近些年來，基于單細(xì)胞的基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究已經(jīng)被證明有利于促進單細(xì)胞多組學(xué)研究的發(fā)展，同時也帶動了更多前沿的單細(xì)胞多組學(xué)研究方法的出現(xiàn)。其中也包括了高效、無損、可控的單細(xì)胞樣本處理平臺型技術(shù)。

近日，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所馬漢彬研究員課題組成功研發(fā)出了一套基于大面積薄膜晶體管開關(guān)陣列的有源數(shù)字微流控平臺(Active-Matrix Digital Microfluidics, AM-DMF)，并且基于AM-DMF技術(shù)實現(xiàn)了單細(xì)胞液滴樣本的高效生成、操控和片上培養(yǎng)。相關(guān)研究成果以 Large-Area Electronics-Enabled High-Resolution Digital Microfluidics for Parallel Single-Cell Manipulation為題，在Analytical Chemistry正式發(fā)表，并被選為當(dāng)期的封面論文。

本研究中所涉及的AM-DMF技術(shù)是將電潤濕數(shù)字微流控、薄膜晶體管和顯示平板技術(shù)相結(jié)合，利用電場和程序化的驅(qū)動電信號來控制表面張力進行液滴可編程操控。研究人員在高度可擴展的薄膜半導(dǎo)體技術(shù)支持下，開發(fā)了一款可獨立尋址可控電極的AM-DMF芯片，實現(xiàn)了直徑約為100微米，單像素液滴體積僅為500皮升的高分辨數(shù)字液滴在二維平面上的可編程、并行、實時操控。基于AM-DMF芯片系統(tǒng)，奧素科技配套開發(fā)的BOXmini工作站集成了AM-DMF驅(qū)動核心機、主控板、位移平臺、溫控模塊和光學(xué)成像模塊。  

通過優(yōu)化芯片結(jié)構(gòu)、驅(qū)動信號和試劑配比等參數(shù)，在BOXmini上實現(xiàn)了細(xì)胞懸液載入、分配、單細(xì)胞液滴生成和操控等流程。該系統(tǒng)單液滴生成的成功率高達(dá)98％以上，能在10秒內(nèi)實現(xiàn)29％的原始單細(xì)胞液滴生成率，且可對液滴中的單細(xì)胞直接進行片上培養(yǎng)。初步驗證，經(jīng)過20小時的培養(yǎng)，約有12.5％的單細(xì)胞液滴內(nèi)顯示出了明顯的細(xì)胞增殖。

該研究結(jié)果展示了AM-DMF平臺技術(shù)在單細(xì)胞多組學(xué)以及其他的生物科學(xué)研究領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景，為基于單細(xì)胞或者微量生物樣本研究的高精度、流程自動化可控提供了新的技術(shù)和思路。

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