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單個細胞是地球上細胞生命體功能和進化的基本單元。單細胞精度的高通量功能分選是解析生命體系異質(zhì)性機制、探索自然界微生物暗物質(zhì)的重要工具。單細胞拉曼光譜（SCRS）能夠在無標(biāo)記、無損的前提下揭示細胞固有的化學(xué)組成，因此拉曼激活細胞分選技術(shù)（RACS）日益受到關(guān)注。但分選通量是當(dāng)前限制其廣泛應(yīng)用的瓶頸。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細胞中心研究員馬波與徐健帶領(lǐng)的多學(xué)科交叉團隊，通過耦合SCRS和液滴微流控技術(shù)，發(fā)明了拉曼激活單細胞液滴分選技術(shù)（Raman-activated single-cell Droplet Sorting; RADS），這是目前已公開報道的工作中分選通量最高的RACS系統(tǒng)。相關(guān)研究工作在線發(fā)表在Analytical Chemistry上。
科研人員前期發(fā)明了基于微流控芯片的流式RACS技術(shù)，通過集成基于介電的單細胞捕獲釋放和電磁閥吸吮技術(shù)，實現(xiàn)了高速流動狀態(tài)下單細胞的捕獲、拉曼采集、釋放和分選，通量達~60個細胞/分鐘。為了進一步提高通量，研究人員提出，單細胞經(jīng)液滴包裹后，通過耦合介電可實現(xiàn)超高通量分選。液滴包裹不僅可以保護細胞免受分選過程中的損傷，還可與分選后細胞的培養(yǎng)、DNA、RNA、蛋白等的提取與分析等無縫銜接。因此，RADS技術(shù)有著廣闊應(yīng)用前景。
然而，在RADS技術(shù)中存在諸多技術(shù)難題。首先，液滴表面凸/凹的形狀會產(chǎn)生透鏡效應(yīng)，影響拉曼激光聚焦，降低空間分辨率，導(dǎo)致無法獲取液滴中細胞的拉曼信號。其次，單細胞液滴包裹需要油相的引入，而油相具有強拉曼背景，會嚴(yán)重影響細胞拉曼信號的精確獲取。第三，如何實現(xiàn)拉曼采集、分析、單細胞液滴包裹及分選的自動化集成未見先例。研究人員巧妙利用先獲取單細胞拉曼信號，后進行單細胞液滴包裹的策略，有效解決了液滴對拉曼信號采集的影響；在線集成液滴發(fā)生和分選同步進行，簡化了系統(tǒng)操作步驟；最后，通過自主開發(fā)的軟件，實現(xiàn)了拉曼采集、分析、單細胞液滴包裹及分選的高度自動化。該系統(tǒng)實現(xiàn)了高產(chǎn)蝦青素之雨生紅球藻的精確化（分選準(zhǔn)確率高達98.3%）、高通量（260細胞/分鐘）篩選。研究表明，分選后有92.7%的雨生紅球藻細胞保持活性并可增殖，和未經(jīng)分選的對照組相比沒有顯著性差異，這說明RADS技術(shù)充分保護了細胞的活性。
前期研究已證明，基于單細胞拉曼成像的拉曼組（Ramanome）技術(shù)能夠非標(biāo)記、非破壞性地識別與分析幾近無限的細胞功能。與拉曼組技術(shù)相耦合的RADS將能夠高通量分選廣泛的細胞功能，從而允許下游特定功能單細胞的培養(yǎng)或組學(xué)分析。這一工作為研制高度通量化與集成化的單細胞拉曼分選與測序系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
研究工作得到了得到了中科院儀器專項、國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金和山東省自然科學(xué)基金等的支持?！?p>
拉曼激活單細胞液滴分選（RADS）系統(tǒng)示意圖
