单细胞拉曼

近日，中科院青岛生物能源与过程研究所功能基因组团队与北京惟馨雨生物科技公司联合承担的科技部创新方法工作专项&mdash &mdash &ldquo 拉曼光钳筛选新方法在活体单细胞高通量分离中的应用&rdquo 通过了评审验收，这标志着全球首台活体单细胞拉曼分选仪在中国研制成功。 　　该研究是在青岛能源所研究员徐健和兼职研究员、英国谢菲尔德大学黄巍主持下，通过所企联合攻关完成的。项目组此次研发的是目前已公开文献报道的首台基于细胞拉曼指纹图谱的细胞手动和自动分选仪器。该分选仪可实现单细胞拉曼图谱快速采集，并首次将单细胞的拉曼信号采集时间缩短到1~100毫秒 还可完成基于拉曼图谱的细胞种类及生长状态快速鉴别等多项任务。 　　该仪器的核心优势在于，对细胞生化信息及其变化敏感，无须预知生物标识物，无须标记细胞，可进行原位和非侵害性的活体检测等。此项技术将对单细胞生物技术和单细胞基因组的研究产生积极的贡献。 　　项目组利用该仪器，已经在光合产油微藻生理状态识别、多环芳烃降解微生物分离等研究中取得初步成果，并建立起应用示范技术参照方法和数据分析流程。 　　据了解，目前该仪器已服务于国内外多个科研团队，在海洋资源挖掘、生物燃料和生物材料、生物能源种质筛选、食品微生物检测、药物研究、肿瘤监测与分选、环境微生物监控、农业生态研究等领域发挥重要作用。 青岛能源所首台&ldquo 活体单细胞拉曼分选仪&rdquo 样机通过验收 　　背景新闻： 　　日前，受科技部条财司委托，中国21世纪议程管理中心在北京组织专家对中国科学院青岛生物能源与过程研究所功能基因组团队与北京惟馨雨生物科技公司联合承担的科技部创新方法工作专项&ldquo 拉曼光钳筛选新方法在活体单细胞高通量分离中的应用&rdquo 项目进行验收，标志着研究所基于自主技术开发的首台&ldquo 活体单细胞拉曼分选仪&rdquo 通过科技部验收。 　　验收专家听取了项目组的工作总结汇报、审查了验收材料，认为项目组基于自主开发的&ldquo 活体单细胞拉曼分选仪&rdquo 开展的各项工作完全符合任务书下达的全部考核指标，一致同意项目通过验收。 　　在项目实施过程中，项目组成功研制开发了&ldquo 活体单细胞拉曼分选仪&rdquo (&ldquo Raman-Activated Cell Sorter&rdquo ，简称RACS)，并在中科院青岛能源所成功搭建了首台样机。该样机(编号RACS-1)由激光器、拉曼光谱仪、落射荧光显微镜、细胞分选系统以及自动控制系统组成，是目前已公开文献报道的首台基于细胞拉曼指纹图谱的细胞手动和自动分选仪器。目前，RACS-1已可实现的功能包括：单细胞拉曼图谱快速采集，并首次将单细胞的拉曼信号采集时间缩短到1-100ms 基于拉曼图谱的细胞种类及生长状态快速鉴别 拉曼-落射荧光不可培养功能微生物鉴定 拉曼光钳单细胞操纵 基于拉曼信号的单细胞计数 单细胞拉曼数据库系统 拉曼激活单细胞分选等。 　　与现有的基于细胞荧光信号的荧光流式细胞分选仪(&ldquo Fluorescence-Activated Cell Sorter&rdquo ，简称 FACS)原理和方法均不同，RACS是基于对单个细胞的拉曼化学指纹图谱(细胞生化信息)的获取并与参照细胞拉曼数据库比对，从而原位、不依赖于培养、高通量地分选具有特定(或指定)生化状态的单细胞。与FACS相比，RACS的核心优势在于：对细胞生化信息及其变化敏感、不需预知生物标识物、不需标记细胞、原位和非侵害性的活体检测等。因此，RACS可有效克服&ldquo 细胞功能异质性&rdquo 、&ldquo 尚不可培养微生物&rdquo 、&ldquo 探测未知的细胞表型&rdquo 等三个共性科学与技术瓶颈。 　　此外，项目组利用RACS-1在光合产油微藻生理状态识别、多环芳烃降解微生物分离等方面研究取得了初步示范成果，并建立起应用示范技术参照方法和数据分析流程，为未来对细胞表型鉴定及功能微生物筛选奠定了基础。

日前，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心在基于微流控的单细胞拉曼流式分选技术研究中取得新进展，相关成果于2月5日在线发表在Analytical Chemistry (Zhang PR, et al, Anal Chem, 2015)。 　　单细胞拉曼分选(RACS)是一种极具潜力的活体细胞功能分选技术。与目前通用的荧光激活细胞分选(FACS)相比，RACS具有直接基于细胞功能分选、无需标记、不需预知生物标识物的关键优势，因此在海洋资源挖掘、生物能源种质筛选、肿瘤监测与分选、环境微生物监控、农业生态研究等诸多领域具有广阔应用前景。但由于细胞固有拉曼信号弱所导致的细胞分选通量低这一问题限制了其应用与推广。开发高速流动细胞拉曼信号的快速采集和识别已经成为发展高通量拉曼流式细胞分选的关键技术挑战之一。 　　由研究员徐健和马波领导的研究团队针对上述瓶颈开发了一种基于阵列介电单细胞捕获/释放的快速拉曼识别技术。通过对高速流动单细胞的介电操控，实现了单细胞流在电极上的捕获/释放，并在细胞捕获期间(毫秒-秒)完成拉曼信号的采集识别(下图A)。通过耦合该团队同期建立的基于电磁阀吸吮的微流控细胞分离技术(Zhang Q, et al., Lab on a Chip 2014, Cover page, 2014 HOT Articles 下图B)，实现了产色素工程酵母和普通酵母细胞的拉曼流式分选。前述工作首次建立起基于介电单细胞捕获/释放的单细胞拉曼流式分选原理和装置，为下一步发展高通量拉曼流式细胞分选仪器奠定了原理和关键技术基础。 　　单细胞中心前期建立的单细胞弹射分选方法(Wang Y, et al, Anal Chem, 2013)适用于贴壁生长的细胞、微生物生物膜等固相细胞的分选。而该研究开发的单细胞流式分选方法针对于流动相细胞的分选。这两种方法学的建立和相互结合，为研制广谱性适用于自然界各种细胞存在状态的单细胞拉曼分选装备提供了可行性。 　　该研究得到了科技部创新方法专项、国家自然科学基金面上项目、微进化重大研究计划及中科院重点部署方向项目等的支持。 　　原文链接： 　　1. Raman-activated Cell Sorting based on dielectrophoretic single-cell trap and release, Anal. Chem., 2015, doi: 10.1021/ac503974e. 　　2. On-demand control of microfluidic flow via capillary-tuned solenoid microvalve suction. Lab Chip, 2014 Dec 21 14(24):4599-603. doi: 10.1039/c4lc00833. 　　3. Raman activated cell ejection for isolation of single cells, Anal. Chem., 2013. doi: 10.1021/ac403107p. 　　 　　(A)基于阵列介电单细胞捕获/释放单细胞拉曼分选示意图 (B)基于电磁阀吸吮的微流控细胞分离技术(Cover Article)。

马波*，籍月彤，刘阳，徐健*　　摘要：　　单个细胞是地球上生命活动的基本单元，单细胞精度的科学研究能够揭示生命科学的本质问题，已经成为国际研究热点。拉曼激活细胞分选(Raman-activated Cell Sorting，RACS)能够利用“单细胞拉曼图谱”这一细胞内在、免外源标记的“生化指纹”进行功能分选，突破“细胞功能异质性原理”、“大多微生物尚难培养”等共性科学问题与重大技术屏障。本文介绍了拉曼光谱在单细胞功能识别方面的研究进展，详述了基于拉曼光谱的单细胞分选技术和核心器件研制的产业化过程。同时，介绍了近期推出的第一代商品化的RACS仪器，并且讨论了这些国产仪器装备为医药、海洋、土壤/环境、工业生物技术领域提供的原创解决方案。这些拥有自主知识产权的国产高端仪器装备将广泛服务于工业过程在线实时监控、细胞工厂筛选、工业/土壤/海洋种质资源挖掘、临床精准用药及新能源开发等。　　关键词：拉曼组，单细胞表型组，拉曼激活细胞分选，国产仪器装备，单细胞分选技术与核心器件　　单个细胞是地球上生命活动的基本单元，因此单个细胞精度的生命系统研究能够揭示“细胞功能异质性机制”这一生命科学的本质问题1。传统的、基于细胞群体水平性状测量的信息并不能真实反映细胞内部的生物过程及机制2,3，这是因为，在细胞种群中，即使是基因组信息完全一致的不同单个细胞之间，其表型也具有极为显著的差异，而这些差异往往具有重要的生物学意义4,5。因此，单个细胞的研究能够带来生物技术在能源、环境、健康、农业、海洋等广泛应用领域的突破。2018年，利用单细胞测序技术完成的胚胎发育初期单细胞命运追踪被Science杂志评为2018年最重要的十大科学进展之首。近两年来，世界顶级学术期刊《科学》《自然》分别有43篇和38篇文章聚焦于单细胞分析。　　(一)拉曼组技术是单细胞功能识别的创新工具和有力武器。　　自上个世纪以来，研究人员主要通过荧光标记与流式细胞术的结合实现单细胞功能分选，即荧光激活细胞分选(Fluorescence-activated Cell Sorting，FACS)6。然而，FACS一般需要针对特定的生物标识物对细胞外加荧光标记，因此在单细胞分选方面存在如下瓶颈：(1)细胞适用性有限。不论在干细胞发育的机理研究、肿瘤细胞的诊断，还是微生物群落中功能组分的识别中，关键的细胞表型经常仅有粗放认识或完全未知(即“未知”的细胞表型)，也没有其生物标记。因此，FACS通常难以分选那些生物标识物通常未知或难以外加活体荧光标记的细胞体系(如微生物群落等)。(2)难以开展“原位”研究。进入细胞的荧光标记经常会改变细胞的原位状态，有时甚至影响细胞活性，因此该方法通常仅限于能够进行外加荧光标记的细胞，而且难以进行真正意义上的“原位”研究。(3)难以获取全方位的代谢表型。FACS在单位时间只能获得与区分很有限的细胞信息数据，如形态、折光率、反射率或荧光强度等有限指标，难以表征单细胞全方位的“代谢表型组”，因此通常不易获得尚难培养微生物与其生态功能之间的原位联系。　　拉曼光谱是一种非标记的散射光谱，每个单细胞拉曼光谱由分别对应于一类化学键的超过1500个拉曼谱峰组成，反映了特定细胞内化学物质的成分及含量的多维信息。因此，特定时空状态下一个细胞群体的单细胞拉曼光谱的集合称为“拉曼组”7。由于细胞内化合物的组成对于细胞生理状态和微环境的变化等因素敏感，因此单细胞拉曼图谱或拉曼组不仅潜在能区分不同物种的细胞，还可以静态或动态地表征该细胞的生理状态及所处微环境8。　　业界研究表明，利用拉曼组可实现较为广泛的细胞类型及功能的表征8。例如，Forrester和Deng等分别利用拉曼光谱成功地对多株芽孢杆菌属细菌的生化特性进行了鉴定，发现根据拉曼光谱信息可实现菌株水平的鉴定，并分析了各菌株之间可能的遗传进化关系9,10。在细胞功能识别方面，Samek和Singh等分别通过检测拉曼图谱分析了不同微藻的油脂产量，并建立了通过分析特定峰位比值来估测脂类不饱和度的方法11,12。Heraud等通过检测细胞拉曼图谱，对微藻细胞所处的营养状态(缺氮与否)进行判别和预测13。在临床方面，2011年Dochow等通过微流控芯片结合拉曼光镊技术，成功对人体白细胞、红细胞、急性髓性白血病细胞以及两种乳腺癌细胞进行了鉴别14。利用癌细胞的生化表型与正常细胞的区别，Barman15, Surmacki16和Haka17分别独立地证实了单细胞拉曼可用于乳腺癌早期诊断。此外，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心等也证明，单细胞拉曼光谱可以区分或定量表征细菌细胞的种系发生18、药物应激反应与耐药性19,20、分解代谢(综合细胞代谢活性21、分解特定底物的活性22)、合成代谢(甘油三酯含量及油脂饱和度23,24、淀粉含量25)、不同物种之间的代谢互作26等。　　(二)基于拉曼光谱的单细胞分选技术和核心器件是单细胞组学研究获得突破性进展的关键。　　拉曼激活细胞分选(Raman-activated Cell Sorting，RACS)能够利用“单细胞拉曼图谱”这一细胞内在、免外源标记的“生化指纹”进行功能分选，建立单细胞功能表征和单细胞组学分析之间的桥梁，突破“细胞功能异质性原理”、“大多微生物尚难培养”等共性科学问题与重大技术瓶颈27,28。随着微流控技术的进步，一系列基于拉曼光谱的单细胞分选技术和核心器件先后面世，其中包括在静止或者相对静止系统中进行的拉曼光镊分选21,29,30、单细胞拉曼弹射分选(RACE)18,31和拉曼激活光镊重力驱动微液滴分选技术(RAGE)32，以及在液相流动态细胞中进行的拉曼激活微流分选(RAMS)33、拉曼激活单细胞微液滴流式分选(RADS)34、介电迟滞拉曼激活单细胞微液滴流式分选(pDEP-RADS)。　　RACE适用于静置或贴壁细胞的单细胞分选。该技术在风干的芯片上对细胞逐一测量拉曼信号后，用脉冲激光弹射出具有目标拉曼信号的细胞18。通过改进弹射基片材料，RACE可以在背向直接采集拉曼信号，降低了操作的繁琐性并大幅提升了全流程的速度和通量35 同时，“All-In-One”RACE芯片的面世，让测量、弹射、细胞裂解与核酸扩增都在同一与空气隔绝的封闭体系内进行，从而降低了环境DNA对目标单细胞核酸扩增的污染35。近期油相震荡乳化单细胞MDA方法的开发，使RACE分离的纯培养E. coli（每个MDA体系含5个细胞）基因组覆盖度由通常的青岛星赛生物科技有限公司依托于中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心的原创技术与知识产权，自主研发了一系列基于拉曼组原理的原创单细胞拉曼分选仪器装备。　　单细胞拉曼分选-测序耦合系统(Raman-Activated single-Cell Sorting RACS-Seq)克服了单个细胞拉曼分离可靠性低、核酸扩增容易污染、全基因组测序覆盖度不均等关键技术难点，具备样品预处理、显微拉曼成像、RAGE/RADS拉曼分选、单细胞微液滴细胞裂解和核酸扩增、拉曼组分析软件等功能，实现了单细胞功能检测、分选、测序与培养之完整流程的仪器化。RACS-Seq带有配套的RAGE、RADS、pDEP-RADS等芯片和相应试剂盒(环境样品中微生物单细胞提取与制备、稳定同位素饲喂细胞、单细胞核酸裂解与扩增等)，能够满足不同实验目的所需的单细胞识别、分选和测序文库构建，并且适用于任何大于0.5 μm的细菌、古菌和真菌细胞(也适用于微藻、植物、动物及人体细胞)。　　临床单细胞拉曼药敏快检仪(Clinical Antimicrobial Susceptibility Test Ramanometry CAST-R)是临床样品之病原鉴定、药敏性表型测量及耐药基因解析的一体化装备。它基于重水饲喂单细胞拉曼光谱技术，不需分离培养而直接鉴定病原种类，并测量基于代谢活性抑制的药敏性表型(及其在细胞之间的异质性)，全流程可在3小时内完成，将目前检测时长缩短至1/10 20。进而通过单细胞微液滴光镊拉曼分选与核酸扩增技术，完成低偏好性、高覆盖度、与耐药表型关联的单细胞基因组测序。最新论文证明，该系统能从临床菌群中直接、精准地获取一个细菌细胞的药敏表型及其完整基因组(以往未有先例) 32。CAST-R在单个细菌细胞精度同时追踪“药敏表型-完整基因组”的独特能力，预期将为临床感染诊断和用药、耐药性传播监控、微生态监控等提供新一代解决方案。　　单细胞拉曼表型监测系统(Raman-Activated Phenotyping System RAPS)是基于拉曼复合表型对细胞工厂进行单细胞水平高通量、低成本、非入侵式的快速表型监测装备。现有发酵过程的监控方案存在三大问题：1)时间精度，目前只能通过离线方式对各表型分别进行测定，由于样品处理和测量时间带来的滞后性，使得微生物发酵过程的控制比一般的工业生产难度更大 2)表型精度，由于缺乏综合表型表征手段，只能通过胞外产物尽量刻画细胞状态 3)测量精度，现有表型的测量均基于群体水平大量细胞的平均性状，在高压、高浓、高密度、且营养物质不均一的发酵过程中，细胞之间的差异被累积并级联放大，而群体水平的平均性状掩盖了这种差异的发生/发展和变化规律，无法反映细胞的真实状态。RAPS克服了现有方法的滞后性、可检测表型有限，以及无法反映细胞异质性等局限，为细胞工厂研究提供了一个高效、全景式的表型鉴定和过程监测方案。　　模块式单细胞微液滴分离系统(EasySort)是一款拥有自主知识产权的小型台式仪器。它小巧灵活，操作简便，能够自由地与各种型号的显微镜搭配组装，轻松将明场/荧光/拉曼显微镜升级为“所见即所分”、保持原位状态与活性的细菌单细胞精准功能分选装置。在显微镜的视野下，具特定表型的直径大于0.5 μm的单细胞均能够被迅速包裹成单液滴，并通过独有的重力驱动专利技术迅速移动到孔板或者EP管中，对接下游实验。因其兼具超高的性价比、便携的外形、灵活的适配度、简易的用户界面以及优秀的细胞活性保持等众多优势，EasySort将广泛应用于各类单细胞的分离、分选、培养及测序实验。　　高通量流式拉曼分选仪(High-throughput RACS：FlowRACS)搭载了具自主知识产权的pDEP-RADS技术，通过在高速液流中基于介电迟滞来精确捕获和采集单细胞拉曼信号，克服了单细胞拉曼分选的通量限制，以及微液滴对于拉曼表型鉴定的影响，巧妙地集成了单细胞拉曼信号采集与单细胞微液滴发生。同时它利用全光谱实时判别算法，实现了活体单细胞超高通量拉曼分选的高度自动化。　　(四)原创国产单细胞拉曼分选装备将服务于医药、土壤/环境、海洋和工业生物技术等广阔领域。　　上述介绍的这些拥有自主知识产权的原创仪器装备已经支撑着临床精准用药、生物资源挖掘、环境微生态机制、细胞工厂筛选、工业过程监控等广阔领域。　　在医药领域，细菌耐药性蔓延是临床感染面临的严重危机。当前基于培养原理的病原鉴定和药敏仪器检测一般需要花费2-3天。而CAST-R不再需要培养，而是基于重水标记单细胞拉曼光谱，在3小时之内即可完成针对代谢活性抑制的药敏性实测，而且将具有耐药表型的目标耐药菌单细胞分离出来，直接耦合细菌单细胞基因组测序，实现了在单个细菌/真菌细胞的精度，挖掘耐药基因及突变、追踪病原传播和考察耐药微进化机制。利用CAST-R针对临床尿液样品的初步分析显示，基于单细胞拉曼的菌株鉴定准确率达到93%，药敏测试与培养法的一致性达到90%。同时，从临床尿液样本中直接识别和分选出耐受特定抗生素的临床E. coli，并进行了精确到一个细菌细胞的全基因组测序，覆盖度可达99.5%32，保证了基因组上所有耐药基因突变均得以全面、精确地揭示。　　在海洋和土壤/环境领域，“99%的微生物难培养”、“异质性普遍存在”、“原位功能难以测量”等因素均对环境功能基因研究、种质资源挖掘、生态环境监测等提出了严峻的挑战。借助RACE技术，研究人员以中国黄海近海真光层的新鲜海水为模式，用13C-NaHCO3饲喂其微生物组，然后通过测量海水拉曼组中各个单细胞拉曼图谱上13C峰的动态特征，分辨出在海水中活跃固定与代谢无机碳的单细胞群。同时，分选这些原位固碳单细胞群(30个细胞混合)并测定其DNA序列，可重构出基因组草图35。后续研究表明，利用搭载RAGE-Seq芯片的RACS-Seq系统，可以分选获取海水中单个原位固定CO2的目标细菌细胞，并且对1个细胞的基因组即可获得超过95%的基因组覆盖度。对于土壤样品，则可以基于重水孵育、针对代谢活性进行菌群中功能细胞的识别、分选和测序，单个细胞的基因组覆盖度可达90%。　　在工业生物技术领域，新兴的合成生物学需要对细胞工厂进行人工设计并构建具新功能的生物系统，从而建立药物、材料或能源替代品等的生物制造途径36。其中细胞表型的测试筛选工作是合成生物技术发展的“限速步骤”之一。代谢物是细胞中基因表达的最终产物，因此对细胞代谢物组或代谢状态的检测是细胞功能检测最直接有效的手段之一。利用RACS-Seq，可以快速、非侵入性、不须标记地以单个活体细胞中淀粉含量这一特定表型对莱茵衣藻和小球藻进行快速表型鉴定，为富含淀粉的种质资源选育提供了一种崭新手段25。在莱茵衣藻和微拟球藻中，利用RACS-Seq可针对单个细胞中淀粉、蛋白质、甘油三酯含量和脂质不饱和度等表型对目标细胞进行快速筛选24。利用RACS-Seq，还能够针对CO2利用速率这一特定表型对海水中难培养微生物进行分选和测序，从而完成功能基因及种质资源挖掘35。　　此外，在酶活筛选方面，将未知功能的酶基因库转化入酵母底盘中，利用FlowRACS基于拉曼光谱、不需酵母培养和纯化而直接识别和定量其单细胞精度的目标代谢物，进而高通量流式拉曼分选目标单细胞，并利用下游测序快速识别其中表达的目标化合物合成酶。因此，FlowRACS大大节约了时间、耗材和人力的成本，可将酶的筛选效率提高100到1000倍。　　总之，拉曼组和单细胞拉曼分选基于细胞本征性的生化指纹图谱来识别与分选特定“代谢表型组”的目标细胞，具有不需预知生物标识物、不需标记、非侵入性、可全景式识别细胞代谢表型等核心优势8。因此，包括RACS-Seq，CAST-R，RAPS，EasySort以及FlowRACS等在内的单细胞分析仪器系列(青岛星赛生物科技有限公司)，将在精准医疗、大健康、生物资源挖掘、生态监测、生物安全、工业生物技术等领域得以广泛应用，同时为单细胞研究提供全新的科学思路、技术路线和仪器装备。　　参考文献：　　1 Schubert, C. Single-cell analysis: The deepest differences. Nature 480, 133-137, doi:10.1038/480133a (2011).　　2 Eldar, A. & Elowitz, M. B. Functional roles for noise in genetic circuits. Nature 467, 167-173, doi:10.1038/nature09326 (2010).　　3 Spiller, D. G., Wood, C. D., Rand, D. A. & White, M. R. Measurement of single-cell dynamics. Nature 465, 736-745, doi:10.1038/nature09232 (2010).　　4 Elowitz, M. B., Levine, A. J., Siggia, E. D. & Swain, P. S. Stochastic gene expression in a single cell. Science 297, 1183-1186, doi:10.1126/science.1070919 (2002).　　5 Yoon, H. S. et al. Single-cell genomics reveals organismal interactions in uncultivated marine protists. Science 332, 714-717, doi:10.1126/science.1203163 (2011).　　6 Bonner, W. A., Hulett, H. R., Sweet, R. G. & Herzenberg, L. A. Fluorescence activated cell sorting. Rev Sci Instrum 43, 404-409, doi:10.1063/1.1685647 (1972).　　7 Xu, J. et al. Emerging trends for microbiome analysis: from single-cell functional imaging to microbiome big data. Engineering 3, 66-70 (2017).　　8 He, Y., Wang, X., Ma, B. & Xu, J. Ramanome technology platform for label-free screening and sorting of microbial cell factories at single-cell resolution. Biotechnol Adv 37, 107388, doi:10.1016/j.biotechadv.2019.04.010 (2019).　　9 Forrester, J. B., Valentine, N. B., Su, Y. F. & Johnson, T. J. Chemometric analysis of multiple species of Bacillus bacterial endospores using infrared spectroscopy: discrimination to the strain level. Anal Chim Acta 651, 24-30, doi:10.1016/j.aca.2009.08.005 (2009).　　10 Deng, A. H., Sun, Z. P., Zhang, G. Q., Wu, J. & Wen, T. Y. Rapid discrimination of newly isolatedBacillaleswith industrial applications using Raman spectroscopy. Laser Phys Lett 9, 636-642, doi:10.7452/lapl.201210052 (2012).　　11 Samek, O. et al. Raman microspectroscopy of individual algal cells: sensing unsaturation of storage lipids in vivo. Sensors (Basel) 10, 8635-8651, doi:10.3390/s100908635 (2010).　　12 Wu, H. et al. In vivo lipidomics using single-cell Raman spectroscopy. Proc Natl Acad Sci U S A 108, 3809-3814, doi:10.1073/pnas.1009043108 (2011).单细胞中心合影　　中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心(徐健、马波、籍月彤、刘阳 所在单位)简介：中国科学院青岛生物能源与过程研究所是由中国科学院、山东省人民政府、青岛市人民政府于2006年7月启动筹建，2009年11月30日通过共建三方验收并纳入中国科学院“知识创新工程”管理序列的国立科研机构。单细胞中心的核心使命是以基因组工程、工具酶开发、先进成像、微流控器件、大数据等为主要方法学支撑，围绕细胞工厂构建、微生物组快检及机制等领域的关键科学和技术瓶颈，开发单细胞分析、分选、测序与培养技术，研制与产业化单细胞分析仪器系列，从国产装备的角度支撑单细胞大数据网络和微生物组天网等原创大数据系统，服务于工业生物技术、大健康、海洋资源挖掘、环境保护与修复、生物安全等应用领域。　　青岛星赛生物科技有限公司(籍月彤所在单位)：青岛星赛生物科技是一家专注于单细胞分析科研设备及临床诊断仪器研发与产业化的创新型高新科技企业。竭诚为科学研究人员、工业生物技术人员、以及临床工作者提供高效、可靠、一体化全方位的单细胞水平解决方案，着力打造国产高端生命科学仪器品牌。产品应用于工业过程监控、工业及海洋种质资源挖掘、临床精准用药、微生物组研究、生物安全及新能源开发等领域。

p 　　单个细胞是地球上细胞生命体功能和进化的基本单元。单细胞精度的高通量功能分选是解析生命体系异质性机制、探索自然界微生物暗物质的重要工具。单细胞拉曼光谱(SCRS)能够在无标记、无损的前提下揭示细胞固有的化学组成，因此拉曼激活细胞分选技术(RACS)日益受到广泛关注。但是分选通量是当前限制其广泛应用的最重要的瓶颈之一。据此，青岛能源所单细胞中心马波研究员与徐健研究员带领的多学科交叉团队通过耦合SCRS和液滴微流控技术，发明了拉曼激活单细胞液滴分选技术(Raman-activated single-cell Droplet Sorting RADS)，这是目前已公开报道的工作中分选通量最高的RACS系统。该工作于11月3号在线发表于Analytical Chemistry。 /p p 　　单细胞中心前期发明了基于微流控芯片的流式RACS技术(Zhang, et al, Analytical Chemistry, 2015)，通过集成基于介电的单细胞捕获释放和电磁阀吸吮技术，实现了高速流动状态下单细胞的捕获、拉曼采集、释放和分选，通量达~60 个细胞/分钟。为了进一步提高通量，研究人员提出，单细胞经液滴包裹后，通过耦合介电可实现超高通量分选。液滴包裹不仅可以保护细胞免受分选过程中的损伤，还能够与分选后细胞的培养、DNA、RNA、蛋白等的提取与分析等无缝衔接。因此，RADS技术有着广阔应用前景。 /p p 　　然而，在RADS技术中存在诸多技术难题。首先，液滴表面凸/凹的形状会产生透镜效应，从而影响拉曼激光聚焦，降低空间分辨率，最终导致无法获取液滴中细胞的拉曼信号。其次，单细胞液滴包裹需要油相的引入，而油相具有强拉曼背景，会严重影响细胞拉曼信号的精确获取。第三，如何实现拉曼采集、分析、单细胞液滴包裹及分选的自动化集成未见先例。单细胞中心研究人员巧妙利用先获取单细胞拉曼信号，后进行单细胞液滴包裹的策略，有效解决了液滴对拉曼信号采集的影响 同时，在线集成液滴发生和分选同步进行，大大简化了系统操作步骤 最后，通过自主开发的软件，实现了拉曼采集、分析、单细胞液滴包裹及分选的高度自动化。该系统实现了高产虾青素之雨生红球藻的精确化(分选准确率高达98.3%)、高通量(260 细胞/分钟)筛选。研究人员还证明，分选后有92.7%的雨生红球藻细胞保持活性并可增殖，和未经分选的对照组相比没有显著性差异，说明RADS技术充分保护了细胞的活性。 /p p 　　单细胞中心前期已证明，基于单细胞拉曼成像的拉曼组(Ramanome)技术能够非标记、非破坏性地识别与分析几近无限的细胞功能。与拉曼组技术相耦合的RADS将能够高通量分选广泛的细胞功能，从而允许下游特定功能单细胞的培养或组学分析。这一工作为研制高度通量化与集成化的单细胞拉曼分选与测序系统奠定了基础。 /p p 　　论文共同一作是青岛能源所单细胞中心的王喜先与任立辉。本工作得到了中科院武汉水生所胡强研究员、北京大学王玮教授等的帮助，并得到了中科院仪器专项、国家自然科学基金、中国博士后科学基金和山东省自然科学基金等的支持。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" W020171108322918001267.jpg" style=" HEIGHT: 279px WIDTH: 500px" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/noimg/dee566b0-1166-47be-9cbd-0a240348aece.jpg" width=" 500" height=" 279" / /p p /p p & nbsp /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 图1 拉曼激活单细胞液滴分选(RADS)系统示意图 /p

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　单个细胞是地球上细胞生命体功能和进化的基本单元。单细胞精度的高通量功能分选是解析生命体系异质性机制、探索自然界微生物暗物质的重要工具。单细胞拉曼光谱（SCRS）能够在无标记、无损的前提下揭示细胞固有的化学组成，因此拉曼激活细胞分选技术（RACS）日益受到关注。但分选通量是当前限制其广泛应用的瓶颈。中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心研究员马波与徐健带领的多学科交叉团队，通过耦合SCRS和液滴微流控技术，发明了拉曼激活单细胞液滴分选技术（Raman-activated single-cell Droplet Sorting RADS），这是目前已公开报道的工作中分选通量最高的RACS系统。相关研究工作在线发表在 em Analytical Chemistry /em 上。 /p p 　　科研人员前期发明了基于微流控芯片的流式RACS技术，通过集成基于介电的单细胞捕获释放和电磁阀吸吮技术，实现了高速流动状态下单细胞的捕获、拉曼采集、释放和分选，通量达~60个细胞/分钟。为了进一步提高通量，研究人员提出，单细胞经液滴包裹后，通过耦合介电可实现超高通量分选。液滴包裹不仅可以保护细胞免受分选过程中的损伤，还可与分选后细胞的培养、DNA、RNA、蛋白等的提取与分析等无缝衔接。因此，RADS技术有着广阔应用前景。 /p p 　　然而，在RADS技术中存在诸多技术难题。首先，液滴表面凸/凹的形状会产生透镜效应，影响拉曼激光聚焦，降低空间分辨率，导致无法获取液滴中细胞的拉曼信号。其次，单细胞液滴包裹需要油相的引入，而油相具有强拉曼背景，会严重影响细胞拉曼信号的精确获取。第三，如何实现拉曼采集、分析、单细胞液滴包裹及分选的自动化集成未见先例。研究人员巧妙利用先获取单细胞拉曼信号，后进行单细胞液滴包裹的策略，有效解决了液滴对拉曼信号采集的影响；在线集成液滴发生和分选同步进行，简化了系统操作步骤；最后，通过自主开发的软件，实现了拉曼采集、分析、单细胞液滴包裹及分选的高度自动化。该系统实现了高产虾青素之雨生红球藻的精确化（分选准确率高达98.3%）、高通量（260细胞/分钟）筛选。研究表明，分选后有92.7%的雨生红球藻细胞保持活性并可增殖，和未经分选的对照组相比没有显著性差异，这说明RADS技术充分保护了细胞的活性。 /p p 　　前期研究已证明，基于单细胞拉曼成像的拉曼组（Ramanome）技术能够非标记、非破坏性地识别与分析几近无限的细胞功能。与拉曼组技术相耦合的RADS将能够高通量分选广泛的细胞功能，从而允许下游特定功能单细胞的培养或组学分析。这一工作为研制高度通量化与集成化的单细胞拉曼分选与测序系统奠定了基础。 /p p 　　研究工作得到了得到了中科院仪器专项、国家自然科学基金、中国博士后科学基金和山东省自然科学基金等的支持。　 /p p br/ /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171108379243922765.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/6707be3b-54a6-42a1-861d-30e8d5f0f10d.jpg" uploadpic=" W020171108379243922765.jpg" / /p p style=" text-align: center " 拉曼激活单细胞液滴分选（RADS）系统示意图 /p

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多重耐药菌（MDR）和其耐药性的传播已成为全球公共卫生问题。MDR引起的血流感染往往病情较重，快速完成药敏检测并采取有针对性的治疗措施，对降低患者的死亡率至关重要。目前，病原药敏试验耗时很长，导致临床医生主要依赖经验进行治疗。开发一种简单、快速、准确，而且临床广谱适用的药敏表型试验方法一直是临床上的迫切任务。近期，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心与北京协和医院、青岛大学附属医院和青岛星赛生物等合作，以替加环素治疗败血症为模型，利用重水标记单细胞拉曼光谱技术（D2O-SCRS），建立自动化版本的拉曼病原体药敏快检系统（CAST-R），将常见病原体（血液感染阳性培养瓶内）的药物敏感性实验（AST）的时长缩短至3小时，实现10倍加速，可在培养瓶报阳当天得出药敏结果。　　该研究从血培养阳性培养瓶中样本开始，使用CAST-R中自动化液体处理工作站（PLS），一站式完成样品D2O孵育、自动清洗和芯片定位。然后，利用仪器内置的软件（自主研发的算法）实现细胞精准定位与高通量拉曼光谱采集。最后，结合机器学习实现光谱采集过程的自动化和智能化以及光谱的质量控制，得出准确药敏结果。CAST-R可针对血培养阳性培养瓶中的病原体直接进行自动化的药敏试验，速度提高了10倍。青岛能源所单细胞中心前期提出“最小代谢活性抑制浓度（MIC-MA）”这一测量药物敏感性的新概念。在此基础上，该研究引入了“eMIC-MA”概念，以有效排除菌株起始状态和仪器改变对检测结果的影响。通过CAST-R测试100株鲍曼不动杆菌临床分离株对替加环素药敏性，与临床金标准（微量肉汤稀释法；BMD）相比较的基本一致率和分类一致率分别为99%和93%，从而验证CAST-R的准确性和可靠性。进而，针对26例患者血培养阳性培养瓶，测定了常见血流感染菌对替加环素、美罗培南、头孢他啶和氨苄西林/舒巴坦等8种抗生素的药物敏感性，并与BMD结果相比，分类一致率达到93%，验证了CAST-R在血流感染用药上的广谱适用性。相关成果发表在mLife上。研究得到中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金委国家重大科学仪器研制项目、中科院科技服务网络计划区域重点项目、广州生物岛实验室等资助。

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肿瘤药敏性检测方法学是抗癌药物评价和筛选的前提，也是临床化疗方案设计的基础。中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心开发了基于拉曼组的肿瘤单细胞药敏检测新方法D2O-CANST-R，具有快速、低成本、单细胞器精度、识别耐药细胞、体现抗癌机制、可对接单细胞分选和测序等特色，为癌细胞-药物互作研究、抗癌药物筛选等提供了新手段。　　化疗在恶性肿瘤的治疗手段中占重要地位，如使用得当，单纯或辅助化疗即可根治部分肿瘤；对于一些晚期肿瘤，化疗也可用于姑息性治疗。然而，各种肿瘤类型间或不同患者个体间，其药物应激反应均存在显著差异，且化疗过程中耐药细胞的产生会削弱抗癌药物疗效。因此，快速、低成本、可识别耐药细胞、揭示药物应激机制的肿瘤药敏检测方法，对抗癌药物研发和临床精准用药十分重要。　　目前，主流的肿瘤药敏检测方法，如比色法、生物发光法、荧光分析法等，通常依赖于终点检测，即区分细胞死活，难以定量、特异性地测量药物对癌细胞的“代谢抑制”程度。同时，基于细胞群体反应的检测手段，难以检测癌细胞群体中极个别的耐药细胞；这些“害群之马”在正常环境下没有生长优势，却耐受高浓度药物，因此可能造成肿瘤死灰复燃，导致临床化疗失败。　　针对这一问题，单细胞研究中心科研人员Maryam Hekmatara等以人乳腺癌细胞株（MCF-7）和雷帕霉素的互作为例，开发了重水饲喂单细胞拉曼光谱肿瘤药敏快检技术（D2O-probed CANcer Susceptibility Test Ramanometry；D2O-CANST-R）。结合肿瘤细胞拉曼组采集和多元曲线分辨-交替最小二乘法分析算法（MCR-ALS），研究发现，在1-3天的药物处理后，D2O-CANST-R能特异性地基于“代谢抑制”检测肿瘤药敏性，并能在细胞核、细胞胞质、脂质体等单个细胞器的分辨精度，追踪和区分其中蛋白质与脂质的合成速率和代谢变化，从而揭示药物作用机制。脂质和蛋白质代谢的高度活跃，是肿瘤细胞快速增殖的重要原因，因此，上述能力对于抗癌药物的机制研究和筛选具有重要价值。重水饲喂单细胞拉曼光谱肿瘤药敏快检技术D2O-CANST-R　　基于前期单细胞研究中心提出的“拉曼组”（ramanome）和“药物应激拉曼条形码”（Raman Barcode of Cellular response to stresses；RBCS）等概念，科研人员还揭示了真核生物（人乳腺癌细胞和酵母细胞）之间、细胞器之间、药物浓度之间、药物处理时长之间、生物大分子代谢途径之间等，在单细胞精度代谢应激机制上的异同。因此，D2O-CANST-R还具有高时空分辨率、信息量丰富、揭示代谢层面机制等特点。此外，在高剂量雷帕霉素（500或5000×IC50）处理后，仍存在保持较高代谢活性的癌细胞，即耐药细胞。D2O-CANST-R识别肿瘤耐药细胞和测定耐药异质性的能力，对于药物机制研究、抗癌药物评价和筛选等具有重要意义，并具备辅助精准化疗方案设计的潜在能力。　　单细胞研究中心前期针对临床抗感染用药，提出了“重水饲喂单细胞拉曼药敏快检”原理，引入了“最小代谢活性抑制浓度”（MIC-MA）这一衡量药敏性的新概念，发明了“单细胞光镊微液滴拉曼分选”（RAGE）和“单细胞微液滴流式拉曼分选”（RADS）等核心器件，研制出“临床单细胞拉曼药敏快检仪”（CAST-R）和单细胞拉曼分选-测序耦合系统（RACS-Seq）等；针对临床样品，证明了单个细菌细胞精度同时测定抗生素药敏表型和高覆盖度基因组的可行性（Xu T, et al, Small, 2020）。该研究是上述单细胞技术体系针对人体细胞与药物互作的拓展，不仅将服务于肿瘤药物研发、肿瘤精准用药等，而且为肿瘤单细胞分选和多组学研究提供了新的技术路线。　　相关研究成果发表在《分析化学》（Analytical Chemistry）上。研究工作由青岛能源所研究员徐健主持完成，得到国家重大科学仪器研制项目（国家自然科学基金委员会）和中科院前沿局人才项目等的资助。　　论文链接相关介绍：徐健 中国科学院青岛生物能源与过程所研究员、单细胞中心主任 山东省能源生物遗传资源重点实验室主任。2003年华盛顿大学计算机科学硕士和生物化学博士，2003-2004年华盛顿大学基因组科学和系统生物学中心博士后。2004-08年于华盛顿大学基因组研究院任基因组拼装和分析团队负责人。2008年入选中科院“百人计划”并全职加入中科院青岛生物能源与过程所。研究方向为单细胞分析仪器和大数据，及其在微生物组、合成生物学和生物安全等领域的应用。论文发表于Science, Cell Host Microbe, Sci Adv., Nature Commu.等130余篇，被引用10000余次(H-index 43)。获青年拔尖、创新领军人才、国家杰青基金、中国青年科技奖等支持。中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心简介：中国科学院青岛生物能源与过程研究所是由中国科学院、山东省人民政府、青岛市人民政府于2006年7月启动筹建，2009年11月30日通过共建三方验收并纳入中国科学院“知识创新工程”管理序列的国立科研机构。单细胞中心的核心使命是以基因组工程、工具酶开发、先进成像、微流控器件、大数据等为主要方法学支撑，围绕细胞工厂构建、微生物组快检及机制等领域的关键科学和技术瓶颈，开发单细胞分析、分选、测序与培养技术，研制与产业化单细胞分析仪器系列，从国产装备的角度支撑单细胞大数据网络和微生物组天网等原创大数据系统，服务于工业生物技术、大健康、海洋资源挖掘、环境保护与修复、生物安全等应用领域。

目前市场上有大量的益生菌品牌和产品，但质量参差不齐，给消费者带来极大困扰，也阻碍了产业的健康发展。此问题的根源在于目前业界缺乏快速、准确、全面、低成本的益生菌产品质检手段。青岛能源所单细胞中心联合中国食品发酵工业研究院、青岛东海药业和青岛星赛生物科技有限公司等，开发了基于拉曼组原理的益生菌单细胞质检技术SCIVVS，为突破这一紧迫的技术瓶颈提供了全新的解决方案。该工作近日发表于iMeta杂志。 基于拉曼组原理发明益生菌单细胞质检技术SCIVVS 　　益生菌产品的市场规模已近千亿，但是存在大量的“鱼目混珠”现象。其重要原因是益生菌质检的方法学局限性。由于这些方法大多依赖于分离培养或元基因组测序，因此存在耗时长、成本高、难以快速测定细胞活性和代谢活力及其细胞间异质性、复合益生菌产品深度质检困难、流程繁琐、难以自动化等瓶颈性问题。这些局限性导致益生菌产品难以快速、低成本、全面、深度地进行质检，很大程度上阻碍了益生菌产业的健康发展。 　　针对这一产业瓶颈，青岛能源所单细胞中心张佳副研究员、任立辉高级工程师、张磊博士、公衍海助理研究员等带领的研究小组，联合中国食品发酵工业研究院、青岛东海药业和青岛星赛生物等团队，基于拉曼组原理，开发了一种名为SCIVVS(Single-Cell Identification, Viability and Vitality tests and Source-tracking)的单细胞精度益生菌质检技术体系。针对益生菌产品，SCIVVS首先不是提取总核酸或者进行平板培养，而是提取所有的细胞进行重水饲喂和单细胞拉曼光谱的高通量采集。在每一张拉曼光谱上，利用其指纹区，基于与益生菌单细胞拉曼光谱参照数据库的比对，快速完成每个细胞的种类鉴定环节。通过构建21种法定可食用益生菌的标准菌株拉曼光谱数据库，SCIVVS可实现平均高达93%的分辨准确度。同时，利用其重水利用峰(C-D峰)，则可针对每个物种，量化每个细胞的活性、代谢活力等。进而可通过拉曼激活单细胞分选技术，快速获得目标种类或目标代谢活力的单细胞，从而对接下游单细胞全基因组测序或培养。 　　为了支撑SCIVVS，在国家重大科学仪器研制、国家重点研发计划等项目的支持下，青岛能源所和青岛星赛生物合作研制成功了单细胞拉曼光镊分选仪(RACS-Seq)、高通量流式拉曼分选仪(FlowRACS)等原创仪器产品。运用RACS-Seq，研究人员直接从纯种或复合益生菌产品出发，在5个小时之内，完成了精确到每个物种的活细胞计数、活力定量和活力异质性测量。同时，针对乳酸杆菌、双歧杆菌或链球菌等各种益生菌，均能产出高质量的单细胞基因组(覆盖度可高达99.4%)，从而完成精准溯源。 　　对比目前的益生菌产品质检方法，SCIVVS具有快速、准确、全面、低成本、易于自动化等优势，较传统方法快20倍以上，而成本仅为传统方法的1/10，且能免培养、高精度、自动化、一站式地完成产品中每个物种的活细胞计数、活力定量、活力异质性测量和溯源，有望形成新的技术标准。在此基础上，该合作团队将基于“益生菌单细胞技术联盟(A-STEP)”，联合益生菌产业领军企业，建立一个“标准化”、“一站式”、“公益性”的技术服务体系，为实现从生产端到消费端的益生菌产品质量规范化，提供一个原创的、切实可行的解决方案。 　　该工作由单细胞中心徐健、中国食品发酵工业研究院姚粟、青岛东海药业崔云龙等主持完成，得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和国家重点研发计划青年科学家项目等项目的支持。

海洋是地球上最大的活跃碳库。海洋微生物在全球碳循环中具有重要作用，而由于大部分海洋微生物尚难以培养、原位代谢功能难以测量等技术瓶颈，关于海洋微生物光合固碳的原位功能机制等重要问题存在争议。中国科学院青岛生物能源与过程研究所与英国牛津大学、英国谢菲尔德大学、山东省海洋科学研究院等合作，基于CO2固定活性靶向性的拉曼分选耦合单细胞基因组（scRACS-Seq）等仪器、手段，揭示了海水中原位进行光合固碳的SAR11类群，并发现它们以视紫红质作为捕光系统来驱动海水中CO2的固定。近日，相关研究成果发表在《生物设计研究》（BioDesign Research）上。　为了识别海洋微生物组中哪些细胞在原位固定CO2，青岛能源所单细胞研究中心高级工程师荆晓艳、助理研究员公衍海和博士徐腾带领的研究组，利用稳定同位素13C标记的无机碳底物饲喂新鲜海水样品，通过单细胞拉曼光谱中类胡萝卜素等色素特征峰的“红移”现象，建立了在免培养前提下原位固定CO2之单细胞的识别和测量流程。基于单细胞中心等研制的scRACS-Seq系统，科研人员建立了针对CO2固定活性等代谢表型的功能靶向性单细胞拉曼分选与测序方法。运用scRACS-Seq体系，该研究在中国山东省青岛崂山湾真光层海水中识别和分选到一系列进行海洋原位固碳代谢的Pelagibacter属单细胞（Pelagibacter属单细胞来自SAR11等类群）。基于SAR11单细胞全基因组序列（覆盖度最高达到100%）的进化分析、基因功能预测与代谢途径重建，研究表明：它们具有完整的类胡萝卜素合成途径，印证了上述单细胞拉曼光谱基于色素峰红移来识别和表征CO2固定活性的原理；发现了基于视紫红质的光激活质子泵系统，包括双加氧酶（Dioxygenase enzyme）、视紫质光敏感蛋白（Proteorhodopsin）、F-型ATP合成酶（F-type ATPase）等关键蛋白；它们拥有大部分进行CO2固定的Calvin-Benson循环途径的基因。研究提示，这些SAR11细胞可能通过基于视紫红质的光激活质子泵系统，来驱动基于Calvin-Benson循环的海水原位固碳。为了验证这一假设，研究将这些SAR11单细胞基因组中四个预测为视紫质光敏感蛋白的基因在大肠杆菌中进行异源表达。结果证实，它们能够合成视紫质且其中的两个基因与GenBank中的基因均无显著同源性，属于一类全新的视紫质光敏感蛋白。因此，这些视紫红质介导的光激活质子泵系统或是SAR11在海水中原位进行光合固碳的能量引擎。SAR11难以培养且研究工具匮乏，但本研究在单细胞精度揭示了SAR11的代谢表型组和完整基因组，从而建立了视紫质光敏感蛋白和海水原位CO2固定之间的功能关联。这一原创的“拉曼介导靶向单细胞基因组”（scRACS-Seq）仪器体系，克服了当前“拉曼介导靶向元基因组”手段通常难以在单个细菌细胞精度获得高覆盖度基因组的瓶颈，因而对于环境中生命暗物质的功能探索和机制解析具有共性的方法学意义。研究工作得到国家重大科研仪器研制项目等的支持。论文链接单细胞精度的海洋微生物组功能靶向性拉曼分选与测序技术（scRACS-Seq）

抗生素抗性的频繁出现对现代医学提出挑战。探讨抗性的进化过程对遏制其全球传播至关重要。抗性进化过程涉及高度复杂的表型异质性响应。在抗生素处理下，基因完全相同的微生物菌群中会出现小部分可耐受抗生素的细胞亚群。该存活的亚群在抗生素存在时不能生长，但在去除抗生素后可恢复生长，造成长期复发性感染，也是后续发生抗性基因突变的关键储库。然而，由于耐受亚群的复杂异质性响应且生长停滞，从大量细菌群体中识别耐受亚群并追踪其生理进化轨迹仍是挑战。 近日，中国科学院城市环境研究所朱永官院士团队与崔丽研究组在《德国应用化学》上，发表了题为An Isotope-Labeled Single-Cell Raman Spectroscopy Approach for Tracking the Physiological Evolution Trajectory of Bacteria toward Antibiotic Resistance的研究论文。该研究通过发展单细胞拉曼-氘标同位素-多元统计分析等多种技术联用的方法，在单细胞的高精度水平原位解析了细菌响应的异质性，并从大量细菌群体中灵敏识别出表型亚群的分化及动态变化，实现了抗性突变前细菌表型生理轨迹的快速原位追踪，为遏制抗性进化提供重要指导。 该研究将细菌多次循环暴露于临床治疗剂量的抗生素，进化出抗生素抗性。研究利用重水标记的单细胞拉曼光谱以不依赖培养的方式，检测进化过程中细菌的原位活性。结果发现，在未发生抗性突变的情况下，细菌在抗生素压力下的活性随处理循环逐渐增加，说明其表型耐受性逐渐提高。进一步，研究利用UMAP多元统计算法对所有进化阶段的上千个细菌的单细胞拉曼指纹区间进行分析。根据拉曼指纹指示的细菌表型生理响应，从初始基因型完全相同的细菌群体中，研究识别出随抗性进化发生分化的四个表型亚群，即敏感菌群、原生耐受菌、进化耐受菌和进化抗性菌，并灵敏捕捉到四个亚群随进化过程的动态变化。至此，基于单细胞拉曼所揭示的细菌原位表型异质性响应，科研人员绘制出抗性进化的生理轨迹图。细菌全基因组测序对所揭示的表型进行交互验证，并解析了表型产生的遗传基础。表型分化对维持整个菌群的生存和进化至关重要。由于表型分化远早于抗性突变，识别表型分化对指导临床用药以及减少抗生素耐受性和抗性突变的发生具有重要意义。研究利用明显区分的四个亚群的拉曼图谱，挖掘出耐受性和抗性突变的拉曼标记峰，促进了抗性进化不同阶段尤其是表型耐受性的快速精准识别。 该单细胞分析平台可以拓展到更广泛的抗生素或非抗生素化学品诱导的抗性进化研究。未来可以将该单细胞拉曼与靶向单细胞分选和多组学技术联用，实现耐受性和抗性表型与基因型的精确关联，促进进一步阐释进化机制。研究工作得到中科院“从0到1”原始创新项目、国家自然科学基金创新研究群体项目、福建省自然科学基金等的支持。 单细胞拉曼-同位素标记-多元统计分析追踪细菌抗生素抗性进化的轨迹

style type=" text/css" .TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt } /style p 　　通过光合作用固定的二氧化碳与太阳能在生物体内有三种主要的存储形式：多糖、油脂和蛋白质，共同构成了生物碳存储与生物能源产业的物质基础。目前，对细胞中这三类高含能储碳分子的识别、表征和定量极为繁琐，通常难以在单个细胞精度测量，这限制了光合固碳细胞工厂的筛选与改造效率。中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心发明了基于“拉曼组”的单细胞快检技术，能够在单个细胞精度同时测量淀粉、甘油三酯、蛋白质含量以及油脂不饱和度，为细胞工厂的性能测试平台增添了崭新的手段。11月19日，相关研究工作在线发表在 em Biotechnology for Biofuels /em 上。 /p p 　　测定细胞中淀粉、甘油三酯和蛋白质的含量通常需要三个并行流程，每个流程都包括细胞培养以积累足够生物质、从生物质中提取并分离目标化合物、用特定方法定量目标组分等繁杂的步骤。这些传统方法遵循着“一个流程检测一种生物大分子”的模式，既耗时又耗力，而且难以分析生长缓慢或尚未培养的细胞。因此，发展一种快速、低成本、高通量、同时测定单个细胞中多种储碳分子的方法具有重要价值。 /p p 　　“拉曼组”（Ramanome）是特定状态下，一个细胞群体之单细胞拉曼光谱的集合。研究人员以莱茵衣藻、微拟球藻等为模式，基于拉曼组技术，建立了同时定量单个细胞中淀粉、蛋白质、甘油三酯含量和脂质不饱和度的方法（如图）。由于拉曼组可直接跳过微藻细胞培养扩增，而且在不破坏细胞的前提下于秒级别完成测量，因此筛选速度提高了至少两个数量级。在此基础上，研究人员提出了累积多样性指数、累积含量和累积异质性、最小取样深度和最安全取样深度等新概念，建立了拉曼组取样深度与表型测量精度的关联，从理论上指导了拉曼组测量参数的选择与优化。该研究进一步提出，13个特定拉曼峰组合而成的“细胞储碳谱拉曼识别码”可灵敏、可靠、高通量地表征单个细胞中的淀粉、蛋白质、甘油三酯含量和油脂不饱和度等关键表型，并区分与揭示细胞中储碳组分及其相互转化的静态与动态特性。此外，在液体悬浮培养的活细胞、-80℃冷冻保存的湿藻泥和冷冻干燥藻粉等不同细胞保藏状态下，测量结果之间高度一致，因此拉曼组技术具有应用上的普适性。 /p p 　　合成生物学领域的跨越式进展，在相当程度上取决于“基因型设计”、“基因型合成”、“细胞表型测试”这三大共性技术平台的突破。随着基因组测序与合成在通量与成本上的大幅度改进，“细胞表型测试”这一共性环节已成为人工细胞构建与生物元件表征的“限速步骤”之一。科研人员提出的拉曼组技术能够在单个细胞精度无需标记、非破坏性、快速地识别理论上近乎无限的细胞表型，结合前期发明的RADS、RAMS等一系列单细胞流式拉曼分选技术，能够实现单细胞功能识别、分选、测序与培养这一“细胞表型测试”完整流程的通量化、仪器化与自动化。因此，拉曼组有望成为具有普适性的新一代细胞功能测试仪器平台与单细胞表型大数据类型，服务于能源、环境、健康、海洋、生物安全等诸多应用领域的合成生物学研究与产业。 /p p 　　研究工作获得了国家自然科学基金委、中科院含碳气体生物制造等的支持。 /p p style=" text-align:center " img alt=" " oldsrc=" W020171123403376764262.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/uepic/f3893125-4828-463f-99db-27fcc4d84b7a.jpg" uploadpic=" W020171123403376764262.jpg" / /p p style=" text-align: center " 拉曼组技术同时测定单个微藻细胞中淀粉、蛋白质和甘油三酯含量　 /p

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 细胞是生物体和生命活动的基本单位,细胞分析对于细胞结构和功能的研究、生命活动规律和本质的探索、疾病的诊断与治疗、药物的筛选与设计等都具有十分重要的意义。作为细胞研究的“标配”，创新细胞分析技术在生命科学基础研究、生物制药、新型治疗方法中的应用与进展不可不知！ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 仪器信息网举办的“细胞分析技术与应用”专题网络研讨会在6月5日成功召开，本次会议报告干货十足，诚意满满，对广大细胞分析领域用户的研究工作具有一定指导意义。错过了直播的小伙伴不要遗憾，部分专家的精彩报告视频回放即刻奉上! /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 报告题目：《单细胞试剂盒分析》 /strong /span /p p span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong /strong /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 212px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/c6e217a3-3a1c-404e-ab9a-af4cc9876f3b.jpg" title=" 001.jpg" alt=" 001.jpg" width=" 200" height=" 212" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 江德臣，南京大学化学化工学院及生命分析化学国家重点实验室教授，博士生导师，单细胞分析课题组组长，教育部青年长江学者,江苏省化学化工学会质谱专业委员会秘书长。研究兴趣为高内涵单细胞分析方法和装置的建立，及其在细胞信号传导机制研究中的应用。以第一/通讯作者在PNAS、JACS、Anal Chem 等期刊发表学术论文50余篇。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 单细胞分析可以揭示细胞个体特征，以助于理解细胞自身的复杂性及彼此之间存在巨大差异，具有重要的生物学价值。在过去的六年中，江德臣教授所在实验室发展了基于微/纳试剂盒的单细胞分析策略，将宏观维度生物测量理论与方法引入单细胞分析中，建立了通用性强、通量高且可测量单细胞及单细胞器内生物分子活性的新型分析方法和装置。 span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/video_105263.html" target=" _blank" （ span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 点击查看视频回放 /span ） /a /strong /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 报告题目：《微流控芯片单细胞分泌分析》 /strong /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 239px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/c6f4bf34-0adc-48e7-aa50-6026304a3bef.jpg" title=" 陆瑶.jpg" alt=" 陆瑶.jpg" width=" 200" height=" 239" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-align: justify font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 陆瑶，博士, 副研究员，中国科学院大连化学物理研究所单细胞分析研究组组长。研究相关工作发表于PNAS，Science Signaling等国际期刊，主要科研成果在美国两家公司获得应用，作为主要发明人参与开发的单细胞蛋白分析技术获国际发明专利授权，目前已应用于CAR-T肿瘤免疫治疗药品开发及临床测试，被美国著名科普杂志科学家（The Scientist）评选为2017年度十大医疗技术发明首位。现主要从事基于微流控芯片的单细胞分析技术开发及其在人类健康/疾病相关问题中的应用等研究。 /span br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 细胞是生命存在的基础，探索生命健康与疾病常需要以细胞研究为基础。由于细胞与细胞之间存在差异，群体细胞的研究结果只能得到一群细胞的平均值，这往往会掩盖个体差异信息。为更全面的了解细胞以服务人类健康、疾病研究，单细胞分析就变得尤为必要。在过去的几年中，陆瑶老师团队开发了一系列的基于抗体条形码微流控芯片的高通量、高内涵单细胞细胞分泌分析工具，大大加深了人们对细胞分泌异质性的认识，并尝试将其服务临床实现个体化、精准医疗。 span style=" color: rgb(0, 112, 192) font-size: 14px " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " (含未公开发表内容，暂不提供回放视频) /span /strong /span /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 报告题目：《拉曼单细胞流式分选技术及应用》 /span /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 240px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/e7fe07cf-f676-4425-985b-a6b1b99d2bc7.jpg" title=" 马波.jpg" alt=" 马波.jpg" width=" 200" height=" 240" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai text-indent: 2em text-align: justify " 马波，研究员，博士生导师，中科院青岛生物能源与过程研究所微流控系统团队负责人。自2003 年起致力于微流控芯片技术在分析化学和生命科学中的基础和应用研究。目前研究方向聚焦在：基于微流控技术的高通量单细胞分析技术和仪器研究，研制了首套拉曼单细胞流式细胞分选仪；用于临床、环境和食品安全的便携式微生物检测系统；工业酶、菌株和微藻的高通量筛选、选育和定向进化研究等。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " “单细胞拉曼图谱” 是特定细胞的“化学指纹”，蕴含着该特定细胞在特定生理状态下的丰富的生化信息，通过体现细胞化学组成及其变化，能够静态和动态地表征和监测该细胞的遗传背景、生理状态及所处微环境。与现有荧光细胞分选技术FACS相比，拉曼激活单细胞分选RACS 具有无损非标记的特点。因此，马波教授团队先后研发了单细胞拉曼光镊液滴分选、高通量流式拉曼单细胞分析与分选及单细胞测序等系列关键技术，并于新近推出了单细胞拉曼分选耦合测序的RACS-SEQ系统，同时提供适用于拉曼抗生素耐药性快检、单细胞测序的芯片和试剂盒。该仪器及试剂盒将为耐药性快速检测、合成生物学细胞工厂表型筛选、工业菌株和高通量酶定向进化和筛选等提供创新的系统解决方案。 strong span style=" font-size: 14px color: rgb(0, 112, 192) " (含未公开发表内容，暂不提供回放视频) /span /strong /p p style=" text-align: center " strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 报告题目：《肿瘤靶向的拉曼SERS探针和拉曼微球的构建和应用》 /span /strong /p p strong span style=" color: rgb(192, 0, 0) " /span /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 242px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/7c59cb63-76ee-4bdd-ba86-db17ae600e1e.jpg" title=" 汤新景.jpg" alt=" 汤新景.jpg" width=" 200" height=" 242" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 汤新景，博士，北京大学药学院教授，长江学者奖励计划青年学者，国家优秀青年科学基金获得者，教育部跨世纪(新世纪)人才。近年来，在反义核酸药物及非编码RNA等功能核酸的定点修饰及其功能的精确光调控、新型荧光核酸探针和新型肿瘤靶向的光学纳米探针等方面开展了一系列的研究工作。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 拉曼纳米探针基于其高的光谱分辨率和深的组织穿透性而被广泛应用于生物体系。目前大多数的拉曼纳米探针是利用增敏金属表面负载的染料分子，且拉曼信号位于1400-1700 cm-1 范围内。鉴于此，汤新景教授设计并构建了一系列基于生物体系拉曼信号静默区（1900-2500 cm-1）的拉曼报告基团的金纳米拉曼探针以及无需金属增敏的拉曼纳米微球。通过进一步的拉曼纳米探针表面的靶向修饰和功能化，实现对肿瘤细胞、组织以及活体小鼠的特异性拉曼光谱检测或拉曼成像。 a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/video_105271.html" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 112, 192) " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong （点击查看视频回放） /strong strong /strong /span /a /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 报告题目：《肝细胞移植治疗肝衰竭的问题和策略》 /strong /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 239px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/bd1cd376-e0ab-4ac6-8ad6-43c62228704c.jpg" title=" 何志颖.jpg" alt=" 何志颖.jpg" width=" 200" height=" 239" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai text-align: justify text-indent: 2em " 何志颖，研究员，博士生导师。同济大学附属东方医院再生医学研究所执行所长、课题组长，同济大学东方临床医学院生物技术教研室主任。入选上海市浦江人才计划等。现任中华医学会医学细胞生物学分会委员、中国整形美容协会干细胞研究与应用分会副秘书长等。科研上以干细胞与肝脏再生为研究方向，开展肝细胞移植基础和应用研究，致力肝脏疾病的细胞治疗。在Nature，Cell Stem Cell，Gastroenterology等期刊发表SCI论文37篇。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 肝衰竭是多数肝脏疾病重症化的共同结局，肝细胞移植治疗肝衰竭成为新的希望。如何获得非供体来源的肝细胞、提高移植肝细胞在宿主肝脏中的植入和增殖效率及开展活体示踪评价细胞移植的安全性等，成为肝细胞移植应用于临床迫切需要解决的主要问题。何志颖老师在报告中分享了应用多能干细胞肝向诱导分化、肝向谱系重编程等方案，获得充足的非供体来源的肝系细胞；通过局部磁场干预促进移植肝细胞在受体肝脏的植入效率；通过基因修饰或在受体肝脏释放生长因子促进移植肝细胞的增殖能力，寻找特异标志物分选具有肝脏再殖能力的肝系细胞，实现了移植肝细胞在受体肝脏的有效再殖；最后，应用活体生物体内发光成像系统，何志颖教授对肝细胞移植后在体内的分布进行了动态观察，开展了肝细胞移植后在肝脏中归巢与再殖规律的研究。 a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/video_105264.html" target=" _blank" style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong （点击查看视频回放） /strong strong /strong /span /a /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(192, 0, 0) " strong 报告题目《质谱对大脑代谢通路的解析——从单细胞分析到组织成像》 /strong /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 239px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/bf5f8e7b-bab1-45d3-9b30-42440313e939.jpg" title=" 黄光明.jpg" alt=" 黄光明.jpg" width=" 200" height=" 239" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 黄光明，中国科学技术大学化学系教授，博士生导师。2001及2004年先后在北京师范大学获分析化学学士和硕士学位，2007年在清华大学获得博士学位。2012－今在中国科学技术大学化学系任教。于2013年入选中组部第四批“青年千人计划。美国质谱协会会员，中国质谱分析专业委员会委员。长期从事质谱分析及其化学、生命科学等领域的应用研究。目前主要承担国家自然科学基金青年及面上项目，中组部千人计划以及科技部重大研发计划子课题等课题。在Cell，PNAS，Angew. Chem. Int. Ed.，Anal. Chem.，Chem. Sci., Chem. Comm. 等国际期刊上发表论文50余篇，引用1200余次。于2018年获得中国质谱学会首届“质谱青年奖”。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 针对单细胞分析中的一系列技术难题，黄光明教授通过兼容膜片钳技术实现了活体细胞原位取样，并结合毫秒级超快电泳分离技术，搭建了单细胞质谱分析平台。利用该平台实现了对脑切片组织样品上的单个神经元细胞研究，在脑内发现了一条新的谷氨酸合成通路，阐释了其促进学习记忆功能的分子机制，为在单细胞内开展代谢通道研究提供了新的研究平台。 a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/video_105270.html" target=" _blank" style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong （点击查看视频回放） /strong /span /a /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 虽然会议已经结束，但是精彩仍在继续，仪器信息网已经将部分报告老师的现场讲座视频上传到仪器信息网网络讲堂，想要重复学习或者错过参与会议直播的网友，可以点击报告视频精彩回放进行学习与分享。 /span span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai color: rgb(0, 0, 0) " 更多专家报告请点击查看： /span a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20190612/486910.shtml" target=" _blank" style=" text-decoration: underline border: 1px solid rgb(0, 0, 0) " span style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) " i strong span style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) color: rgb(192, 0, 0) font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 【视频回看】单细胞原位、定量分析、无损分选，还有？“最夯”重器都在这儿！ /span /strong /i i strong span style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) color: rgb(192, 0, 0) font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " /span /strong /i /span /a /p p style=" text-align: center " span style=" text-decoration: underline " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp /span br/ /p p style=" text-align: center " strong 关注 span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 【3i生仪社】 /span 解锁生命科学新鲜资讯！ /strong /p p strong /strong /p p style=" text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/bb3dca69-d424-4faa-b6d3-f9b9d6eee2d8.jpg" title=" 小icon.jpg" alt=" 小icon.jpg" / /p

作者 | 王喜先单个细胞是地球上生命体功能和进化的基本单元，蕴藏着生长发育、衰老死亡、新陈代谢、信号传导等众多奥秘。单细胞精度的功能分选是解析每个细胞千差万别的原因、探索自然界海量陌生细胞（不可培养微生物）的重要工具，分选通量的提高将帮助研究人员累积更多的研究样本，拓展更广的筛选范围（自然环境、突变体库等）。因此，实现单细胞精度的高通量功能分选至关重要。近，中国科学院青岛生物能源与过程研究所传来喜讯，该所单细胞中心马波研究员与徐健研究员带领的多学科交叉团队，将单细胞拉曼光谱（SCRS）与液滴微流控技术耦合，发明了高通量拉曼激活单细胞液滴分选技术（RADS，Raman-activated single-cell Droplet Sorting）。该工作于2017年11月3日在线发表于美国化学会《Analytical Chemisrtry》。注：单细胞拉曼光谱（SCRS）能够在无标记、无损的前提下揭示细胞固有的化学组成。巧妙的“后液滴包裹”设计本研究开发的高通量拉曼激活单细胞液滴分选技术（RADS技术），是一种巧妙的“后液滴包裹”设计，它在微流控芯片的拉曼光谱检测点后方引入液滴包裹单元，这样就克服了制约通量提高的电磁阀作为分选驱动力的瓶颈问题，实现了基于介电力驱动的高通量分选。这使得从自然界中筛选新型的种子选手，或是从突变体库中找到更优秀的候选者，都变成现实。这项研究成功地将传统的“先养再选”思路扭转成了“先选再养”，避免了传统分选的涂平板和挑克隆的过程，省去了扩大培养、提取以及定量等繁琐过程。与传统技术相比，RADS技术的优势为：从筛选到采集，高效一体化拉曼分析过程接下来我们就来看看整个从筛选到采集的工作是如何进行的。具体来说，如下图，在微流控芯片中，细胞排着队（从左向右）一个个经过拉曼检测点（Raman），之后被逐个包裹在液滴（Oil）里面，与此同时计算机对采集到的单细胞拉曼信号进行判别，满足分选条件的，启动介电力（Dielectrophoresis），目标细胞将进入分选通道（Collect），而不满足分选条件的细胞将流入废液通道（Waste）。拉曼激活单细胞液滴分选技术在上述“流程”中的拉曼分析环节，研究团队利用HORIBA HR 800型拉曼光谱仪来采集单细胞拉曼光谱信号，配置EMCCD使得信号强度大幅提升，这对分选通量提高起到了重要作用。如果说微流控芯片、拉曼光谱仪及RADS是分析过程的三大核心结构，那么本项工作更加重要的“总指挥”则是团队自主开发的分析软件，该软件将拉曼采集、分析、单细胞液滴包裹及分选过程集成在一起，充分实现了从分选到采集的高度自动一体化。实践中的应用在上述分选技术的基础上，研究团队成功完成了大量实践研究，如高产虾青素之雨生血球藻的精确化（分选准确率98.3%）、高通量（260细胞/分钟）筛选等，并通过实验发现并证明，分选后92.7%的雨生血球藻细胞仍可保持活性并可增殖。相信后续还会有更多令人兴奋的实践研究成果不断诞生。本工作在中国科学院青岛生物能源与过程所完成，同时得到了中科院武汉水生所胡强研究员、北京大学王玮教授等的帮助，并得到了中科院仪器专项、国家自然科学基金、中国博士后科学基金和山东省自然科学基金等的支持。相关研究成果以“Raman-activated Droplet Sorting (RADS) for Label-free High-throughput Screeningof Microalgal Single-cells.”为题发表在《Analytical Chemisrtry》上。后 记报道成文过程中，小编有幸采访到以上研究的作者之一籍月彤老师，她告诉小编，“这是一个多学科交叉共同完成的工作，分析化学、生物化学、电子信息、自动化等背景的同事一起努力，终实现多信息获取下的高通量分选方案。”团队介绍中科院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心（http://www.Single-Cell.cn/）拥有约60人的研发队伍，其核心使命是研制和应用示范包括单细胞拉曼成像、拉曼激活细胞分选、单细胞测序、单细胞培养等在内的新一代单细胞分析系列仪器，以及元基因组、拉曼组等生物大数据软件，进而以微藻合成生物学、共生菌群与健康、海洋生物资源等为模式研究体系，探讨单个活体细胞精度的微生物组功能与进化机制。近，徐健研究员团队还发明了基于“拉曼组”的单细胞快检技术，能够在单个细胞精度同时测定淀粉、甘油三酯、蛋白质含量以及油脂不饱和度，为细胞工厂的性能测试平台增添了一个崭新手段。该工作于11月19日在线发表于Biotechnology for Biofuels。HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 多年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案。如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术。今天HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的首选。

2018年10月20日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心在第二十届全国分子光谱学学术会议暨2018年光谱年会，发布了自主研发的单细胞拉曼分选及测序耦合(RACS-SEQ)系统。　　RACS-SEQ系统通过拉曼组(Ramanome)分析原理、拉曼光镊液滴单细胞分选(RAGE)、流式微液滴单细胞拉曼分选(RADS)等关键器件的创新，在单细胞水平实现了非标记式拉曼表型识别与功能分选，为功能单细胞研究提供拉曼表型组与基因组的整体解决方案，以免标多维的表型组识别、精准简捷的单细胞获取，以及高效低噪的核酸扩增等为系统的三大创新特色，具有单细胞拉曼成像、单细胞表型组识别、单细胞功能分选，以及单细胞测序文库制备等四大功能。　　RACS-SEQ搭载了智能信息系统，自动化采集软件(RamLIS)可快速、准确地获取单个细胞内部所有化合物的拉曼光谱信息，一站式分析软件(RamEX)可进行在线式数据处理与挖掘，通过结合多层次/易扩展的多维表型数据库及搜索引擎(RamDB)，实现了全景式、自动化、高通量地识别与分析细胞功能。同时，通过耦合独创的光镊液滴分选系统，对任何尺寸与形状的细胞均具有良好的兼容性，分选后的功能单细胞可直接对接测序环节，进行全基因组/目标基因的解析，无需任何外源标记即可获知细胞的种系发生、生理状态，以及所处的微环境变化等关键信息，已在微生态大健康、海洋资源与监测、生物安全、工业生物技术等领域进行应用示范。

抗生素耐药性（AMR）在人类、环境和动植物间的传播，加剧全球“One Health”的负担。土壤是“One Health”的关键环节之一，所携带的抗生素耐药性可通过食物链等方式转移至人类而带来健康威胁。土壤中栖息着地球上最丰富多样的微生物，其中活性耐药菌在驱动土壤耐药性传播中具有关键作用。然而，由于高达99%的土壤微生物不可培养，针对土壤原位活性耐药菌的探索较少，土壤中抗生素耐药性风险的研究面临挑战，阻碍了AMR环境行为及阻控策略的发展。　　虽然分子生物学技术提升了我们对土壤微生物组和抗性组的认识，但基因信息仅反映耐药潜力而非耐药表型，且不能区分胞外、死亡或休眠菌的DNA，因此难以解析具体发挥作用的耐药微生物，影响AMR健康风险的精确评估。基于培养的方法仅能关注少数可培养的指示菌，忽视了土壤中大量未培养菌的贡献。因此，亟需开发合适的技术手段，从表型和基因型两个层面全面解析土壤中重要的活性耐药菌。　　中国科学院院士、中科院城市环境研究所研究员朱永官团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，发表了题为Active antibiotic resistome in soils unraveled by single-cell isotope probing and targeted metagenomics的论文。该研究通过发展单细胞拉曼-稳定同位素标记和靶向宏基因组联用技术，示踪了土壤原位活性抗生素耐药菌，量化了其表型耐药水平，并结合单细胞靶向分选与测序揭示了土壤高活性耐药菌的抗性组和移动组。朱永官团队长期致力于环境耐药性研究，并在“One Health”的背景下提出监测和防控抗生素耐药风险的方法理论框架。　　该研究利用单细胞拉曼-重水同位素标记技术，针对土壤的复杂性以及对抗生素有效性的影响，通过优化抗生素剂量、孵育时间、采谱深度，建立了准确示踪土壤活性耐药菌的单细胞方法与判别标准，利用土壤原位环境的多种已知抗性菌和敏感菌，对方法在不同土壤和不同机制抗生素的普适性和准确性进行交互验证，将方法从简单的临床耐药菌的研究拓展至包含大量未培养菌的复杂土壤环境。　　利用该方法，研究在单细胞水平和表型层面克服培养限制，直接示踪和定量了土壤原位活性耐药菌的丰度和活性水平，揭示了人类活动（如农业耕种和污染排放）显著增加土壤的表型耐药水平。由于高代谢活性耐药菌对AMR环境传播的重要作用，研究进一步提出将表型耐药水平作为环境AMR风险评价的新指标，改进了长期以来AMR风险评价仅有基因信息而无耐药表型信息的境况。　　该研究针对拉曼技术识别具有潜在健康风险的高度活跃土壤耐药菌，利用单细胞分选与靶向宏基因组测序技术，鉴定出多数高表型耐药菌属于之前难以研究的未培养菌以及一株新型的抗生素抗性病原菌，证明了土壤未培养菌是AMR的重要宿主。科研团队在单细胞水平破译了活性耐药菌携带的抗性基因、毒力因子、可移动遗传元件（包括质粒、插入序列和前噬菌体）。该工作将多种抗生素耐药表型和多种基因型关联，为剖析环境中大量未培养耐药菌提供了崭新的方法。　　该工作发展的单细胞拉曼结合靶向宏基因组的方法，为复杂环境耐药研究提供了新手段，深化了科学家对土壤活性抗生素耐药性的认知。该方法可广泛用于其他生态系统，并对在“One Health”框架下推进环境耐药性的风险评估与制定防控策略具有重要价值。研究工作得到国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、创新研究群体项目、面上项目，以及中科院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目的支持。

世卫组织专家估计，到2050年，由于抗生素耐药导致的死亡人数可能从目前估计的每年70万人增加到每年1000万人，世界生产总值的损失将达到100万亿美元。导致耐药菌出现和蔓延的一个主要原因是在治疗感染类疾病时存在滥用和过度使用抗生素的情况。目前病原菌感染在临床的检验流程如图1所示，往往需要3-7天才能从病人标本中分析出病原菌鉴定和抗生素药敏的结果。快速检测感染细菌的药敏特性对确保有效抗生素的使用和减少对广谱药物的需求起着关键作用。那么如何准确且快速的判断感染细菌的药敏特性呢？ 近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所的宋一之、复旦大学附属华山医院的王明贵和英国牛津大学的Wei Huang联合团队利用单细胞拉曼光谱-重水标记联用技术开发了一种适用于血液和尿液标本的快速药敏检测方法（FRAST），该方法将尿液和血液标本的药敏检测时间由3-4天分别缩短为3小时和21小时。 图1. 传统尿液和血液样本的药敏检测时间与FRAST的比较 FRAST方法基于拉曼光谱——重水标记联用技术，其主要原理为，细菌可通过重水（氘代水）培养可实现氘元素的标记，使拉曼光谱中的碳-氘峰成为单细胞水平细菌代谢活动的标记物。在抗生素作用下，易感菌代谢活性会受到抑制，而耐药菌则不受影响并产生明显的碳-氘峰，因此可以克服临床微生物试验对长时间培养的要求，使快速药敏成为可能。 FRAST方法的具体流程如图2所示。对于尿液感染标本，首先进行离心收集细菌，然后在共聚焦显微拉曼系统下对细菌观察并进行拉曼指纹图谱的采集，这一过程可判断尿液中是否有菌及菌量，同时将采集到的图谱利用机器学习模型与革兰氏阴性菌和阳性菌的数据库进行比对，准确预测样品中细菌的革兰氏阴阳性并以此选择合适的药敏板。将尿液加入到药敏板并作用1h后加入重水，待重水标记1h后离心洗涤样品并采集拉曼信号，通过对抗生素作用下的C-D峰的强度的统计计算读取最小抑菌浓度（MIC）。对于血液标本，则是在血培养瓶内进行培养，血培养瓶报阳后用同样的方法采集拉曼光谱并计算MIC值。 图2. FRAST用于临床尿液样本和血液样本的药敏试验流程图 在该研究中，团队对包含质控菌株和临床原始标本在内的超过3000个样本采集了6万余张单细胞拉曼光谱，并与临床金标准（微量肉汤稀释法或临床自动药敏系统）进行了对比，结果显示FRAST方法对革兰氏染色结果的预测准确率为100%（图3），药敏结果与金标准总体一致率大于88%。与其他基于Raman-DIP的病原菌药敏研究相比，该研究国际首次证明单细胞拉曼与重水标记结合可用于分析真实的尿液或血液标本中病原菌的耐药性，而且基于拉曼的革兰氏染色预测方法的整合使得FRAST成为相对独立完整的测试方法，临床医生可以无需其他手段辅助，完成“从样本到报告”的快速诊断。与近年来发展较快的耐药分子诊断技术相比，FRAST药敏是基于抗生素对细菌作用的表型，因此该结果不会因未知的耐药机制或基因表达调控影响而产生对药敏的误判。 图3. FRAST方法可以准确预测病原菌的革兰氏染色分类结果 这一成果近期发表在Analytical Chemistry上，论文标题为Development of a Fast Raman-Assisted Antibiotic Susceptibility Test (FRAST) for the Antibiotic Resistance Analysis of Clinical Urine and Blood Samples。该研究得到了科技部重点研发计划、中科院科研仪器设备研制等项目资助。 论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c04709

摘要：2021年5月，中国科学院青岛生物能源与过程研究所荆晓艳博士等人应用星赛生物的RACS-Seq®单细胞拉曼分选-测序耦合系统，以及相应的RAGE芯片和单细胞分析试剂盒（包括环境样品中微生物单细胞提取与制备、稳定同位素饲喂细胞、单细胞核酸裂解与扩增等环节）在美国微生物学会会刊《mSystems》在线发表题为“One-Cell Metabolic Phenotyping and Sequencing of Soil Microbiome by Raman-Activated Gravity-Driven Encapsulation (RAGE)”的文章。单细胞拉曼分选耦合测序（RACS-Seq）是剖析环境菌群功能机制的重要手段，但拉曼分选后单个细菌细胞基因组的覆盖度通常低于10%，极大限制了其应用。近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心基于星赛生物的RACS-Seq®单细胞拉曼分选-测序耦合系统，以及相应的RAGE芯片和单细胞分析试剂盒（包括环境样品中微生物单细胞提取与制备、稳定同位素饲喂细胞、单细胞核酸裂解与扩增等环节），首次实现了精确到一个细菌细胞、全基因组覆盖度达93%的环境菌群scRACS-Seq，为环境微生物组原位代谢功能研究提供了一个强有力的新工具。土壤是地球上最重要的生态系统之一，土壤微生物组的代谢活动支撑着农业与畜牧业，也在地球元素循环、全球气候变化中起着关键性作用。同时，土壤菌群也是地球上最多样与最复杂的微生物组之一，而其中大部分微生物尚难以培养，因此，单个细胞精度的拉曼分析-分选-测序（Single-cell RACS-Seq，简称scRACS-Seq）策略，是剖析土壤等环境菌群之代谢机制的重要手段。然而针对环境菌群的scRACS-Seq一直以来存在两大瓶颈，一是难以无损、快速地获取具有特定拉曼表型的单个细胞；二是难以获得高覆盖度的单细胞基因组数据。这已经成为scRACS-Seq技术体系在复杂菌群中得以广泛应用的关键瓶颈。针对这一业界共性难点问题，单细胞中心荆晓艳、公衍海和徐腾等组成的联合攻关小组，基于前期发明的RAGE-Seq技术（Raman-activated Gravity-driven Encapsulation and Sequencing Xu, et al, Small, 2020，点击查看），从液相拉曼分析稳定同位素底物饲喂的土壤菌群出发，将特定拉曼表型的细菌单细胞精准分离并包裹到皮升级液滴中，进而耦合下游基因组测序。结果表明：（i）土壤菌群中细胞代谢活跃的低丰度物种（如Corynebacterium spp., Clostridium spp., Moraxella spp., Pantoea spp. 和 Pseudomonas spp.等）可经耦合重水饲喂与标记的RAGE-Seq精准地识别和分选，其单细胞基因组覆盖率可高达〜93％；（ii）同样，基于RAGE-Seq，含类胡萝卜素的土壤微生物细胞（如Pantoea spp., Legionella spp., Massilia spp., Pseudomonas spp., 和Pedobacter spp.等）能实现单个细胞分辨率、高基因组覆盖度的代谢重建，从而完整、深入地挖掘其类胡萝卜素合成途径；（iii）这些“原位”合成类胡萝卜素的土壤微生物细胞中，既有代谢活跃的，也相当部分是惰性的，表明基于纯培养的策略势必错失这些代谢惰性的功能微生物，因此“原位”、单细胞精度的功能细胞识别和分离，对于全面、客观的菌群功能剖析和资源挖掘具有重要意义。精确到一个细胞的拉曼分析-分选-测序（scRACS-Seq）此外，该工作还通过组分与状态均精确可控的人工菌群，建立了系统且严格的scRACS-Seq质量评价与控制体系。基于该体系，发现该技术能将不同拉曼表型的细菌单细胞从菌群中快速、精准分离，在保证单细胞拉曼光谱质量的同时，分选准确性达100%。此外，以来自于靶标细胞周围水相的空液滴为阴性对照，发现靶标细胞序列中被菌群中其他细胞DNA污染的概率极低。上述工作定量证明了scRACS-Seq的灵敏度、特异性和可靠性。借助星赛生物的RACS-Seq®单细胞拉曼分选-测序耦合系统，以及相应的RAGE芯片和单细胞分析试剂盒（包括环境样品中微生物单细胞提取与制备、稳定同位素饲喂细胞、单细胞核酸裂解与扩增等环节），scRACS-Seq可以在复杂菌群中以单个微生物细胞的分辨率建立新陈代谢与基因组的联系，从而精确回答“谁在做什么，为什么”。该系统广谱适用于细菌、古菌、真菌和动植物细胞，正服务于涵盖各种复杂生态系统的研究和应用。

仪器信息网讯 2023年5月19日，第十六届中国科学仪器发展年会（ACCSI 2023）在北京雁栖湖国际会展中心召开，吸引了来自“政、产、学、研、用”等方面1500余位高端人士参会。会议期间，仪器信息网特别采访了中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究员、长春长光辰英生物科学仪器有限公司（以下简称为“长光辰英”）总经理李备，就国产仪器在生命科学领域中的应用进展分享了观点与看法。李备 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 总经理李备，研究员，博士生导师。2009年获得英国布里斯托大学博士，曾任英国牛津大学高级研究员。目前共发表SCI和EI收录的论文50余篇，2017年底归国任中国科学院长春光机所光学系统先进制造全国重点实验室研究员，同时创立长春长光辰英生物科学仪器有限公司，2019年获得吉林省政府特殊津贴，吉林省突出贡献专家以及吉林省领军人才（B类）；2020年获得人社部国家高层次留学人才回国资助；2021年吉林省长白山特聘领军人才，吉林省拔尖创新人才人员（一层次）；2022年国家高层次人才计划获得者。目前围绕单细胞研究开展光学技术与设备的研发和产业化，主要研究方向为单细胞精准分选技术、拉曼光谱应用于生物医学精准检测、多种光学成像技术开发及应用。团队专业方向涵盖光学、机械控制、软件开发、人工智能、生物医学等多学科领域，具备解决各种复杂问题的能力。以下是视频采访详情：拉曼单细胞“弹射”分选技术应用广泛早在2004年，李备团队就首次提出了拉曼单细胞分选技术，采用拉曼光谱技术，从细胞代谢、细胞的分子组成等多个角度对细胞进行鉴定。近两年，随着单细胞及生命医学等应用的强烈需求，拉曼光谱在生命科学领域中迎来了一次爆发式的提高。长光辰英一直聚焦于拉曼光谱在生命科学领域的应用，尤其单细胞分选技术的开发与应用。李备强调：“长光辰英专注于拉曼光谱在生命科学领域的应用，包括在科学仪器硬件、应用校正、数据处理方面解决拉曼在单细胞领域的难点。希望拉曼光谱仪能在生命科学领域发挥更大的作用。”李备详细阐述了拉曼单细胞分选技术的研发初衷点。由于当前大量的细胞通过形态学区分的标准较少，虽然荧光标记被广泛使用，但对于微生物细胞，荧光标记物及标记方法相对缺乏，尤其是对自然界环境中未知样品，因此亟需一种非标记技术，基于拉曼光谱的单细胞分选技术应运而生。对于微生物单细胞来说，尺寸小到零点几微米，同时还伴随着杂质干扰，常规的流式细胞技术在分离微生物细胞时会面临管道堵塞、操作复杂、很难获取高质量拉曼光谱信号等问题。基于此，李备团队开发了一种基于激光诱导向前转移的“弹射”分选技术。在这种技术加持下，可对功能单细胞进行很好的识别，同时实现所见即所得的“弹射”分选。PRECI SCS-R300 拉曼单细胞分选仪（点击查看）PRECI SCS-R300的单细胞分选原理李备表示：“基于激光技术的分选避免了杂质的干扰同时适用性非常强，适用于零点几微米到几十微米的细胞分离，分离准确率非常高。同时我们也开发了微孔＋液体的分选芯片，细胞被分选之后的成活率超过95%以上，测序的覆盖率在85%以上，满足了大部分应用场景。我们的拉曼单细胞的“弹射”分选技术，在2019年上市之后，已有多台设备在国内外实验室开展应用，并发表文章30多篇。”聚焦细胞/成像/制药三大领域，国产仪器自主创新的机遇与挑战乘国家政策“东风”，国产高端生命科学仪器发展创新迅猛。李备研究员回忆道：国产仪器的发展，从最早使用国内外仪器功能模块组装的集成创新，到目前主导核心模块的技术创新，甚至国产设备最为欠缺的软件部分也逐渐补强，对于国家、企业以及研究者而言，都是至关重要的，科学仪器技术决定着科研成果的高度。长光辰英自2017年成立以来发展迅速，从起初李备回国创业只身一人，到现在已有核心员工百余人。目前公司服务覆盖超过30多个地区的100多家客户，业务布局海外市场并有销售订单，正积极致力于生命科学仪器国产化发展。公司主营业务聚焦以下三个方面：第一是单细胞分析应用领域，围绕微生物单细胞资源挖掘和利用，主要基于多维光学识别技术，围绕拉曼光谱技术、荧光技术、细胞图像识别技术，实现多维度全方位识别及细胞分离功能；第二是成像技术应用领域，基于条纹转盘共聚焦技术，发展出性价比更高的国产共聚焦显微镜；第三是制药检测应用领域，针对生物制剂中颗粒物等的快检及溯源提供解决方案。谈及国产仪器自主创新的机遇与挑战时，他认为国产仪器企业要替代技术积淀几十年甚至近百年的进口企业还有一定距离，但目前在新应用角度，国产企业找到很多突破口，尤其是近些年发展起来的大数据人工智能深度学习技术方面，其先进性已经超过了国外不少品牌。引以为傲的是，长光辰英以自主核心技术，一直坚持着为生命科学研究和产业化提供一站式系列精密仪器、试剂耗材、应用方案等产品与服务。就国产化进程他分享到：“长光辰英仪器产品整机国产化率已经达到95%以上，目前聚焦解决核心零部件的问题，及人机交互包括软件和算法升级等方面进展。”时隔三年再参会：国产企业发展迅猛，参会人群多元时隔三年，李备表示这是第二次参加中国科学仪器发展年会。本次年度盛会特别设立的“细胞科学前沿技术创新与仪器成果转化”论坛，他分享了题为《拉曼分选技术前沿——细胞表型探索新工具》的报告，与现场嘉宾分享细胞科学前沿技术的最新进展，并探讨如何将科技成果与实际应用相结合，推动细胞科学更好更快地发展。他在报告中分享到拉曼光谱作为一种无损的快速分析手段，可以从分子水平上研究生物样品的物质组成与代谢功能，近年来生物医学领域引起了极大的关注。拉曼光谱是研究分子振动的一种方法，可以对样品进行快速、实时检测，它可以提供细胞、组织或与各种病理变化相关的化学特征。通过分析正常组织和病变组织之间指纹峰相对强度或峰位的差异，可以检测出生物体的异常状态。此外，结合大数据开发多维校准和聚类分类算法，拉曼光谱可以为生物医疗应用提供一种定性和定量分析方法，包括疾病筛查诊断、体外活检分子表征，术中肿瘤边缘评估、病原体和抗菌素耐药性细菌鉴定等。拉曼+新应用、新技术，有望给生命科学领域研究带来创新与突破。会后，他特别分享了本届ACCSI2023的参会感触：首先，更为多元化的参会人员令他印象深刻。大会及各论坛现场与会嘉宾不仅涵盖科学仪器参展商、供应商、代理商，还有科研专家用户以及资本方等全产业链人群。另一方面，从会议报告内容可以看出近些年国产仪器发展特别迅猛，很多仪器技术的发展不再是以前单纯追赶国外科学仪器，而是从很多方面已经赶超国外。他认为ACCSI大会平台可以为参会者提供一个很好的机会，全方位了解国产仪器技术进展及科学仪器行业发展情况。

2021年5月25日，由长春长光辰英生物科学仪器有限公司、长光辰英（杭州）科学仪器有限公司主办的“第三届微生物功能单细胞分选研讨会（2021）”在英雄城市湖北省武汉市成功举办。七十余位从事微生物学研究的专家学者与青年学生，共聚江城武汉，进行学术交流及成果分享。本次会议展示了我国学者在环境微生物、微生物生态、病原微生以及微生物单细胞技术应用等领域的最新研究进展，加强了学科交叉和协同发展。同时，学者们深入探讨了单细胞分选技术在微生物领域的应用前景及发展方向，旨在进一步推动单细胞技术及国产高端光学装备在微生物研究领域的创新应用，促进科研成果转化。会议开始，上海交通大学特聘教授、中国微生物学会环境微生物学专业委员会主任周宁一教授进行了会议开幕致辞，对过去两届微生物单细胞分选研讨会的会议情况和多个与会团队的相关研究成果进行了回顾，并对本次会议在微生物研究中的促进作用寄予期望。随后的大会报告环节分别由武汉大学陈向东教授与华中师范大学杨红教授主持。周宁一教授围绕“环境微生物研究进展与存在的问题”做了大会主旨报告，讲解了分纯培养、宏基因测序等传统技术在功能微生物研究中的作用和局限性，提出单细胞分选技术可绕过培养阶段，为研究未/难培养微生物提供一种新的思路。周宁一教授作题为《环境微生物学研究进展与存在的问题》的会议主旨报告本次大会报告精彩纷呈，中科院水生生物研究所张承才研究员、中科院苏州生物医学工程技术研究所宋一之研究员、中科院长春光学精密机械与物理研究李备研究员、上海交通大学董涛教授、哈尔滨工业大学房安然博士、长春长光辰英生物科学仪器有限公司李航博士分别作了学术报告，涵盖了细菌代谢调控、菌间竞争互作、病原菌耐药、环境未培养菌代谢分析、单细胞新技术等方向，报告嘉宾分享了各自研究领域的最新进展，以及所在领域对单细胞分选技术的应用需求，并同与会者进行了热烈的交流讨论。陈向东教授主持学术报告张承才研究员作题为《single filament analysis and genetic noise in the cyanobacterium anabaena》的学术报告宋一之研究员作题为《病原菌的单细胞拉曼光谱分析技术》的学术报告李备研究员作题为《拉曼单细胞技术在微生物领域的应用》的学术报告会上，李备研究员介绍了拉曼单细胞分选技术在微生物领域中的应用，重点介绍了自主研制的拉曼单细胞分选设备在病原菌鉴定、微生物代谢监测、肠道菌群分析、深海微生物的原位观测等方向的应用进展，并总结了微生物单细胞研究的解决方案。杨红教授主持学术报告董涛教授作题为《微生物蛋白分泌系统对单细胞间的相互作用与群体功能的作用机制》的学术报告房安然博士作题为《基于单细胞分选解析未培养环境微生物代谢功能》的学术报告李航博士展示微生物单细胞研究解决方案在随后开展的圆桌讨论环节中，各位专家学者围绕“单细胞技术是否将有助于正在进行的科学研究”、“希望微生物单细胞技术未来实现哪些功能”、“单细胞分选在“未/难培养微生物”的可培养研究中发挥的功能”、“微生物单细胞分选如何成为通用研究方法”四个议题开展了热切深入的讨论，指出了微生物领域对单细胞分选技术的共性需求及不同领域的个性需求。学者们认为单细胞技术有望开启微生物领域的新时代，拉曼光谱系统、超快三维成像系统与可视化单细胞精准分选系统相结合，为实现微生物单细胞培养组、基因组、代谢组等研究提供了有力工具；未来随着单细胞技术的不断发展，必将为复杂环境下微生物生态、菌群互作、代谢机制及功能研究带来突破性进展。圆桌讨论会议在产品体验环节，与会者参观并试用了长光辰英的单细胞仪器系列产品，包括拉曼单细胞分选仪、共聚焦拉曼光谱仪、超快共聚焦三维成像系统、恒温核酸快速检测仪等。工作人员重点讲解了仪器性能、优势以及应用方案，并针对嘉宾关注的问题进行了现场解答，得到了到场专家及同学们的一致好评。仪器展示环节工作人员与老师们进行交流与会嘉宾进行学术交流长光辰英在此由衷地向所有参会嘉宾及代表表示感谢！感谢各

[报告简介]在此次研讨会上，来自美国PSC公司的Mustafa Kansiz博士将介绍一种全新的光热红外技术（O-PTIR），包括其在生命科学、聚合物研究、微粒(微塑料)、工业故障分析等应用实例，并进行现场在线仪器演示。 通过现场在线仪器演示，大家可以直接了解光学光热红外(O-PTIR)光谱新突破技术是如何给红外光谱领域带来革命的；以及它是如何与拉曼结合，实现同时同区域同分辨率的红外+拉曼显微镜表征等内容。 在演示过程中需要进行红外拉曼测量和成像的样品包括： 单细胞细菌/孢子 单个真核细胞和组织 聚合物相分散样品 微粒(塑料微粒) O-PTIR打破了传统FTIR/QCL显微镜的所有已知限制和问题，其功能概述如下: 能够同时进行亚微米红外+拉曼显微镜(同地、同时间、同分辨率) 亚微米(~500nm) IR或(IR+Raman)空间分辨率 无IR色散散射伪影(米氏散射) 易于使用的反射模式(非接触)，提供完全可与FTIR传输数据相媲美的高质量光谱 单频(波数)成像，无需采集慢速高光谱数据 很少或无需样品准备，厚度可以从100 nm到超过10 mm，表面粗糙或光滑不限。 对IR的荧光干扰均为零，且不依赖于激光波长或样品， 在~1秒内具有佳的光谱灵敏度 无激光样品损坏和光毒性(激光功率点击此链接https://register.gotowebinar.com/register/4994277997676001040或扫描下方二维码报名注册此次会议。[报告时间] 2021年7月15日 10:00 -11:00 AM[主讲人介绍]Dr. Mustafa Kansiz, PSC公司产品运营和市场总监[技术线上论坛]http://www.qd-china.com/zh/n/2004111065734

现在生物界有一个很重要的研究方向，同时也是目前国际上最前沿的研究领域之一：单细胞生物学，美国能源部、美国科学院以及欧洲科学院都很关注这个领域。据介绍，在过去的两年中，每1到2个星期，重要学术刊物如Nature系列或Science都会有关单细胞技术的文章。而且，在剑桥的Sanger研究所单细胞研究中心就有这样一句标语：&ldquo Single cell research is the new frontier of modern cell biology(单细胞研究是细胞生物学的新前沿)&rdquo ，足见单细胞研究的重要性。 　　细胞是生物体基本的结构和功能单位，此项研究关系着胚胎的发育、癌细胞早期诊断、探索自然环境中占绝大多数的不可培养微生物等各方面的问题。其实在很早就有科学家研究单细胞的检测技术，包括显微镜、流式细胞仪、微流控及各种分离提取技术等，这些技术可以观测到细胞的大小、形态等等，但是这些还不够，其中最关键的问题是基于什么信号来分离和研究细胞，这是科学界需要问的问题，也是仪器界需要关注的问题。 　　大约十多年前，拉曼走入了单细胞研究领域。为什么会将拉曼用于单细胞的检测?目前国内外的研究状况如何?都取得了哪些成果?非常幸运的是，仪器信息网编辑在HORIBA主办的第三届国际拉曼前沿技术高端论坛（RamanFest 2015）上采访到了将拉曼用于单细胞分析的早期开拓者之一，英国牛津大学的副教授黄巍博士。英国牛津大学副教授 黄巍博士　　单细胞如何遇到拉曼? 　　黄巍在国外生活了十七年了，主要研究环境微生物和合成生物学，过去十几年中一直利用拉曼光谱进行单细胞的研究工作，同时也开发一些拉曼联用技术，可谓是将拉曼引入单细胞分析中的&ldquo 领路人&rdquo ，是什么样的原因促使他将单细胞和拉曼联系在一起呢? 　　黄巍介绍到，&ldquo 细胞那么多，如何去大海里捞针?有没有一个方法能在这一群细胞里找到有特殊功能或者特殊表型的细胞，将它们分选出来，然后再进行研究，这样效率会更高一些，这也是为什么将拉曼引入单细胞分析的一个重要的原因。&rdquo 　　&ldquo 单细胞拉曼图谱最大的特点就是无需外援标记，展现给大家的是细胞的内在信号，可以视为细胞的化学指纹或者化学画像。&rdquo 黄巍谈到，所谓的化学画像，是指细胞的表型(phenotype)，是基因和环境互相作用的结果。它不同于基因型(genotype)，基因型是由基因决定的，只是说具有某种潜质，但是不一定表达出来。也就是说，即使细胞的遗传学完全一样，表型也会出现变化，因为基因表达在某种程度上来说是一个随机的过程。 　　&ldquo 人和人之间可以通过表型例如长相、身材的不同来识别你我他，但是单个细胞在显微镜下很难从形态上看出有什么不同，而我们可以利用拉曼技术得到单个细胞水平的分子画像，进而进行细胞判别。单细胞拉曼图谱可以看作一个细胞所有分子光谱指纹的总和，而细胞任何代谢的变化都会引起细胞表型的变化，因此从理论上讲癌细胞的拉曼图谱应与正常细胞的拉曼图谱不一样，在某种程度上来讲，拉曼也许会检测到这种变化，这在癌症研究，特别是乳腺癌的研究中已经做了很多的工作。我们是想发展这样的一个概念，把单细胞的拉曼图谱看成是单个细胞的表型。&rdquo 黄巍介绍到。 　　&ldquo 现在的很多研究都需要预知某个蛋白，然后设计一个抗体，用荧光标记，然后再进行研究。但是很多时候，要预知的本来就是需要解决的问题，比如细胞胚胎发育中哪些分子发生变化了，这个时候就可以用拉曼技术来观察细胞的表型，拉曼起到探索的作用。&rdquo 　　&ldquo 再者，微生物学领域一直有一个重大的挑战，在环境中，包括人体肠道微生物里90%以上的微生物还无法在实验室分纯培养，而这些微生物和人体的代谢以及一些疾病有很多关系，它们作为身体的一部分，影响着整个身体的代谢。由于不能培养，我们很难知道它们的生理功能，当时研究的驱动力就是想怎样避开培养的问题去研究这些细胞的代谢，最终我们选择了拉曼技术，而且我们知道采用稳定同位素技术可以把细胞和代谢直接联系起来，这也更坚定了我们在这方面研究的决心。&rdquo 　　&ldquo 还有一点，现在的很多单细胞研究技术对细胞功能是有干扰的，如果标记上抗体之后，细胞的行为就不是原来天然的行为了，而拉曼可以实现无标记的检测。&rdquo 　　拉曼在单细胞检测领域中的三大挑战 　　黄巍在拉曼的单细胞分析领域已经耕耘了十多年，他说，现在高通量的分析方法，如DNA测序技术已经很成熟了，但是在表型方面的技术还比较欠缺，我们希望拉曼能作为检测表型的技术，为单细胞的检测技术贡献一部分信息。此外，他们还希望将拉曼信号作为大数据的一部分，融入到整个单细胞大数据体系中去，据悉，这部分工作在牛津大学才刚刚开始。 　　不过，同时，黄巍也介绍了拉曼在单细胞检测方面面临的三大挑战： 　　首先，拉曼信号的增强。拉曼信号天然很弱，如果采用SERS增强技术就要用金、银等纳米材料等进行修饰，这还在研究和探索过程中，而且现在对SERS的机理研究还不是很透彻，怎样提高检测灵敏度和分辨率，这是最重要的挑战 　　第二，拉曼单细胞技术和其他技术的整合。在单细胞分析中，利用拉曼技术将细胞分选出来之后要进行单细胞测序或微流控在线培养，如何将分选技术与下游的测序技术、培养技术结合起来是一个挑战 　　第三，单细胞拉曼信号的解析。单细胞拉曼信号是多分子叠加在一起的结果，甚至还有一些未知的特殊分子、蛋白等，没有标准，怎样分析、理解这些拉曼信号，如何进行数据的提取和处理也是一个很大的挑战。 　　FACS与RACS：互补，非替代 　　我们了解到，黄巍和中科院青岛能源所徐健教授的团队合作开发的&ldquo 活体单细胞拉曼分选仪&rdquo (RACS)在2013年就通过了验收并且有了样机。对于目前的进展情况，黄巍介绍到，之前的样机还处在研究应用阶段，还没有商业化出售，但是作为一个平台已经做了很多样品了。 　　虽然，世界上第一台活体单细胞拉曼分选仪已经问世，但是研究并没有停止，据黄巍介绍，2013年的样机是针对具有光合作用的细胞，有一定的局限性。最近采用了&ldquo pause release&rdquo 和单细胞弹射技术，就可以针对几乎所有的细胞。&ldquo 具体来说，我们通过控制微流控的流速，停一下，再分选，这样就可以克服拉曼信号天然比较弱的缺点，同时还可以实现自动分选。其中，单细胞拉曼检测和激光弹射分选技术可用于精确分选复杂样品和组织细胞，今年刚刚解决这个问题，预计今年年底之前就可以完成原理的证明等问题，同时也会出一系列的文章。&rdquo 　　当笔者问起，目前在单细胞研究领域用的最多的要属流式细胞仪(FACS)，RACS的出现将会给FACS带来哪些挑战?黄巍介绍到，两者之间并非是要相互替代，而是互补的。 　　黄巍介绍到，50年代开发的流式细胞仪，直到现在依然在用。流式细胞仪是基于荧光信号的，而每一个荧光信号都需要一个滤光片，最好的也就是可以同时看几十个信号，而拉曼图谱包括1000多个信号，是一个很复杂的指纹信息，相比FACS，RACS的拓展面要大很多。 　　&ldquo 不过，两者并非是要谁替代谁，总体来说是互补的，&rdquo 黄巍介绍到，&ldquo 虽然表面上看起来FACS比RACS速度快，但是RACS得到是整个细胞表型的图谱，相当于给细胞画像，如果是这样的话就不算慢了。&rdquo 　　&ldquo 此外，2007年，我们和维也纳大学的Michael Wagner教授也发展了Raman FISH(拉曼-荧光原位杂交)技术，可以把荧光和拉曼的技术结合起来。荧光标记某些特定的细胞，可快速识别，作为粗筛，缩小范围之后再用拉曼获取单细胞表型，进行细分。&rdquo 　　同时，黄巍也指出，&ldquo FACS发展了40多年后才成熟，RACS要做到成熟，还需要一点时间。&rdquo 　　拉曼在生命科学&ldquo 初露头角&rdquo 合作是关键 　　据黄巍介绍，目前拉曼在生命科学中的研究目前主要聚焦两个方面的应用：微生物学和医学方面。其中后者的驱动力更大一些，主要体现在两个方面，一个是通过拉曼光谱技术进行癌症的早期诊断，第二个是更加前沿的拉曼辅助手术(Raman aided surgery)技术，即利用拉曼光谱技术帮助医生快速判断潜在的癌细胞，指导医生的手术，德国在这方面的研究比较多，虽然现在还只是处在实验阶段，但在临床上已经勾画了美好的蓝图。 　　但是，作为一项非常前沿的技术，现在拉曼在生命科学中的应用研究才刚刚露出水面，还处在早期阶段，不过，国外已经开始认识到它的重要性，很多课题组已经小有成果。 　　鉴于拉曼的优势，现在学术界普遍看好拉曼在生命科学的应用，很多老师反映，在德国耶拿举办的第24届国际拉曼光谱学大会 (24th ICORS)上，拉曼在生命科学中的研究就已成为一大热点话题。现在，国内的一些课题组也在尝试将拉曼用于生命科学体系的研究中，但是目前还处于初级阶段，有很多问题亟待解决，比如很多做化学的人不了解代谢的机理，亦或做生物的人很难解析拉曼谱图等。 　　对此，黄巍谈到，我个人认为这是一个分两步走的过程，可以先从一个很简单，很清楚的拉曼信号开始，比如我们采用了一个简单的方法，利用重水中的氘稳定同位素探针来判别单细胞总体代谢活性，这个原理很清楚(最新研究成果：Tracking heavy water (D2O) incorporation for identifying and sorting active microbial cells Proc Natl Acad Sci U S A. 2015 Jan 13 112(2):E194-203.)。 　　此外，对于拉曼谱图解析的问题需要很多人共同来解决，现在很多生物界的人没有拉曼的基础，但是化学家很清楚，也许当一个生物学家碰上一个化学家问题就会迎刃而解了。 　　因此，多学科的交流、合作是非常重要的，化学、分子生物学、遗传学等各学科在一起交流才会有新的突破。 采访编辑：叶建

日前，国际著名科学杂志《先进科学》（Advanced Science）发表了一篇专题文章，详细介绍了我国科学家团队在单细胞生物学研究领域的一项最新技术成果：中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心（以下简称单细胞中心）和青岛星赛生物科技有限公司（以下简称星赛生物）合作发明了拉曼流式检测技术pDEP-D LD-RFC ，该技术基于介电诱导确定性侧向位移，可高效完成单细胞聚焦、捕获/释放，针对人体细胞（肿瘤）、植物（微藻）、酵母和细菌等多种细胞类型具有广谱适用性。 《先进科学》（Advanced Science）相关文章页面截图 据悉，基于此星赛生物即将推出的升级版FlowRACS仪器，为活体单细胞代谢表型组的高通量检测提供了全新工具，研究小组已经开发了一系列应用，广泛适用于肿瘤细胞分类、微藻合成过程监控、产油酵母多表型监控、细菌药敏性检测等生命科学研究的重点高精尖领域。 活体单细胞代谢表型组流式检测技术发展简史活体单细胞代谢表型组的流式检测，在微生物资源挖掘、细胞工厂筛选、酶元件表征、生物过程监控、临床诊疗等方面，具有共性的支撑作用。此前，荧光流式和质谱流式作为常用手段被广泛接受，但经过长时间的验证，二者均在不同方面有其技术的局限性。 其中，荧光流式受限于对生物标志物需有先验知识，并引入荧光标记探针来识别生物标志物——但许多细胞都没有可靠的生物标志物，如微生物群，无论是在基因上还是在生物分子上，都不能就其多数功能进行普遍标记，且可能存在强荧光干扰问题。另一方面，质谱流式涉及到细胞破碎，难以耦合目标单细胞的下游分选、培养或测序等单细胞组学技术。于是，新的技术应运而生。与荧光流式和质谱流式等现有流式细胞检测手段相比，拉曼流式具有无需标记细胞、活体检测、信息量丰富等优势，因此是一种具有广阔应用前景的细胞分析手段。但是，新技术的诞生必将伴随实际应用带来的阵痛。高通量拉曼流式技术的应用受限于：首先，如何提高样品的普适性，以适用于不同细胞类型与不同表型的检测；其次，如何提高检测的通量，以实现高度异质性细胞群体的深度检测；最后，如何提高运行的稳定性，以支撑高度可靠的仪器使用流程。活体单细胞代谢表型组检测新技术针对上述问题，单细胞中心王喜先、任立辉、刁志钿、何曰辉等带 领的研究小组发明了“介电诱导确定性侧向位移实现单细胞聚焦、捕获/释放的拉曼流式检测技术”（Positive Dielectrophoresis Induced Deterministic Lateral Displacement-based Raman Flow Cytometry，pDEP-DLD-RFC）。 《先进科学》（Advanced Science）文章页面中，关于拉曼流式细胞检测技术原理的插图首先，新技术采取的是宽流场高流量的进样策略。其能够有效防止细胞沉降，进而实现了长时间稳定运行（＞5小时），但是此策略带来的问题就是如何在宽流场中实现快速、精准地对高速流动的单个细胞进行一一捕获，且不会漏检，也就是如何保证拉曼检测的高效率和高准确性。因此，团队又通过介电诱导细胞确定性侧向位移，实现了宽场中细胞高效聚焦地流经检测位点，从而保证了拉曼检测效率。最后，通过施加检测时间依赖的周期性介电场，实现了单细胞的快速捕获/释放，以满足各种不同细胞类型的普适性、高通量检测。 FlowRACS中介电诱导细胞确定性侧向位移实拍周期性介电场中单细胞的快速捕获/释放实拍生物过程监控及肿瘤/微生物细胞分类研究的新工具基于上述关键技术突破，星赛生物即将推出的升级版FlowRACS兼具广谱通用性、高通量、运行稳定性等性能的高通量拉曼流式检测系统，并开发了一系列应用：肿瘤细胞分类、微藻合成过程监控、产油酵母多表型监控、细菌药敏性检测。这套全新的细胞检测分选技术和仪器设备系统，将能极大提升相关领域的科研效率和能力。 在肿瘤细胞类型的快速区分场景中，基于SCRS中信息丰富的指纹区，以膀胱癌、肺癌、肾细胞癌、乳腺癌等细胞株为例，证明流式拉曼技术耦合拉曼组机器学习算法，能以平均95%的准确率，完成肿瘤细胞类型的快速判别。该方法对于肿瘤细胞质量检测等应用具有潜在的应用价值。在植物生物制造过程的代谢监控场景中，基于共振拉曼信号，实现了雨生红球藻中虾青素含量的实时监测，从而示范了单细胞精度的虾青素累积过程细胞工厂代谢状态的监控，并考察了“高光”和“缺氮”等条件对细胞虾青素累积速度及其同步性的影响。其虾青素含量检测速度达～2700 events/min，为目前最高的自发拉曼检测/分选通量。在酵母生物制造过程的代谢监控场景中，基于非共振拉曼信号，示范了油脂酵母中细胞代谢活力、甘油三脂含量、油脂不饱和度等多个关键代谢表型的同步动态监控，进而通过拉曼组机器学习、拉曼组内关联分析（Intra-Ramanome Correlation Analysis，IRCA）等算法，实现了单细胞代谢状态（准确率＞96%）的实时鉴定，以及细胞内代谢物相互转化网络的实时重建。在细菌药敏性的流式快检场景中，基于单细胞中心前期提出的重水饲喂单细胞拉曼药敏原理，以大肠杆菌和多种常见抗生素为例，开发了流式药敏快检技术，并通过与拉曼药物应激条形码（Raman Barcode for Cellular Stress-response，RBCS）、IRCA、拉曼组机器学习等算法，证明该流式药敏快检技术还能实时地判断单菌体精度的药物应激状态、构建细胞内代谢物相互转化网络等，从而揭示细菌-药物互作机制。此外，流式检测大大提高了药敏检测中SCRS取样深度，对于识别群体中通常占比很低的耐药细胞，具有重要的意义。与转录组、蛋白组和代谢物组相比，拉曼组能表征单细胞精度的底物代谢、产物合成、环境应激性、化合物相互转化等关键代谢表型，而具广谱适用、活体、无损、非标记、全景式表型、可分辨复杂功能、快速、低成本、能耦合下游测序、质谱或培养等优势，因此拉曼组是一种更接近于“功能”、更适合于临床、工业等场景的单细胞表型组。为了支撑人体、动植物和微生物拉曼组数据的自动化采集与分析，单细胞中心与星赛生物基于pDEP-DLD-RFC技术，星赛生物即将推出升级版FlowRACS仪器，将大大加速拉曼组平台的推广应用。原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202207497

记者从中国科学技术大学了解到，该校工程科学学院Zachary J. Smith教授团队与合作者一起，提出了一种基于线扫描拉曼成像系统和偶氮增强拉曼探针相结合的快速生物成像方法，实现了对细胞器动态过程的高分辨率、低功耗的影像。相关研究成果日前在线发表于学术期刊《美国化学学会杂志》。拉曼成像是一种无标记的单细胞分析技术，能够从分子水平获得细胞的结构和组成信息，广泛应用于生物医药研究领域。然而，拉曼散射截面十分微小，通常需要在高激光照度下历经数小时才能获得一帧细胞拉曼图像，无法捕捉到细胞器的时空演变信息。拉曼探针作为另一种拉曼信号增强方法，具有细胞可透过性、靶向性、低毒性等特点，但是常见的炔烃标记的拉曼探针还无法满足高分辨率的快速细胞动态成像。为此，研究人员设计了一种动态偶氮增强拉曼成像系统，能够实现对细胞器动态过程的高分辨低功耗快速拉曼成像。研究人员采用了一种新型的超灵敏共振拉曼探针，即偶氮增强拉曼散射探针，在极大提高拉曼信号的同时，能够抑制荧光背景，相对拉曼强度提高了3-4个数量级。结合自主设计的线扫描自发拉曼成像系统，实现对偶氮增强拉曼探针标记后的活细胞中多种细胞器的快速拉曼成像，并且能够获得全拉曼光谱信息。

冷冻保存技术是将细胞长期维持在稳定的状态，从而应用于各种疾病的诊断和治疗。据1970年代以来的研究显示，多种类型细胞冷冻保存后的存活率会随着冷冻速率的不同而不同。大多数种类细胞的存活率与冷冻速率呈倒U形关系：即当超过最佳冷却速率后，细胞存活率随冷冻速率的增加而迅速下降，当低于最佳冷却速率时，细胞存活率随冷冻速率的降低而迅速下降。在快速冷冻速率下，细胞内的冰晶形成（Intracellular ice formation，IIF）会对细胞造成损害，并随着冷冻速率的增加导致细胞活性丧失。然而，IIF的机制仍无定论，目前业内存在的主要有以下三个假设：（1）Mazur假设称细胞外冰晶可以穿过膜孔生长进而诱导细胞内冰晶形成；（2）Asahina则认为冷冻直接破坏细胞膜是导致IIF的原因；（3）Toner等人则提出表面催化形成晶核是造成IIF的原因。　　传统低温光学显微镜技术是有限的，高速图像采集和双光子显微镜可以提高观察细胞冷冻的空间和时间分辨率，虽然可以在低温下观察细胞反应，却不能与每个细胞的活性相关联。显微拉曼光谱技术可对细胞进行无标记检测，并可用于细胞内水的热力学状态（即液态水与冰）等化学属性进行识别，因此可作为探究细胞冷冻反应的有力工具。此外，显微拉曼光谱的高空间分辨率和可区分细胞膜、线粒体等亚细胞结构的能力意味着该工具可用于进一步探究IIF及其成因，并通过拉曼光谱能够直接表征IIF对细胞活性的影响进而判别冷冻细胞后的活性。　　明尼苏达大学研究团队在Biophysical Journal发表题为“CharacterizingIntracellular Ice Formation of Lymphoblasts Using Low-Temperature RamanSpectroscopy”的研究成果（图1）[1]。研究结果表明显微拉曼光谱技术可用于研究细胞在不同冷冻速率和冷冻液成分下的冷冻反应。通过拉曼光谱发现胞内冰晶形成并不一定会导致细胞死亡，但细胞内冰晶的数量及大小会影响细胞活性。另外研究还发现，细胞内冰晶形成靠近于细胞膜并靠近于细胞外冰晶，而通过增加细胞膜和细胞外冰晶间的距离可以减少IIF；实验使用细胞松弛素D破坏肌动蛋白细胞骨架以改变细胞膜的渗透性来增加胞内冰晶形成量，当存在胞内冰晶时，可以显著的观察到细胞内渗透梯度，这些观察结果揭示了细胞膜与胞外冰晶的相互作用是导致IIF的原因。图1 研究成果（图源：[1]）　　此项研究选用Jurkat细胞作为淋巴细胞的模型细胞，采用的共聚焦显微拉曼系统Alpha 300R配备：UHTS300光谱仪、600 l/mm光栅以及DV401 CCD检测器。激发光源波长为532 nm，100×物镜(NA=0.9)，聚焦在被测物上的光功率为10mW，显微分辨率约为296 nm。将细胞冷冻至-50℃，并在成像前保持20分钟。每幅图像有60×60个像素，每个像素点采集的积分时间为0.2秒，因此，对整个细胞进行成像总共需要12分钟。分别在第20、80和140分钟时对相同细胞进行拉曼光谱成像采集，以排除来自激光照射带来的光损伤/光漂白的热量影响。　　单细胞中细胞色素c的分布被作为冷冻状态下细胞活性的衡量标准，其拉曼成像结果与台盼蓝染色结果高度一致。细胞色素c的空间分布使用 Moran' s I量化，并被用作细胞活性的标记。Moran' s I是一种基于信号位置和强度的进行空间相关性度量的方法，其值为-1时表示信号完全分散，+1时表示信号完全相关，0时表示信号随机分布。细胞色素c在750、1127、1314和1585 cm-1处具有强烈的拉曼信号，本实验以1127 cm-1作为标记峰用于生成细胞色素c的拉曼成像，并通过吖啶橙/碘化丙啶（Acridine orange/Propidium iodide，AO/PI）染色验证解冻后细胞的活性。根据常见的细胞内、外物质的特征峰位置（表1，图2），整合每个像素的光谱来组合拉曼成像，表征冰晶的大小、冷冻保护剂的细胞内浓度以及外部冰与细胞膜的接近程度。表1 拉曼光谱的波数分布数据来源：[1]∣制表：生物探索编辑团队图2 不同物质的拉曼光谱（图源：[1]）　　注：1)海藻糖；2)葡聚糖；3)DMSO；4)=细胞色素c；5)冰；6)冷冻保存在10% DMSO中的Jurkat细胞。根据左边的特定信号渲染出右边图像，并以光学显微镜图像为参考。　　结果发现：1　　细胞色素c的拉曼光谱可表征细胞复温后活性　　解冻后细胞复苏率与冷冻速率的之间的函数绘制曲线呈倒U形，可知“最佳”冷冻速率为1-3℃/min，当冷冻速率高于该曲线时认为是过快的，并会与IIF相关（图3A）。在冷冻细胞的不同焦平面上获得的拉曼成像显示，细胞中间（中心）的细胞色素c图像提供了最强的信号（图3B）。台盼蓝染色阴性细胞（活细胞）的细胞色素c局部拉曼信号强且最低Moran' s I值为0.65，而台盼蓝染色阳性细胞（死细胞）没有可区分的细胞色素c拉曼峰（图3C）。因此，可使用0.65的Moran' s I值作为区分活细胞和死细胞的阈值水平。图3 Jurkat细胞活性的拉曼检测（图源：[1]）　　注：（A）在10% DMSO中冷冻Jurkat细胞后的复苏率与冷冻速率的函数曲线图。（B）冷冻细胞在三个不同深度焦平面上细胞色素c的拉曼成像。（C）通过拉曼光谱检测冷冻后Jurkat细胞的活性并使用台盼蓝进行验证，对应的细胞色素c的拉曼特征、拉曼成像和计算的Moran' s I值。2　　拉曼光谱可分析细胞内冰晶的形成　　拉曼光谱测定了细胞在1、10和50℃/min冷冻速率下的细胞活性：以1℃/min冷冻保存后的细胞中有80%是活的，以10℃/min冷冻保存后的有60%的细胞是活的，而以50℃/min冷冻保存后的只有20%的细胞是活的（图4A）。每个细胞内冰的相对量可以根据冰的横截面积与细胞的横截面积的比值（Aic）来估计。Aic与不同冷冻速率相关性函数（图4B），Aic随着冷却速率的增加而增加。统计Aic与Moran' s I值的函数曲线图，结果表明活细胞中的冰晶比死细胞少，但存在群体上的差异（图4C）。图4 不同冷却速率下细胞内细胞色素C和冰晶的分布（图源：[1]）3　　基于拉曼图像可计算IIF的冰晶尺寸及位置　　在不同冷冻速率下，大多数细胞仅存在小冰晶。图5 细胞内冰晶的拉曼成像（图源：[1]）4　　拉曼图像可表征冰晶、细胞膜和IIF的相互作用　　分别将细胞以10℃/min的冷冻速率在10% DMSO或10% DMSO+10%葡聚糖中进行冷冻保存。通过拉曼成像分析IIF和Aic，细胞通常存在于相邻冰晶之间的未冷冻溶液中（图6A）。实验观察指定了两个不同的区域：1）细胞外冰晶靠近细胞膜的区域；2）相邻冰晶之间的区域，其中细胞膜远离细胞外冰晶（图6B）。通过测量细胞和细胞外冰晶之间的未冷冻溶液的厚度来表示细胞膜与细胞外冰晶的接近度（图6C）。图6 在10% DMSO或10% DMSO+10%葡聚糖中冰和Aic的拉曼图像（图源：[1]）5　　拉曼验证破坏细胞骨架增加了细胞内冰晶的形成量　　质膜不是孤立地起作用，而是与细胞中的其他结构相互作用，特别是细胞骨架。为了确定破坏膜结构对IIF的影响，将Jurkat细胞放置于50以及250μM细胞松弛素D（Cytochalasin D，CD）中培养30分钟，然后在10% DMSO中以10℃/分钟的速率进行冷冻。对于存在CD的实验，在10个细胞中有2个中观察到大块冰晶（图7A）。约83%的细胞靠近细胞膜存在比例很高的细胞外冰晶，其中带有大块冰晶的细胞确认死亡，而带有小冰晶的细胞部分死亡部分存活。细胞内冰晶与细胞膜的空间定位确证在细胞外冰晶附近（图7B）。在所有实验条件下，IIF的细胞比例相同（100%），但结果显示Aic会随着CD浓度的增加而显著增加（图7C）。图7 细胞松弛素破坏细胞骨架对IF的影响（图源：[1]）此项研究证实了拉曼光谱技术可用于研究细胞在不同冷冻速率、不同冷冻保护剂下的冷冻反应。此外研究还表明了IIF靠近于细胞膜，特别是与细胞外冰晶相邻的位置。随着靠近细胞膜且与胞外冰晶相邻的比例增加，IIF比例也会增加，并且随着细胞膜和胞外冰晶之间的距离减小，IIF比例也会随之增加，这些结果表明细胞膜和细胞外冰晶之间的相互作用是造成IIF的原因。该研究还进一步了解了冷冻保护剂的潜在作用机制，但是，研究中无法通过拉曼技术将细胞骨架与细胞内其他蛋白质成分区分开来，因此也无法明确IIF是否会损害细胞骨架。

每当我们仰望浩瀚无垠的夜空，目光总会被闪闪的星辰所吸引。星光和眼睛帮助我们精确捕捉夜空中最亮的星，那面对瀚如星海的细胞世界，我们如何快速发现具有特殊功能的细胞呢？12月30日，青岛星赛生物科技有限公司发布全球首台高通量流式拉曼分选仪FlowRACS® ，为执着于寻找细胞世界中最亮“星”的科研人员带来了发现“星”，并拿到“星”的创新型解决方案。发布会回看》》》始于拉曼，微流控让诺贝尔奖技术焕发新魅力拉曼光谱是一种散射光谱，是化合物中分子键被激发到虚能态却尚未恢复到原始态所引起的、入射光被散射后频率发生变化的现象，该技术获得了1930年度的诺贝尔物理学奖。单个细胞的拉曼光谱可反映细胞内化学物质的成分及含量等丰富信息，在微流控技术的加持下，细胞群体单细胞拉曼光谱的获取以及下游单细胞分选进入了快速发展阶段。“我们提出了拉曼组这一创新概念，即特定时空状态下一个细胞群体的单细胞拉曼光谱的集合。拉曼组能够在单细胞精度，定量检测细胞代谢各种底物的速率、各种拉曼敏感产物之多样性及其含量、细胞的环境应激性、细胞之间的代谢互作、细胞内代谢物相互转化网络等广阔的细胞代谢表型，还可区分不同的物种。”星赛生物联合创始人，青岛生物能源与过程研究所（山东能源研究院）单细胞中心主任徐健博士说。 拉曼组的定义与内涵鉴于“拉曼组”是一种直接刻画“代谢功能”的单细胞表型组，且“拉曼组”手段具有广谱适用、活体、无损、非标记、全景式表型、可分辨复杂功能、快速、高通量、低成本、能耦合下游测序、质谱或培养等重要优势，拉曼组可与现有的单细胞基因组、转录组、蛋白组和代谢物组等手段互补，共同形成一个完整的单细胞多组学方法学体系。拉曼组是单细胞多组学的拓展和延伸攻坚克难，拉曼流式让万物皆可分成为可能虽然拉曼组在细胞功能识别方面具有诸多优势，但是目前市面上并没有成熟的以拉曼光谱作为细胞功能分析与分选的仪器。少数取得突破的原理样机中，普遍存在通量低，测量与分选过程对细胞损伤较大，以及拉曼图谱采集质量差等问题。FlowRACS® 通过引入pDEP-RACS技术，将高速流动的单细胞精确捕获在拉曼激光位点，在保证细胞活性的前提下，采集并在线分析单细胞拉曼信号，获得细胞最真实的原位状态。同时，FlowRACS® 借助介电确定性侧向位移（pDEP-DLD）技术，保证目标细胞的精准、高通量、自动化分选，分选通量大于300细胞/分钟，真正实现了基于高质量拉曼光谱的高通量流式分选，让微观世界的细胞分析进入万物皆可分、万物皆可选、万物皆可测时代。析选同步，双模运行满足更多实验需求FlowRACS® 具备两种运行模式：（1）“流式拉曼分析”（Raman Flow Cytometry；RFC），主要支撑拉曼组、元拉曼组等单细胞代谢表型组数据的高通量采集和分析；（2）“流式拉曼分选”（Raman Flow Sorting；RFS），主要服务目标代谢功能细胞的高通量分选。“仅仅检测细胞的代谢功能与特性，并不能满足科研人员对于细胞改造与作用机理研究的需求，我们借助微流控技术与人工智能，让具备特定拉曼信号的细胞在完成光谱检测的同时，一站式完成在线AI光谱分析及特征峰比对，并激发细胞分选控制模块，将目标细胞与非目标细胞分离。”星赛生物联合创始人、中国科学院青岛生物能源与过程研究所（山东能源研究院）单细胞中心副主任马波博士表示。同时，FlowRACS® 可适配多种具备自主知识产权的微流控芯片耗材，满足液滴类目标单细胞导出、液流式目标细胞群导出等多样化实验需求。作为业界首台高通量流式拉曼分选仪产品，FlowRACS® 下游可直接开展单细胞培养、单细胞测序等实验，为单细胞多组学研究，及其在精准医学、合成生物学和生物安全等领域的应用，提供了全新的仪器解决方案。南方医科大学珠江医院检验医学部主任、国家杰出青年基金获得者、享受国务院特殊津贴专家周宏伟教授表示，流式细胞分析技术在基础医学和临床检验等领域均具广泛应用，现在星赛生物在原有的“荧光流式”和“质谱流式”两条赛道以外，开辟了“拉曼流式”这第三条赛道，作为该赛道的首个仪器产品，FlowRACS® 的推出具有重要的科学意义与临床价值。“针对单细胞多组学这一新兴领域研发的FlowRACS® ，不仅可以对细菌和肿瘤等单细胞、微塑料等微纳米颗粒实现高通量的表征和分选，也将在其他领域得到广泛应用、潜力无穷。”厦门大学教授、固体表面物理化学国家重点实验室副主任、长江学者、国家杰出青年基金获得者任斌，对高通量流式拉曼分选仪FlowRACS® 在更多领域的应用寄予了厚望。应用前景中国智造，原理创新实现从0到1的突破流式细胞技术因其检测灵敏、结果准确、价格低廉、耗时短、自动化水平高等优势，广泛应用于学术研究、临床疾病诊断等领域。随着仪器技术的不断创新，流式细胞术在细胞治疗、海洋生物、植物、微生物等领域的需求日益增多。受限于荧光流式细胞仪的底层数据原理，现有流式细胞技术在未知细胞探索、微生物生命暗物质解析、荧光难跟踪的细胞功能检测及目标细胞分选等方向仍无法满足市场需求。星赛生物瞄准非标记式流式细胞市场，借助原创性“拉曼组”数据集及微流控技术，成功开发全球首台广谱适用、微生物可分、高通量自动化的FlowRACS，实现了拉曼高通量分选由0到1的突破。“自2013年起，我们申请了多项国家发明专利，并顺利获得授权。可以说，FlowRACS是实实在在的中国“心”原创仪器”，马波博士表示，“虽然FlowRACS是完全的国产化，但其在拉曼活性高通量分选方面处于国际领先地位”。合成生物学领域专家、中国科学院先进技术研究院副院长、深圳合成生物学创新研究院院长、国家杰出青年基金获得者刘陈立研究员指出，当前，细胞功能测试是合成生物学研究的一大瓶颈，急需高通量自动化的手段、技术和设备。我们国家的高端仪器设备大量、长期地依赖进口，这也对国产化自研生物设备提出了紧迫需求。星赛生物此次发布的FlowRACS很好的回应了上述两大需求。单细胞领域，国产原创正当时2020年全球单细胞分析市场规模估计为26.8亿美元，预计在2019至2026年以16.9%的年复合增长率增长，国内市场规模预计35亿人民币。强大的市场需求以及市场占有率狭小的局面，对国产单细胞分析仪器的研制和产业化提出了巨大的挑战，同时也带来了前所未有的机遇。基于拉曼组、拉曼组内关联分析等概念和RAGE、pDEP-RACS等一系列核心器件，星赛生物推出了一系列原创的单细胞分析仪器产品：（1）CAST-R™ （临床单细胞拉曼药敏快检仪），（2）FlowRACS® （高通量流式拉曼分选仪），（3）RACS-Seq® （单细胞拉曼分选-测序耦合系统），（4）EasySort® （单细胞微液滴分选系统）等。同时，星赛生物推出了支撑细菌、古菌、真菌、微藻、植物、动物、人体等单细胞分析的试剂盒与耗材，覆盖了包括单细胞分析样品采集、样品预处理、拉曼成像、拉曼分选、单细胞测序文库、单细胞培养等环节的完整实验与数据分析流程。微流控研究领域的著名学者，中国科学院大连化学物理研究所林炳承研究员表示，“星赛生物创新性地将微流控技术应用于单细胞拉曼分析和分选领域，推出了FlowRACS® 这一原创性的仪器产品，这一进展对于高通量细胞分析仪器产业具有重要意义，非常值得肯定与祝贺。微流控芯片作为一种颠覆性生物技术和当前分析科学的重要发展前沿，最近几年来得到飞速发展。中国是全球最大的微流控芯片市场，因此用中国的仪器产品开发与服务这一市场是这一代年轻科学家责无旁贷的使命。”人类对生命的探索已经逐步从宏观走向微观，单细胞层面的研究成为全球科研人员趋之若鹜的热门话题。面对瀚如星海的细胞世界，自动化高通量的单细胞分析仪器是链接人与细胞的重要桥梁。鹰隼试翼，风尘翕张，国产科学仪器目前还处在孕育阶段，随着国家政策的不断倾斜、国人技术攻关的持续发力，相信国产科学仪器也一定能够凭借实力在国际市场赢得自己的话语权。（青岛星赛生物科技有限公司）

高等植物和微藻能够利用光能将水和二氧化碳转化成淀粉等高能化合物，从而生产粮食和生物燃料。因此，高产淀粉细胞工厂的选育具有重要意义。目前，定量测定细胞中淀粉含量的方法通常包括破坏性的细胞处理过程、酶(或酸)介导的水解、水解产物的定量等多个环节，不仅需要大量细胞，且操作步骤繁琐、耗时耗力、成本较高，极大地限制了淀粉含量的高通量筛选。此外，传统方法通常无法检测自然界中大量存在的难培养微生物中的淀粉含量。 　　近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞研究中心助理研究员籍月彤、硕士研究生何曰辉等利用该中心研制的活体单细胞拉曼分选仪原型机(Raman-activated Cell Sorter，RACS)，通过单细胞拉曼光谱的快速采集和分析，发明了一种快速、非侵入性、不须标记、以单个活体细胞为单位的淀粉定量检测方法，为富含淀粉的种质资源选育提供了一种崭新手段。该工作发表在新一期的Biotechnology Journal上。 利用单细胞拉曼光谱技术在单个细胞精度定量监测微藻产淀粉过程 　　研究人员以478 cm-1拉曼峰强度作为细胞淀粉含量的定量标记对莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)以及工业常用藻株小球藻(Chlorella pyrenoidosa)进行了淀粉含量检测，证明该方法与传统试剂盒法测定结果相关系数(R2)达0.99。该方法无需破壁等繁琐预处理，信号测量时间仅需两秒，基本无耗材消耗，仅需个别细胞或纳升级样品。同时，该方法不需经过细胞纯化与培养环节，能将微藻种质淀粉含量筛选时间从几天缩短至几分钟。此外，该方法还能对难培养微生物资源进行检测并基于淀粉含量进行单细胞分选，从而极大地拓展了应用空间。 　　上述研究得到了科技部合成生物学&ldquo 863&rdquo 项目和中科院&ldquo 能源微藻生物炼制&rdquo 创新团队国际合作伙伴计划等支持，由徐健研究员和黄巍研究员共同主持完成，华东理工大学李元广教授团队也参与了该研究。

p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/ec296395-275f-46fc-bea1-5b15c8fc0771.jpg" title=" image001.jpg" alt=" image001.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 仪器信息网讯 /strong 2020年12月22日，由长春长光辰英生物科学仪器有限公司分公司长光辰英（杭州）科学仪器有限公司主办的“2020年第二届微生物功能单细胞分离研讨会”在杭州顺利召开。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/1ea571b9-7b49-4024-8683-59d48132155a.jpg" title=" 合影 单细胞02.jpg" alt=" 合影 单细胞02.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 本次会议以“微生物拉曼分选技术与应用”为主题，以科学性、专业性、前瞻性为特色，汇聚了来自北京、广州、上海、江苏、南京等地的微生物领域知名专家学者与青年学生六十余人。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/3eca1e8a-a8f1-4b15-96ff-058dcecea113.jpg" title=" image003.jpg" alt=" image003.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 会议深入探讨了单细胞技术在微生物领域的最新研究成果及应用需求与前景，旨在进一步推动单细胞技术及国产高端光学装备在微生物研究领域的创新应用，促进科研成果转化。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 会议开始，上海交通大学特聘教授、中国微生物学会环境微生物学专业委员会主任周宁一教授进行了精彩的开幕致辞，并围绕“环境微生物学研究进展与存在的问题”做了大会主旨报告。在环境微生物研究中，传统方法（如培养法、宏基因测序等）存在一定的局限性，单细胞技术可逐一表征微生物细胞在其原生微生物群落中的特性，为研究未/难培养微生物提供了一种新方法。周宁一教授回顾了自首届微生物功能单细胞分离研讨会（2019年6月）以来，多个研究团队应用单细胞拉曼光谱技术与可视化分选技术的最新研究成果，认为在单细胞层面对微生物群落进行研究将是未来的重要科研方向。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/6be1efe8-3d26-4a8b-8260-1277e4bb7713.jpg" title=" image004.jpg" alt=" image004.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 周宁一教授开幕致辞 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 会议学术报告环节分别由南京农业大学生命科学学院院长蒋建东教授及上海交通大学唐鸿志教授主持。广东省微生物研究所杨永刚研究员、浙江大学沈超峰副教授、复旦大学全哲学教授、中科院长春光机所李备研究员、浙江大学吕镇梅教授、中科院苏州生物医学工程技术研究所宋一之研究员、中国水产科学研究院东海水产研究所迟海副研究员分别作了精彩的学术报告，分享了各自的研究进展及所在领域对单细胞技术的应用需求，引起了与会者的热烈交流与讨论。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/ec0449eb-f231-4a9c-91b6-f6803362d802.jpg" title=" image005.jpg" alt=" image005.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-indent: 0em " 蒋建东教授主持学 /span span style=" text-indent: 0em " 术报告 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/efe09b16-1349-4cd5-bb5a-930852eba356.jpg" title=" image006.jpg" alt=" image006.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 唐鸿志教授主持学术报告 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/0f1204c5-3c23-4261-af9f-15720b2bd03c.jpg" title=" image007.jpg" alt=" image007.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 杨永刚研究员做题为《胞外电子传递功能菌的单细胞示踪和挑选》的学术报告 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/c9ef28d0-5a24-4c1d-9408-bbf232fc1e39.jpg" title=" image008.jpg" alt=" image008.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 沈超峰副教授做题为《基于拉曼光谱分析休眠状态下的多氯联苯降解菌》的学术报告 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/95470f83-d423-43ef-9743-dea80b5e6750.jpg" title=" image009.jpg" alt=" image009.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 全哲学教授做题为《基于拉曼光谱技术在微生物学研究中的应用》的学术报告 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/8a8c8e62-113f-4159-9608-b3212913967e.jpg" title=" image010.jpg" alt=" image010.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 吕镇梅教授做题为《污染物降解混合菌群中功能菌的发现与分选》的学术报告 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/a1b431f9-30ca-4e26-b38a-34ec9feca4bc.jpg" title=" image011.jpg" alt=" image011.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 宋一之研究员做题为《单细胞表型分析与分选在微生物研究中的应用》的学术报告 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/dd8c68a8-45f6-4540-b3d3-fc6957bf749b.jpg" title=" image012.jpg" alt=" image012.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-indent: 0em " 迟海副研究员做题为《水产品中副溶血性弧菌快速检测技术研究》的学术报告 /span /p p style=" text-align: center" br/ /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 会上，李备研究员介绍了单细胞拉曼分选技术在微生物领域中的作用与意义，重点介绍了自主研制的拉曼分选系统在病原菌鉴定、微生物代谢监测、肠道菌群分析、深海微生物的原位观测等方向的应用进展。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/429e94b6-e9a4-4158-9974-9f9a2a9eded0.jpg" title=" image013.jpg" alt=" image013.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 李备研究员做题为《拉曼光谱技术在微生物学研究中的应用》的学术报告 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 在随后开展的圆桌讨论环节中，各位专家学者围绕对单细胞拉曼分选的个性化需求、单细胞分选在环境微生物领域的实际应用价值、微生物拉曼数据库构建的方式及意义、共聚焦三维成像在微生物研究中的应用需求等具体问题进行了深入探讨，指出了微生物领域对单细胞研究技术的共性需求，认为免标记单细胞原位识别技术与适应微生物单细胞形态特征（尺寸小、形态各异等）的分离技术的缺乏，是目前微生物单细胞研究领域的限制因素。将共聚焦拉曼光谱系统与可视化单细胞精准分选系统相结合，对接后续微生物单细胞培养组、基因组、代谢组等研究，将为复杂环境下微生物生态、菌群互作、代谢机制及功能研究提供有力工具。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/fe99a60c-569a-4937-850f-c610e746958b.jpg" title=" image014.jpg" alt=" image014.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 圆桌会议讨论 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/9b851baa-b912-47a1-9783-006a06725222.jpg" title=" image015.jpg" alt=" image015.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 会议茶歇环节，与会者参观并试用了辰英科仪的单细胞领域系列产品，包括可视化单细胞分选仪、拉曼单细胞分选仪、超快共聚焦三维成像系统等。工作人员重点讲解了仪器性能、优势以及应用方案，并针对来宾关注的问题进行了现场解答，得到了到场专家及同学们的一致好评。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/341de611-dbe6-411b-abff-3003eea43ae7.jpg" title=" image016.jpg" alt=" image016.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " 辰英科仪副总李文杰向专家介绍仪器 /p p style=" text-align: center" img style=" " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/3a57c3a7-fedc-4ef9-88f3-2be0cb7e5778.jpg" title=" image017.jpg" / /p p style=" text-align: center" img style=" " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/6b4139da-8dc5-4be2-b30d-efe413118d6a.jpg" title=" image018.jpg" / /p p style=" text-align: center" img style=" " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/bb45fa5b-c11a-4b7a-ab63-763dbb9db6ef.jpg" title=" image019.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 未来，单细胞拉曼分选技术与应用研讨会将陆续在其他省份举办，届时欢迎更多各领域的专家学者参与到大会研讨中来，共同推进前沿光学技术与生物应用的创新融合。希望各位专家老师给予我们更多的意见与支持，辰英科仪将始终致力于国产原创性生物医学高端仪器的研发与制造，为探索生命科学提供有力工具，为共同推动人类健康事业发展贡献力量。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 关于长光辰英（杭州）科学仪器有限公司 /strong /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202012/uepic/309fe1e5-616e-4e1f-b087-0f8c3baba387.jpg" title=" image020.jpg" alt=" image020.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 长光辰英（杭州）科学仪器有限公司成立于2020年11月18日，是由辰英科仪与杭州长光产业技术研究院联合创办的企业，注册资金3000万。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 辰英（杭州）将建设单细胞创新技术平台，为长三角及全国的科研工作者提供前沿单细胞系列装备及技术服务。 /p

仪器信息网讯 2023年2月17日，青岛星赛生物科技有限公司（以下简称“星赛生物”）与墨卓生物科技(浙江)有限公司（以下简称“墨卓生物”）宣布达成战略合作，在墨卓生物总部举办了战略合作签约仪式，双方将基于各自在单细胞多组学领域的技术优势，共同创新开发及推广基于单细胞技术的产品和应用，推动单细胞相关技术在科研、临床、微生物等方向上的广泛应用。星赛生物联合创始人兼董事长马波研究员和墨卓生物创始人兼COO刘寒博士分别代表双方签署战略合作协议，星赛生物联合创始人徐健研究员、墨卓生物创始人兼CTO郑文山博士、墨卓生物销售总监徐亚骏、墨卓生物医学总监严青博士共同见证了本次签约仪式。墨卓生物创始人兼COO刘寒博士表示：非常高兴此次能与星赛生物达成战略合作，星赛生物创新的开发了基于“拉曼组”的检测平台，大大提高当前单细胞多组学数据的价值和效率其独特的单细胞拉曼耦合测序技术（scRACS-Seq）、单细胞拉曼耦合培养技术（scRACS-Culture）、通量流式拉曼分析和分选技术（FlowRACS），实现了单细胞代谢功能的“先筛后养”，对于人体、动植物和微生物组的机制解析和资源挖掘，具有重大的价值。墨卓生物与星赛生物的强强联合必将加强挖掘单细胞相关技术深度，扩宽单细胞市场的广度，期待一同为构建单细胞产业生态系统，做出重要的、深远的贡献。星赛生物联合创始人兼董事长马波研究员表示：墨卓生物具备深厚的微流控和单细胞技术积淀，不断深耕技术，赋能产品，开发具有高性价比的一站式的高通量单细胞多组学测序解决方案。同时也给市场提供了针对微生物单细胞测序的优秀产品MobiMicrobe，这与星赛生物的坚持原创，不断创新的理念不谋而合。本次战略合作将利用星赛产品在拉曼组解析和单细胞拉曼分选上的领先优势，结合墨卓产品在高通量基因组与转录组测序上强大的创新能力，联合建立“代谢功能靶向性的高通量单细胞多组学”仪器体系与系统解决方案。关于墨卓生物创新驱动、卓鉴未来，墨卓生物创立于美国波士顿，落地中国浙江，汇集了由国际一流科学家和跨国医疗器械公司高管等组成的一批优秀人才。墨卓致力于用创新微流控和单细胞测序技术赋能科学研究与精准医疗。目前已经成为拥有微流控、测序、生化、硬件开发、生信等关键技术，推出单细胞测序与数字PCR双技术平台，在液体活检、伴随诊断、生命科学研究等多领域并行发展的科研+IVD解决方案领跑者。关于星赛生物星赛生物（Single-cell Biotech. Co., Ltd.）专注于单细胞维度医疗器械与科学仪器的研发与产业化。致力于在单个细胞（微生物、人体、动植物）的精度构建代谢功能和基因组之间的关联，着力打造国产高精尖生命科学仪器品牌，竭诚为客户提供原创、一体化、全方位的“单细胞代谢成像-分选-测序-培养”解决方案。开发的基于拉曼组、元拉曼组、RAGE、pDEP-RADS等新原理和原创部件，克服了单个细菌细胞之拉曼分离可靠性低、核酸扩增容易污染、全基因组测序覆盖度不均等关键技术难点，开发首台“单细胞拉曼分选-测序耦合系统”（RACS-Seq®），实现了菌群单细胞功能检测、分选、测序与培养之完整流程的仪器化。针对微生物感染药敏性快检这一临床紧迫需求，开发“临床单细胞拉曼药敏快检仪”（CAST-R™），实现了临床样品出发3小时微生物鉴定和药敏性表型定量测定，以及拉曼分选后单个临床耐药大肠杆菌细胞的测序（90%基因组覆盖度）和培养，目前已经进入医院检验科应用示范。此外，我们还推出了高通量流式拉曼分选仪（FlowRACS®），可对流动状态的活体细胞进行非标记式、单细胞精度、高通量分选，拉曼全谱分选通量国际领先（500 cells/min）；单细胞微液滴分选系统（EasySort®），可开展保持样品原位状态的活性单细胞精准分选，实现样品单细胞观测监测、捕获操纵、分离提取等。