液滴微流控技術(shù)是近年來在傳統(tǒng)連續(xù)流微流控系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，利用互不相溶的兩液相產(chǎn)生分散的微液滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的非連續(xù)流微流控技術(shù)。微液滴具有體積小、比表面積大、速度快、通量高、大小均勻、體系封閉、內(nèi)部穩(wěn)定等特性，在藥物控釋、病毒檢測、顆粒材料合成、催化劑等領(lǐng)域中均有重要應(yīng)用。
近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞中心開發(fā)了低成本、非標(biāo)記的微型液滴微流控平臺。該平臺可通過單細(xì)胞微液滴培養(yǎng)、液滴自熒光檢測、目標(biāo)微液滴自動分選等步驟完成單細(xì)胞水平的微生物生長表型篩選，并在大腸桿菌中示范該方法的準(zhǔn)確度和可靠性，為工業(yè)菌株的快速篩選提供了有力手段。
精準(zhǔn)的單細(xì)胞精度生長表型測量是工業(yè)育種、酶定向進(jìn)化和合成生物學(xué)等領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵步驟。優(yōu)質(zhì)菌株的選育需滿足“長得快”和“產(chǎn)量高”兩個特征。目前單細(xì)胞水平的高通量表型篩選僅限于代謝表型，如通過熒光激活液滴分選(fads)獲取“高產(chǎn)”菌株，尚缺乏單細(xì)胞水平的生長表型高通量篩選方案，難以實(shí)現(xiàn)“長得快”菌株的高通量選育。
青島能源所單細(xì)胞中心研究小組基于微生物在液滴內(nèi)的自發(fā)熒光，開發(fā)一種低成本、非標(biāo)記的液滴微流控篩選平臺，可完成微生物生長表型的高通量篩選。具體流程為：通過液滴微流控技術(shù)將微生物單細(xì)胞包裹于微液滴中，并分散培養(yǎng)；將培養(yǎng)后的液滴注入到微流控芯片中，在檢測區(qū)域采集365 nm激光照射下的微液滴自發(fā)熒光；通過光纖將光信號傳輸?shù)絧mt中，并利用編程軟件和高頻電壓控制實(shí)現(xiàn)目標(biāo)液滴的自動分選。
前期，單細(xì)胞中心開發(fā)了系列拉曼流式單細(xì)胞分選技術(shù)flowracs，能夠在非標(biāo)記的條件下高通量、高效率地識別分選出單細(xì)胞代謝產(chǎn)物含量高(“高產(chǎn)”)的菌株；通過耦合本項(xiàng)工作開發(fā)的單細(xì)胞水平生長表型快速篩選技術(shù)，能夠進(jìn)一步篩選出“長得快”的菌株，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)微生物選育的目標(biāo)。單細(xì)胞中心將依托上述系列創(chuàng)新技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)展單細(xì)胞水平的菌株選育平臺關(guān)鍵技術(shù)與裝備，以支持工業(yè)生物技術(shù)與合成生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
相關(guān)論文label-free droplet-based bacterial growth phenotype screening by a mini integrated microfluidic platform于近日發(fā)布在國際期刊《傳感器和執(zhí)行器b：化學(xué)》(sensors and actuators b: chemical)
參考資料來源：中國科學(xué)報(bào)、中科院青島能源所