什么是细胞芯片 微流控芯片细胞分析

由于细胞膜的灵活性和动态特性，反应和分子碰撞会随机发生。因此，在一个细胞种群中所有细胞在任何时刻都会存在一定的差异，只有大量的单细胞分析测试才能揭示它们的异质性并提供统计数据，同时建立模型。在微流控技术发展的过程中，样品前处理分析规模被微型化，使得样品处理更加简单方便。如今，微流控系统已经可以应用于广泛的单细胞研究中。鉴于微流控技术的作用在单细胞分析中越来越明显，可以预计不断持续发展的微流控技术会更好地促进单细胞分析的发展。

基于微流控芯片的生物组织解离方法

传统的组织培养需要在固定的时间点更换培养基，这样可以持续为细胞提供营养，从而维持营养物质和排泄物浓度在整个细胞的生命周期中保持稳定。为了更好地创建一个模拟体内组织流动的环境，Hattersley 等设计了一种微流控装置，在芯片上灌注培养、分析、解离完整的鼠的肝组织什么是细胞芯片，如图1（a）所示。

实验过程简述如下：使用乙二醇四乙酸（EGTA）灌注固定的组织以清除Ca2+，然后灌注伯爵平衡盐溶液（EBS）以清除EGTA，防止胶原酶被抑制。接下来，灌注胶原酶消化组织。最后，以高流速（500 μL/min）快速灌注冰冷的分散缓冲剂。被冲下来的分散的细胞可以直接在芯片的输出口收集到离心管中。这种利用微流控芯片的组织解离方法可以减少组织或细胞暴露在未消毒的环境下的时间，从而减少污染的风险。然而由于解离时间较长，此方法并不适合在基因表达分析中使用。为了严格实现从生物组织中分离单细胞，Lin 等设计了一个微流控细胞解离芯片（μCDC）。这个芯片由50 μm 宽、167 μm 高、间距20 μm 的多个微柱组成，如图1（b）和（c）所示。在这个工作中，将含有小鼠大脑肿瘤细胞DC115 和KT88 的神经球组织用注射泵以3～15 mL/min的速率通过设计的微柱阵列后，最终解离成单个细胞。通过μCDC 芯片处理得到单细胞的产率在81%～85%之间，其中具有活性的单细胞产率在80%～85%之间。这个方法在解离生物组织时相比传统的研磨法具有高产率的优势，细胞经过芯片解离后，存活率会更高。然而由于机械分离的固有缺陷，分离的速率较慢。

基于微流控技术的细胞分选方法

微流控细胞分选技术的出现突破了荧光激活细胞分选法和磁激活细胞分选法的一些限制。相比于传统的细胞分选方法，微流控装置本质上更有利于细胞分选。微流控设备微型化的特点，使得在实验操作中试剂消耗量降低，同时提高了便携性；制造微流控芯片可以使用标准的制造体系和软光刻技术，大大降低了生产成本；在微流控芯片中简化了实验的操作步骤，同时还减少了细胞样品污染的风险。

然而，微流控细胞分选需要进一步发展才能取代传统的细胞分选技术。微流控系统相比商业流式细胞仪的主要缺点是分选通量和效率低。因此，提高其实验效率是当前的一个研究重点。另外，通过软光刻技术制造的微流控装置在实验中容易导致细胞黏附和堵塞，影响了它的使用寿命。

单细胞提取

微流控装置在单细胞提取中具有许多优势。由于核糖核酸等生物分子在细胞中的含量可低至0.01～2.5 pg/单个细胞，这要求尽可能少地对提取出的单细胞进行稀释。在微流控芯片中，每个单细胞通过芯片内的固定结构被分隔在不同的区域，每个区域通过微型化以减少裂解产物稀释，这对于分析低含量的生物分子十分关键。微流控系统所消耗的试剂体积小，从而降低了实验成本。提取出的单细胞可以通过显微镜可视化操作紧密排列。此外，大多数微流控系统完全是自动、封闭系统，减少了样品污染的风险。

单细胞裂解

微流控系统为单细胞裂解提供了一个理想的平台，由于芯片可以制造成特定的几何形状并且可以具有精确的尺寸大小，可以避免单细胞裂解中其他细胞的干扰。微流控芯片的长度与单个细胞相匹配从而使得稀释程度最小化以增加检测灵敏度。大部分芯片是光学透明的，允许可视化操作。微流控单细胞裂解方法有很多种，每种方法都有各自的优点，这将在接下来的部分讨论。根据不同的实验影响因素，选择合适的技术对于裂解的结果是至关重要的。