1. 单细胞的小分子检测
在单细胞分析中检测小分子物质是更好地了解生物体、探索细胞异质性和早期诊断疾病的必要策略。
乳酸和活性氧等细胞间小分子物质广泛参与细胞的信号传导途径，在许多生理和病理过程中发挥着重要作用。
研究小组开发了一种表面增强拉曼散射（SERS）-微流控液滴平台，通过一种由银纳米粒子装饰的 Fe3O4 磁性微球组成的多功能磁性 SERS 底物，实现了单细胞水平上多重代谢物的无标记同步分析。
他们实现了无标记、无损、同时测定三种单细胞代谢物：丙酮酸、三磷酸腺苷和乳酸。
他们的金属磁性复合底物有助于实现单细胞代谢物的高效吸附和从复杂基质中的快速分离，并具有很高的 SERS 灵敏度，使 SERS 微液滴平台成为在代谢水平上探索单细胞异质性的有力工具。
单细胞液滴还可以根据小分子动力学进行分类。
抗坏血酸（AA）又称维生素 C，是一种强抗氧化剂，也是酶反应的辅助因子，可预防自由基诱发的疾病，尤其是帕金森病和癌症。
AA 能有效清除与多种组织损伤和疾病相关的有毒自由基和其他活性氧，因此开发简便、快速、简单的分析方法来高选择性、可靠地测量 AA 非常有用。
相关研究报道了一种液滴微流体方法，用于活细胞中 AA 的细胞内成像。通过分离小微液滴，他们能够快速检测单细胞中的 AA 并对其成像。
2. 单细胞蛋白质分析
蛋白质是一种生物大分子，在活细胞中具有特定的功能，直接关系到细胞行为和新陈代谢的特异性。
不同细胞中表达的蛋白质具有明显的异质性，单个细胞内的蛋白质种类繁多。虽然蛋白质种类丰富，但具有重要功能的蛋白质数量却很少。
因此，基于单细胞对特定蛋白质进行定量分析，对于揭示群体中细胞的异质性，提高对由单细胞或小细胞群引起的疾病（如癌症）的早期诊断水平非常重要。
流式细胞术是经典的单细胞蛋白质分析方法，可通过免疫标记多种功能蛋白质来检测特定功能蛋白质的含量。
由于分泌蛋白丰度低、灵敏度不够以及需要固定细胞等原因，基于传统流式细胞仪对单细胞分泌的特异性蛋白进行动态检测和分析仍具有挑战性。
微流控液滴技术体积小、检测灵敏度高、通量大，在单细胞蛋白质分析中具有广阔的应用前景。
哺乳动物细胞（如免疫细胞、内皮细胞和癌细胞）分泌的细胞因子在感染、免疫反应、炎症和疾病发展中起着关键作用。
细胞因子表达的增加与肿瘤血管化和生长有关，而肿瘤血管化和生长反过来又会生成新的肿瘤血管并扩大现有的肿瘤血管。
实验小组人员建立了一个 SERS 液滴微流控平台，用于快速、超灵敏地同时检测单个癌细胞分泌的细胞因子，包括血管内皮生长因子（VEGF）和 IL-8。
他们的研究结果表明，细胞间的相互作用可通过上调血管内皮生长因子和 IL-8 促进癌细胞血管生成。
3. 单细胞药物筛选分析
由于细胞间的异质性，不同细胞对某些药物的反应也不同。
虽然使用传统微型化微孔板进行药物筛选已经非常成熟，而且操作简单，但针对单细胞的药物筛选仍面临一些技术障碍，包括在开放环境中分布液体的不可控蒸发。
传统的微型化微孔板只能静态培养细胞，这限制了其适用性，因为这种方法无法模拟天然的细胞外微环境。
相比之下，微流控设备可通过连续注入的方式进行三维细胞培养，不仅能模拟与体内细胞生理相关的微环境，还具有样品消耗少、成本低、通量大等优点。
研究者开发了一种基于液滴的数字最小抑菌浓度筛选，作为一种实用的分析平台，可量化抗生素表型反应的单细胞分布，并能高精度地测量接种体效应。
根据用头孢他啶处理携带β-内酰胺酶的大肠埃希菌所获得的结果，他们发现抗生素的疗效是由每个细菌菌落形成单位的抗生素用量而不是抗生素的绝对浓度决定的。
与流式细胞仪分析不同，单细胞药物筛选测试是采用微滴方法进行的，在这种方法中，选定的化合物被添加到分离的单个细胞中，而不是添加到细胞群中。
这样可以避免细胞之间的相互作用，而且由于不同细胞对药物的敏感性不同，因此可以从细胞群中分离出耐药细胞进行进一步分析，从而有可能开发出用于癌症早期治疗的新药。
研究人员利用集成微流体液滴阵列平台分析了野生型和耐多柔比星乳腺癌细胞对多柔比星的吸收和细胞毒性。
他们发现，在存在或不存在多柔比星（Dox）的情况下，药物敏感细胞比耐药细胞更容易死亡。
4. 单细胞遗传分析
细胞之间的基因差异在发育、分化、信号转导和疾病中具有相当重要的意义，因此开发单细胞基因分析方法对探索这些生命过程非常重要。
除了分离单细胞外，液滴微流控技术已成为分离单细胞基因组的理想工具，使其成为细胞生物学和临床医学单细胞基因组学高通量研究的理想技术。
一项实验描述了一种利用微流液滴技术进行超高通量单细胞基因组测序的方法。
在此方法中，单个细胞被封装在微凝胶中，微凝胶可渗透分子，如酶、洗涤剂和水力直径小于其孔径的小分子，但也能在空间上捕获大分子，如基因组 DNA。
微凝胶的使用有利于对封装细胞进行清洗，以执行细胞裂解和基因组处理等必要步骤，同时保持单个基因组的分离。
利用这种方法，可以轻松地对封装细胞进行细胞裂解和基因组处理等一系列操作，同时保持单个基因组之间的分离。
通过结合微凝胶和微流控液滴技术，这种方法可以在短时间内处理 50 000 个细胞，实现超高通量单细胞基因组测序。
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