微生物代謝工程領(lǐng)域因液滴培養(yǎng)篩選系統(tǒng)的應(yīng)用而加速發(fā)展。傳統(tǒng)代謝工程中，評(píng)估工程菌株的性能通常需要經(jīng)過繁冗的搖瓶培養(yǎng)或微孔板檢測(cè)，通量有限且成本高昂。液滴微流控技術(shù)能夠?qū)蝹€(gè)工程菌株封裝在液滴中，并添加特定的底物或指示劑，通過監(jiān)測(cè)液滴內(nèi)代謝產(chǎn)物的積累或熒光信號(hào)的變化，快速評(píng)估數(shù)千個(gè)工程菌株的生產(chǎn)性能。例如，在生物燃料生產(chǎn)中，可以基于液滴內(nèi)脂質(zhì)積累量進(jìn)行高通量篩選；在酶制劑開發(fā)中，可通過熒光底物檢測(cè)酶活性。更重要的是，液滴系統(tǒng)允許實(shí)施多輪遞進(jìn)式篩選策略，通過多參數(shù)排序和液滴融合等技術(shù)，逐步富集性能優(yōu)異的突變體。這種基于液滴的篩選策略不僅大幅提高了篩選通量，降低了試劑消耗，還能夠檢測(cè)到傳統(tǒng)方法可能遺漏的稀有高性能變種，加速了細(xì)胞工廠的構(gòu)建進(jìn)程。該系統(tǒng)可用于評(píng)估納米藥物的細(xì)胞毒性，實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞水平的藥效學(xué)評(píng)價(jià)。北京自動(dòng)分選液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)

液滴微流控平臺(tái)為研究微生物的合成生物學(xué)應(yīng)用提供了新的工具。通過將遺傳工程改造的微生物細(xì)胞封裝在液滴中，可以高通量篩選具有理想特性的工程菌株。系統(tǒng)特別適用于研究合成基因回路的功能，因?yàn)橐旱蔚姆忾]環(huán)境避免了細(xì)胞間相互干擾。利用熒光報(bào)告基因，可以定量表征基因回路的動(dòng)態(tài)行為和細(xì)胞間變異性。此外，液滴系統(tǒng)還能用于優(yōu)化微生物細(xì)胞工廠的生產(chǎn)性能，通過監(jiān)測(cè)目標(biāo)產(chǎn)物的積累情況篩選高產(chǎn)菌株。近年來，研究人員還開發(fā)了在液滴中進(jìn)行定向進(jìn)化的方法，通過連續(xù)傳代培養(yǎng)和突變體篩選，加速微生物性狀的改良過程。液滴的微小體積也減少了昂貴試劑的使用量，降低了篩選成本。特別值得關(guān)注的是，液滴系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)控，為理解合成生物學(xué)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性提供了獨(dú)特視角。
新疆絲狀菌液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)通過將細(xì)胞包裹在微滴中，實(shí)現(xiàn)高通量的單細(xì)胞培養(yǎng)與分析。

    基于活性的篩選是發(fā)現(xiàn)新型生物活性分子的關(guān)鍵，液滴培養(yǎng)組學(xué)將這種篩選的通量和效率提升到了新的高度。其要素在于將微生物的培養(yǎng)與其產(chǎn)生的特定活性在微液滴中直接關(guān)聯(lián)起來。首先，將單個(gè)微生物細(xì)胞與適宜的培養(yǎng)基封裝，進(jìn)行原位培養(yǎng)。待其生長后，可以通過微流控操作向液滴內(nèi)注入特定的底物或指示系統(tǒng)。例如，為了篩選產(chǎn)酶菌株，可以向液滴中加入熒光標(biāo)記的底物類似物，如果微生物分泌了目標(biāo)酶（如蛋白酶、脂肪酶、角質(zhì)酶），它就會(huì)切割底物釋放出熒光信號(hào)，該液滴隨即被標(biāo)記為陽性。為了篩選活性，可以將測(cè)試菌株與一種報(bào)告菌（如金黃色葡萄球菌）共封裝，或者先培養(yǎng)測(cè)試菌株，隨后注入報(bào)告菌和指示劑（如刃天青），通過報(bào)告菌的生長抑制或代謝活性變化來識(shí)別相關(guān)物質(zhì)的產(chǎn)生。整個(gè)流程可以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化和高通量化，每天可以篩選數(shù)百萬個(gè)微生物克隆。由于液滴體積微小，陽性液滴中的代謝產(chǎn)物相對(duì)濃縮，也便于后續(xù)通過聯(lián)用的質(zhì)譜儀進(jìn)行快速鑒定。這種“培養(yǎng)-篩選-分選-分析”的一體化平臺(tái)，省略了繁瑣的菌落挑取和發(fā)酵步驟，極大地加速了從環(huán)境樣本中發(fā)現(xiàn)新型酶制劑、藥物等先導(dǎo)化合物的進(jìn)程。

生物膜是微生物附著于表面形成的結(jié)構(gòu)化群落，是許多工業(yè)生物污損以及環(huán)境污染及種群影響的根源。研究生物膜形成的初始階段——即單個(gè)細(xì)胞的附著行為——在傳統(tǒng)流動(dòng)腔或宏觀模型中極具挑戰(zhàn)性。液滴培養(yǎng)系統(tǒng)可以通過在液滴內(nèi)創(chuàng)造液-固或氣-液界面來模擬初始的附著表面，并高通量地研究不同基因突變、表面材料特性或環(huán)境流體力學(xué)條件對(duì)單個(gè)細(xì)胞初始附著率及附著強(qiáng)度的影響，為理解生物膜形成的關(guān)鍵起始事件及其干預(yù)策略提供了新的研究窗口。在海洋微生物學(xué)中，該技術(shù)助力開發(fā)了模擬深海條件的原位培養(yǎng)新策略。

細(xì)胞外囊泡作為細(xì)胞間通訊的關(guān)鍵介質(zhì)，其研究長期面臨分離困難、功能分析技術(shù)復(fù)雜等挑戰(zhàn)。液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)為此提供了創(chuàng)新的研究范式。通過將單個(gè)分泌細(xì)胞封裝在液滴內(nèi)，可以將其分泌的囊泡限制在微小的封閉空間中進(jìn)行累積和富集，避免了傳統(tǒng)培養(yǎng)上清中囊泡被稀釋的問題。隨后，可對(duì)液滴進(jìn)行免疫熒光染色以量化囊泡的特定表面標(biāo)志物，或者將分泌細(xì)胞與報(bào)告細(xì)胞共封裝，直接在一個(gè)封閉系統(tǒng)中研究囊泡介導(dǎo)的功能性信號(hào)傳遞。這種方法為在單細(xì)胞分辨率下解析囊泡的生物發(fā)生、cargo裝載及其在生理病理過程中的功能提供了強(qiáng)大的新型工具。通過對(duì)液滴內(nèi)單細(xì)胞進(jìn)行長期培養(yǎng)，可有效研究細(xì)胞的異質(zhì)性與克隆演化。河北微流控液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)

通過封裝土壤等環(huán)境樣本，可直接從中原位分離并培養(yǎng)功能性的微生物。北京自動(dòng)分選液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)

    微液滴培養(yǎng)系統(tǒng)在微生物生態(tài)學(xué)研究中展現(xiàn)出巨大潛力，特別是在復(fù)雜微生物群落的功能解析方面。傳統(tǒng)培養(yǎng)方法難以模擬自然環(huán)境中微生物的真實(shí)生長狀態(tài)，而液滴微流控技術(shù)能夠?qū)蝹€(gè)微生物細(xì)胞包裹在皮升級(jí)甚至納升級(jí)的液滴中進(jìn)行單獨(dú)培養(yǎng)。這種高通量培養(yǎng)方式不僅實(shí)現(xiàn)了微生物的單克隆培養(yǎng)，還能通過精確控制液滴內(nèi)的營養(yǎng)成分來模擬不同的生態(tài)環(huán)境。研究人員通過將環(huán)境樣本進(jìn)行梯度稀釋并與培養(yǎng)基混合，在微流控芯片上生成數(shù)千個(gè)液滴，每個(gè)液滴都成為一個(gè)單獨(dú)的微生態(tài)系統(tǒng)。利用熒光標(biāo)記技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液滴內(nèi)微生物的生長情況和代謝活性。這種方法的優(yōu)勢(shì)在于能夠同時(shí)培養(yǎng)數(shù)以萬計(jì)的微生物單細(xì)胞，提高了難培養(yǎng)微生物的分離效率。通過對(duì)液滴進(jìn)行分選，可以獲得具有特定功能或代謝特性的微生物，為開發(fā)新的微生物資源提供了技術(shù)支撐。該系統(tǒng)特別適用于研究微生物間的相互作用，如競(jìng)爭(zhēng)、共生和拮抗關(guān)系，有助于深入理解微生物群落的組成和功能。 北京自動(dòng)分選液滴培養(yǎng)組學(xué)系統(tǒng)

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