清华大学林金明教授：开放式微流控及其在细胞研究中的应用

细胞操纵是生化研究的基础，它需要用户友好，多功能和精确的工具。基于流动限域原理，开放式微流控技术可以精准控制液体在微尺度开放空间中的运动。不同于传统的封闭式微流控体系，开放式微流控系统中的任意位置都可以被外部装置所触及，因此人们可以对该体系内任意目标位置的细胞样品选择性地进行高时空精度的刺激、取样、原位分析等操作。得益于该系统独特的优势，图案化细胞培养、3D 组织建模、原位在线细胞因子分析、单细胞局部化学刺激、原位单细胞采样、亚细胞修饰等多种操作可轻易实现。

在本文中，作者总结了开放式微流控设计的两个基本思想，解释了主流开放微流控方法的原理，介绍了它们最近的重要应用，并讨论了开放微流体的挑战和发展趋势。两个基本设计思想是开放式微流控网络和探针。微流体网络可以通过移除封闭通道的固体壁得到，它可以被用来操控流体在 X-Y 方向的流动，适用于大规模、长时间、多功能的细胞培养和刺激操作，典型的方法有槽状通道、悬浮微流控、“free style”微流控等。微流控探针可以被认为是将封闭通道折断，然后将通道折起来，使其断口对准细胞进行操作：它通常是在竖直（Z）方向上操控流体流动，适用于高时空分辨率的细胞操作，典型的装置有微纳玻璃管、流体力显微镜、推拉式探针及多出口微流控探针等。微流控网络和探针相互配合可以很好地满足多种多样的细胞研究需求，尤其是在单细胞乃至亚细胞水平。

该成果以题为"Emerging open microfluidics for cell manipulation"发表在英国皇家化学会期刊Chemical Society Review 上，该文章被选为封面文章(front cover)。该工作第一作者为清华大学化学系博士研究生张强，通讯作者为清华大学化学系林金明教授和北京工商大学生物工程系林玲教授。本研究工作得到国家自然科学基金资助（22034005, 21727814, 21804026, 21621003）。

论文信息

•Emerging open microfluidics for cell manipulation
QiangZhang,ShuoFeng, Ling Lin,*(林玲，北京工商大学)SifengMao andJin-Ming Lin*(林金明，清华大学)
Chem. Soc. Rev., 2021,50, 5333–5348
http://doi.org/10.1039/D0CS01516D

第一作者

•张强

本科毕业于清华大学化学系，现于清华大学化学系林金明教授课题组攻读博士学位，主要从事用于单细胞研究的开放式微流控探针方法开发工作。

通讯作者

林金学教授，博导

清华大学化学系

1984 年福州大学本科毕业，1992-2002 年在日本留学和工作，1997 年 3月获得日本东京都立大学工学博士学位，同年留校任教。2000 年入选中国科学院“百人计划”，受聘中国科学院生态环境研究中心研究员，博士生导师。2001 年获得国家杰出青年科学基金，2004 年入选清华大学“百人引进”，2008 年受聘教育部长江学者特聘教授，2014年入选英国皇家化学会会士。目前主要从事微流控细胞分析、空气负离子制备与应用、化学发光免疫分析的研究。在 Angew. Chem.、Adv. Sci.、Chem. Sci.、Anal. Chem.、J.Chromatogr. A等期刊发表研究论文 400 余篇，授权专利 30 项，并在专利基础上研制成功多款仪器设备，得到普及推广。目前兼任中国化学会监事会监事、分析化学专业委员会副主任、质谱分析专业委员会副主任，中国药学会药物分析专业委员会副主任委员，中国分析测试协会常务理事等多种学术委员会委员。Trends in Analytical Chemistry责任编辑，Journal of Advanced Research、Luminescence、J. Pharm. Anal.、Chinese Chemical Letters、《质谱学报》和《分析试验室》等期刊副主编。《分析化学》、《药物分析杂志》、Sci. Rep.、Talanta、Anal.Chim. Acta、Science China Chemistry等多种国内外期刊编委。

林玲 教授

北京工商大学生物工程系

2016 年 3月获得东京大学博士学位，同年留校从事博士后研究，从事纳米/微流体活体单细胞分析。2016 年底加入国家纳米科学和技术中心担任助理研究员，2020 年晋升为副研究员，2021 年受聘北京工商大学教授。目前兼任中国药理学会分析药理学专业委员会青年委员，《生命科学仪器》编委、Journal of Analysis and Testing青年编委。主要研究方向为 3D 细胞微球培养和细胞药物代谢分析方法研究，系统地研究了细胞在不同微环境条件下，药物分子对特定细胞的作用机制，为新药的开发提供理论依据。在 Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci., Anal. Chem., Small,Biosens Bioelectron, Chem. Comm. 等国际刊物上发表论文 32 篇，参编书籍 2 章。（文源RSC英国皇家化学会）

探索细胞分析技术的奥秘

细胞是生命组成结构的基本单位，同时细胞研究是生命科学的根基。近年来，单细胞分析逐渐成为一个热门的研究领域，其揭示在形态、功能、组成和遗传性能上看似相同的细胞的异质性。得益于微流控技术的发展，单细胞分析在各个领域中得到了空前的进步和发展。单细胞分析技术的进步极大了推进了单细胞生物学，为生命科学研究开辟了新的研究领域。然而，如何精准研究单个细胞，特别是细胞与基底间的关系，是当前单细胞研究面临的重大挑战。

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