我們的環(huán)境充斥著各種微生物。那些造成傷害的細(xì)胞有一些竅門-它們要么附著在宿主細(xì)胞上的受體上，要么產(chǎn)生毒素或破壞宿主的細(xì)胞機(jī)制。為了開發(fā)針對(duì)病原體的有效療法，科學(xué)家需要首先揭示它們?nèi)绾喂羲拗骷?xì)胞。進(jìn)行大規(guī)模調(diào)查的有效方法是通過稱為分析的高速篩選測試。

德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的研究人員發(fā)明了一種高通量細(xì)胞分離方法，該方法可與液滴微流控技術(shù)結(jié)合使用，該技術(shù)可使包含生物或其他貨物的微小液滴能夠非常精確地高速移動(dòng)。具體來說，研究人員使用電場成功地將附著在宿主細(xì)胞上的病原體與未附著在單個(gè)液滴內(nèi)的病原體分離開來。 

“除細(xì)胞分離外，大多數(shù)生化分析已成功地轉(zhuǎn)化為可進(jìn)行高通量測試的液滴微流體系統(tǒng)，”電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)系教授，該項(xiàng)目主要研究人員Arum Han博士說。“我們已經(jīng)解決了這一差距，現(xiàn)在可以在液滴微流控平臺(tái)內(nèi)以高通量的方式完成細(xì)胞分離。這一新系統(tǒng)無疑簡化了宿主-病原體相互作用的研究，但對(duì)于環(huán)境微生物學(xué)或藥物篩選應(yīng)用也非常有用。”

In-droplet cell separation based on bipolar dielectrophoretic response to facilitate cellular droplet assays.(https://doi.org/10.1039/D0LC00710B)

微流體裝置由微米大小的通道或管網(wǎng)組成，可控制流體的運(yùn)動(dòng)。近來，使用油包水液滴的微流體技術(shù)已在廣泛的生物技術(shù)應(yīng)用中得到普及。這些液滴的體積為皮升，可用作進(jìn)行生物反應(yīng)或運(yùn)輸生物材料的平臺(tái)。因此，單個(gè)芯片中的數(shù)百萬滴液滴有助于進(jìn)行高通量實(shí)驗(yàn)，不僅節(jié)省了實(shí)驗(yàn)室空間，還節(jié)省了化學(xué)試劑和人工的成本。

為了開發(fā)細(xì)胞分離所需的技術(shù)，Han和他的團(tuán)隊(duì)選擇了一種由沙門氏菌和人類巨噬細(xì)胞（一種免疫細(xì)胞）組成的宿主-病原體模型系統(tǒng)。當(dāng)將這兩種細(xì)胞類型引入液滴中時(shí)，某些細(xì)菌會(huì)粘附在巨噬細(xì)胞上。因此，他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是將附著在巨噬細(xì)胞上的沙門氏菌與未附著在沙門氏菌上的沙門氏菌分開。

為了分離細(xì)胞，Han和他的團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了兩對(duì)電極，它們?cè)诎瑑煞N細(xì)胞類型的液滴附近產(chǎn)生一個(gè)振蕩電場。由于細(xì)菌和宿主細(xì)胞具有不同的形狀，大小和電特性，因此他們發(fā)現(xiàn)電場對(duì)每種細(xì)胞類型產(chǎn)生不同的作用力。該力導(dǎo)致一次移動(dòng)一種細(xì)胞，從而將細(xì)胞分成液滴內(nèi)的兩個(gè)不同位置。為了將母滴分成兩個(gè)包含一種細(xì)胞的子滴，研究人員還制作了一個(gè)下游的Y形分裂結(jié)。 

液滴內(nèi)細(xì)胞分離微流控芯片的圖像，顯示了微流控通道和電極。放大圖顯示了宿主細(xì)胞和病原菌細(xì)胞在單個(gè)油包水微滴中分離到頂部和底部。圖片來源：德克薩斯農(nóng)工大學(xué)

盡管這些實(shí)驗(yàn)是在宿主和病原體之間進(jìn)行的，它們之間的相互作用已經(jīng)很好地建立了，但是當(dāng)細(xì)菌種類的致病性未知時(shí)，它們的新型微流體系統(tǒng)具有滴內(nèi)分離功能，是最有用的。他補(bǔ)充說，他們的技術(shù)可以在這些情況下以及需要細(xì)胞分離的其他應(yīng)用中進(jìn)行快速，高通量的篩選。

液體處理機(jī)械手可以進(jìn)行數(shù)百萬次測定，但成本非常高。液滴微流控技術(shù)可以在數(shù)百萬個(gè)液滴中實(shí)現(xiàn)相同的功能，而且速度更快，成本更低。” Han說。“我們現(xiàn)在已經(jīng)將細(xì)胞分離技術(shù)集成到液滴微流體系統(tǒng)中，從而可以以高通量的方式精確地控制液滴中的細(xì)胞，這在以前是不可能的?！?nbsp;