多功能單細胞顯微作業系統FluidFM BOT的原理與應用介紹

　　瑞士Cytosurge AG公司的多功能單細胞顯微作業系統FluidFM BOT，是將原子力系統、微流控系統、細胞培養系統合為一體的單細胞作業系統，採用不同孔徑的微型納米注射器，可實現單細胞注射（Injection）、活細胞內物質提取（Extraction）、單細胞分離（Isolation）、粘附力測定（Adhesion）、納米列印(Nano-printing)等多種功能，全程機械臂操縱，將汙染風險和人為誤差降到最低，提高工作效率與實驗可重複性，具有高度自動化、操作速度快與操作精確度高等特點，能夠在單細胞水平上為研究者提供極大的便利，可應用於單細胞質譜、單細胞力譜、單細胞基因編輯、細胞系構建、藥物研發、精準醫療等領域。

　　北京大學生命科學學院公共儀器中心的多功能單細胞顯微作業系統FluidFM BOT，是國內首套多功能單細胞顯微作業系統，於2020年9月順利安裝於金光樓126室並開始試運行，由公共儀器中心覃思穎老師負責接樣測試與維護管理。目前本中心的FluidFM BOT系統已成功應用於單細胞注射與物質提取（小鼠體外培養原代海馬神經元、昆蟲葉蟬細胞、MDA-MB-231細胞等）、單細胞分離（植物細胞原生質體、U2OS細胞等）與粘附力測定（細菌侵染細胞時細菌的粘附力、血管內皮細胞對不同基底的粘附力等）等多方面科研需求。

以下是多功能單細胞顯微作業系統FluidFM BOT的多個功能應用與實例介紹。

FluidFM BOT結合原子力系統、微流控系統於一體

（https://doi.org/10.1021/nl901384x）

FluidFM BOT功能應用

單細胞注射實例

　　FluidFM BOT可以將多種不同類型的可溶性物質精準注入細胞核或細胞質中，可量化注射體積（fL級別），可實現批量注射（每小時注射超過100個細胞），尤其適用於使用傳統方法極難轉染的細胞，且對細胞幾乎沒有損傷。

C57小鼠體外培養原代海馬神經元DIV7的Dextran染料注射（北大生科院數據）

活細胞內物質提取實例

　　FluidFM BOT系統的活細胞內物質提取功能十分溫和，可直接用微型納米注射器吸取活細胞的細胞質或細胞核中的物質，無需經過化學或生物學手段進行破膜處理，不會產生裂解的細胞碎片，不會對內部細胞器造成任何破壞，可用於電鏡成像、酶活檢測、核酸表達檢測、代謝組學、基因測序等多方面研究。

活細胞提取物可結合電鏡觀察、酶活測定、轉錄檢測等分析手段

（http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2016.06.025）

單細胞分離實例

　　FluidFM BOT可進行無損細胞分離，對於懸浮細胞，可將細胞吸取並轉移釋放即可。對於貼壁細胞，可在探針的樣品池中加入消化液如胰酶，對指定位置的細胞進行消化，然後再進行吸取與轉移釋放。FluidFM BOT實現的單細胞分離存活率很高，結合單細胞注射可實現快速轉染細胞並建立單克隆細胞群，對於工程細胞株的建立十分有效。

粘附力測定實例

　　FluidFM BOT系統通過負壓將細胞吸附在探針針孔處，對細胞的吸附力比蛋白結合更加牢固，能夠直接將細胞從基底上分離。這種方法不需要激活細胞的任何信號通路，可以得到最接近細胞原生的數據。不同的探針針孔直徑（2、4、8um）可適用於不同大小的細胞粘附力測定，我們甚至可使用孔徑為300nm的探針進行更小個體的吸附與粘附力測定，目前在本中心的FluidFM BOT系統已成功應用於金黃色葡萄球菌侵染大鼠腸上皮細胞時的細菌粘附力測定（nN級別）。

不同大小的單細胞粘附力測定

（https://doi.org/10.1038/s41598-019-56898-7）

納米列印實例

　　FluidFM BOT系統還是一臺納米列印設備，可以在實驗器材上鋪設特定的基底膜，如列印親水或親脂性物質，從而實現對細胞貼壁的操縱，構建不同的細胞模式，實現對細胞信號轉導機制、腫瘤細胞群落遷徙、神經細胞樹突或軸突形成的研究。

CMD基底列印cRGDfK的細胞貼壁生長Pattern研究

（DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b03249）

　　多功能單細胞顯微作業系統在高性能單元的監控下，通過全自動的工作站實施操作，可確保實驗的平穩、順利的進行。探針有多種孔徑規格可選，也可結合FIB技術進行探針定製，結合不同的探針可實現各式各樣的應用，以上僅展現部分應用，更多的新功能有待各位老師與同學結合自己的課題需求進行探索與發掘，歡迎大家聯繫前來測試樣品！