Published November 1, 2020 | Version v1
Publication Open

Enhanced single-cell encapsulation in microfluidic devices: From droplet generation to single-cell analysis

Creators

  • 1. State Key Laboratory of Chemical Engineering
  • 2. Tsinghua University
  • 3. Center for Life Sciences

Description

Single-cell analysis to investigate cellular heterogeneity and cell-to-cell interactions is a crucial compartment to answer key questions in important biological mechanisms. Droplet-based microfluidics appears to be the ideal platform for such a purpose because the compartmentalization of single cells into microdroplets offers unique advantages of enhancing assay sensitivity, protecting cells against external stresses, allowing versatile and precise manipulations over tested samples, and providing a stable microenvironment for long-term cell proliferation and observation. The present Review aims to give a preliminary guidance for researchers from different backgrounds to explore the field of single-cell encapsulation and analysis. A comprehensive and introductory overview of the droplet formation mechanism, fabrication methods of microchips, and a myriad of passive and active encapsulation techniques to enhance single-cell encapsulation efficiency were presented. Meanwhile, common methods for single-cell analysis, especially for long-term cell proliferation, differentiation, and observation inside microcapsules, are briefly introduced. Finally, the major challenges faced in the field are illustrated, and potential prospects for future work are discussed.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعد التحليل أحادي الخلية للتحقيق في عدم التجانس الخلوي والتفاعلات بين الخلايا حجرة حاسمة للإجابة على الأسئلة الرئيسية في الآليات البيولوجية المهمة. يبدو أن الموائع الدقيقة القائمة على القطرات هي المنصة المثالية لمثل هذا الغرض لأن تجزئة الخلايا المفردة إلى قطرات صغيرة توفر مزايا فريدة لتعزيز حساسية المقايسة، وحماية الخلايا من الضغوط الخارجية، والسماح بمعالجة متعددة الاستخدامات ودقيقة للعينات المختبرة، وتوفير بيئة دقيقة مستقرة لتكاثر الخلايا ومراقبتها على المدى الطويل. تهدف هذه المراجعة إلى تقديم إرشادات أولية للباحثين من خلفيات مختلفة لاستكشاف مجال تغليف الخلية الواحدة وتحليلها. تم تقديم نظرة عامة شاملة وتمهيدية لآلية تكوين القطرات، وطرق تصنيع الرقائق الدقيقة، وعدد لا يحصى من تقنيات التغليف السلبية والنشطة لتعزيز كفاءة التغليف أحادي الخلية. وفي الوقت نفسه، يتم تقديم طرق شائعة لتحليل الخلية الواحدة، خاصة لتكاثر الخلايا على المدى الطويل، والتمايز، والملاحظة داخل الكبسولات الدقيقة، لفترة وجيزة. وأخيرًا، يتم توضيح التحديات الرئيسية التي تتم مواجهتها في هذا المجال، ومناقشة الآفاق المحتملة للعمل المستقبلي.

Translated Description (French)

L'analyse unicellulaire pour étudier l'hétérogénéité cellulaire et les interactions de cellule à cellule est un compartiment crucial pour répondre aux questions clés sur les mécanismes biologiques importants. La microfluidique à base de gouttelettes semble être la plate-forme idéale pour un tel objectif car la compartimentation des cellules individuelles en microgouttelettes offre des avantages uniques d'améliorer la sensibilité du dosage, de protéger les cellules contre les contraintes externes, de permettre des manipulations polyvalentes et précises sur les échantillons testés et de fournir un microenvironnement stable pour la prolifération et l'observation cellulaires à long terme. La présente revue vise à donner une orientation préliminaire aux chercheurs de différents horizons pour explorer le domaine de l'encapsulation et de l'analyse unicellulaires. Un aperçu complet et introductif du mécanisme de formation des gouttelettes, des méthodes de fabrication des micropuces et une myriade de techniques d'encapsulation passives et actives pour améliorer l'efficacité de l'encapsulation unicellulaire ont été présentés. Dans le même temps, des méthodes courantes d'analyse unicellulaire, en particulier pour la prolifération, la différenciation et l'observation à long terme des cellules à l'intérieur des microcapsules, sont brièvement présentées. Enfin, les principaux défis rencontrés sur le terrain sont illustrés et les perspectives potentielles de travaux futurs sont discutées.

Translated Description (Spanish)

El análisis de una sola célula para investigar la heterogeneidad celular y las interacciones célula a célula es un compartimento crucial para responder preguntas clave en importantes mecanismos biológicos. La microfluídica basada en gotitas parece ser la plataforma ideal para tal propósito porque la compartimentación de células individuales en microgotitas ofrece ventajas únicas para mejorar la sensibilidad del ensayo, proteger las células contra el estrés externo, permitir manipulaciones versátiles y precisas sobre las muestras analizadas y proporcionar un microambiente estable para la proliferación y observación celular a largo plazo. La presente Revisión tiene como objetivo proporcionar una guía preliminar para que investigadores de diferentes orígenes exploren el campo de la encapsulación y el análisis de células individuales. Se presentó una descripción general completa e introductoria del mecanismo de formación de gotas, los métodos de fabricación de microchips y una gran cantidad de técnicas de encapsulación pasiva y activa para mejorar la eficiencia de encapsulación de una sola célula. Mientras tanto, se introducen brevemente métodos comunes para el análisis de células individuales, especialmente para la proliferación, diferenciación y observación de células a largo plazo dentro de las microcápsulas. Finalmente, se ilustran los principales desafíos que se enfrentan en el campo y se discuten las perspectivas potenciales para el trabajo futuro.

Files

061508_1_online.pdf.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تغليف محسن أحادي الخلية في أجهزة الموائع الدقيقة: من توليد القطرات إلى التحليل أحادي الخلية
Translated title (French)
Encapsulation monocellulaire améliorée dans des dispositifs microfluidiques : de la génération de gouttelettes à l'analyse monocellulaire
Translated title (Spanish)
Encapsulación unicelular mejorada en dispositivos microfluídicos: de la generación de gotas al análisis unicelular

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3117428659
DOI
10.1063/5.0018785

Is supplement to
https://openalex.org/W4205883762 (Other)
https://openalex.org/W2999086771 (Other)
https://openalex.org/W2970361009 (Other)
https://openalex.org/W2921041608 (Other)
https://openalex.org/W2912241197 (Other)
https://openalex.org/W2909993299 (Other)
https://openalex.org/W2472280754 (Other)
https://openalex.org/W2398929240 (Other)
https://openalex.org/W2129630532 (Other)
https://openalex.org/W2106342149 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1762951073
  • https://openalex.org/W1910377574
  • https://openalex.org/W1926708839
  • https://openalex.org/W1959447435
  • https://openalex.org/W1964857687
  • https://openalex.org/W1964875359
  • https://openalex.org/W1965580055
  • https://openalex.org/W1966953745
  • https://openalex.org/W1968280004
  • https://openalex.org/W1968496263
  • https://openalex.org/W1968579293
  • https://openalex.org/W1970377320
  • https://openalex.org/W1970898602
  • https://openalex.org/W1972511845
  • https://openalex.org/W1977131337
  • https://openalex.org/W1978715548
  • https://openalex.org/W1979032174
  • https://openalex.org/W1980221373
  • https://openalex.org/W1983967283
  • https://openalex.org/W1987157188
  • https://openalex.org/W1987857852
  • https://openalex.org/W1988219410
  • https://openalex.org/W1988688069
  • https://openalex.org/W1991115160
  • https://openalex.org/W1991726404
  • https://openalex.org/W1994914330
  • https://openalex.org/W1997107657
  • https://openalex.org/W1997641556
  • https://openalex.org/W1998857762
  • https://openalex.org/W2003799902
  • https://openalex.org/W2005037691
  • https://openalex.org/W2006197460
  • https://openalex.org/W2008657337
  • https://openalex.org/W2008730698
  • https://openalex.org/W2008794543
  • https://openalex.org/W2010130647
  • https://openalex.org/W2010472239
  • https://openalex.org/W2014807204
  • https://openalex.org/W2016394078
  • https://openalex.org/W2017328145
  • https://openalex.org/W2018314236
  • https://openalex.org/W2021128885
  • https://openalex.org/W2021416616
  • https://openalex.org/W2023412782
  • https://openalex.org/W2023764829
  • https://openalex.org/W2026468766
  • https://openalex.org/W2027362270
  • https://openalex.org/W2034503659
  • https://openalex.org/W2038278541
  • https://openalex.org/W2038858172
  • https://openalex.org/W2039107753
  • https://openalex.org/W2042617428
  • https://openalex.org/W2047579205
  • https://openalex.org/W2048998316
  • https://openalex.org/W2050687498
  • https://openalex.org/W2050862351
  • https://openalex.org/W2051520892
  • https://openalex.org/W2054107481
  • https://openalex.org/W2054727265
  • https://openalex.org/W2055454095
  • https://openalex.org/W2057860782
  • https://openalex.org/W2059018615
  • https://openalex.org/W2061538450
  • https://openalex.org/W2061991763
  • https://openalex.org/W2064161015
  • https://openalex.org/W2064803625
  • https://openalex.org/W2070279186
  • https://openalex.org/W2070758483
  • https://openalex.org/W2071571360
  • https://openalex.org/W2073402767
  • https://openalex.org/W2074852143
  • https://openalex.org/W2075026686
  • https://openalex.org/W2075241630
  • https://openalex.org/W2076661874
  • https://openalex.org/W2077634635
  • https://openalex.org/W2078782272
  • https://openalex.org/W2078898187
  • https://openalex.org/W2082412438
  • https://openalex.org/W2082599534
  • https://openalex.org/W2082828544
  • https://openalex.org/W2085078335
  • https://openalex.org/W2089068812
  • https://openalex.org/W2089916581
  • https://openalex.org/W2094134837
  • https://openalex.org/W2094446511
  • https://openalex.org/W2098490751
  • https://openalex.org/W2101475717
  • https://openalex.org/W2106342149
  • https://openalex.org/W2106469122
  • https://openalex.org/W2108209129
  • https://openalex.org/W2111507591
  • https://openalex.org/W2112285325
  • https://openalex.org/W2112500152
  • https://openalex.org/W2116827877
  • https://openalex.org/W2118131251
  • https://openalex.org/W2118392569
  • https://openalex.org/W2119436360
  • https://openalex.org/W2119475668
  • https://openalex.org/W2120254591
  • https://openalex.org/W2123398097
  • https://openalex.org/W2125817748
  • https://openalex.org/W2130606072
  • https://openalex.org/W2135696575
  • https://openalex.org/W2135937351
  • https://openalex.org/W2137439211
  • https://openalex.org/W2144111110
  • https://openalex.org/W2149881082
  • https://openalex.org/W2150646464
  • https://openalex.org/W2161203530
  • https://openalex.org/W2161774073
  • https://openalex.org/W2162201595
  • https://openalex.org/W2165244515
  • https://openalex.org/W2167699112
  • https://openalex.org/W2168115220
  • https://openalex.org/W2171145870
  • https://openalex.org/W2172529835
  • https://openalex.org/W2172672085
  • https://openalex.org/W2183330967
  • https://openalex.org/W2198371822
  • https://openalex.org/W2209452091
  • https://openalex.org/W2238761406
  • https://openalex.org/W2271611705
  • https://openalex.org/W2297436952
  • https://openalex.org/W2306145033
  • https://openalex.org/W2323310073
  • https://openalex.org/W2329719920
  • https://openalex.org/W2334966173
  • https://openalex.org/W2336439489
  • https://openalex.org/W2410507446
  • https://openalex.org/W2411710533
  • https://openalex.org/W2412341108
  • https://openalex.org/W2431889770
  • https://openalex.org/W2467505505
  • https://openalex.org/W2509487172
  • https://openalex.org/W2515253655
  • https://openalex.org/W2521883686
  • https://openalex.org/W2539835785
  • https://openalex.org/W2553221934
  • https://openalex.org/W2554439940
  • https://openalex.org/W2556992203
  • https://openalex.org/W2593414577
  • https://openalex.org/W2607250913
  • https://openalex.org/W2609001294
  • https://openalex.org/W2609065473
  • https://openalex.org/W2609171100
  • https://openalex.org/W2613571972
  • https://openalex.org/W2618124169
  • https://openalex.org/W2624734664
  • https://openalex.org/W2648295716
  • https://openalex.org/W2750595332
  • https://openalex.org/W2761852297
  • https://openalex.org/W2765264489
  • https://openalex.org/W2778463625
  • https://openalex.org/W2781067585
  • https://openalex.org/W2783089403
  • https://openalex.org/W2783822449
  • https://openalex.org/W2789133255
  • https://openalex.org/W2807526193
  • https://openalex.org/W2889483851
  • https://openalex.org/W2889768460
  • https://openalex.org/W2891286176
  • https://openalex.org/W2895935342
  • https://openalex.org/W2897902167
  • https://openalex.org/W2900774960
  • https://openalex.org/W2904526998
  • https://openalex.org/W2904939852
  • https://openalex.org/W2910077615
  • https://openalex.org/W2921179414
  • https://openalex.org/W2921351214
  • https://openalex.org/W2922096272
  • https://openalex.org/W2927092649
  • https://openalex.org/W2939445503
  • https://openalex.org/W2945083529
  • https://openalex.org/W2950085330
  • https://openalex.org/W2951589241
  • https://openalex.org/W2953060032
  • https://openalex.org/W2953265039
  • https://openalex.org/W2954105609
  • https://openalex.org/W2957264075
  • https://openalex.org/W2959439516
  • https://openalex.org/W2971225103
  • https://openalex.org/W2982088214
  • https://openalex.org/W2982472969
  • https://openalex.org/W2990191632
  • https://openalex.org/W2990955067
  • https://openalex.org/W2999756731
  • https://openalex.org/W3009728368
  • https://openalex.org/W3048393136
  • https://openalex.org/W3104571837
  • https://openalex.org/W4210960748
  • https://openalex.org/W647827852