中國科學技術大學工程科學學院微納米工程實驗室在單顆粒/細胞捕獲研究領域取得重要進展。他們提出使用實時飛秒激光雙光子光刻技術，成功實現了單顆粒或細胞的捕獲，該技術還可以實現可控多顆粒或細胞團簇的實時捕獲，用于細胞通訊或顆粒之間的相互作用研究，有望極大地推動細胞捕獲研究領域的發展。該成果以“Real-time two photon lithography in controlled flow to create a single-microparticle array and particle cluster array for optofluidic imaging”為題，發表在微流控領域國際頂級期刊Lab on a Chip上 [Lab on a Chip 18, 442-450 (2018)]，并被選為inside back cover封面。同時被Nature Photonics以“Instant trap formation” 為題亮點報道 [Nature Photonics 12, 65 (2018)]。

在單細胞分析研究中，捕獲目標細胞是實現單細胞分析的第一步。微流控芯片具有傳統實驗方法所不具備的一些優點，包括超低的試劑消耗、高集成度、高自動化程度、高效率、環境友好、微型化、可攜帶、低成本以及操控簡單等，尤其在操作微量流體方面有著獨特的優勢，已經被廣泛研究并應用于單細胞捕獲領域中。其中，基于微流控的捕獲陣列方法是實現細胞或者顆粒捕獲分離最簡單、最常用的方法。然而，目前的微捕獲陣列面臨著幾個難題：1. 由于微捕獲結構會增大捕獲單元的阻力，使得大部分的顆粒和細胞繞過捕獲結構，從而導致極低的捕獲效率（低于10%）；2. 傳統的捕獲結構都是預先在微流控芯片中加工出微捕獲結構，無法實現針對目標結構尺寸和幾何結構的實時可調控性；3. 同時捕獲可控的顆粒團簇很難實現。

圖1 實時飛秒激光雙光子光刻用于100%顆粒或細胞捕獲

該工作首次報道了結合可控流體的實時飛秒激光雙光子光刻技術，通過快速加工微柱結構實現了100%顆粒或細胞的單捕獲。研究團隊首先設計制造了一定高度的微流控芯片，向芯片中通入包含有目標微顆粒或細胞的光刻膠或水凝膠；通過圖像實時觀測篩選目標顆粒，然后快速控制液體停流；使用飛秒激光在目標顆粒或細胞周圍加工微柱陣列；最后洗掉光刻膠或水凝膠，得到目標結構用于后續單細胞分析。單細胞或顆粒的捕獲效率接近100%，且捕獲目標的幾何尺寸和形狀實時可調，另外還可以實現可控數目的顆粒團簇的捕獲。

Nature Photonics雜志副主編Noriaki Horiuchi在news&views專欄評述該項工作：該研究組提出了一個新的捕獲策略——實時流體控制的飛秒激光雙光子光刻技術，該技術能夠有效在原位捕獲目標顆粒；該工作相比于傳統的微捕獲陣列方法，具有很多優點：首先，捕獲效率大幅度提升，接近100%，且單細胞捕獲時間僅僅為400 ms；其次，可以根據目標顆粒/細胞的尺寸和幾何形狀實時調控捕獲結構，從而提高了該方法在多種細胞中捕獲目標細胞的精確度；最后，該方法可以實現任意的單細胞捕獲圖案以及可控團簇細胞或顆粒的捕獲；該技術有望在單細胞分析、光流體以及細胞計數領域中獲得應用。

工程科學學院微納米工程實驗室長期從事飛秒激光微納加工用于粒子/細胞捕獲的研究，在微結構加工和微物體捕獲方面具有良好的工作基礎和積累。在前期工作中利用毛細力自組裝方法加工了長管道結構[Small 13, 1603957 (2017)]，利用微管結構捕獲微顆粒和細胞并用于細胞培養 [Small 13, 1701190 (2017); Opt. Express 25, 8144 (2017)]，利用全息方法快速加工了微柱結構組裝體和微流體分選捕獲器件[Adv. Funct. Mater. 27, 1701939 (2017)封面文章, Opt. Express 25, 16739 (2017)]。

工程科學學院博士生許兵為論文的第一作者，吳東教授、胡衍雷副教授為論文的通訊作者。這項工作得到了國家自然科學基金、中國科學院科研裝備研制項目、中國博士后科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金等項目的資助。

Lab on a Chip論文鏈接： 

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/lc/c7lc01080j#!divAbstract 

Nature Photonics鏈接： 
https://www.nature.com/articles/s41566-018-0096-5　

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