超分辨成像與微流控結(jié)合應(yīng)用的研究進(jìn)展

近年來(lái)，超分辨成像技術(shù)憑借突破傳統(tǒng)顯微鏡的分辨率極限，為生物學(xué)家提供了一種從活細(xì)胞中提取定量信息的新方式。然而，由于缺乏精細(xì)調(diào)控的多功能細(xì)胞操控平臺(tái)，超分辨成像的潛力并沒(méi)有被充分利用。微流控技術(shù)是生命科學(xué)研究中的重要工具，可以用來(lái)精確地控制液體和氣體在微觀尺度下的流動(dòng)，不僅設(shè)計(jì)上靈活多變，而且生物相容性良好，已成為細(xì)胞和生物分子處理和檢測(cè)的理想工具。將微流控技術(shù)與超分辨顯微鏡技術(shù)相結(jié)合，為細(xì)胞復(fù)雜結(jié)構(gòu)和生物功能的研究，提供了納米尺度的洞察新方式。

近期，國(guó)科溫州研究院羅春雄教授團(tuán)隊(duì)在Small期刊發(fā)表題為“When Super-Resolution Microscopy Meets Microfluidics: Enhanced Biological Imaging and Analysis with Unprecedented Resolution”的綜述文章，系統(tǒng)地概述了微流控技術(shù)與超分辨成像技術(shù)結(jié)合所促進(jìn)的多樣化前沿應(yīng)用，及對(duì)生物學(xué)研究提供的更多可能性。

微流控芯片與超分辨成像技術(shù)結(jié)合示意圖

具體而言，微流控技術(shù)在超分辨成像技術(shù)應(yīng)用中的主要優(yōu)勢(shì)包括以下幾點(diǎn)：

（1）高通量和整合型平臺(tái)

微流控技術(shù)可以提供高通量和整合型的平臺(tái)，自動(dòng)化平行處理多個(gè)樣品及實(shí)驗(yàn)步驟，使復(fù)雜的超分辨成像實(shí)驗(yàn)流程，如STORM和DNA-PAINT，變得簡(jiǎn)單和高效，可以為探究生物樣品的微觀結(jié)構(gòu)和生物過(guò)程提供大量的統(tǒng)計(jì)性數(shù)據(jù)。

用于超分辨成像的高通量微流控平臺(tái)

（2）長(zhǎng)時(shí)間精確控制活細(xì)胞的定位

超分辨成像需要穩(wěn)定的細(xì)胞定位來(lái)獲得納米尺度的成像結(jié)果，這對(duì)于活細(xì)胞常常是極困難的，尤其是非貼壁細(xì)胞。微流控技術(shù)能夠利用微尺寸限制或微閥門(mén)，在保證細(xì)胞活性的同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間精確地控制單細(xì)胞定位，提高超分辨成像的分辨率和準(zhǔn)確性。

微流控器件用于細(xì)胞操縱和光引導(dǎo)

（3）拓展超分辨成像的應(yīng)用領(lǐng)域

微流控芯片可以定量構(gòu)建濃度梯度和剪切力，也可以與光、聲、電等元件配合，還原細(xì)胞真實(shí)的微環(huán)境。在這種條件下與超分辨成像技術(shù)結(jié)合，可以深入研究細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的生物過(guò)程中的微觀結(jié)構(gòu)變化。

微流控技術(shù)拓寬了超分辨成像的應(yīng)用領(lǐng)域

同時(shí)，作者還提出了微流控技術(shù)與超分辨成像技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用展望。比如，在細(xì)胞間相互作用過(guò)程中闡釋蛋白的動(dòng)態(tài)過(guò)程，利用微流控芯片對(duì)超分辨熒光染料分子進(jìn)行高通量篩選等。當(dāng)然，這兩種強(qiáng)大技術(shù)的結(jié)合也會(huì)面臨一些挑戰(zhàn)，包括研究人員的多學(xué)科背景、高通量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析等需求。在未來(lái)，微流控技術(shù)和超分辨成像技術(shù)的結(jié)合方法，將為細(xì)胞學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究提供更多新的可能性。

審核編輯：劉清