随着基因组合成与编辑技术的迅猛发展，基于液滴的单细胞表型筛选的意义显得尤为重要。然而，如何精准、高通量地将目标单液滴分配到特定的宏观介质中，进而完成下游多组学分析，仍然是一个技术挑战。近日，青岛能源所单细胞中心开发了一种基于液滴打印的平台，以“单孔单液滴”方式将含有单克隆的液滴打印至培养皿或96孔板中，从而服务规模化、低成本、全自动的单细胞表型获取和筛查。上述工作近日发表于化学传感领域权威期刊《传感器和执行器B：化学》（Sensors and Actuators B: Chemical）杂志。

服务于单细胞表型筛选的液滴打印平台

传统筛选方法，如琼脂平板和微孔板筛选，是目前应用最广泛的两种筛选策略。琼脂平板法操作简单，但难以准确定量，主要用于菌株的初筛。微孔板筛选能精准定量，便于评价突变体的性能，但通量较低。

基于液滴微流控的工具有望满足超高通量筛选的需求，但目前大多数的分选策略只能将表型一致的液滴富集到一个通道中，难以将每个“目标液滴”高精度、高通量、自动化地分离到宏观介质（如培养皿、96孔板）的特定空间位置，以开展下游单细胞培养、测序等实验。

针对上述问题，单细胞中心葛安乐助理研究员和刁志钿博士（在读）等人带领的研究小组基于电流体动力学打印技术，开发了一种基于液滴打印的芯片化平台，以“单孔单液滴”方式将含有单克隆的液滴打印到指定的位置。该平台包括四个主要模块：泵驱动微流控芯片模块、光学自动信号识别模块、高压控制模块和自动化的移动平台模块。芯片中预埋的光纤可引入红光LED，当分选后的目标液滴流过检测窗口时，光纤连接的二级管可识别并产生相应信号，进而利用电流动力学原理将液滴打印到特定区域。

这一芯片平台具有以下特色：首先，不仅能实现在线生成液滴并打印，且可对孵育或分选后液滴进行按需精确打印，打通了“目标液滴群”到“单个目标液滴”的高效渠道，服务下游单细胞层面表型研究。其次，增加了基于光纤传输的光学检测模块，不仅提高液滴打印的准确率，且规避了复杂光路系统；这一简洁而集成化的系统可兼容更多的下游实验场景，如质谱检测、培养皿、96孔板等。

下一步，研究人员将基于前期开发的FlowRACS和RACS-Seq/Culture等单细胞拉曼分选仪器系列，耦合上述高精度按需单液滴打印模块，针对微生物组、大规模突变体文库等复杂生命系统，实现全流程高精度、高通量、自动化的功能单细胞识别、分离、培养和导出，服务于生物资源、合成生物技术、精准医学、深海/深地/深空探索、生物安全等产业。

该工作由单细胞中心马波研究员和徐健研究员主持，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、山东省自然科学基金委、山东能源研究院基金以及国家合成生物学技术创新中心基金的支持。（文/葛安乐 图/刘阳）

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135334

Anle Ge#, Zhidian Diao#, Yuandong Li, Chaojie Cui, Xixian Wang, Yang Liu, Jian Xu*, Bo Ma*.An integrated microfluidic platform for on-demand single droplet dispenser with high accuracy by electrohydrodynamic (EHD) printing technique.Sensors and Actuators B: Chemical, 2024, 405:135334.