高分辨有源数字微流控芯片实现单细胞分选和操控

微流控芯片

高分辨有源数字微流控芯片实现单细胞分选和操控

近些年来，基于单细胞的基因组、转录组和蛋白质组学的研究已经被证明有利于促进单细胞多组学研究的发展，同时也带动了更多前沿的单细胞多组学研究方法的出现。其中也包括了高效、无损、可控的单细胞样本处理平台型技术。

近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所马汉彬研究员课题组成功研发出了一套基于大面积薄膜晶体管开关阵列的有源数字微流控平台(Active-Matrix Digital Microfluidics, AM-DMF)，并且基于AM-DMF技术实现了单细胞液滴样本的高效生成、操控和片上培养。相关研究成果以 Large-Area Electronics-Enabled High-Resolution Digital Microfluidics for Parallel Single-Cell Manipulation为题，在Analytical Chemistry正式发表，并被选为当期的封面论文。

本研究中所涉及的AM-DMF技术是将电润湿数字微流控、薄膜晶体管和显示平板技术相结合，利用电场和程序化的驱动电信号来控制表面张力进行液滴可编程操控。研究人员在高度可扩展的薄膜半导体技术支持下，开发了一款可独立寻址可控电极的AM-DMF芯片，实现了直径约为100微米，单像素液滴体积仅为500皮升的高分辨数字液滴在二维平面上的可编程、并行、实时操控。基于AM-DMF芯片系统，奥素科技配套开发的BOXmini工作站集成了AM-DMF驱动核心机、主控板、位移平台、温控模块和光学成像模块。  

通过优化芯片结构、驱动信号和试剂配比等参数，在BOXmini上实现了细胞悬液载入、分配、单细胞液滴生成和操控等流程。该系统单液滴生成的成功率高达98％以上，能在10秒内实现29％的原始单细胞液滴生成率，且可对液滴中的单细胞直接进行片上培养。初步验证，经过20小时的培养，约有12.5％的单细胞液滴内显示出了明显的细胞增殖。

该研究结果展示了AM-DMF平台技术在单细胞多组学以及其他的生物科学研究领域广阔的应用前景，为基于单细胞或者微量生物样本研究的高精度、流程自动化可控提供了新的技术和思路。

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