纳升级别的单细胞分析可以最大限度地减少污染风险、提高反应效率并降低成本。近日，青岛能源所单细胞中心研发了一种离心驱动的纳升级别液体精确操控系统（CNPS），具有低成本和可在常规生物实验室操作等特点。该系统不依赖昂贵微流控设备和耗材，显著提高单细胞基因组测序的覆盖度和均一性，有望为单细胞分析提供更便捷、高效和经济的解决方案。相关研究成果发表于化学传感领域权威期刊《传感器和执行器B：化学》（Sensors and Actuators B: Chemical）。

图1. 简易纳升级液体操控，服务高通量单细胞全基因组扩增

将反应体系缩小至纳升级别的技术，在细胞表型评估、蛋白质组学分析、基因组扩增以及测序文库构建等实验中发挥重要作用。目前，在单细胞全基因组扩增中，纳升级别的液体操控主要依赖基于集成微泵阀的微腔室、微井阵列和液滴微流控等。这些方法在制造和操作微流控芯片方面存在着一定的困难，而且设备成本高昂、操作人员需具备专业技能、后续分析困难等问题仍未解决。

对此，单细胞中心李春宇副研究员带领的研究小组提出了一种易于自制的CNPS系统。该系统由标准熔融石英毛细管和PCR管（或96孔PCR板）组成，利用离心力将毛细管内的纳升级液体转移至PCR管/板内，进而完成全基因组扩增实验。过程中，通过标准石英毛细管的自发毛细作用完成取样，以毛细管的容量体积（取决于内径和长度）计量液体体积。研究人员以酿酒酵母、大肠杆菌和表皮葡萄球菌为研究对象，利用CNPS系统完成单细胞全基因组扩增，扩增分布均一性与液滴微流控平台相当，测序平均覆盖度分别为95.23%、95.15%和80.94%。

相比于现有的微流控平台，该系统具有以下特点：首先，易使用。实现纳升级液体的准确计量和按需加样，有效解决了传统开放式体系中微量液体蒸发以及交叉污染的问题；离心驱动方式结合PCR孔板可以平行分析单细胞样品，显著提高分析通量；微观体系与宏观体系无缝衔接；操作简便，不需要使用者具有专业技术经验。其次，成本低。采用模块化方法构建，组成元件便宜且易获取，能够在常规生物实验室中组装并使用，不需要额外购置仪器设备。最后，应用广。在单细胞分析方面有广泛的应用前景，如单细胞的分离培养、单细胞单一组学分析、单细胞多组学分析等。

该工作由单细胞中心马波研究员和徐健研究员主持，得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金以及青岛市科技惠民示范专项的支持。（文/李春宇 图/刘阳）

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.snb.2024.135391

Chunyu Li*, Yanhai Gong, Fei Wu, Jian Xu*, Bo Ma*. A microfluidics-free centrifugally-driven nano-liquid pipetting system (CNPS) for single-cell whole genome amplification. Sensors and Actuators B: Chemical, 2024, 406:135391.