列，细胞存活率高达96.6%。该方法在单细胞组学、组织工程和细胞系开发等领域有巨大的应用潜力。
图二 （a）微流控芯片的制作与设计 (b)单粒子液滴阵列。
工程科学学院博士生王一鸣为本论文的第一作者，李保庆副教授为该论文的通讯作者。这项工作得到了中科院先导专项，国家自然科学基金支持。
文章链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/lc/d1lc00326g
