液滴微流控技术在微生物研究中具有以下几个关键特点：
1. 微生物被封装在液滴中，提供隔离环境，消除生长速率差异和种间竞争，便于研究稀有或生长缓慢的微生物，同时液滴中代谢物的快速积累可激活如群体感应等浓度依赖的生理通路。
2. 微流控装置能以高达20000 Hz的频率生成高度均一的液滴，实现高通量分析，从而使超高通量鉴定和筛选微生物成为可能。
3. 在液滴微流控系统中，可以根据研究需求定制通道设计和集成多种控制模块，精确操控液滴的注入、混合、分散、长时间孵育及分选等操作，快速引入多种检测试剂和刺激因素，创造多样且可控的环境，实现高通量和精准控制微生物细胞的目标。
微生物的液滴微流控技术主要由以下几个部分组成：
1. 液滴生成，包括生成单相分散的液滴、液滴阵列和由不同材料构成的液滴表面或液滴内组分；
2. 操控液滴和液滴内的组分；
3. 对液滴内微生物进行分析。
1. 微生物的高通量单细胞培养和分离
传统微生物培养方法不仅耗时较长且操作复杂，还因细菌种间抑制和某些微生物生长缓慢或无法生长而忽略部分微生物信息。
基于液滴微流控的培养技术将一小群甚至单个微生物置于液滴中，从而避免种间竞争，精确控制微生物的生长环境，分离传统方法无法培养的微生物。
利用液滴微流控技术，复杂微生物群落中的稀有或难培养微生物的分离变得更加便捷。
微流控平板划线（MSP）实现了高通量的单微生物分离和培养，液滴在预先填充载体油的培养皿上划线，形成稳定的液滴阵列。
与传统琼脂平板划线相比，微流控平板划线具有多个优势：
1. 更高的培养通量和更低的试剂及样本消耗；
2. 消除种间竞争和生长速率差异的影响；
3. 载体油上的液滴可支持长达5个月的单细胞培养；
4. 允许在培养过程中用显微镜观察；
5. 培养后可用下一代测序技术进行微生物群落分析和扩大培养；
6. MSP使用液体培养基，避免琼脂凝固过程中产生的过氧化氢，有利于分离和培养过氧化氢敏感的微生物。
2. 微生物的高通量检测、鉴定和微生物组研究
1) 液滴光学检测技术
将荧光原位杂交技术（FISH）与液滴微流控技术相结合，可以实现高通量的微生物检测和鉴定。
为避免荧光标签对细菌正常生理活动的潜在影响，采用无标记且无创的单细胞拉曼光谱技术（SCRS）进行微液滴中的微生物检测。
SCRS是一种基于分子振动信号的代谢物检测技术，能够提供单个细胞内源性的生化“指纹”。
通过结合SCRS与基因组测序技术，可以系统性地研究单个细胞的基因组与代谢组，为微生物的深入分析提供了强有力的工具。
2) 液滴数字PCR
液滴微流控技术的引入极大地革新了数字PCR技术，催生了液滴数字PCR（ddPCR）。
在ddPCR中，DNA分子随机分配到每个小液滴中进行常规PCR。由于反应混合物中含有荧光探针，可以通过荧光强度计算原始样本中目标DNA的拷贝数，从而实现对样本中目标微生物的检测和定量。
ddPCR能够测定复杂群落中单个微生物类群的绝对丰度，诊断早期病毒感染，以及定量检测BK病毒、乙肝病毒和人类乳头瘤病毒等。
3) 液滴测序技术用于微生物组研究
将液滴微流控技术与下一代测序技术结合，可以避免传统16S rRNA测序和宏基因组测序在单细胞层面上的异质性以及空间微生物组信息的丢失。
这种结合催生了MaPS-seq技术，为研究复杂环境中微生物的空间分布提供了前景。该技术已应用于小鼠肠道不同区域的微生物组研究，揭示了特定种群间的多种分布关系。
随后，基于液滴微流控的微生物高通量单细胞基因组学技术Microbe-seq被开发出来，能够获取大量单一微生物细胞的基因组信息，并将微生物群落的基因组信息精确到菌株水平。
3. 基于液滴的共培养技术研究微生物相互作用
微生物相互作用是微生物群落功能和动态的关键驱动因素。利用液滴微流控技术进行微生物共培养，非常适合高通量研究微生物在不同环境下的相互作用。
这项技术还可用于研究微生物的跨界相互作用。基于液滴的高通量共培养和分离技术能够有效筛选具有抗菌活性的益生菌。
4. 抗生素敏感性试验
基于微流控的细菌培养方法是进行自动化且快速抗生素敏感性试验的前景工具。
近年来，多种微流控技术如微室、微通道和基于液滴的方法被开发用于抗生素敏感性测试，其中基于液滴的方法因其能生成大规模超小体积液滴，适用于高通量和高敏感性检测而被广泛应用。
此外，液滴微流控技术也能用于评估抗病毒药物。例如，为确定潜伏期逆转剂对HIV再激活的影响，研究者开发了一种微流控装置，用于高通量封装HIV感染细胞并直接鉴定这些细胞。
通过分析接受抗逆转录病毒治疗患者的单个CD4+ T细胞，研究发现潜伏期逆转剂在某些情况下增强了活性细胞的转录，而在其他情况下则增加了转录活性细胞的数量。
5. 工程菌株与微生物资源开发
液滴微流控技术为菌株改良、代谢产物筛选和生物合成基因簇的发现提供了一个高效的平台。将宏基因组文库构建与液滴筛选相结合，有助于从微生物中发现生物合成基因簇。
此外，液滴微流控技术还可用于定向进化，定向进化是蛋白质工程中的一种常用方法，通过模拟自然选择过程，引导蛋白质或核酸实现所需功能。
由于液滴微流控技术具备高通量分选的优势，使其成为进行定向进化的理想选择。
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