隨著現(xiàn)代生命科學(xué)研究進(jìn)入微納尺度，操縱和分析單細(xì)胞具有重大意義，能否給單細(xì)胞也配上“渾天儀”？目前，清華大學(xué)的王文會(huì)（點(diǎn)擊查看介紹）團(tuán)隊(duì)發(fā)展了結(jié)合介電泳和微流控技術(shù)的單細(xì)胞電旋轉(zhuǎn)芯片，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可控的單細(xì)胞三維旋轉(zhuǎn)操作，展示了單細(xì)胞“渾天儀”進(jìn)行細(xì)胞三維成像和多物理參數(shù)測(cè)量的非凡本領(lǐng)。

旋轉(zhuǎn)操作是單細(xì)胞研究中的基本操作之一，在細(xì)胞核轉(zhuǎn)移、細(xì)胞注射和細(xì)胞成像等過程中必不可少。哺乳動(dòng)物細(xì)胞通常直徑為5-20 μm，體積為0.1-6 pL，精細(xì)操作時(shí)的要求和挑戰(zhàn)高。多年來，單細(xì)胞旋轉(zhuǎn)操作主要包括機(jī)械法、光鑷法、磁力法、聲學(xué)法和電學(xué)法，但是這些方法大部分只能實(shí)現(xiàn)二維的旋轉(zhuǎn)，限制了旋轉(zhuǎn)操作在單細(xì)胞分析中的應(yīng)用。同時(shí)，將單個(gè)細(xì)胞從大量樣本中分離出來，轉(zhuǎn)運(yùn)到指定的旋轉(zhuǎn)區(qū)域也尚未得到解決。清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的基于介電泳技術(shù)的單細(xì)胞三維旋轉(zhuǎn)平臺(tái)很好地解決了上述難題。細(xì)胞自身不論帶電與否，在交變電場(chǎng)下會(huì)被極化，極化產(chǎn)生的電荷非均勻分布在細(xì)胞上，在非均勻電場(chǎng)下細(xì)胞整體將會(huì)受到介電泳力；如果在多個(gè)電極上施加具有相位差的同頻信號(hào)，則會(huì)在細(xì)胞上產(chǎn)生扭矩使其發(fā)生旋轉(zhuǎn)。他們通過控制相位順序可以控制旋轉(zhuǎn)的方向，調(diào)節(jié)信號(hào)的幅值和頻率可以控制細(xì)胞的轉(zhuǎn)速。利用此原理，他們結(jié)合微流控技術(shù)設(shè)計(jì)了一種單細(xì)胞三維旋轉(zhuǎn)芯片，將單個(gè)細(xì)胞使用V字形卡口捕獲后轉(zhuǎn)運(yùn)到類似四合院結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)腔，產(chǎn)生豐富的旋轉(zhuǎn)操縱模式，并能用于對(duì)細(xì)胞進(jìn)行多物理參數(shù)的測(cè)量。如通過水平旋轉(zhuǎn)可以測(cè)量細(xì)胞的旋轉(zhuǎn)譜，并分析提取細(xì)胞的電學(xué)參數(shù)（細(xì)胞的膜電容和細(xì)胞質(zhì)的電導(dǎo)率）；通過滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)可以對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行三維成像，能夠?qū)?xì)胞的外觀形態(tài)進(jìn)行測(cè)量（如細(xì)胞的表面積、體積、表面粗糙度等）。該單細(xì)胞“渾天儀”在四種典型的單細(xì)胞（HeLa、C3H10、B淋巴細(xì)胞和HepaRG）上進(jìn)行了試用，發(fā)現(xiàn)在被測(cè)細(xì)胞中，B淋巴細(xì)胞具有最小的細(xì)胞膜電容和最大的細(xì)胞質(zhì)電導(dǎo)率，同時(shí)通過對(duì)HeLa細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞的三維成像，揭示了不同細(xì)胞間的幾何參數(shù)（即表面積、體積和粗糙度）的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該單細(xì)胞“渾天儀”可實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞三維旋轉(zhuǎn)操作和同步的多參數(shù)測(cè)量，為單細(xì)胞操作和分析提供了一種利器，賦予細(xì)胞生物學(xué)家新的能力。

這一成果近期發(fā)表在Lab on a Chip 上，并被選為期刊背封面（Outside Back Cover），文章的第一作者是清華大學(xué)的博士研究生黃亮。該工作主要受到國(guó)家自然科學(xué)基金（61774095）的支持。該論文作者為：Liang Huang, Peng Zhao, Wenhui Wang

來源：x-mol網(wǎng)