單細(xì)胞操作和分析對于許多基本生物過程的研究和揭示細(xì)胞異質(zhì)性至關(guān)重要，并在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有極其有價(jià)值的應(yīng)用潛力，包括神經(jīng)科學(xué)、再生治療、早期診斷和藥物篩選。在單細(xì)胞操作和分析中使用微流體技術(shù)是最有前景的方法之一，它能夠創(chuàng)造出使用傳統(tǒng)方法不切實(shí)際或不可能實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新條件。本文概述了單細(xì)胞液滴微流體技術(shù)的發(fā)展。強(qiáng)調(diào)了微流控液滴技術(shù)的顯著優(yōu)勢、影響液滴產(chǎn)生的動態(tài)參數(shù)以及微流控裝置的幾何結(jié)構(gòu)。此外，總結(jié)了迄今為止基于微流體和各種微流體工具的被動和主動液滴生成方法在生產(chǎn)單細(xì)胞液滴和水凝膠微球方面的進(jìn)展。討論了它們與單細(xì)胞液滴和水凝膠形成相關(guān)的關(guān)鍵特征、成就和局限性。還探索了單細(xì)胞液滴微流體在生物醫(yī)學(xué)中的最新普及應(yīng)用，包括小分子檢測、蛋白質(zhì)分析、藥物篩選和單細(xì)胞遺傳分析。最后，強(qiáng)調(diào)了實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞液滴微流體未來應(yīng)用所必須克服的挑戰(zhàn)。

具有不同結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)胞相互作用形成復(fù)雜的生物體。由于其功能的多樣性，活生物體中的細(xì)胞在細(xì)胞大小、形態(tài)、生長速率和生物分子表達(dá)方面具有明顯的異質(zhì)性。這些差異通常在活生物體的生長、分化和發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用。單個細(xì)胞的大小非常小（約1-15μm），單細(xì)胞分泌的水平非常低，這意味著檢測單細(xì)胞分泌分子需要高度的靈敏度。傳統(tǒng)的細(xì)胞分析方法通常依賴于使用細(xì)胞群。雖然這可以保證檢測物質(zhì)的足夠含量，但它會掩蓋少量異常細(xì)胞產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號，導(dǎo)致重要信息的丟失。單細(xì)胞分析不僅克服了細(xì)胞群分析中小樣本異常細(xì)胞數(shù)據(jù)丟失的問題，而且可以更準(zhǔn)確地揭示細(xì)胞之間的差異。因此，它已成為生物和生物醫(yī)學(xué)研究的一個重要新興領(lǐng)域。單細(xì)胞水平的細(xì)胞分析是檢測細(xì)胞異質(zhì)性和分化的有效方法，也有助于理解細(xì)胞行為和代謝活動，從而能夠全面分析組織、器官甚至整個生物體的行為。

單細(xì)胞分析對于理解細(xì)胞多樣性和發(fā)現(xiàn)疾病發(fā)展過程中形成的異常細(xì)胞具有巨大的前景。單細(xì)胞技術(shù)已應(yīng)用于許多生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，包括神經(jīng)科學(xué)、干細(xì)胞生物學(xué)、疾病早期診斷、和藥物篩選。需要高通量單細(xì)胞分析來準(zhǔn)確描述并最終闡明生物體中細(xì)胞異質(zhì)性的根本原因。單細(xì)胞分析的經(jīng)典方法包括流式細(xì)胞術(shù)、原子力顯微鏡、光學(xué)和磁性推特、單分子熒光光譜等。然而，每種方法都有局限性：例如，盡管傳統(tǒng)的流式細(xì)胞術(shù)是自動化的，可以在單細(xì)胞分析中實(shí)現(xiàn)高通量、高效的細(xì)胞分選，但它需要使用昂貴的儀器和復(fù)雜的細(xì)胞表面標(biāo)記，并且樣品預(yù)處理時間長，細(xì)胞存活率低，樣品污染的風(fēng)險(xiǎn)大。此外，其他方法可以精確操縱單細(xì)胞，但或多或少會受到高成本、復(fù)雜操作和低檢測通量問題的困擾。

由于試劑消耗低、檢測靈敏度高、大規(guī)模子系統(tǒng)集成等優(yōu)點(diǎn)，微流體已成為生命科學(xué)中廣泛使用的技術(shù)，并已被證明是高效單細(xì)胞分析的有力工具。微流體技術(shù)在單細(xì)胞分析方面的基本能力是操縱單細(xì)胞，例如實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞捕獲。微流體單細(xì)胞捕獲技術(shù)實(shí)施了多種捕獲策略，包括微孔、微圖案、微滴和微片。用于單細(xì)胞捕獲的微孔具有操作和制造簡單的優(yōu)點(diǎn)，可以形成高度均勻的單細(xì)胞陣列。然而，微孔方法通常要求試劑分布在整個陣列中，這使得有必要實(shí)現(xiàn)液體流的瞬時部署，從而阻礙了對快速細(xì)胞反應(yīng)的動態(tài)監(jiān)測。盡管用于單細(xì)胞捕獲的微圖案具有微孔的一些優(yōu)點(diǎn)，但它們需要復(fù)雜的預(yù)處理，這增加了操作時間和成本。Microtraps可用于快速方便地生產(chǎn)高通量、高密度的單細(xì)胞陣列；然而，在捕獲過程中，細(xì)胞通常會受到液體流動和芯片結(jié)構(gòu)的擠壓，這可能會對其造成潛在的損害。液滴微流體是一種有前景的新技術(shù)，用于研究尺寸從幾微米到幾百微米的微滴的產(chǎn)生、操縱和應(yīng)用。與上述其他方法不同，微滴技術(shù)可以將單個細(xì)胞包封在單分散液滴中，以實(shí)現(xiàn)高通量分析和精確控制局部細(xì)胞外環(huán)境。微液滴技術(shù)還具有高度的可重復(fù)性、樣品和試劑的低消耗、快速的反應(yīng)速度和易于實(shí)現(xiàn)的精確可控性。單細(xì)胞液滴微流體已被廣泛應(yīng)用于許多生物實(shí)驗(yàn)中，包括細(xì)胞培養(yǎng)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）、蛋白酶活性檢測、細(xì)胞排列和分選，并已成為生物醫(yī)學(xué)中高通量單細(xì)胞操作和分析的重要平臺。

免責(zé)聲明:文章來源https://doi.org/10.1039/D1AN02321G 以傳播知識、有益學(xué)習(xí)和研究為宗旨。轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除。