特点

1.得到单细胞水平上反映细胞生理功能的各种细胞内特征的海量数据。

2.采用免洗一步染料标记法，操作简单、实时检测、 结果准确。

3.使用高通量/高内涵检测的方法，获得海量数据，进行大数据比对分析，建立网络集成式细胞内特征的公共数据库，为人类对疾病的了解、新药研发及个性化治疗提供有力的数据支撑和手段。

美国国立卫生研究院NIH正在进行的建立网络集成式细胞内特征的公共数据库（LINCS）项目，旨在开发细胞水平上药物特性的生物学标签，通过监视细胞内表型的变化动态反映药物作用机制，使我们能迅速了解个体细胞的药物功能基因组学和药物代谢组学的特征。

Cellarium（A Live-Cell Microarray for High-Throughput Observation of Metabolic Biosignatures） 技术是以NIH NHGRI（National Human Genome Research Institute）CEGS（Center of Excellence in Genomic Sciences）Microscale Life Sciences Center开发的技术衍生出来的，隶属于上述NIH LINCS项目的一部分。这种技术通过单细胞代谢分析，致力于开发单细胞水平的药物特性的代谢图谱。The LINCS Tech U01 可以支持新一代高通量系统的发展并将数据储存到LINCS数据库中。利用ImageXpress® Micro 高内涵分析系统可实现快速的高分辨率图像采集，以得到单细胞水平上反应细胞各种生物特征的数据分析和处理。

在美国NIH LINCS项目中，利用高内涵成像分析技术平台可获得单个细胞水平的各种生物学特征，如固定细胞中蛋白的免疫检测、活细胞凋亡图像分析、蛋白激酶生化分析以及细胞活力相关的生理参数，为研究者和临床诊断医生探测单细胞个体分析和如何用药提供了一个独特的工具。

流程图

图1概括了cellarium 技术的工作流程。首先，将细胞种到微孔中并在正常条件下进行培养（在孵育之前，要先加入实验需要的各种刺激因子）。将传感器微阵列压在细胞微孔阵列上后，就完成了单细胞分离和密封的步骤了。然后，在一个精确的时间段内对芯片进行高速扫描就可以得到相应的参数包括耗氧率，胞外pH变化以及糖摄取状况等。这些数据与癌细胞代谢，正常细胞生长发育以及一系列的人类疾病相关。此外，胞内的荧光传感器可以扩大检测参数的范围，其中包括ATP等，通过高内涵图像采集及分析系统将单细胞荧光图像存储并分析，得到大量单细胞生理参数。这些数据被整理并上传到LINCS公共数据库中，供所有的研究者查阅。

分离单细胞传感器微阵列

传统的大量细胞群体的生理特征测量只是细胞对刺激的平均反应，科研工作者们希望测量单个细胞水平上的生理参数，以研究细胞代谢、异质性及疾病发生早期。近期研究的单细胞代谢大部分基于荧光传感器系统，因为这种系统是非侵入性的、一次性的、可远程遥控的测量生化参数的方法。

应用化学方法可成功制造出各种尺寸的的圆点传感器，小至3微米，且成功率超过90%（图2）。以耗氧率传感器为例，设计出了“lid-on-top”样式的微室，微室顶部的“lid”部分按已设计好的图案放置传感器；细胞生长于微孔底部，微孔的直径是固定的，在50-100微米之间，因此放置传感器的图形要经过精确的计算以达到高信噪比。“lid”部分安放在PDMS（polydimethylsiloxane）材料的活塞上，盖上活塞时机械力可在包含传感器的”lid”和芯片底部的细胞之间产生密封效果。当光从芯片下方照射时，测量并记录传感器激发强度，且此强度与微室中氧浓度有对应关系，经过计算就可得到氧气浓度（图3）。

图2 Lid-on-top结构示意图。传感器按一定图案放置于顶部的lid，将有细胞的微室底部分成更小的范围，形成单细胞区域。