利用在小水滴中包裹多个单细胞或单细胞器的方法，可以将光学诱捕法和微流控小滴生成技术结合在一起。
目前，传统的试管检测技术正逐步被淘汰。由于微流控技术使得在日益小型化的容积内研究生化反应过程变得可能，实验室级的研究正向纳米级方向深入发展。美国华盛顿大学的Daniel Chiu及其同事，在最近发明了一种新方法，即仅用10-12升到10-15升的小水滴就可以包裹住多个单细胞或单细胞器。
在近期《分析化学》杂志上的一篇文章中，Chiu及其同事提出了两种新方法，这两种方法可以将微流控小滴生成技术和光学诱捕法结合在一起，以便有选择性地、稳定地包裹某个单细胞或细胞器。一种方法是利用T型槽，在T型槽内水相可以被垂直地导入到流动的油相内。当对水相施加压力时，流动的油可以连续切断小水滴。另一种方法是利用压缩槽，在压缩槽内水相被挤压通过狭窄的管道，并流入到一个大的油池中。被堵住的水在管道内形成小水滴，然后进入油池中。在这两种方法中，利用光学镊子将细胞或细胞器放在油水界面上，这样微粒就被包裹在正在形成的小滴中。Chiu认为，与以前的微流控技术设计相比，这两种方法有了明显改进，“利用光学方法移动细胞具有极好的可控制性和灵活性”。
具有较高表面电荷的微粒（如细胞或细胞器）一旦在小水滴中被捕获，它们就不能穿过水油界面恢复到原来的状态，并被稳定地限制。Chiu的研究小组现已成功对单个B淋巴细胞和单个线粒体进行了包裹，这表明利用该方法研究单细胞和单细胞器颇具潜力。Chiu解释说，“研究单细胞很有意义，因为每个细胞都是不同的”，“这种方法不仅仅用于研究普通细胞，也可以用于研究稀有细胞。”
Figure 1. Encapsulation of a single B lymphocyte in an aqueous droplet in silicone oil.
(a,b) Optical trapping is used to position the cell at the water-oil interface. (c) The aqueous droplet is sheared off by the flowing oil phase. (d) Finally the cell is encapsulated in the aqueous droplet. Reprinted from Analytical Chemistry with permission from the American Chemical Society, copyright 2005.
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由于微粒被固定在比其自身体积还小的小滴中，因而细胞内含物在溶解前和溶解后的浓度保持不变，这一点对于利用单细胞进行生化分析非常关键。为了说明利用该方法进行此类研究的作用，研究者进行了酶活性分析实验。一个包含荧光素β-D-2-吡喃半乳糖（FDG，是细胞内β-半乳糖苷酶的荧光底物）的小水滴捕获了一个坚果细胞，随着光解和β-半乳糖苷酶的释放，小水滴中的反应产物—荧光素不断积累，这使小水滴中荧光素含量非常高。如果没有微小水滴容积的限制，稀释作用会使荧光素难以被示踪显示。Chiu说，“你可以用分辨率很高的显微镜来观察细胞和亚细胞的结构，但你无法通过显微镜获得更多的生化信息。”“我们正努力开发一个平台，使我们能够在非常小的尺度上做些改变，并能在细胞或细胞器水平上获取一些信息，而通常这些信息只有通过大量的生化分析才能得到。”
REFERENCES
He, M. et al. Selective encapsulation of single cells and subcellular organelles into picoliter- and femtoliter-volume droplets. Anal. Chem. 77, 1539–1544 (2005). | Article |
He, M. et al. Selective encapsulation of single cells and subcellular organelles into picoliter- and femtoliter-volume droplets. Anal. Chem. 77, 1539–1544 (2005). | Article |
