ScienceAdvances：我國科研人員研發高通量流式拉曼分選儀

　　單細胞拉曼光譜（SCRS）能非標記、非侵入性、無損、全景式地揭示細胞代謝狀態，因此基于拉曼光譜的單細胞分選（Raman-Activated Cell Sorting，RACS），在單細胞研究中有廣闊的應用前景（Biotechnol Adv，2019）。但是，拉曼譜圖采集時間長、分選通量低等問題，限制了RACS的廣泛應用。針對這些問題，中國科學院青島生物能源與過程研究所單細胞中心發明了基于介電單細胞捕獲/釋放的拉曼激活液滴分選技術pDEP-RADS，并研制出首臺高通量流式拉曼分選儀產品樣機FlowRACS。利用FlowRACS，示范了基于分子光譜、非標記式、單細胞精度、高通量流式的酶活篩選，為酶資源的探測和挖掘開辟了全新的技術路線。相關研究成果近日發表《科學進展》（Science Advances）上。

　　一個微生物細胞的體積通常只有一個人體細胞的千分之一。在高速液流中，針對微小的細胞，如何精確捕獲、采集高質量全譜拉曼并實現高通量分選，一直是業界的重點和難點。青島能源所單細胞研究中心的研究小組發明了pDEP-RADS技術（如圖），并在此關鍵技術的基礎上研制出FlowRACS。研究人員采用低拉曼背景石英玻璃為微流控芯片基材，以提高表型檢測的普適性；以氧化銦錫（而非金屬）加工電極陣列，以避免光熱損傷；采用先拉曼檢測后液滴包裹、液滴產生和分選同步進行的策略，避免液滴對拉曼信號采集的影響，從而提高檢測準確率并簡化系統操作；通過自主開發的QSpec軟件，實現平臺的自動化運行。

　　新陳代謝是一切生命活動的基礎，而新陳代謝離不開酶的催化作用。傳統的酶活篩選既耗時耗力，且難以分析生長緩慢或尚難培養的細胞。科研人員提出了利用以拉曼為代表的分子光譜來篩選酶促反應活性的新思路。利用FlowRACS，研究人員在單個微生物細胞精度，實現二酰基甘油酰基轉移酶（DGATs，在人體、動物和植物中催化油脂的合成）體內活性的非標記式、高通量、高準確率、無損分選。針對來源于微擬球藻的候選DGAT基因庫，僅通過為時僅10分鐘的FlowRACS運行，獲得3個已報道的強效基因和2個從未報道過的弱效基因。然而，前期基于傳統方法對這3個強功能基因的篩選和表征，歷時長達數月時間。

　　基于pDEP-RADS技術的FlowRACS具有完全自主的知識產權，已于今年6月份完成現場技術驗收，全譜分選通量達到600個細胞/分鐘。青島能源所單細胞中心長期致力于微生物單細胞技術和裝備的研制和產業化，前期已陸續研制成功并產業化臨床單細胞拉曼藥敏快檢儀（CAST-R）、單細胞拉曼分選-測序耦合系統（RACS-Seq）、積木式單細胞微液滴快速顯微分選系統（EasySort）等單細胞分析儀器系列產品。作為該儀器系列的最新成員，FlowRACS的研制成功和應用拓展，將為單細胞科學與產業提供全新的研究工具，并推動我國細胞科學高端儀器產業的自主創新。

　　研究工作由青島能源所單細胞中心研究員馬波、徐健主持完成。研究工作受到國家合成生物學重點研發計劃、國家重大科學儀器研制項目、中科院科研儀器設備研制項目、山東能源研究院、青島星賽生物科技有限公司等的支持。

pDEP-RADS技術及儀器系統