人工细胞的表型测试与分选：构建从光谱学到遗传学的桥梁

基于红外光谱的细胞功能检测。红外成像通常采用近红外区多色光作为激发光源，激发样品中分子能级跃迁，进而检测其红外吸收光谱。从 20 世纪 90 年代起，红外光谱便开始用于区分正常和癌变的组织。虽然红外显微光谱技术理论上分辨率可达衍射极限，但是目前绝大多数红外显微光谱仪配备的都是传统的碳硅棒（globar）光源，其热源温度仅 1 000—1 500 K，光源亮度较弱，因此当测试狭缝调节到小于 10 μm（细胞尺寸相当）时，其光通量将明显降低，严重影响单细胞红外光谱的灵敏度。因此目前显微红外光谱大多只能对细胞中色素等红外吸收高的成分成像，如对雨生红球藻细胞中类胡萝卜素的空间分布和含量进行红外成像。

同步辐射作为一种新型的红外光源，具有光谱宽（10—10 000 cm）、亮度高（比传统光源高 2—3 个数量级）、发散度小以及具有时间结构等优良特性。特别是其高亮度的特性十分适合开展单细胞显微红外光谱成像研究。不仅可直接获得细胞内的生物化学信息，还可鉴别和检测特殊的细胞表型，并且具有亚细胞成像分辨能力。与普通红外光谱相比，同步辐射红外光谱在单细胞表型检测上具有更强大的功能。然而在细胞红外光谱成像过程中，为了保持细胞的活性，测试往往需要在水溶液中进行的。但是，水分子在 3 000—3 750 cm⁻¹与 1 600—1 700 cm⁻¹光谱处都存在明显的红外吸收，故克服这一干扰是细胞红外成像的关键。微流控芯片技术能精准地操控流体，其微通道可准确控制细胞外水层的厚度，从而最大限度地消除水环境对细胞红外光谱的干扰。一系列适合细胞红外光谱成像的微流控芯片装置的出现，为高通量单细胞红外成像奠定了平台基础。

基于太赫兹光谱的细胞功能检测。太赫兹（THz）位于电磁波谱的微波和红外区域之间，其频率范围为 0.3—3×10¹²Hz，探测细胞内部时不受散射限制，因此具有出色的生物组织穿透能力，为原位乃至在体的细胞表型测量带来了希望。一种耦合腔谐振器系统能在 10 GHz 频率下快速测量流动的细胞，实现了流动状态下小鼠成肌细胞的太赫兹光谱测量。太赫兹光谱测量信号与细胞的体积直接相关，故为细胞大小分布提供了一种快速准确的测量方法，其潜在的应用包括检测血液样本中循环肿瘤细胞（一般比白细胞大）等。虽然太赫兹光谱成像在细胞原位或在体分析上具有重要潜力，但就已发表的工作来看，能检测的细胞表型仍然较少也相对局限，距离现实应用尚有距离。