單相流微流體捕獲系統(tǒng)主要包括流體動力學(xué)捕獲、磁力捕獲、介電泳捕獲、聲學(xué)捕獲、光學(xué)捕獲等。這些單細(xì)胞的捕獲方法最近得到了很好的總結(jié)。

(a)流體動力捕捉器利用微流體通道中獨特的微觀結(jié)構(gòu)和閥門來控制流體流動，從而不需要使用其他裝置來收集單個單元。微流體通道的結(jié)構(gòu)就像一個過濾器，它把細(xì)胞困在流動的流體中，因此得到了大量的單細(xì)胞，不足之處是會造成相當(dāng)大的細(xì)胞數(shù)量的損失。本文介紹一種微流體動力學(xué)在數(shù)字單細(xì)胞分析中的捕獲系統(tǒng)。該微流控裝置具有一種特殊的旁路結(jié)構(gòu)，它能改變流體動力學(xué)，通過一系列旁路結(jié)構(gòu)捕捉單個細(xì)胞，其單細(xì)胞捕集效率可達90%左右。

在2016年，提出了一種基于單細(xì)胞陷阱技術(shù)的新型微流控器件，其原理是等效電阻電路。它遵循最小阻力路徑的原則，能夠捕捉確定性的單細(xì)胞，實現(xiàn)大規(guī)模、高效和靈活的細(xì)胞捕獲。

(b)磁力分離技術(shù)以磁力為基礎(chǔ)，通過免疫磁標(biāo)記的核酸探針或磁珠修飾與待測物雜交。這樣，通過磁場處理的微流體設(shè)備就可以捕捉到磁標(biāo)的目標(biāo)物。可通過正選選擇(收集與磁珠相連的靶材)或反向選擇(也就是說，收集不帶磁珠的目標(biāo)物)。其唯一缺點是磁性捕獲的專一性取決于抗體和引物的設(shè)計。

(c)介質(zhì)電泳捕獲介電泳(DEP)是一種可極化粒子在非均勻電場中運動的現(xiàn)象。采用電動操縱是常用的單片機控制方法。

該方法是用涂有細(xì)胞結(jié)合劑的顯微載玻片，并以薄電極陣列為模板，用電信號激發(fā)這些電極陣列，使之受到DEP的作用，實現(xiàn)了從載玻片懸浮細(xì)胞中直接捕捉不同類型的細(xì)胞。

用負(fù)DEP(nDEP)誘捕一株未接觸酵母細(xì)胞進行單細(xì)胞增殖的實驗。利用基于絕緣介質(zhì)的雙向電泳(iDEP)，從哺乳動物外周血單核細(xì)胞(PBMC)混合物中捕獲單個哺乳動物乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)。

利用外電場的不同作用，實時觀察細(xì)胞活力變化。本文對DEP誘捕細(xì)胞實驗中產(chǎn)生的熱效應(yīng)與細(xì)胞間的直接相互作用進行了理論和實驗研究。(d)聲學(xué)捕捉表面聲波，作為一種非接觸的方法，既可以探測特定的分析物，也可以將單個細(xì)胞局限于微流體通道。它是一種聲陷波器捕捉細(xì)胞的原理，其原理是使用一對數(shù)字互感器(IDT)在施加電流、陷波器或凝聚層中產(chǎn)生超聲駐波。研制了一種基于駐波表面聲波(SSAW)的微流體控制裝置，用于有限數(shù)量的細(xì)胞樣本的連續(xù)富集，用于進一步的細(xì)胞研究。當(dāng)前，聲捕獲器與光鉗系統(tǒng)結(jié)合在一起，可將其與微流場耦合在一起，具有良好的生物相容性和易于制造的特性，可用于顆粒和細(xì)胞的動態(tài)濃縮。

(e)除了上述單細(xì)胞捕獲系統(tǒng)之外，基于慣性力和粘彈性微流體的單細(xì)胞分離系統(tǒng)也成為了單細(xì)胞分離技術(shù)的發(fā)展趨勢，而精確而高通量的單細(xì)胞分離也是機械分離細(xì)胞間功能異質(zhì)性的重要手段。2015年，孫佳姝研究組開發(fā)了一種結(jié)合集成膜過濾器基于慣性的微流體細(xì)胞分選儀，基于大小、無標(biāo)簽、高效地分離富集全血循環(huán)腫瘤細(xì)胞，CTCs的分離效率達74.4%。在2018年，他們又報道了一個粘彈微流體系統(tǒng)，它可以在不需要任何細(xì)胞標(biāo)記的情況下，直接從全血中選擇性地分離腫瘤細(xì)胞。

在單胞外小泡的分離和檢測方面取得了突破性進展，并發(fā)展了一種基于粘彈性分離及核酸適配體識別的微流控分離芯片，實現(xiàn)了單個胞外小泡的選擇性分離及對其表面蛋白的分析。結(jié)果表明，微流控生物芯片可以實現(xiàn)高通量單細(xì)胞檢測和分離，可望實現(xiàn)高精度的臨床診斷等領(lǐng)域。