图一、激光诱导向前转移装置、三层结构芯片设计示意图

图一a中下半部分为显微成像模块，上半部分为LIFT弹射模块，样本附着在芯片上(Chip)倒装于载物台上，在显微成像模块观察微生物样本时，接收装置(Receiver)在成像光路外，当确定待分选目标后，控制接收装置移动至目标细胞下，触发弹射分选将目标细胞弹射至接收装置中。

图一b三层结构芯片中，第一层：铝膜，用于吸收脉冲激光转化成热量，热变形后产生弹射力；第二层：固体培养基（主要成分Agar），作为中间保护层，隔绝热量对细胞的损伤，如图二所示，在激光脉冲作用下，第一层铝膜温度迅速提高，而第二层10ns后温度开始提升、第三层30ns后温度开始提升，弹射过程发生在第一层温度达到最高的时刻（10ns左右），在温度没有作用到细胞时，就已完成弹射分选；第三层：液体培养基，为细菌提供营养物质。

图二、三层结构LIFT芯片温度仿真

2. 微生物单细胞的弹射与接收

图三、微生物单细胞的弹射与接收

图三所示为微生物单细胞弹射与接收示意，以图a-d为例，a为弹射之前芯片上酵母菌图片，b为弹射后酵母菌单细胞被弹射，c为弹射前接收装置图片，d为弹射后接收装置接收到弹射的酵母菌。通过优化弹射参数，可实现微生物单细胞的精准弹射与接收，如图m-p所示，经过5次单细胞弹射后，接收到的5个细菌的分布与弹射之前分布一致。

3. 微生物单细胞弹射与培养

图四a为三层结构芯片，b为装有液体培养基的PCR管盖，c为弹射接收实物图，d将接收到的单细胞通过移液枪转移到培养管中进行培养12h，e培养得到的菌液测量OD600，f,g分别为JM109、Yeast两种微生物的OD600图，其中实验组（粉红色），相比于空白对照（灰色）明显浑浊度高，相比于挑一个菌落培养（橘黄色）值偏低，由于实验组是单个微生物单细胞进行培养，相比于单个菌落培养，OD600值偏低。

图四、液体培养基接收与培养

为更好地量化单细胞微生物培养接收，通过装有固体培养基的平皿进行接收与培养，将三种典型微生物Yeast、E.coli、LGG分别弹射于接收平皿的9个预设位置，培养结果如图五所示。

图五、三种微生物固体培养基接收与培养

4. 荧光标记微生物单细胞弹射与培养

将带有荧光标记基因的JM109与土壤微生物样本混合，通过荧光信号可以精准区分目标微生物与土壤微生物以及杂质(图六a)，将其弹射到固体培养基中进行培养(图六b)。

图六、荧光标记微生物单细胞的弹射与接收

Peng Liang, Bo Liu, Yun Wang, Kunxiang Liu, Yinping Zhao, Wei E. Huang and Bei Li, "Isolating and culturing of single microbial cells by laser ejection sorting technology". Appl Environ Microbiol. 2021 Nov 24: AEM0116521. 

https://journals.asm.org/doi/10.1128/AEM.01165-21?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200pubmed