随着基因组合成与编辑技术的迅猛发展，基于液滴的单细胞表型筛选的意义显得尤为重要。然而，如何精准、高通量地将目标单液滴分配到特定的宏观介质中，进而完成下游多组学分析，仍然是一个技术挑战。

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心开发了一种基于液滴打印的平台，以“单孔单液滴”方式将含有单克隆的液滴打印至培养皿或96孔板中，从而服务规模化、低成本、全自动的单细胞表型获取和筛查。该成果发表于《传感器和执行器B：化学》。

服务于单细胞表型筛选的液滴打印平台。青岛能源所供图

传统筛选方法，如琼脂平板和微孔板筛选，是目前应用最广泛的两种筛选策略。琼脂平板法操作简单，但难以准确定量，主要用于菌株的初筛。微孔板筛选能精准定量，便于评价突变体的性能，但通量较低。

据了解，基于液滴微流控的工具有望满足超高通量筛选的需求，但目前大多数的分选策略只能将表型一致的液滴富集到一个通道中，难以将每个“目标液滴”高精度、高通量、自动化地分离到宏观介质的特定空间位置，以开展下游单细胞培养、测序等实验。

针对这些问题，该所单细胞中心研究小组基于电流体动力学打印技术，开发了一种基于液滴打印的芯片化平台，以“单孔单液滴”方式将含有单克隆的液滴打印到指定的位置。这个平台包括四个主要模块：泵驱动微流控芯片模块、光学自动信号识别模块、高压控制模块和自动化的移动平台模块。芯片中预埋的光纤可引入红光LED，当分选后的目标液滴流过检测窗口时，光纤连接的二级管可识别并产生相应信号，进而利用电流动力学原理将液滴打印到特定区域。

据介绍，该芯片平台特色鲜明。首先，不仅能实现在线生成液滴并打印，且可对孵育或分选后液滴进行按需精确打印，打通了“目标液滴群”到“单个目标液滴”的高效渠道，服务下游单细胞层面表型研究。其次，增加了基于光纤传输的光学检测模块，不仅提高液滴打印的准确率，且规避了复杂光路系统；这一简洁而集成化的系统可兼容更多的下游实验场景，如质谱检测、培养皿、96孔板等。

下一步，研究人员将基于前期开发的FlowRACS和RACS-Seq/Culture等单细胞拉曼分选仪器系列，耦合上述高精度按需单液滴打印模块，针对微生物组、大规模突变体文库等复杂生命系统，实现全流程高精度、高通量、自动化的功能单细胞识别、分离、培养和导出，服务于生物资源、合成生物技术、精准医学、深海/深地/深空探索、生物安全等产业。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135334