1. 人工细胞的微流控操作
1) 捕获、移动、形状控制
在芯片上实现人工细胞的捕获和定位是静态观察、结构操作等实验的基础。被动捕获方式利用细胞特性、流体控制及微结构设计。
例如，沉淀法通过增加人工细胞密度，借助重力将其牵引至观察区域。这种方法设计简单，但高密度物质可能会影响脂质膜的结构和功能，且无法实现完全固定化。
另一种方式是化学或生物偶联，如常见的生物素-亲和素偶联，但此方法需预先修饰细胞，步骤复杂，且可能影响细胞功能。
目前，通过在膜上组装黏附蛋白（如血小板整合素）已成为更有效的固定手段。这类方法无需外部设备，但可能存在细胞脱逃的风险，且流动过程可能对膜结构产生剪切作用。
物理手段在人工细胞操控中也发挥了重要作用。光镊技术具备高时空控制能力，能够精准定位单个或多个人工细胞，还可以与微流动池结合，推动和测量脂质纳米管的机械性能。
然而，光镊通量较低且设备成本高。介电电泳则凭借高精度和灵活性成为主流，但集成微电极的工艺较复杂，且电场可能引入电解等不利影响。
2) 分选
人工细胞的制备往往难以达到理想的单分散性，因此需要筛选出具有特定特征的细胞用于后续研究。此外，囊泡制备和操作过程中产生的残留物和副产物也可能影响应用效果。
因此，分选操作至关重要。微流控分选技术可以从多分散的初始细胞群中挑选出目标细胞，降低对制备技术的严格要求。
这些方法包括基于光学特征和特定标记的主动分选，以及基于介电电泳的被动分选。介电电泳分选因其较高的通量和与荧光检测结合的能力应用广泛。
在实际应用中，基于尺寸的被动分选方法相对简单。利用微捕获柱、微型陷阱等，通过间隙尺寸差异来捕获并分选细胞，或者通过调整微通道的高度，根据细胞在不同流层中的行为进行筛选。
3) 局部注射
在人工细胞构建及相关研究中，常需在细胞膜或内部引入特定材料以满足设计需求。局部注射技术因此成为关键手段，能够精准将所需成分注入目标对象，支持按序激活反应或自下而上的逐步组装。
显微注射技术可将特定组分引入人工细胞，实现对区室的操作或分步添加多种成分。虽然这种方法具有高精度和良好的定量控制，但效率较低。
为提高物质递送效率，阵列化电穿孔技术应运而生，可同时对大量人工细胞进行注射，精确控制每个囊泡的内容物。这一技术操作简便、可靠且效率高，具有广泛应用前景。
2. 人工细胞的应用
1) 膜生物学研究
细胞膜作为屏障，防止外界物质随意进入，维持细胞内环境的稳定，从而保证生化反应的有序进行。然而，细胞需要与外界进行信息、物质和能量的交换，因此必须具备完善的物质转运系统。
人工细胞的研究为深入探讨细胞膜的核心问题提供了平台，如膜的不对称性、脂筏结构、跨膜转运、膜蛋白及其与环境的相互作用等。
微流控技术能够精确操控膜的生成，制备出传统方法难以实现的不对称膜结构，并研究膜内外的横向异质性。然而，人工细胞的不对称脂质囊泡因缺乏天然细胞膜中的其他成分支持，难以长期维持不对称性，脂质扩散会在短期内破坏这种结构。
相比之下，嵌段聚合物更具优势，通过合成手段可以调节其结构、形状、尺寸和带电性，且不同聚合物在膜内外的自发分布有助于实现长期不对称性。除了横向异质性，单膜层内还存在侧向异质性，形成所谓的“脂筏”结构。
2) 反应容器及微载体
人工细胞的多区室结构为复杂反应提供了极具实用性的研究平台。在脂质体内，酶的稳定性远高于游离状态下，可能是由于内部能维持反应物浓度，且膜表面为酶提供了额外的固定空间。
通过通道蛋白，在外部信号激发下，膜内能够实现多酶控制的级联生化反应。多区室结构还能通过选择性释放化学物质，实现特定的级联反应和区室间的有效通信。
为增强区室内成分释放的可控性，使用乳液相转移技术生成三元脂质囊泡（由二油酰磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰胆碱和胆固醇组成），加热至一定温度后，可释放内部的荧光染料和肽类物质，并通过调整囊泡成分来调节释放温度。
利用激光等技术可以单独寻址并触发释放，实现按需调控的反应过程，在智能合成生物系统的研发中具有巨大潜力。此外，巨型囊泡不仅可作为微反应容器，还能作为微载体，选择性保护有效载荷，并在特定刺激或精确时空控制下释放，成为极具吸引力的递送工具。
3) 信息交换及传感分析
虽然人工细胞在信号传导和通信方面取得了显著进展，但与天然细胞间复杂的通信机制相比仍存在许多不足。
除了能够实现人工细胞间的信息交换，人工细胞还可以与生物细胞进行交流，进而影响生物细胞的行为。
研究人工细胞间的相互调节，有助于构建具备复杂通信机制的人工细胞群体，并通过信号的感知、传递和识别，推动新型传感检测功能的发展。
4) 医学应用
人工细胞在基因与蛋白质表达、胞内级联反应和细胞间通信等领域的进展，为其在医学中的应用奠定了坚实基础。
通过人工细胞膜伪装，可有效减少血细胞和蛋白质在循环肿瘤细胞分离中的干扰，提升收集效率。此外，人工细胞在药物开发中展现出巨大潜力。
利用源自癌细胞的组蛋白和细胞膜，能够模拟癌细胞的基因保护与转染功能。同时，人工细胞还可作为药物递送载体，诱导细胞内发生级联反应。
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