我們的環(huán)境充斥著各種微生物。那些造成傷害的細胞有一些竅門-它們要么附著在宿主細胞上的受體上，要么產(chǎn)生毒素或破壞宿主的細胞機制。為了開發(fā)針對病原體的有效療法，科學家需要首先揭示它們?nèi)绾喂羲拗骷毎＿M行大規(guī)模調(diào)查的有效方法是通過稱為分析的高速篩選測試。

德克薩斯農(nóng)工大學的研究人員發(fā)明了一種高通量細胞分離方法，該方法可與液滴微流控技術(shù)結(jié)合使用，該技術(shù)可使包含生物或其他貨物的微小液滴能夠非常精確地高速移動。具體來說，研究人員使用電場成功地將附著在宿主細胞上的病原體與未附著在單個液滴內(nèi)的病原體分離開來。 

“除細胞分離外，大多數(shù)生化分析已成功地轉(zhuǎn)化為可進行高通量測試的液滴微流體系統(tǒng)，”電氣和計算機工程學系教授，該項目主要研究人員Arum Han博士說。“我們已經(jīng)解決了這一差距，現(xiàn)在可以在液滴微流控平臺內(nèi)以高通量的方式完成細胞分離。這一新系統(tǒng)無疑簡化了宿主-病原體相互作用的研究，但對于環(huán)境微生物學或藥物篩選應用也非常有用。”

In-droplet cell separation based on bipolar dielectrophoretic response to facilitate cellular droplet assays.(https://doi.org/10.1039/D0LC00710B)

微流體裝置由微米大小的通道或管網(wǎng)組成，可控制流體的運動。近來，使用油包水液滴的微流體技術(shù)已在廣泛的生物技術(shù)應用中得到普及。這些液滴的體積為皮升，可用作進行生物反應或運輸生物材料的平臺。因此，單個芯片中的數(shù)百萬滴液滴有助于進行高通量實驗，不僅節(jié)省了實驗室空間，還節(jié)省了化學試劑和人工的成本。

為了開發(fā)細胞分離所需的技術(shù)，Han和他的團隊選擇了一種由沙門氏菌和人類巨噬細胞（一種免疫細胞）組成的宿主-病原體模型系統(tǒng)。當將這兩種細胞類型引入液滴中時，某些細菌會粘附在巨噬細胞上。因此，他們的實驗目標是將附著在巨噬細胞上的沙門氏菌與未附著在沙門氏菌上的沙門氏菌分開。

為了分離細胞，Han和他的團隊構(gòu)建了兩對電極，它們在包含兩種細胞類型的液滴附近產(chǎn)生一個振蕩電場。由于細菌和宿主細胞具有不同的形狀，大小和電特性，因此他們發(fā)現(xiàn)電場對每種細胞類型產(chǎn)生不同的作用力。該力導致一次移動一種細胞，從而將細胞分成液滴內(nèi)的兩個不同位置。為了將母滴分成兩個包含一種細胞的子滴，研究人員還制作了一個下游的Y形分裂結(jié)。 

液滴內(nèi)細胞分離微流控芯片的圖像，顯示了微流控通道和電極。放大圖顯示了宿主細胞和病原菌細胞在單個油包水微滴中分離到頂部和底部。圖片來源：德克薩斯農(nóng)工大學

盡管這些實驗是在宿主和病原體之間進行的，它們之間的相互作用已經(jīng)很好地建立了，但是當細菌種類的致病性未知時，它們的新型微流體系統(tǒng)具有滴內(nèi)分離功能，是最有用的。他補充說，他們的技術(shù)可以在這些情況下以及需要細胞分離的其他應用中進行快速，高通量的篩選。

液體處理機械手可以進行數(shù)百萬次測定，但成本非常高。液滴微流控技術(shù)可以在數(shù)百萬個液滴中實現(xiàn)相同的功能，而且速度更快，成本更低。” Han說。“我們現(xiàn)在已經(jīng)將細胞分離技術(shù)集成到液滴微流體系統(tǒng)中，從而可以以高通量的方式精確地控制液滴中的細胞，這在以前是不可能的。”