液滴微流控单细胞分析系统

——华理利用液滴微流控系统定量监测单个芽孢杆菌细胞生长进程

传统微生物领域的研究大多集中于群体水平，而个体细胞的生理现象通常被群体尺度的数据所干扰，因此在个体细胞的差异性研究方面具有一定的局限性。近年来，液滴微流控系统生成大量微液滴，作为相互独立的生物微反应器，已成为研究少量细胞甚至单细胞水平的重要工具。液滴微流控系统试剂消耗量低，分析通量高，同时生成的液滴具有体积小、易操控、低扩散以及快速独立反应等诸多特点，是近年来快速发展起来的单细胞或单分子分析、微反应器以及高通量筛选等领域的新技术手段。

华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室左鹏和王永红教授联合研究开发了一种基于液滴微流控芯片的凝结芽孢杆菌单细胞培养分析系统，量化表征了液滴中单细胞凝结芽孢杆菌的生理特征，研究了单细胞水平下形态异质性及其与乳酸产率的关系。研究结果证明了该方法在单细胞水平上研究细菌的一系列行为和生理特征方面具有巨大应用潜力。

研究团队及其发现

华东理工大学左鹏和王永红教授联合研究组最近在我国生物工程开放获取型期刊(Bioresour. Bioprocess. 2018, 5: 45)上发表论文，报道了一种液滴微流控系统定量分析单个凝结芽孢杆菌细胞的生长情况。在这项工作中，他们开发了一种液滴微流控系统，以流动聚焦的方式快速生成具有高稳定性的单分散油包水微滴，实现了对凝结芽孢杆菌的单细胞包裹；同时开发了一种在高温(50 oC)下稳定的液滴微反应系统，实现了包封凝结芽孢杆菌的微液滴离线培养；分析了单细胞水平上凝结芽孢杆菌的形态和比生长速率，证明了其与摇瓶中的生长具有良好的一致性；研究了凝结芽孢杆菌的形态特异性及其与乳酸产量的相关性，发现较短的凝结芽孢杆菌细胞具有较高的乳酸产率。研究结果还表明，基于微滴微流控系统的单细胞分析系统还可用于菌株的高通量筛选和分选。该论文被BIOB编辑列为十一月重点推荐论文(https://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/)。

BIOB作者简介

左鹏，博士，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室副研究员，现于叶邦策教授实验室主要从事生物分析及生物传感、生物微纳流控分析系统研究开发、临床检测诊断以及食品安全检测分析等研究工作，包括重大疾病标志物的分离富集和高灵敏检测、食品污染物的分离和精确测定以及微纳生物反应器、高通量筛选分选体系的设计构建等研究。研究方向包括：1)生物分析及生物传感，以核酸、蛋白质及糖等生物分子为探针，集成微流控、微阵列及纳米生物分析技术开展新型生物分析技术平台及小型即时检测(POCT)装置研发；2)食品安全、环境污染物检测及临床诊断分析应用研究，以生物传感和生物分析为基础开展临床诊断、食品及环境中有毒有害物质的高通量、多组份简单快速检测分析，以及开发低成本，简便实用的现场快速检测装置。近年来，以第一作者或通讯作者在Proceedings of the National Academy of Sciences, Analytical Chemistry, Biosensors and Bioelectronics, Lab on a Chip, Talanta等期刊上发表SCI论文20余篇。

王永红，博士，华东理工大学生物反应器工程国家重点实验室教授，主要围绕发酵过程的优化与放大从事相关微生物代谢调控和系统生物学研究工作，近年来也涉及微生物高通量筛选技术的研究。研究方向为：1)微生物过程工程：利用组学研究、13C稳定性同位素标记技术、全基因组代谢模型构建等手段研究生物反应器生物过程的调节和优化；2)微生物菌株构建和筛选：利用代谢工程、实验室进化和高通量筛选技术等构建筛选能够高效合成特定化合物和酶等的微生物菌株。

文章来源：Zhu XD, Shi X, Chu J, Ye BC, Zuo P, Wang YH. Bioresour. Bioprocess. 2018, 5: 45. https://bioresourcesbioprocessing.springeropen.com/