高通量细胞微吸管吸吮测量表征分析系统

该系统是基于脉冲微吸管抽吸（Micropipette Aspiration）的单细胞采集 + 单细胞力学（细胞粘附力）表征一体化平台，属于倒置显微镜外挂式模块化系统；核心特色：在显微可视化下，精准可控负压脉冲抽吸，既可单细胞拾取，又可定量测量单细胞粘附力，实现 “力学表征 + 单细胞捕获” 一体化，是细胞力学、肿瘤细胞、神经细胞、3D 培养细胞的单细力表型高通量表征设备。

一、核心性能参数

表格

参数项

规格

二、工作原理（微吸管吸吮 + 脉冲真空 CTAS 专利技术）

全称 CTAS（Cell and Tissue Acquisition System）专利毛细管真空脉冲技术，属于微吸管吸吮（Micropipette Aspiration） 技术工程化产品：

1. 在倒置显微镜实时成像观测下，将一次性玻璃毛细管 DCU 移动至目标单细胞表面；

2. 系统施加可编程、高精度的负压脉冲，负压将细胞膜局部吸入毛细管尖端；

3. 通过记录：负压大小、细胞进入毛细管的形变长度、毛细管尖端几何参数，内置软件模型计算单细胞粘附力、膜力学、皮层张力；

   区别于传统单纯采集显微切割设备：该系统不是只抓细胞，抽吸过程本身就是力学测量过程；

4. 完成力学表征后，可继续增加负压完整吸起单细胞；再切换正压脉冲，直接将细胞吹入 96 孔板、PCR 管、载玻片，无需二次转移；

5. 一次性 DCU 毛细管，避免样本交叉污染；可荧光引导拾取，只选择荧光阳性目标细胞做力学测试 + 单细胞分离。

传统微吸管抽吸大多是自制搭建（手动油压 / 水压力源），压力稳定性差、通量低、操作门槛极高；UnipicK Plus 把压力、位移、时序全数字化闭环控制，实现标准化、高通量单细胞力学表征。

该系统是一种安装在正常倒置显微镜上的计算机控制的微量吸管系统,量化细胞形变、细胞间粘附作用和细胞与基质之间的粘附作用,可同步实现荧光观测、单细胞捕获、分选和分离和图像视频处理。

使用专利保护的脉冲负压为动力,玻璃毛细管为工具,可以和大部分倒置显微镜配合使用,可以快速和精雀地直接从常规细胞培养板采集单细胞或细胞克隆,并且对细胞活性影响轻微。采集的细胞可以再培养,和用作下游各种单细胞分析。

该系统还可以从复杂异质性组织,比如脑组织,根据组织病理学,荧光标记和解剖学,采集单细胞和特异性的解剖学区域。

可在已有显微镜上搭建的,可同步实验吸吮加载、图像视频处理与荧光观测的细胞力学装置。可建立微管吸吮力学加载-荧光观测耦合的分子-细胞动力学实时原位观测系统。
单个细胞粘附力测定模式图:

细胞与细胞之间粘附力测定模式图:

通过施加负压将细胞的一部分(或整体)吸入微管中,测量一定负压吸吮作用下细胞的变形及其时间历程或细胞粘附分离的临界负压来评

价细胞的变形特性,同时记录细胞的吸入量。

图像处理技术和力学模型,量化测量细胞形变、细胞对之间的相互作用以及黏附特性、基质附着细胞测定细胞硬度等力学特性。

压电微管吸吮模块：对样品池内细胞的捕获、分选、吸吮和微操控。

集成倒置荧光相差显微镜:用于对所述细胞进行荧光激发;

信号采集模块:用于对微弱荧光信号的采集；

控制模块:用于对微管吸吮和荧光采集同步触发,并进行数据分析处理。

三、优势特点

1. 力学表征 + 单细胞采集二合一同一次实验，先测单细胞粘附 / 力学属性，再直接捕获该单个细胞用于后续 RNA / 蛋白 / 测序，实现 “同一细胞：力学表型 + 分子组学” 关联，这是最大差异化优势。普通微吸管装置只能测力学，不能直接拾取细胞做下游分析；普通显微切割仪只取细胞，无法测力学。

2. 高通量、标准化，可批量单细胞力学筛查全自动时序压力脉冲，可批量对大量单细胞逐个做微吸管吸吮测试；参数可保存、重复调用，不同批次实验一致性高，减少人工操作带来的力学测量误差。

3. 活细胞友好，细胞存活率高脉冲负压可控、作用时间短，采集后细胞保持高活性，可继续细胞培养、克隆扩增，适合活细胞力学动态追踪。

4. 模块化外挂式，无需更换显微镜跨骑式支架直接加装现有倒置显微镜（荧光 / 明场均可），无需购置整套显微镜系统，实验室设备复用性强。

5. 一次性毛细管 DCU，低交叉污染不同样本更换毛细管，适合稀有细胞、CTC、原代神经细胞这类微量珍贵样本。

6. 适配多维度样本：2D 贴壁、3D 球、组织切片不仅悬浮细胞，贴壁细胞原位测粘附力，可直接在培养皿原位对贴壁单细胞做微吸管吸吮力学检测，无需消化悬浮（很多传统微吸管只能测悬浮细胞）。

7. 数字化可溯源实验记录压力曲线、Z 轴位置、脉冲时序自动保存，满足论文原始数据、审稿溯源需求。

局限：主要侧重细胞粘附力、皮层张力；弹性模量、粘滞模量等细胞本体流变参数测量精度弱于专门的细胞流变微吸管系统；适合粘附力高通量筛选，不是极致精细流变研究首选。

四、典型文献 / 应用案例

应用方向：肿瘤细胞力学、EMT 上皮间质转化、循环肿瘤细胞 CTC、神经细胞、细胞粘附、3D 类器官力学

1. iScience 2022, 25(3):103917

Zou H, et al. Single cell analysis of mechanical properties and EMT-related gene expression profiles in cancer cells. 核心：使用 UnipicK Plus 对肿瘤单细胞做微吸管吸吮力学表征，同步捕获单细胞进行转录组测序；将单细胞力学表型（粘附、形变）和 EMT 基因表达一一关联，证明力学指标可作为肿瘤侵袭潜能标志物NeuroInDx,...。

2. Anticancer Research,2022,42(9):4345-4358

Li M, et al. Aptamer-cocktail Functionalized Nano-microfluidic Chip for Enhancing Isolation and Characterization of Circulating Cancer Cells 应用：微流控芯片上的 CTC，使用该系统原位微吸管吸吮表征 CTC 细胞力学特性，同时抓取稀有 CTC 单细胞，用于下游分子分析，用于癌症液体活检研究。

3. 神经科学原代神经元研究 小脑浦肯野细胞、脊髓运动神经元，组织切片中原位单细胞拾取；在切片原位检测神经元粘附力学，用于神经发育、神经损伤后细胞力学变化研究；该系统原始技术开发初衷即面向神经单细胞采集。

4. 3D 类器官 / 肿瘤球力学筛选 对类器官表面单细胞进行局部微吸管抽吸，定量细胞 - 基质粘附力，用于药物筛选：给药前后单细胞力学表型变化高通量检测。

五、和传统自制微吸管抽吸系统对比小结

• 自制微吸管：手动油压、压力难标定、通量极低，仅适合少量样品基础流变测量；很难一边测力学一边收集活细胞；操作极依赖实验员。

• 该系统：数字化闭环压力 + 自动化 Z 轴，高通量单细胞粘附力表征，测试后直接捕获活单细胞，力学 - 多组学联动，适合细胞力学表型高通量筛选，肿瘤 / CTC / 类器官方向非常适配。

六、典型配套应用场景

1. 单细胞力学表型药物高通量筛选；

2. 肿瘤 EMT、转移相关细胞粘附力学研究；

3. 微流控芯片稀有细胞（CTC）力学表征 + 单细胞测序；

4. 组织切片中原位单细胞力学检测；

5. 3D 培养球状体、类器官细胞 - 基质粘附测量；

6. 单细胞力学 + 转录组 / 蛋白组多组学联合研究。