傳統(tǒng)的流式細(xì)胞分選技術(shù)需要進(jìn)行熒光標(biāo)記預(yù)處理，耗時(shí)效率低下且影響細(xì)胞功能。常見的微流控分選技術(shù)如液滴微流控，將單個(gè)細(xì)胞包裹后置于液滴內(nèi)，但根據(jù)泊松分布，單細(xì)胞捕獲效率不高，且包裹后微液滴位置不固定，無法實(shí)時(shí)觀測。

     來自中***科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)基于將實(shí)時(shí)細(xì)胞識(shí)別和微流體沖擊打印結(jié)合的原理，設(shè)計(jì)***套單細(xì)胞分離系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無標(biāo)記、高效率、實(shí)時(shí)識(shí)別、高通量地分離單細(xì)胞。

圖2 中***科大研發(fā)的單細(xì)胞分離系統(tǒng)構(gòu)成原理

  壓力泵作用下，細(xì)胞懸液從微通道入口輸送到出口，千眼狼高速攝像機(jī)搭載倒置顯微鏡，對焦微通道中間觀測平面，以2620幀/秒速度捕獲細(xì)胞灰度圖像，并實(shí)時(shí)對圖像進(jìn)行背景提取、高斯去噪、閾值分割處理后，識(shí)別并優(yōu)化二維細(xì)胞位置，然后發(fā)送觸發(fā)信號(hào)至信號(hào)控制模塊，觸發(fā)壓電致動(dòng)器沖擊打印室上的柔性薄膜，使包含已識(shí)別細(xì)胞的液滴從噴嘴噴射到基底上。

 微流體沖擊打印過程中，受流體動(dòng)力學(xué)反應(yīng)影響，細(xì)胞在液滴噴射過程中可能會(huì)出現(xiàn)橫向移動(dòng)、前向移動(dòng)，影響可靠性，需要用高速攝像機(jī)在5×物鏡下捕獲細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的瞬態(tài)圖像，如圖4、圖5所示，以探尋決定細(xì)胞噴射及印刷效率的因素。

圖4 高速攝像機(jī)拍攝的微流體沖擊打印過程

圖5 高速攝像機(jī)拍攝的微流體沖擊打印過程

3.研究結(jié)論

  通過***系列采用10μm聚苯乙烯微珠噴射實(shí)驗(yàn)，證明基于將實(shí)時(shí)細(xì)胞識(shí)別和微流體沖擊打印結(jié)合的單細(xì)胞分離系統(tǒng)能以無標(biāo)記的方式高效、高通量地分離單細(xì)胞，單細(xì)胞液滴打印的吞吐量可達(dá)15Hz，且支持***步從細(xì)胞群中分離異質(zhì)單細(xì)胞，打印效率超過95%。在細(xì)胞流體動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究上，通過高速攝像機(jī)觀測，細(xì)胞在通道交叉區(qū)的位置、壓電致動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓、液滴體積是影響印刷效率的關(guān)鍵變量。