用于单细胞分离和基因组测序的液滴微流体

与目前传统的基于板的方法相比，高通量连续细胞筛选具有多种优势。微流体系统提供的独特液体处理能力使我们能够在几分钟或几小时内探索和筛选数十万个细胞，并且试剂用量减少了 1000 倍(1-3)。

基于液滴的微流体系统正逐渐成为需要多步生物和化学分析的各种应用的宝贵工具。单细胞基因组测序最近已成为一种强大的工具，用于绘制患病和健康组织中的细胞异质性。液滴微流体是最有希望的候选方法之一，它可以捕获和处理数千个单个细胞，以大规模并行方式进行全转录组或基因组分析，同时使用最少的试剂。与传统的分析或筛选方法相比，基于液滴的微流体的一个特殊优势是，液滴能够通过区室化的方法将基因型与表型联系起来，因为每个液滴都充当一个独立的反应器，包围着可以轻松操作的单个细胞，并且可以轻松从中获取基因组信息。感兴趣的分子仍被困在液滴内，可供分析和分类，从而实现高效的条形码和准确的分析。

Potomac 率先采用了新型微加工技术，能够使用适合工业化生产的高性能材料快速制作不同液滴微流控设计概念的原型。在下一节中，我们将讨论这些用途广泛的微流控芯片的设计和制造。

液滴微流控芯片设计

为了实现液滴微流控技术的优势，必须将微流控芯片设计为“液滴生成器”。液滴通常通过创建两个液相来生成，其中一个液相是油相，第二个液相通常是水相。设计者将其中一个相指定为连续相，另一个相是分散相。液滴是通过在微流控装置中结合通道和特征来产生的，这些通道和特征为液滴的形成创造了所需的流体动力学条件，液滴的形成过程在很大程度上取决于流速、液体物理特性和芯片上特征的几何形状之间的相互作用(4)。特征设计通常分为“同流”、“交叉流”和“流动聚焦”。同流是使用同轴微通道实现的，其中连续相在外部同心通道中流动，分散相在内部通道中流动，两者的方向相同。在交叉流设计中，分散相和连续相以通过制造相交的微流控流动通道形成的角度相遇。最常见的情况是 T 型连接，其中分散相和连续相在垂直通道中汇合。通过交叉流产生液滴的其他微流体通道设计包括“K 型连接”和“V 型连接”。最后，流动聚焦设计结合了微流体收缩区域，同轴不混溶流通过该区域流动，随后流出到单个微通道，从而产生均匀的液滴。这种方法可以制造非常小的液滴，因为形成过程与狭窄收缩的大小密切相关。

液滴芯片制造

先进的微加工技术使液滴微流控芯片的设计更加灵活，如今，可以使用各种技术（例如直接激光和机械加工以及 3D 打印）快速制作芯片设计原型，用于应用测试。设计完成后，可以使用热压和微注塑等微复制技术扩大规模并降低成本。Potomac 的工艺和产品技术团队拥有开发可扩展微加工解决方案的专业知识，从而实现生产这些芯片的完全集成制造工艺。我们还利用各种先进的表面处理和芯片粘合技术来修改材料特性并实现可承受压力的密封。Potomac 微流控和微加工专家甚至可以就为您的应用定制的微流控芯片设计提供建议，并将开发详细的成本模型，使您能够预测随着生产需求的增加，您的单位成本将如何变化。

液滴微流控技术领域仍有很大创新空间，全球各地的实验室都在继续探索这项技术的新应用。使用液滴微流控技术的单细胞分析可能会随着 DNA 和
RNA测序、扩增和表达技术。

参考
1. Kaminski, TS, Scheler, O. 和 Garstecki, P. 微生物学液滴微流体技术：技术、应用和挑战。Lab Chip 16, 2168–2187 (2016)。
2. Teh, SY, Lin, R., Hung, LH 和 Lee, AP Droplet 微流体。Lab Chip 8, 198–220 (2008)。
3. Schütz, SS、Beneyton, T.、Baret, JC 和 Schneider, TM，《高通量液滴分选器的合理设计》。Lab Chip 19，2220–2232（2019 年）。
4. 尚等, 化学评论, 2017, 117, 7964-8040