Application Note丨微生物分选

关键词：单细胞LIFT分选；微生物单细胞分选培养；微阵列芯片

一种可培养的活体单细胞

分选新方案

一、前言

本文介绍了一种新型微生物单细胞活体分选培养芯片，即

HoneyArray微阵列芯片（HOOKE INSTRUMENTS）。该芯片采

用微阵列膜与镀膜工艺，在芯片表面创建出了矩阵式的微孔结

构，每个微单元都可以独立捕获单细胞，使细胞持续处于液体状

态，维持细胞活性，为微生物单细胞活体分选提供条件。该芯片

主要适配于基于激光诱导向前转移技术（LIFT）的PREC SCS单细

胞分选系列产品，包括PRECI SCS可视化单细胞分选仪，PRECI

SCS-F荧光单细胞分选仪，以及PRECI SCS-R300拉曼单细胞分选

仪，从而实现基于形态、荧光、拉曼光谱等表型特征识别的目标

单细胞的活体分选培养。

二、研究方法

本案例主要介绍HoneyArray微阵列芯片的使用方法和效

果，列举了3种不同微生物样品的前处理方法和3种微生物的单细

胞分选培养方法与结果。

1.样品预处理

1）土壤/沉积物样品

① 取3 mL 样品于离心管中，然后将离心管置于冰盒上；

② 涡旋10 min，超声时间为1 min，超声1 s，停1 s；

③ 根据样品中菌的含量可以适当重复步骤2次；

④ 2000 rpm离心5 min，去除沉淀杂质，然后收取上清菌液；

⑤ 上清液8000 rpm离心5 min收取菌沉于1 mL EP管中；

⑥ 加入1 mL无菌水进行清洗，条件为8000 rpm离心5 min，

反复清洗3-5次；

⑦ 收取菌沉，加入适量的无菌水重悬样品，充分混匀待用。

2）培养液/富集液

① 培养的细菌菌液/富集液，取1 mL于1.5 mL EP管中，8000

rpm离心5 min，收取菌沉;

②加入1 mL无菌水重选菌沉，然后8000 rpm离心5 min，

清洗菌沉；

③ 重复步骤②两次，收取菌沉，加入1 mL无菌水混匀，再

稀释100倍，充分震荡混匀待用。

3）肠道微生物

① 取1 g粪便，放入50 mL 离心管中，加入 10 mL 无菌PBS;

② 涡旋10 min，用于分散细胞；

③ 300 rpm离心3 min，去除杂质沉淀，取上清液；

④ 上清液8000 rpm离心3 min，弃上清，获得微生物细胞沉淀；

PRECI SCS微生物单细胞分选仪

图1 HoneyArray微阵列分选培养芯片

2）将分培芯片平放到无菌培养皿中，上样孔朝上；用200

μL移液枪吸取样品约100 μL，垂直滴加到上样孔处，大约上样

一滴（约20 μL）即可，如图3所示；

3）盖上平皿上盖，芯片水平放置3-5 min，使样品沉降到

微孔中，如图4所示；

4）转移芯片与分选平台上，定位到上样孔，透射光观察样

品状态，如图5所示；

图2 芯片浸润

图5 活体细胞状态

图6 分选培养成功率统计

图3 样品上样

图4 细胞沉降

5）校正并设置分选参数，进行单细胞的分选，使用

MiniCollect细胞收集器（HOOKE INSTRUMENTS）进行接收；

6）分选得到的单细胞转移至摇菌管中，置于培养箱中，在

适宜的条件下进行培养。

Tips：

1）该芯片分选期间，间隔30 min需补液10-20 μL。

2）设备优化分光镜和物镜，分选参数已改变，可参考大肠

杆菌（E.coli）分选参数400-450；酵母分选参数450-500。

三、研究结果

为确定HoneyArray微阵列分选培养芯片的培养成功率，分

别选择了真菌（酿酒酵母）、革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰

氏阳性菌（枯草芽孢杆菌）进行了单细胞分选培养测试。3种菌

经分选培养后的成功率如下图所示，结果表明单细胞分选成功率

均在95%以上。

四、研究结论

本案例应用自主研发的HoneyArray微阵列分选培养芯片，

配合PRECI SCS可视化单细胞分选仪，成功实现了多种微生物单

细胞的活体分选及培养。该方案能够在无标记的情况下，对复杂

生物样本中的单细胞进行精准、可视化地分离，并成功保持了分

离后细胞的活性，具有超低上样量、高单细胞得率、高细胞纯

⑤ 加入1 mL 无菌水进行清洗，条件为8000 rpm离心5

min，反复清洗3-5次；

⑥ 适当稀释，如200倍（5 μL 样品加入 1 mL 无菌水中）待用。

Tips：

上样的样品浓度要求5×106 CFU/mL。

2.微生物单细胞活体分选

1）取200 μL无菌水从分培芯片两侧补水孔注入，使芯片保

水层完全浸湿但不至于水从其上样出滴下或者流出，可轻轻按压

保水层促使气泡排出，如图2所示；

注水孔 注水孔

上样孔

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度、高培养活性等特点，可应用于微生物培养组学、功能微生物

筛选、微生物资源库构建等领域。

五、应用优势

随着微生物单细胞研究的日益深入，对单细胞分离培养的需

求也与日俱增。传统单细胞分选方式存在单细胞得率低、剪切力

等对细胞造成损伤、分选管道易堵塞、无法实现可视化分离等问

题。基于LIFT技术的PRECI SCS单细胞分选仪专门针对微生物样

品特点研制，有效解决上述问题。PRECI SCS结合HoneyArray微

阵列分选培养芯片，能够实现95%以上的微生物单细胞分选培养

成功率，为未培养微生物的开发、工程菌筛选以及藻类研究等领

域提供全新的策略，助力微生物单细胞科研成果产出。