近年來(lái)，微流控液滴技術(shù)在生物領(lǐng)域，特別是單細(xì)胞分析方面的應(yīng)用發(fā)展迅速。

(1)微流控液滴技術(shù)結(jié)合多種操作技術(shù)已陸續(xù)得到發(fā)展，為單細(xì)胞分析的應(yīng)用提供了一個(gè)廣闊的平臺(tái)。

(2)液滴大小可調(diào)，其大小可調(diào)，為單細(xì)胞的操作和分析提供了可能，而且微流控芯片具有良好的透光性、生物相容性和傳熱傳質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)，為單細(xì)胞分析提供了有力的外環(huán)境。當(dāng)前，微流體滴狀檢測(cè)技術(shù)主要有：質(zhì)譜、表面增強(qiáng)拉曼光譜和圖像識(shí)別(SERS成像、熒光成像)。

微液滴-質(zhì)譜的單細(xì)胞分析。

作為一種強(qiáng)大的分析技術(shù)，質(zhì)譜分析具有高靈敏度、高選擇性和能分析復(fù)雜樣品等特點(diǎn)，尤其適合于生物分子如細(xì)胞分泌、藥物代謝產(chǎn)物等的結(jié)構(gòu)鑒定。與傳統(tǒng)的宏觀器件相比，微流控芯片具有自動(dòng)化操作速度快、成本低、產(chǎn)量高、可實(shí)現(xiàn)平行篩選、適于微小型化分析等優(yōu)點(diǎn)，在細(xì)胞分析領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

整合質(zhì)譜儀平臺(tái)上，細(xì)胞分析的一個(gè)關(guān)鍵步驟就是如何將細(xì)胞導(dǎo)入芯片，然后將其導(dǎo)入質(zhì)譜分析系統(tǒng)。微流體控制液滴的研制，可以較好地解決上述問題。利用微流控芯片對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行高通量篩選，并將其分類學(xué)方法應(yīng)用于細(xì)胞毒性分析。2017年，研制出一種簡(jiǎn)單交叉結(jié)構(gòu)的微流體芯片，并將其與時(shí)間分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICPMS)結(jié)合，測(cè)定了單個(gè)HepG2細(xì)胞中鋅或氧化鋅的含量。

通過應(yīng)用微流控液滴技術(shù)和質(zhì)譜技術(shù)，2018年實(shí)現(xiàn)了高精度的單細(xì)胞進(jìn)樣，并分析了單個(gè)細(xì)胞內(nèi)納米顆粒吞咽數(shù)目。單細(xì)胞拉曼光譜是一種基于液滴-表面增強(qiáng)拉曼光譜，它能獲得分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等方面的信息，它能提供物質(zhì)的指紋信息，在分析應(yīng)用上有一定的優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)是拉曼效應(yīng)本身較弱，使其在樣品分析和檢測(cè)上具有一定的局限性。1974年，在粗糙銀電極上對(duì)吡啶進(jìn)行了拉曼散射，發(fā)現(xiàn)吡啶分子有很強(qiáng)的信號(hào)，這一增強(qiáng)歸因于其表面增強(qiáng)效應(yīng)。1977年，他們獨(dú)立地對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了獨(dú)立的鑒定，EFs值為105-106。

表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)是指某些分子吸附于特定貴金屬表面，如金或銀，會(huì)顯著增強(qiáng)拉曼光譜強(qiáng)度。自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，已被廣泛地應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域，如細(xì)胞檢測(cè)和生物成像。其指紋性強(qiáng)、無(wú)損性強(qiáng)，為生物學(xué)研究提供了較高的分子特異性和空間分辨率。

單細(xì)胞SERS檢測(cè)也是近年來(lái)備受關(guān)注的一個(gè)研究領(lǐng)域，它是以一種非破壞性的方式實(shí)時(shí)檢測(cè)已標(biāo)記分子在單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)信息，通過被標(biāo)記物分子的振動(dòng)信息獲取細(xì)胞的相關(guān)信息。現(xiàn)在，SERS可以用多種方法來(lái)檢測(cè)單細(xì)胞，包括封堵含有SERS底物的細(xì)胞，即對(duì)死亡細(xì)胞的檢測(cè)和對(duì)單個(gè)活細(xì)胞的實(shí)時(shí)SERS檢測(cè)等。正常情況下，固定細(xì)胞的福爾馬林可引起細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)交聯(lián)，可能影響光譜模式。因此，在單個(gè)活細(xì)胞水平上實(shí)現(xiàn)SERS檢測(cè)尤其重要。近幾年來(lái)，微流體平臺(tái)和表面增強(qiáng)拉曼光譜的結(jié)合引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。

將拉曼光譜的指紋特異性和金屬納米粒子等離子共振激發(fā)技術(shù)相結(jié)合。另外，用微流體液滴代替?zhèn)鹘y(tǒng)的微流控單相流動(dòng)設(shè)備，可以獲得較高的樣品吞吐量，并能滿足單細(xì)胞高通量分析的要求。2018年首次實(shí)現(xiàn)了微流體滴法與SERS相結(jié)合的單細(xì)胞分析技術(shù)，利用小麥胚芽凝集素修飾的金屬納米粒子來(lái)檢測(cè)前列腺癌細(xì)胞表面的聚糖表達(dá)，并用SERS影像的概念驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該細(xì)胞的高分辨率圖像。

本文還將微流體滴與SERS相結(jié)合的方法應(yīng)用于單細(xì)胞分析領(lǐng)域。利用表面增強(qiáng)共振拉曼散射(SERRS)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單細(xì)胞內(nèi)堿性磷酸酶(ALP)超敏感、高通量分析。在此基礎(chǔ)上，借助表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)-微流控液滴平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)細(xì)胞分泌的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)和白細(xì)胞介素-8的快速、超靈敏檢測(cè)。同一年，設(shè)計(jì)了一種多功能的磁性SERS基底，由銀納米粒子(AgNPs,30nm)修飾的400nmFe3O4磁性微球，實(shí)現(xiàn)了多組分單細(xì)胞代謝物(丙酮酸、三磷酸腺苷ATP和乳酸)的無(wú)標(biāo)記、無(wú)損檢測(cè)。通過Fe3O4@AgNPs磁場(chǎng)聚集產(chǎn)生的熱點(diǎn)效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)SERS的高靈敏度檢測(cè)。