液滴封装在生命科学研究中的应用

微流控芯片

1. 基于微流控液滴封装技术的高通量筛选

高通量筛选是一种在短时间内分析大量化合物库的方法，例如，每天进行104到105次测试。通过借助机器人和多孔板，高通量筛选已被广泛应用于发现药物、测试毒性和分析抗体的亲和力。微流控液滴技术可以产生大量，反应条件均一的单分散液滴，特别适合于提高高通量筛选。同时，由于微液滴的反应体积在纳升和皮升级，极大减少了试剂消耗。液滴的产生频率可高达10kHz，满足每天高达1亿反应条件的高通量筛选。

对比传统方式，微流控液滴技术在高通量筛选中的优势

2.微流控液滴封装技术在单细胞分析的应用

随着微流控液滴技术的发展，生物学家能够通过液滴技术来分析单细胞的蛋白质组学和基因组学，从而研究细胞群体中的异质性。

在单细胞蛋白质组学研究中，细胞被限制在一个非常小的体积内，这使得大多数生物标记物几乎都可以被检测到。在微液滴内无论是通过细胞分泌还是细胞裂解，目标检测分子通常是通过荧光标记抗体来完成检测的，结果一般记录为“0或1”，这种分析技术我们称之为数字微流控分析技术。数字微流控分析可以使许多检测结果进行定量，使微液滴技术具有更广阔的应用前景。

单细胞基因组学可以通过单细胞微液滴技术，利用引物功能化的微球来靶向DNA。因此，可以通过微流控液滴技术来绘制整个细胞亚群的基因组图谱。在这一应用中，有一个常用的RNA测序技术，称为Drop-seq（液滴测序技术），是目前在这个领域少数几个商业开发的应用之一。

3. 基于液滴封装技术的高通量蛋白质定向演化

定向演化是一种通过体外模拟自然选择来限制和加速蛋白质进化的过程。主要应用于工业用酶的筛选和微调。微流控液滴技术具有的微型化、控制改进、同质性和分选等优势，使研究人员能够开发出超高通量的蛋白质定向演化（每天超过106种化合物）。这些系统能够在一天内筛选出108种蛋白质，明显超过传统方法（在常规的平板实验中，需要两周才能筛选出2000种蛋白）。

4. 基于微流控液滴封装技术的药物输送系统

除了作为微反应器外，液滴还可以转化为药物输送系统(DDS)。液滴封装技术与上述的方法类似，即将稀释的药物作为分散相，可以通过控制液滴形成的流速来控制液滴内的药物浓度。然而，根据给药途径的不同，液滴可能需要通过固化步骤变成微米颗粒/纳米颗粒。此外，一些基于液滴的药物传递系统可能需要使其溶液功能化，以响应特定的pH值或温度，作为输送控制系统。

5. 液滴可以作为人造细胞的模板

液滴可以作为人工细胞的模板。根据不同的研究目的，它们可以通过无膜隔离的生化反应模拟特定细胞功能，或者可以用作脂质双分子层的模板。更复杂的设计允许将液滴封装在更大的液滴中，以模拟真实细胞中的组成，并提供更好的反应时间控制，因为在液滴形成之前，试剂并不都在分散相中混合。

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