2023年3月，北京大学物理学院凝聚态所/前沿交叉学科研究院定量生物学中心罗春雄教授团队在《Small》期刊，发表综述文章“When Super-Resolution Microscopy Meets Microfluidics: Enhanced Biological Imaging and Analysis with Unprecedented Resolution”（DOI: 10.1002/smll.202207341）。
图1. 微流控技术与超分辨成像技术结合用以细胞生物学研究示意图1
近年来，超分辨显微镜技术凭借突破传统显微镜的分辨率极限，为生物学家提供了一种从活细胞中提取定量信息的新方式。然而，由于缺乏精细的多功能细胞操控平台，环境控制平台，超分辨成像的潜力并没有被充分利用。微流控技术是生命科学研究中的重要工具，可以用来精确地控制液体和气体在微观尺度下的流动，不仅设计上灵活多变，而且生物相容性良好，已成为细胞和生物分子处理和检测的理想工具。将微流控技术与超分辨显微镜技术相结合，为细胞复杂结构和生物功能的研究，提供了细胞纳米尺度生物学活动的洞察新方式。
本文中系统的概述了微流控技术与超分辨成像技术结合所促进的多样化前沿应用进展，讨论了对生物学研究提供的更多可能性。微流控技术在基于超分辨成像技术应用于细胞生物学研究中的主要优势包括以下几点：1. 高通量和整合型平台：微流控技术可以提供高通量和整合型的平台，自动化平行处理多个细胞样品及生物实验步骤，使复杂的超分辨成像实验流程，如STORM和DNA-PAINT，变得简单和高效，可以为探究生物样品的微观结构和生物过程提供大量的统计性数据。
图2. 团队2022年发表于德国应用化学的工作，结合微流芯片和红外超分辨探针探索红细胞膜的生理性质2。
2. 长时间精确控制活细胞的定位：超分辨成像需要稳定的细胞定位来获得纳米尺度的成像结果，这对于活细胞常常是极困难的，尤其是非贴壁细胞。微流控技术能够利用微尺寸限制或微阀门，在保证细胞活性的同时，长时间精确地控制单细胞定位，提高超分辨成像的分辨率和准确性。
3. 拓展超分辨成像在细胞生物学研究中的应用范围：微流控芯片可以定量构建浓度梯度和剪切力，也可以与光、声、电等元件配合，还原细胞真实的微环境或者设计细胞难以遇到的环境时空变化。在这种条件下与超分辨成像技术结合，可以深入研究细胞内复杂的生物过程中的微观结构变化以及相关规律。
同时，作者还提出了微流控技术与超分辨成像技术结合的应用展望。比如，在细胞间相互作用过程中阐释蛋白的动态过程，利用微流控芯片对超分辨荧光染料分子进行高通量筛选等。当然，这两种强大技术的结合也会面临一些挑战，包括研究人员的多学科背景、高通量实验结果的数据分析等需求。在未来，微流控技术和超分辨成像技术的结合方法，将为细胞学、生物学和医学研究提供更多新的可能性。
上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、国科温州研究院启动经费的支持。原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202207341。
1. Wei Yang#, Lei Hou#* and Chunxiong Luo*，When Super-Resolution Microscopy Meets Microfluidics: Enhanced Biological Imaging and Analysis with Unprecedented Resolution，Small，2023, 2207341.
2. Zhiwei Ye#, Wei Yang#*, Ying Zheng, Shujing Wang, Xiaodong Zhang, Haibo Yu, Shuangshuang Li, Chunxiong Luo*, Xiaojun Peng*, Yi Xiao*, Integrating a Far-Red Fluorescent Probe with a Microfluidic Platform for Super-Resolution Imaging of Live Erythrocyte Membrane Dynamics, Angewandte Chemie International Edition, 2022, e202211540.
