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                    液滴封裝在生命科學研究中的應用

                    1. 基于微流控液滴封裝技術的高通量篩選

                    高通量篩選是一種在短時間內分析大量化合物庫的方法,例如,每天進行104到105次測試。通過借助機器人和多孔板,高通量篩選已被廣泛應用于發現藥物、測試毒性和分析抗體的親和力。微流控液滴技術可以產生大量,反應條件均一的單分散液滴,特別適合于提高高通量篩選。同時,由于微液滴的反應體積在納升和皮升級,極大減少了試劑消耗。液滴的產生頻率可高達10kHz,滿足每天高達1億反應條件的高通量篩選。

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                    對比傳統方式,微流控液滴技術在高通量篩選中的優勢

                    2.微流控液滴封裝技術在單細胞分析的應用

                    隨著微流控液滴技術的發展,生物學家能夠通過液滴技術來分析單細胞的蛋白質組學和基因組學,從而研究細胞群體中的異質性。

                    在單細胞蛋白質組學研究中,細胞被限制在一個非常小的體積內,這使得大多數生物標記物幾乎都可以被檢測到。在微液滴內無論是通過細胞分泌還是細胞裂解,目標檢測分子通常是通過熒光標記抗體來完成檢測的,結果一般記錄為“0或1”,這種分析技術我們稱之為數字微流控分析技術。數字微流控分析可以使許多檢測結果進行定量,使微液滴技術具有更廣闊的應用前景。

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                    單細胞基因組學可以通過單細胞微液滴技術,利用引物功能化的微球來靶向DNA。因此,可以通過微流控液滴技術來繪制整個細胞亞群的基因組圖譜。在這一應用中,有一個常用的RNA測序技術,稱為Drop-seq(液滴測序技術),是目前在這個領域少數幾個商業開發的應用之一。

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                    3. 基于液滴封裝技術的高通量蛋白質定向演化

                    定向演化是一種通過體外模擬自然選擇來限制和加速蛋白質進化的過程。主要應用于工業用酶的篩選和微調。微流控液滴技術具有的微型化、控制改進、同質性和分選等優勢,使研究人員能夠開發出超高通量的蛋白質定向演化(每天超過106種化合物)。這些系統能夠在一天內篩選出108種蛋白質,明顯超過傳統方法(在常規的平板實驗中,需要兩周才能篩選出2000種蛋白)。

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                    4. 基于微流控液滴封裝技術的藥物輸送系統

                    除了作為微反應器外,液滴還可以轉化為藥物輸送系統(DDS)。液滴封裝技術與上述的方法類似,即將稀釋的藥物作為分散相,可以通過控制液滴形成的流速來控制液滴內的藥物濃度。然而,根據給藥途徑的不同,液滴可能需要通過固化步驟變成微米顆粒/納米顆粒。此外,一些基于液滴的藥物傳遞系統可能需要使其溶液功能化,以響應特定的pH值或溫度,作為輸送控制系統。

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                    5. 液滴可以作為人造細胞的模板

                    液滴可以作為人工細胞的模板。根據不同的研究目的,它們可以通過無膜隔離的生化反應模擬特定細胞功能,或者可以用作脂質雙分子層的模板。更復雜的設計允許將液滴封裝在更大的液滴中,以模擬真實細胞中的組成,并提供更好的反應時間控制,因為在液滴形成之前,試劑并不都在分散相中混合。

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