在微生物生理學研究中，液滴培養(yǎng)系統(tǒng)使得在單細胞水平研究微生物生長和代謝特性成為可能。通過長時間跟蹤單個液滴內(nèi)微生物的生長曲線，可以獲取傳統(tǒng)群體水平測量無法得到的生理參數(shù)，如單個細胞的世代時間分布、細胞分裂同步性等。利用熒光蛋白標記，可以實時觀察細胞分裂和形態(tài)建成過程。結(jié)合代謝物熒光探針，還能監(jiān)測微生物在液滴內(nèi)的營養(yǎng)攝取和代謝產(chǎn)物積累動態(tài)。這種單細胞水平的分析揭示了微生物群體中存在的生理異質(zhì)性，對于理解微生物適應環(huán)境變化的策略具有重要意義。系統(tǒng)還允許快速改變液滴內(nèi)的培養(yǎng)條件，研究微生物對環(huán)境擾動的瞬時響應，例如營養(yǎng)饑餓脅迫下的基因表達重編程。這些研究不僅增進了對微生物基本生命過程的理...

在合成微生物群落構(gòu)建領域，液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)充當了“組裝平臺”。合成生物學旨在設計并構(gòu)建具有特定功能的人工微生物群落，這要求能夠精確控制群落初始的物種組成、比例以及空間結(jié)構(gòu)。液滴微流控技術通過多級液滴生成與融合策略，可以像“搭積木”一樣，將不同物種的微生物按照預設的比例和組合逐一裝載到統(tǒng)一的微滴單元中。例如，可以首先生成分別包含物種A、B、C的單一菌液滴流，然后通過精確的流量控制將這些單菌液流匯合，再通過被動或主動（如電融合）的方式促使它們?nèi)诤希纬砂囟ㄎ锓N組合和細胞數(shù)量的“設計型”合成群落。每個液滴為此人工群落提供了一個界限分明、不受外界干擾的進化單獨環(huán)境。研究人員可以在此基礎上，系統(tǒng)研究...

液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)以液滴微流控技術為關鍵支撐，通過精密微通道設計實現(xiàn)微生物或細胞的單顆粒封裝與精確操控，其關鍵結(jié)構(gòu)包含液滴生成、操控、培養(yǎng)與分析四大模塊。在液滴生成環(huán)節(jié)，系統(tǒng)可通過微流控芯片以高達 20000 Hz 的頻率生成體積均一的皮升 / 微升級液滴，將單個微生物或細胞與培養(yǎng)基共同包裹其中，形成完全隔離的單獨培養(yǎng)微環(huán)境。培養(yǎng)模塊采用高透氣性聚合物管路作為容器，可提供可控氧分壓環(huán)境并支持長達 60 天的長時間孵育，同時避免瓊脂凝固產(chǎn)生的過氧化氫等抑制性物質(zhì)影響。檢測分析模塊則集成 OD600、多波段熒光及化學發(fā)光檢測功能，配合分選單元實現(xiàn)目標液滴的精確篩選與收集，構(gòu)成 "生成 - 培養(yǎng) ...

在環(huán)境微生物研究中，液滴培養(yǎng)系統(tǒng)為探究微生物與環(huán)境因子的相互作用提供了理想平臺。通過將環(huán)境樣本與不同濃度的污染物或特定底物混合封裝在液滴中，可以研究微生物群落對環(huán)境污染物的響應和降解能力。該系統(tǒng)特別適用于研究稀有微生物種群的功能，因為這些微生物在傳統(tǒng)培養(yǎng)中往往被優(yōu)勢種群掩蓋。利用功能熒光探針，可以監(jiān)測液滴內(nèi)微生物的代謝活性和膜完整性，評估環(huán)境污染物的微生物毒性效應。此外，通過改變液滴內(nèi)的物理化學條件（如pH、溫度、氧化還原電位），可以研究環(huán)境因子對微生物生長和代謝的調(diào)控作用。近年來，該系統(tǒng)已成功應用于石油污染物降解菌、重金屬耐受菌等特殊功能微生物的篩選和特性研究。與基因組學分析結(jié)合...

在微生物互作研究領域，液滴共培養(yǎng)系統(tǒng)展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。自然界中微生物很少以孤立形式存在，而是通過種間相互作用形成復雜的生態(tài)網(wǎng)絡。傳統(tǒng)培養(yǎng)方法難以精確控制多種微生物的空間組織和數(shù)量比例，而液滴系統(tǒng)能夠精確控制不同菌株的封裝比例，實現(xiàn)一對一的確定性共培養(yǎng)。研究人員可以將兩種或多種微生物共同封裝在單個液滴中，研究它們之間的相互作用，包括互利共生、競爭抑制和信號交流等現(xiàn)象。通過調(diào)節(jié)液滴內(nèi)的培養(yǎng)條件，如營養(yǎng)組成和空間結(jié)構(gòu)，可以模擬不同的生態(tài)環(huán)境。結(jié)合時間分辨的顯微鏡觀察和終點分子分析，能夠定量描述微生物互作的動力學過程及其分子機制。例如，在人類腸道微生物研究中，利用液滴共培養(yǎng)系統(tǒng)揭示了不同細菌...

液滴微流控與單細胞基因組學的結(jié)合極大推進了微生物暗物質(zhì)的研究進程。自然界中絕大多數(shù)微生物難以通過傳統(tǒng)方法培養(yǎng)，限制了人類對微生物多樣性及其功能的認識。液滴封裝技術通過模擬微生物的自然生存環(huán)境，為這些難培養(yǎng)微生物提供了生長機會。研究人員可以設計不同的培養(yǎng)液滴，每個液滴包含特定的營養(yǎng)物質(zhì)、生長因子或信號分子，從而創(chuàng)造多樣化的微環(huán)境條件。被封裝在液滴中的單細胞若遇到適宜條件即可進行分裂繁殖，實現(xiàn)克隆擴增。隨后，通過對培養(yǎng)成功的液滴進行分選和破乳，可以獲得足夠的生物量進行全基因組擴增和測序。這種方法不僅能夠獲得高質(zhì)量的單細胞基因組，避免宏基因組學中的拼接難題，還能直接關聯(lián)基因型與培養(yǎng)條件。...

液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)在微生物互作網(wǎng)絡研究中展現(xiàn)出獨特價值。通過精確控制不同微生物物種在液滴中的初始比例，可以構(gòu)建簡化的微生物群落模型，研究物種間的相互作用關系。利用多色熒光標記技術，能夠同時監(jiān)測多個物種在液滴內(nèi)的種群動態(tài)。這種方法特別適用于研究不可培養(yǎng)的微生物之間的互作，因為液滴微環(huán)境可以模擬自然生境條件。研究人員還可以通過系統(tǒng)改變液滴內(nèi)的營養(yǎng)組成，研究資源競爭和交叉取食等生態(tài)學過程。近年來，該系統(tǒng)已成功應用于研究人體腸道微生物群落、根際微生物群落等復雜系統(tǒng)中的種間關系。與代謝組學分析結(jié)合，還能揭示互作過程中代謝物交換的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。這些研究不僅有助于理解微生物群落的組裝規(guī)則，也為人工設計...

在合成微生物群落構(gòu)建領域，液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)充當了“組裝平臺”。合成生物學旨在設計并構(gòu)建具有特定功能的人工微生物群落，這要求能夠精確控制群落初始的物種組成、比例以及空間結(jié)構(gòu)。液滴微流控技術通過多級液滴生成與融合策略，可以像“搭積木”一樣，將不同物種的微生物按照預設的比例和組合逐一裝載到統(tǒng)一的微滴單元中。例如，可以首先生成分別包含物種A、B、C的單一菌液滴流，然后通過精確的流量控制將這些單菌液流匯合，再通過被動或主動（如電融合）的方式促使它們?nèi)诤?，形成包含特定物種組合和細胞數(shù)量的“設計型”合成群落。每個液滴為此人工群落提供了一個界限分明、不受外界干擾的進化單獨環(huán)境。研究人員可以在此基礎上，系統(tǒng)研究...

微生物代謝工程領域因液滴培養(yǎng)篩選系統(tǒng)的應用而加速發(fā)展。傳統(tǒng)代謝工程中，評估工程菌株的性能通常需要經(jīng)過繁冗的搖瓶培養(yǎng)或微孔板檢測，通量有限且成本高昂。液滴微流控技術能夠?qū)蝹€工程菌株封裝在液滴中，并添加特定的底物或指示劑，通過監(jiān)測液滴內(nèi)代謝產(chǎn)物的積累或熒光信號的變化，快速評估數(shù)千個工程菌株的生產(chǎn)性能。例如，在生物燃料生產(chǎn)中，可以基于液滴內(nèi)脂質(zhì)積累量進行高通量篩選；在酶制劑開發(fā)中，可通過熒光底物檢測酶活性。更重要的是，液滴系統(tǒng)允許實施多輪遞進式篩選策略，通過多參數(shù)排序和液滴融合等技術，逐步富集性能優(yōu)異的突變體。這種基于液滴的篩選策略不僅大幅提高了篩選通量，降低了試劑消耗，還能夠檢測到傳統(tǒng)方法可能遺...

微流控技術作為單細胞操控的工具，在全自動單克隆挑取系統(tǒng)中正引發(fā)新一輪的進步。傳統(tǒng)有限稀釋法步驟繁瑣、效率低下且克隆性難以保證，而基于微滴微流控的“單細胞-微滴”包裹策略則完美解決了這些痛點。該系統(tǒng)通過精密設計的芯片通道將細胞懸液與油相流體混合，在剪切力作用下生成數(shù)以萬計的微升級液滴，每個液滴理論上至多包裹一個目標細胞，形成單獨的納升甚至皮升級生物反應器。這種物理隔離環(huán)境不僅徹底避免了細胞間的交叉污染，還為后續(xù)克隆性驗證提供了無可辯駁的證據(jù)——因為每個克隆群體都明確源自一個被隔離的祖細胞。全自動平臺的集成進一步放大了其優(yōu)勢：高速成像系統(tǒng)實時監(jiān)測液滴生成與細胞包裹狀態(tài)，機械臂或電場驅(qū)動...

微生物代謝工程領域因液滴培養(yǎng)篩選系統(tǒng)的應用而加速發(fā)展。傳統(tǒng)代謝工程中，評估工程菌株的性能通常需要經(jīng)過繁冗的搖瓶培養(yǎng)或微孔板檢測，通量有限且成本高昂。液滴微流控技術能夠?qū)蝹€工程菌株封裝在液滴中，并添加特定的底物或指示劑，通過監(jiān)測液滴內(nèi)代謝產(chǎn)物的積累或熒光信號的變化，快速評估數(shù)千個工程菌株的生產(chǎn)性能。例如，在生物燃料生產(chǎn)中，可以基于液滴內(nèi)脂質(zhì)積累量進行高通量篩選；在酶制劑開發(fā)中，可通過熒光底物檢測酶活性。更重要的是，液滴系統(tǒng)允許實施多輪遞進式篩選策略，通過多參數(shù)排序和液滴融合等技術，逐步富集性能優(yōu)異的突變體。這種基于液滴的篩選策略不僅大幅提高了篩選通量，降低了試劑消耗，還能夠檢測到傳統(tǒng)方法可能遺...

液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)是單細胞技術領域的一項顛覆性進步，利用微流控芯片將單個細胞與培養(yǎng)基、檢測試劑等共同包裹在上萬個尺寸均一的微升級液滴中。每個液滴都構(gòu)成一個完全單獨的微型生物反應器，實現(xiàn)了真正意義上的高通量并行細胞培養(yǎng)與分析。這種方法從根本上突破了傳統(tǒng)批量培養(yǎng)方法在揭示細胞異質(zhì)性方面的局限，使研究人員能夠?qū)Τ汕先f個單細胞進行長期動態(tài)觀察與功能性篩選。該技術平臺極大地推動了微生物學、免疫學、藥物開發(fā)及合成生物學等多個領域的創(chuàng)新研究，為理解生命的基本規(guī)律和開發(fā)新型生物技術提供了前所未有的強大工具。通過構(gòu)建基因型-表型關聯(lián)的液滴數(shù)據(jù)庫，極大地豐富了細胞功能注釋信息。大連 單細胞液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)環(huán)境微生...

在微生物生態(tài)學中，復雜群落的功能源于其成員間錯綜復雜的相互作用。液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)允許研究人員以高度受控的方式在微觀尺度上解析這些相互作用。通過將來自自然群落的兩個或多個特定物種的細胞精確地共封裝在同一個液滴中，可以構(gòu)建一個簡化的、邊界明確的微型生態(tài)系統(tǒng)。隨后，利用熒光標記、代謝物傳感器或延時成像等技術，可以直接量化各物種的生物量變化、代謝物交換通量乃至空間分布格局，從而直觀揭示它們之間的互養(yǎng)共生、競爭抑制或捕食關系。這種“自下而上”的還原論研究策略，為從機制上理解宏觀群落的組裝規(guī)則、穩(wěn)定性維持及功能涌現(xiàn)提供了前所未有的強大實驗工具。液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)通過將細胞包裹在微滴中，實現(xiàn)高通量的單細胞培養(yǎng)...

干細胞生物學研究的關鍵挑戰(zhàn)在于精確控制其自我更新與定向分化。液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)可以用于大規(guī)模篩選能夠維持干細胞多能性、或誘導其高效、均一地分化為特定功能細胞類型的培養(yǎng)條件、細胞因子組合及小分子化合物。將干細胞分散到液滴中，并施加成千上萬種不同的誘導條件，進而通過檢測特異性干性標志物或譜系分化標志物的表達來評估效果。這種超高通量的篩選能力能夠加速干細胞在疾病建模、藥物篩選和細胞替代療法等再生醫(yī)學領域的轉(zhuǎn)化應用。該技術通過模擬自然生境，為研究未培養(yǎng)微生物的生理功能開辟了新路徑。海洋微生物液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)有哪些 微液滴培養(yǎng)系統(tǒng)在微生物生態(tài)學研究中展現(xiàn)出巨大潛力，特別是在復雜微生物群落的功能解...

液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)能夠用于從頭理性設計和構(gòu)建人工合成微生物群落。研究人員可以按照預設的物種比例與空間排列，將不同代謝功能分工的工程菌株精確地共封裝在液滴中，形成一個簡化的、可控的合成生態(tài)系統(tǒng)。通過設計菌株間的代謝互養(yǎng)網(wǎng)絡，并利用液滴系統(tǒng)高通量地優(yōu)化菌株組合、比例及環(huán)境參數(shù)，可以創(chuàng)建出高效協(xié)同、穩(wěn)健性強的生物制造系統(tǒng)，實現(xiàn)比單一菌株更為復雜的化學物質(zhì)合成與降解任務，為環(huán)境修復、綠色化工及智能療法開發(fā)開辟了新路徑。液滴培養(yǎng)組學是連接單細胞基因組學與微生物組功能研究的重要橋梁技術。海南菌種庫液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng) 石油烴類污染是嚴重的環(huán)境問題，利用微生物進行生物修復是一條經(jīng)濟有效的途徑。液滴培養(yǎng)組...

在微生物生態(tài)學中，復雜群落的功能源于其成員間錯綜復雜的相互作用。液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)允許研究人員以高度受控的方式在微觀尺度上解析這些相互作用。通過將來自自然群落的兩個或多個特定物種的細胞精確地共封裝在同一個液滴中，可以構(gòu)建一個簡化的、邊界明確的微型生態(tài)系統(tǒng)。隨后，利用熒光標記、代謝物傳感器或延時成像等技術，可以直接量化各物種的生物量變化、代謝物交換通量乃至空間分布格局，從而直觀揭示它們之間的互養(yǎng)共生、競爭抑制或捕食關系。這種“自下而上”的還原論研究策略，為從機制上理解宏觀群落的組裝規(guī)則、穩(wěn)定性維持及功能涌現(xiàn)提供了前所未有的強大實驗工具。該技術極大加速了工業(yè)酶制劑的定向進化進程，縮短了研發(fā)周期。中國...

生物膜是微生物附著于表面形成的結(jié)構(gòu)化群落，是許多工業(yè)生物污損以及環(huán)境污染及種群影響的根源。研究生物膜形成的初始階段——即單個細胞的附著行為——在傳統(tǒng)流動腔或宏觀模型中極具挑戰(zhàn)性。液滴培養(yǎng)系統(tǒng)可以通過在液滴內(nèi)創(chuàng)造液-固或氣-液界面來模擬初始的附著表面，并高通量地研究不同基因突變、表面材料特性或環(huán)境流體力學條件對單個細胞初始附著率及附著強度的影響，為理解生物膜形成的關鍵起始事件及其干預策略提供了新的研究窗口。該系統(tǒng)可用于評估納米藥物的細胞毒性，實現(xiàn)單細胞水平的藥效學評價。上海土壤微生物液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)海洋覆蓋了地球表面的絕大部分，其微生物多樣性是地球上未開發(fā)資源庫之一，蘊含著巨大的應用潛力。液滴培...

微生物在自然環(huán)境中的絕大部分都處于營養(yǎng)匱乏的休眠狀態(tài)或緩慢生長狀態(tài)，這是傳統(tǒng)培養(yǎng)方法失敗的主要原因之一。液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)通過模擬這種低營養(yǎng)通量的寡營養(yǎng)環(huán)境，為喚醒這些“沉默的大多數(shù)”提供了可能。與傳統(tǒng)使用富營養(yǎng)培養(yǎng)基不同，基于液滴的培養(yǎng)可以采用稀釋數(shù)百甚至數(shù)千倍的低濃度營養(yǎng)物質(zhì)，或者直接使用過濾除菌的環(huán)境水樣（如海水、湖水、土壤浸出液）作為培養(yǎng)基。這種寡營養(yǎng)條件避免了高速生長帶來的毒性物質(zhì)積累和氧化應激，更符合大多數(shù)微生物的原生境，從而能夠誘導那些在富營養(yǎng)培養(yǎng)基中無法啟動生長的微生物進行分裂繁殖。同時，液滴的微尺度效應本身也可能有利于微生物生長，例如它增加了細胞與營養(yǎng)物質(zhì)及自身分泌...

環(huán)境微生物生態(tài)學研究因液滴微流控技術的引入而煥發(fā)新生。自然環(huán)境中微生物群落極其復雜，且大多數(shù)微生物難以在實驗室條件下培養(yǎng)，這限制了對環(huán)境微生物功能的深入理解。液滴培養(yǎng)系統(tǒng)通過封裝環(huán)境樣本中的微生物群落，并提供不同的物理化學條件，能夠高效地培養(yǎng)原先難培養(yǎng)的微生物類群。每個液滴相當于一個微型生態(tài)系統(tǒng)，可以模擬不同的環(huán)境梯度，如pH、溫度、鹽度或特定污染物的濃度。通過監(jiān)測液滴內(nèi)微生物的生長和代謝活動，并與初始接種物的分子特征相關聯(lián)，能夠識別活躍生長的微生物類群及其適宜的生長條件。更為強大的是，該系統(tǒng)允許在培養(yǎng)過程中引入特定的功能探針，如標記的底物類似物，從而直接關聯(lián)微生物的身份與功能。這種方法已成功...

液滴培養(yǎng)組學正迅速演進為一個強大的多組學數(shù)據(jù)生成與整合平臺。其優(yōu)勢在于能夠?qū)⒓毎闹苯庸δ鼙硇团c其深層的分子genotype精確關聯(lián)。例如，在完成基于熒光報告或特定代謝活性的液滴分選后，可以直接對分選出的目標細胞進行單細胞RNA測序、全基因組測序或表觀基因組分析，從而精確解讀特定表型背后的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、基因突變或染色質(zhì)狀態(tài)。此外，與質(zhì)譜技術的聯(lián)用也允許對液滴內(nèi)細胞的完整代謝物譜進行無標記、高靈敏度分析。這種“表型-基因型-代謝型”的多維數(shù)據(jù)整合，極大地深化了我們對細胞功能調(diào)控網(wǎng)絡的理解，推動了從關聯(lián)分析到機制闡釋的生物學研究范式轉(zhuǎn)變。液滴微反應器為研究細胞凋亡、分裂等生命進程提供了大量平行觀察窗口...

合成生物學領域利用液滴培養(yǎng)系統(tǒng)進行基因電路功能的表征與優(yōu)化。合成生物學家設計構(gòu)建的遺傳電路在導入宿主細胞后常表現(xiàn)出明顯的細胞間變異，這給電路功能的可靠實現(xiàn)帶來挑戰(zhàn)。液滴微流控提供了一種高通量單細胞分析平臺，能夠在一個實驗中對數(shù)千個攜帶遺傳電路的細胞進行并行表征。通過將單個工程細胞封裝在含有誘導劑或報告底物的液滴中，可以精確控制每個細胞的誘導條件，并監(jiān)測基因電路的動態(tài)響應。這種單細胞水平的測量能夠揭示基因表達噪聲的來源及其對電路功能的影響，為優(yōu)化電路設計提供關鍵參數(shù)。此外，液滴系統(tǒng)還允許實施自動化的大規(guī)模篩選實驗，快速評估不同電路變體的性能，加速設計-構(gòu)建-測試循環(huán)。例如，在生物傳感...

微生物代謝工程領域因液滴培養(yǎng)篩選系統(tǒng)的應用而加速發(fā)展。傳統(tǒng)代謝工程中，評估工程菌株的性能通常需要經(jīng)過繁冗的搖瓶培養(yǎng)或微孔板檢測，通量有限且成本高昂。液滴微流控技術能夠?qū)蝹€工程菌株封裝在液滴中，并添加特定的底物或指示劑，通過監(jiān)測液滴內(nèi)代謝產(chǎn)物的積累或熒光信號的變化，快速評估數(shù)千個工程菌株的生產(chǎn)性能。例如，在生物燃料生產(chǎn)中，可以基于液滴內(nèi)脂質(zhì)積累量進行高通量篩選；在酶制劑開發(fā)中，可通過熒光底物檢測酶活性。更重要的是，液滴系統(tǒng)允許實施多輪遞進式篩選策略，通過多參數(shù)排序和液滴融合等技術，逐步富集性能優(yōu)異的突變體。這種基于液滴的篩選策略不僅大幅提高了篩選通量，降低了試劑消耗，還能夠檢測到傳統(tǒng)方法可能遺...

在環(huán)境微生物學研究中，液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)為探索“微生物暗物質(zhì)”——即那些無法通過傳統(tǒng)實驗室方法培養(yǎng)的絕大多數(shù)微生物——提供了解決方案。該系統(tǒng)通過將環(huán)境樣本進行高度稀釋與微流控封裝，使單個微生物細胞被隔離在單獨的液滴微環(huán)境中。這種物理隔離有效避免了快速生長菌株的資源競爭壓制，同時，微小的液滴體積使得微生物自身分泌的信號分子能夠快速達到局部有效濃度，從而可能刺激其在自然狀態(tài)下所依賴的群體感應系統(tǒng)。這種仿生策略成功誘導了大量此前未被培養(yǎng)的微生物進行增殖，極大地擴展了人類可培養(yǎng)微生物的資源庫，為深入理解全球生態(tài)系統(tǒng)的微生物驅(qū)動機制奠定了堅實基礎。通過監(jiān)測液滴內(nèi)代謝物變化，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r追蹤微生物的生長與...

在代謝產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)與作用機制研究這一傳統(tǒng)領域，液滴培養(yǎng)組學帶來了顛覆性的創(chuàng)新思路。面對病原微生物耐藥性日益嚴峻的全球挑戰(zhàn)，從復雜環(huán)境樣本或合成化合物庫中快速篩選新型代謝產(chǎn)物變得至關重要。液滴系統(tǒng)通過將單個環(huán)境微生物（如土壤細菌）與報告病原菌共同包裹在微滴中，構(gòu)建了海量的“生產(chǎn)者-指示者”對。在共培養(yǎng)過程中，如果生產(chǎn)者菌株能夠分泌抑制或殺死報告病原菌的活性物質(zhì)，其所在的微滴便會通過報告菌的熒光減弱或形態(tài)變化等讀出信號被識別。隨后，這些“命中”的液滴可以被分選出來，用于活性化合物的分離與鑒定。這種基于共培養(yǎng)的策略，不僅顯著提高了篩選通量、降低了試劑消耗，更重要的是它能夠直接挖掘微生物之間在...

液滴微流控與單細胞基因組學的結(jié)合極大推進了微生物暗物質(zhì)的研究進程。自然界中絕大多數(shù)微生物難以通過傳統(tǒng)方法培養(yǎng)，限制了人類對微生物多樣性及其功能的認識。液滴封裝技術通過模擬微生物的自然生存環(huán)境，為這些難培養(yǎng)微生物提供了生長機會。研究人員可以設計不同的培養(yǎng)液滴，每個液滴包含特定的營養(yǎng)物質(zhì)、生長因子或信號分子，從而創(chuàng)造多樣化的微環(huán)境條件。被封裝在液滴中的單細胞若遇到適宜條件即可進行分裂繁殖，實現(xiàn)克隆擴增。隨后，通過對培養(yǎng)成功的液滴進行分選和破乳，可以獲得足夠的生物量進行全基因組擴增和測序。這種方法不僅能夠獲得高質(zhì)量的單細胞基因組，避免宏基因組學中的拼接難題，還能直接關聯(lián)基因型與培養(yǎng)條件。...

在腫瘤免疫***研發(fā)方面，液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)為篩選高親和力、高特異性的T細胞受體或CAR結(jié)構(gòu)提供了強大工具。通過將候選T細胞與表面展示有特定**抗原的靶細胞共同包裹在同一個液滴內(nèi)，可以創(chuàng)建一個微型的“免疫突觸”模擬環(huán)境。利用延時活細胞成像或終點熒光檢測技術，可以精確識別出哪些液滴中發(fā)生了有效的腫瘤細胞殺傷事件。隨后，系統(tǒng)能夠自動分選出這些液滴中的效應T細胞，用于后續(xù)的擴增和深度測序分析。這種方法能夠直接從龐大的天然或人工突變T細胞庫中，篩選出具有***潛力的稀有克隆，加速新型過繼性細胞免疫療法的開發(fā)進程，并有助于探索針對實體瘤的更有效靶點。液滴微反應器為研究細胞凋亡、分裂等生命進程提供了大量平行...

微生物在自然環(huán)境中的絕大部分都處于營養(yǎng)匱乏的休眠狀態(tài)或緩慢生長狀態(tài)，這是傳統(tǒng)培養(yǎng)方法失敗的主要原因之一。液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)通過模擬這種低營養(yǎng)通量的寡營養(yǎng)環(huán)境，為喚醒這些“沉默的大多數(shù)”提供了可能。與傳統(tǒng)使用富營養(yǎng)培養(yǎng)基不同，基于液滴的培養(yǎng)可以采用稀釋數(shù)百甚至數(shù)千倍的低濃度營養(yǎng)物質(zhì)，或者直接使用過濾除菌的環(huán)境水樣（如海水、湖水、土壤浸出液）作為培養(yǎng)基。這種寡營養(yǎng)條件避免了高速生長帶來的毒性物質(zhì)積累和氧化應激，更符合大多數(shù)微生物的原生境，從而能夠誘導那些在富營養(yǎng)培養(yǎng)基中無法啟動生長的微生物進行分裂繁殖。同時，液滴的微尺度效應本身也可能有利于微生物生長，例如它增加了細胞與營養(yǎng)物質(zhì)及自身分泌...

在合成生物學領域，液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)已成為設計和優(yōu)化遺傳電路不可或缺的高效篩選平臺。合成生物學家需要構(gòu)建復雜的基因回路以調(diào)控細胞行為，但回路在真實細胞環(huán)境中的功能輸出常與理論設計存在偏差。利用該技術，可將攜帶不同基因回路變體或調(diào)控元件的大量工程菌株分別封裝至液滴中，并通過內(nèi)置的熒光報告基因?qū)崟r、定量監(jiān)測每個液滴內(nèi)回路的動態(tài)功能，如蛋白質(zhì)表達水平、邏輯門響應精度及背景泄露強度。隨后，借助熒光檢測液滴分選技術，能夠以每秒數(shù)千個的速率精細、無損地分離出性能好的細胞克隆，例如那些表達量高、響應靈敏或串擾低的變體。這種超高通量的“設計-構(gòu)建-測試”循環(huán)，將遺傳元件的篩選與優(yōu)化效率提升了數(shù)個數(shù)量級。液滴培養(yǎng)...

微生物在自然環(huán)境中的絕大部分都處于營養(yǎng)匱乏的休眠狀態(tài)或緩慢生長狀態(tài)，這是傳統(tǒng)培養(yǎng)方法失敗的主要原因之一。液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)通過模擬這種低營養(yǎng)通量的寡營養(yǎng)環(huán)境，為喚醒這些“沉默的大多數(shù)”提供了可能。與傳統(tǒng)使用富營養(yǎng)培養(yǎng)基不同，基于液滴的培養(yǎng)可以采用稀釋數(shù)百甚至數(shù)千倍的低濃度營養(yǎng)物質(zhì)，或者直接使用過濾除菌的環(huán)境水樣（如海水、湖水、土壤浸出液）作為培養(yǎng)基。這種寡營養(yǎng)條件避免了高速生長帶來的毒性物質(zhì)積累和氧化應激，更符合大多數(shù)微生物的原生境，從而能夠誘導那些在富營養(yǎng)培養(yǎng)基中無法啟動生長的微生物進行分裂繁殖。同時，液滴的微尺度效應本身也可能有利于微生物生長，例如它增加了細胞與營養(yǎng)物質(zhì)及自身分泌...

微生物在應對環(huán)境壓力（如代謝產(chǎn)物、噬菌體、毒性物質(zhì)）時，會進化出多樣的適應性策略。液滴培養(yǎng)組學系統(tǒng)為在實驗室中實時、高通量地研究這種進化動力學提供了強大的進化實驗平臺。其基本策略是在液滴中創(chuàng)建強烈的選擇壓力。例如，可以將對某種代謝產(chǎn)物敏感的微生物群體分散到包含亞抑菌濃度或逐漸升高濃度代謝產(chǎn)物的液滴中進行長期傳代培養(yǎng)。液滴的物理隔離性使得每個液滴都成為一個單獨的進化線，避免了抗性基因在群體間的水平基因轉(zhuǎn)移，從而迫使微生物只能依靠自身發(fā)生的隨機突變來適應壓力。經(jīng)過多輪生長和分選后，可以回收大量進化出的抗性菌株。通過比較這些菌株的基因組和表型，可以系統(tǒng)地揭示代謝產(chǎn)物耐藥性的多種進化路徑和...