一、產品介紹

PRECI SCS-R300拉曼單細胞分選儀是一款集共聚焦拉曼光譜檢測系統與單細胞可視化分選系統為一體的細胞識別與分離設備，基于拉曼光譜技術對目標菌進行識別，并在單細胞水平上進行測序、培養等研究，搭建單細胞表型與基因型的橋梁，為各領域單細胞研究提供新策略。此外，拉曼分選技術還可用于微塑料等微小顆粒的識別與分離研究。

PRECI SCS-R300的單細胞分選原理

二、微生物單細胞研究意義

單細胞研究是目前生物學研究熱點前沿領域。過去十年來，在動物學研究中利用單細胞技術重新理解了細胞分化、細胞周期和細胞免疫等重要的生命過程。然而對微生物單細胞的研究目前尚處于起步階段，所以實現微生物單細胞鑒定、功能菌快速篩選、微生物鑒定、可視化單細胞分離和高通量篩選，將為微生物的研究提供技術突破。

傳統群體研究方法：對微生物群落的整體檢測，得到的是平均值無法反應不同細胞在群落中的功能；宏基因測序雖然能反應群落的組成與豐度，但仍無法準確找到哪種微生物發揮關鍵作用。

單細胞研究新技術：能夠繞過培養階段，在單細胞水平上建立表型與基因型的聯系，有效解決群體研究存在的問題，為功能微生物、突變株、耐藥菌、未/難培養微生物等研究提供新策略。

三、微生物單細胞研究策略

四、研究領域

細胞生物學（細胞種類鑒定、細胞代謝檢測等）、植物發育學（遺傳育種、遺傳機制研究等）、遺傳學（干細胞生長、分化、成熟的動態監測等）、微生物學（微生物種屬鑒定、藥敏檢測等）、病理學（腫瘤精準分選、腫瘤術中導航、快速病理分析等）、藥代動力學（藥物在細胞中的代謝監測等）、免疫學（免疫微環境等）、食品學（食品安全、發酵工程菌等）等。

五、實驗方案

1. 基于形態的微生物單細胞分離

根據微生物細胞的長度、寬度、長徑比、規則度等形態學指標，進行識別、定位與編號，自動將目標形態的微生物單細胞分離出來。

微生物單細胞智能圖像識別功能

單細胞分選結果

2. 基于拉曼光譜的微生物單細胞識別與分離

2.1 耐藥菌/功能微生物（如有機物降解菌）的拉曼識別

重水標記：對于有代謝活性的微生物細胞，D₂O會經代謝進入碳骨架，形成C-D鍵，使峰位紅移至靜默區。使用此方法可以檢測細菌/細胞在壓力環境下（如抗生素、高溫、高壓等）的代謝活性，從而鑒定耐藥菌或極端微生物。

¹³C或¹⁵N穩定同位素標記：¹³C或¹⁵N同位素探針能夠通過底物完成對生物標志物的標記，帶有重同位素的生物標志物，其拉曼特征譜線因同位效應將發生紅移動（同位素結合率＞10%時），采用光譜對比分析很容易鑒別出來，進而確定目標微生物單細胞。

功能菌拉曼識別流程

2.2 研究樣品中的“未知菌”（無法確定目標菌的種屬、功能等信息）

微生物單細胞內所有化合物的拉曼信號構成的“單細胞拉曼圖譜”可作為其“化學指紋”，進行細胞種屬的區分和鑒定，具有快速、靈敏、非破壞性等優勢，開辟了微生物鑒定的一個全新領域。首先，使用形態特征對細胞進行初篩，再應用拉曼光譜聚類分析法，將樣品中的微生物劃分為不同類別，應用可視化彈射分選的方式，將各類別的微生物細胞分離出來，進行全基因組擴增及高通量測序分析。

“未知菌”單細胞研究方案

3. 基于熒光的微生物單細胞分離

根據目標菌的熒光信號（自發熒光、熒光染料、探針標記、FISH等），將單細胞識別并分離出來。

熒光菌單細胞分離

六、應用案例

1.腸道耐藥微生物研究

本文應用結合同位素-拉曼光譜、單細胞分選與mini-meta測序分析技術，對人腸道微生物中的耐藥菌群進行研究，揭示腸道耐藥菌與個人用藥史之間的相關性。

文獻：Raman-activated sorting of antibiotic-resistant bacteria in human gut microbiota

2.D₂O探針追蹤耐藥基因的水平轉移

單細胞拉曼光譜結合逆向D₂O標記(Raman- rD₂O)是一種靈敏、快速的表型工具，可用于跟蹤質粒攜帶抗生素耐藥基因（ARGs）從土壤通過轉化向臨床細菌的傳播。Raman-rD₂O敏感地從大量受體細胞中識別出低豐度的表型耐藥轉化子，隨后結合單細胞分選技術獲得目標轉化菌，并進行基因鑒定，從而探索耐藥基因的水平轉移。

文獻：Phenotypic Tracking of Antibiotic Resistance Spread via Transformation for Environment to Clinic

3. 嗜冷電活性微生物的mini-metagenome分析

采用拉曼單細胞分選技術，層次聚類分析、宏基因組測序相結合的方法，深入研究了嗜冷菌的基因與代謝功能。

文獻：Mini-metagenome analysis of psychrophilic electroactive biofilms based on single cell sorting

4. 鐵還原菌的熒光識別與單細胞分離培養

本文合成了一種Fe2+特異性熒光化學探針（FSFC），應用熒光檢測與單細胞分選技術，將鐵還原菌（FeRM）從群落中識別并分離出來，而且實現了分離單細胞的培養，成功獲得了功能菌株。

文獻：Visualizing and isolating iron-reducing microorganisms at single cell level

5. 工程菌篩選

使用拉曼技術分別檢測產菊粉酶酵母和對照樣品的胞體及培養基代謝物，確定產菊粉酶的工程菌拉曼光譜存在差異，用其構建的數據庫，結合可視化單細胞分選培養，提高工程菌篩選效率。

注：僅用于科研