我國古人很早就發明了渾天儀用于演示及測量天象等大尺度物體

隨著現代生命科學研究進入微納尺度，操縱和分析單細胞具有重大意義，能否給單細胞也配上“渾天儀”？目前，清華大學的王文會（點擊查看介紹）團隊發展了結合介電泳和微流控技術的單細胞電旋轉芯片，實現穩定可控的單細胞三維旋轉操作，展示了單細胞“渾天儀”進行細胞三維成像和多物理參數測量的非凡本領。

旋轉操作是單細胞研究中的基本操作之一，在細胞核轉移、細胞注射和細胞成像等過程中必不可少。哺乳動物細胞通常直徑為5-20 μm，體積為0.1-6 pL，精細操作時的要求和挑戰高。多年來，單細胞旋轉操作主要包括機械法、光鑷法、磁力法、聲學法和電學法，但是這些方法大部分只能實現二維的旋轉，限制了旋轉操作在單細胞分析中的應用。同時，將單個細胞從大量樣本中分離出來，轉運到指定的旋轉區域也尚未得到解決。清華大學研究團隊設計的基于介電泳技術的單細胞三維旋轉平臺很好地解決了上述難題。細胞自身不論帶電與否，在交變電場下會被極化，極化產生的電荷非均勻分布在細胞上，在非均勻電場下細胞整體將會受到介電泳力；如果在多個電極上施加具有相位差的同頻信號，則會在細胞上產生扭矩使其發生旋轉。他們通過控制相位順序可以控制旋轉的方向，調節信號的幅值和頻率可以控制細胞的轉速。利用此原理，他們結合微流控技術設計了一種單細胞三維旋轉芯片，將單個細胞使用V字形卡口捕獲后轉運到類似四合院結構的旋轉腔，產生豐富的旋轉操縱模式，并能用于對細胞進行多物理參數的測量。如通過水平旋轉可以測量細胞的旋轉譜，并分析提取細胞的電學參數（細胞的膜電容和細胞質的電導率）；通過滾動旋轉可以對單細胞進行三維成像，能夠對細胞的外觀形態進行測量（如細胞的表面積、體積、表面粗糙度等）。該單細胞“渾天儀”在四種典型的單細胞（HeLa、C3H10、B淋巴細胞和HepaRG）上進行了試用，發現在被測細胞中，B淋巴細胞具有最小的細胞膜電容和最大的細胞質電導率，同時通過對HeLa細胞和B淋巴細胞的三維成像，揭示了不同細胞間的幾何參數（即表面積、體積和粗糙度）的差異。實驗結果表明，該單細胞“渾天儀”可實現單細胞三維旋轉操作和同步的多參數測量，為單細胞操作和分析提供了一種利器，賦予細胞生物學家新的能力。

這一成果近期發表在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的博士研究生黃亮。該工作主要受到國家自然科學基金（61774095）的支持。該論文作者為：Liang Huang, Peng Zhao, Wenhui Wang

來源：x-mol網