在微生物研究中，稀有菌株(如环境样本中占比<0.1%的功能菌、临床样本中的低丰度病原体或工程菌库中的特定突变株)的分选一直是关键挑战。传统方法(如平板划线、流式细胞术)受限于低通量、依赖荧光标记或对复杂样本的适应性差，难以高效捕获目标。近年来，微滴微流控技术凭借其单细胞级操控、高通量及低试剂消耗的优势，成为稀有菌株分选的前沿解决方案。
一、技术原理与核心优势
微滴微流控通过微通道将水相样本(含微生物悬液)与油相包裹形成纳升级至皮升级的独立微滴(体积约1-100 pL)，每个微滴可包埋单个或多个微生物细胞，形成“微型反应器”。其核心优势在于：①超高通量：微滴生成频率可达数千至数百万个/秒，远超传统流式分选的每秒数百个；②单细胞隔离：微滴的物理分隔避免了细胞间竞争或信号干扰，尤其适合稀有菌的低背景检测；③灵活标记：可通过荧光(如表达特定蛋白)、代谢活性(如底物代谢发光)或物理特性(如大小、电导率)实现目标菌株的间接标记。
针对稀有菌株的低丰度特性，当前研究主要采用两类策略：
1.荧光触发分选：通过基因工程使目标菌株表达荧光蛋白(如GFP)，或利用特异性荧光探针标记(如针对特定代谢酶的底物)，微滴生成后经荧光检测器识别阳性微滴(含目标菌)，再通过介电泳力或微阀技术将其分离至收集通道。该方法适用于已知靶标的精准分选，但需预先改造或标记菌株。
2.功能响应分选：无需预先标记，依赖目标菌的特别功能(如降解污染物、分泌特定代谢物)。例如，在微滴中加入待降解底物，目标菌代谢后产生荧光产物(如荧光素)，通过检测微滴荧光强度筛选功能阳性微滴。此方法更适用于未知菌株的功能挖掘，但需优化微滴内营养供给与信号放大。
三、挑战与未来方向
当前技术仍面临微滴稳定性控制(如油相挥发导致微滴融合)、低丰度目标(<0.01%)的检测灵敏度不足、以及复杂样本(如土壤悬液含颗粒杂质)的堵塞风险等问题。未来发展方向包括：①开发新型稳定剂与表面活性剂提升微滴长期稳定性；②结合单细胞测序或拉曼光谱实现无标记多功能分选；③集成微流控芯片与自动化设备，推动从实验室研究到工业化应用的转化。
总之，微滴微流控技术为稀有菌株分选提供了高效、灵活的新工具，有望在环境修复、生物医药及合成生物学等领域发挥关键作用。
