由于細胞膜的靈活性和動態(tài)特性，反應(yīng)和分子碰撞會隨機發(fā)生。因此，在一個細胞種群中所有細胞在任何時刻都會存在一定的差異，只有大量的單細胞分析測試才能揭示它們的異質(zhì)性并提供統(tǒng)計數(shù)據(jù)，同時建立模型。在微流控技術(shù)發(fā)展的過程中，樣品前處理分析規(guī)模被微型化，使得樣品處理更加簡單方便。如今，微流控系統(tǒng)已經(jīng)可以應(yīng)用于廣泛的單細胞研究中。鑒于微流控技術(shù)的作用在單細胞分析中越來越明顯，可以預(yù)計不斷持續(xù)發(fā)展的微流控技術(shù)會更好地促進單細胞分析的發(fā)展。

基于微流控芯片的生物組織解離方法

傳統(tǒng)的組織培養(yǎng)需要在固定的時間點更換培養(yǎng)基，這樣可以持續(xù)為細胞提供營養(yǎng)，從而維持營養(yǎng)物質(zhì)和排泄物濃度在整個細胞的生命周期中保持穩(wěn)定。為了更好地創(chuàng)建一個模擬體內(nèi)組織流動的環(huán)境，Hattersley 等設(shè)計了一種微流控裝置，在芯片上灌注培養(yǎng)、分析、解離完整的鼠的肝組織什么是細胞芯片，如圖1（a）所示。

實驗過程簡述如下：使用乙二醇四乙酸（EGTA）灌注固定的組織以清除Ca2+，然后灌注伯爵平衡鹽溶液（EBS）以清除EGTA，防止膠原酶被抑制。接下來，灌注膠原酶消化組織。最后，以高流速（500 μL/min）快速灌注冰冷的分散緩沖劑。被沖下來的分散的細胞可以直接在芯片的輸出口收集到離心管中。這種利用微流控芯片的組織解離方法可以減少組織或細胞暴露在未消毒的環(huán)境下的時間，從而減少污染的風險。然而由于解離時間較長，此方法并不適合在基因表達分析中使用。為了嚴格實現(xiàn)從生物組織中分離單細胞，Lin 等設(shè)計了一個微流控細胞解離芯片（μCDC）。這個芯片由50 μm 寬、167 μm 高、間距20 μm 的多個微柱組成，如圖1（b）和（c）所示。在這個工作中，將含有小鼠大腦腫瘤細胞DC115 和KT88 的神經(jīng)球組織用注射泵以3～15 mL/min的速率通過設(shè)計的微柱陣列后，最終解離成單個細胞。通過μCDC 芯片處理得到單細胞的產(chǎn)率在81%～85%之間，其中具有活性的單細胞產(chǎn)率在80%～85%之間。這個方法在解離生物組織時相比傳統(tǒng)的研磨法具有高產(chǎn)率的優(yōu)勢，細胞經(jīng)過芯片解離后，存活率會更高。然而由于機械分離的固有缺陷，分離的速率較慢。

基于微流控技術(shù)的細胞分選方法

微流控細胞分選技術(shù)的出現(xiàn)突破了熒光激活細胞分選法和磁激活細胞分選法的一些限制。相比于傳統(tǒng)的細胞分選方法，微流控裝置本質(zhì)上更有利于細胞分選。微流控設(shè)備微型化的特點，使得在實驗操作中試劑消耗量降低，同時提高了便攜性；制造微流控芯片可以使用標準的制造體系和軟光刻技術(shù)，大大降低了生產(chǎn)成本；在微流控芯片中簡化了實驗的操作步驟，同時還減少了細胞樣品污染的風險。

然而，微流控細胞分選需要進一步發(fā)展才能取代傳統(tǒng)的細胞分選技術(shù)。微流控系統(tǒng)相比商業(yè)流式細胞儀的主要缺點是分選通量和效率低。因此，提高其實驗效率是當前的一個研究重點。另外，通過軟光刻技術(shù)制造的微流控裝置在實驗中容易導(dǎo)致細胞黏附和堵塞，影響了它的使用壽命。

單細胞提取

微流控裝置在單細胞提取中具有許多優(yōu)勢。由于核糖核酸等生物分子在細胞中的含量可低至0.01～2.5 pg/單個細胞，這要求盡可能少地對提取出的單細胞進行稀釋。在微流控芯片中，每個單細胞通過芯片內(nèi)的固定結(jié)構(gòu)被分隔在不同的區(qū)域，每個區(qū)域通過微型化以減少裂解產(chǎn)物稀釋，這對于分析低含量的生物分子十分關(guān)鍵。微流控系統(tǒng)所消耗的試劑體積小，從而降低了實驗成本。提取出的單細胞可以通過顯微鏡可視化操作緊密排列。此外，大多數(shù)微流控系統(tǒng)完全是自動、封閉系統(tǒng)，減少了樣品污染的風險。

單細胞裂解

微流控系統(tǒng)為單細胞裂解提供了一個理想的平臺，由于芯片可以制造成特定的幾何形狀并且可以具有精確的尺寸大小，可以避免單細胞裂解中其他細胞的干擾。微流控芯片的長度與單個細胞相匹配從而使得稀釋程度最小化以增加檢測靈敏度。大部分芯片是光學透明的，允許可視化操作。微流控單細胞裂解方法有很多種，每種方法都有各自的優(yōu)點，這將在接下來的部分討論。根據(jù)不同的實驗影響因素，選擇合適的技術(shù)對于裂解的結(jié)果是至關(guān)重要的。