基于液滴的数字PCR与定量培养技术相结合，为微生物学提供了定量的强大工具。在微生物生态学、环境监测和临床诊断中，精确测定样品中特定微生物的活菌浓度至关重要。传统的菌落形成单位计数法不仅耗时长达数天，且精度有限，尤其对于生长缓慢或需求苛刻的微生物。液滴培养系统将样品进行系列稀释后，与营养培养基混合并生成大量微滴。根据泊松分布原理，经过适当稀释，大部分液滴中不含任何细胞，少部分液滴含有一个细胞，极少数含有多个细胞。将整个液滴阵列在适宜条件下培养后，通过统计出现生长的液滴比例，即可反向计算出原始样品中的活菌浓度。这种方法被称为微滴数字培养，其灵敏度极高，甚至能够检测出样品中极其稀有的目标微生物。更重要的是，该系统可以与荧光探针相结合，在培养结束后对液滴进行基于数字PCR原理的检测：对每个液滴进行终点荧光信号读取，只有那些含有目标微生物且其增殖达到一定程度的液滴才会被判定为“阳性”。这种将生长表型与特异性核酸检测相结合的“表型-PCR”双确认模式，极大地提高了定量的准确性和特异性，特别适用于在复杂背景菌群中量化某一特定病原菌或功能菌株的丰度。 液滴培养极大地提高了通量，使在单细胞水平进行数百万次平行实验成为可能。大连菌种资源液滴培养组学系统
植物生物技术和农业科学正日益受益于液滴培养组学的发展。该系统可以用于高通量封装植物的原生质体，并施加不同的生物或非生物胁迫选择压力，从而在单细胞水平上大规模筛选具有抗逆性（如抗旱、耐盐、抗病）的基因型或突变体。这些经功能筛选出的优良细胞可以通过组织培养技术再生为完整的植株，从而将传统育种中需要数年甚至十数年的筛选过程大幅缩短。此外，该系统也为在精确可控的微环境中研究植物细胞与有益或病原微生物的初期互作提供了理想平台，例如观察菌体附着、共生体形成或超敏反应爆发等早期事件，为阐明植物-微生物互作的分子基础及开发新型生物制剂开辟了新途径。根系微生物液滴培养组学系统部分系统采用 “动静结合” 操控技术，兼顾单细胞液滴的精确追踪与多步反应的高效执行。
微生物在自然环境中的绝大部分都处于营养匮乏的休眠状态或缓慢生长状态，这是传统培养方法失败的主要原因之一。液滴培养组学系统通过模拟这种低营养通量的寡营养环境，为唤醒这些“沉默的大多数”提供了可能。与传统使用富营养培养基不同，基于液滴的培养可以采用稀释数百甚至数千倍的低浓度营养物质，或者直接使用过滤除菌的环境水样（如海水、湖水、土壤浸出液）作为培养基。这种寡营养条件避免了高速生长带来的毒性物质积累和氧化应激，更符合大多数微生物的原生境，从而能够诱导那些在富营养培养基中无法启动生长的微生物进行分裂繁殖。同时，液滴的微尺度效应本身也可能有利于微生物生长，例如它增加了细胞与营养物质及自身分泌的生长因子的局部浓度，可能触发了群体感应或自刺激性生长。研究人员可以将环境样品进行高度稀释后封装，确保大量液滴中只含有一个微生物细胞，并在温和的条件下进行长期培养（数周甚至数月）。通过定期监测液滴的浊度、荧光（来自活细胞染料）或代谢活性，可以识别出那些虽然生长缓慢但能够形成微菌落的液滴。这种方法极大地扩展了可培养微生物的范围，特别是对于那些占据环境微生物主体、但此前一直未被认识的稀有物种或候选门级类群。
细胞外囊泡作为细胞间通讯的关键介质，其研究长期面临分离困难、功能分析技术复杂等挑战。液滴培养组学系统为此提供了创新的研究范式。通过将单个分泌细胞封装在液滴内，可以将其分泌的囊泡限制在微小的封闭空间中进行累积和富集，避免了传统培养上清中囊泡被稀释的问题。随后，可对液滴进行免疫荧光染色以量化囊泡的特定表面标志物，或者将分泌细胞与报告细胞共封装，直接在一个封闭系统中研究囊泡介导的功能性信号传递。这种方法为在单细胞分辨率下解析囊泡的生物发生、cargo装载及其在生理病理过程中的功能提供了强大的新型工具。液滴培养组学技术的成熟，标志着微生物研究进入了大规模自动化时代。
基于活性的筛选是发现新型生物活性分子的关键，液滴培养组学将这种筛选的通量和效率提升到了新的高度。其要素在于将微生物的培养与其产生的特定活性在微液滴中直接关联起来。首先，将单个微生物细胞与适宜的培养基封装，进行原位培养。待其生长后，可以通过微流控操作向液滴内注入特定的底物或指示系统。例如，为了筛选产酶菌株，可以向液滴中加入荧光标记的底物类似物，如果微生物分泌了目标酶（如蛋白酶、脂肪酶、角质酶），它就会切割底物释放出荧光信号，该液滴随即被标记为阳性。为了筛选活性，可以将测试菌株与一种报告菌（如金黄色葡萄球菌）共封装，或者先培养测试菌株，随后注入报告菌和指示剂（如刃天青），通过报告菌的生长抑制或代谢活性变化来识别相关物质的产生。整个流程可以实现完全自动化和高通量化，每天可以筛选数百万个微生物克隆。由于液滴体积微小，阳性液滴中的代谢产物相对浓缩，也便于后续通过联用的质谱仪进行快速鉴定。这种“培养-筛选-分选-分析”的一体化平台，省略了繁琐的菌落挑取和发酵步骤，极大地加速了从环境样本中发现新型酶制剂、药物等先导化合物的进程。 该技术通过模拟自然生境，为研究未培养微生物的生理功能开辟了新路径。芜湖单克隆挑取液滴培养组学系统
通过封装土壤等环境样本，可直接从中原位分离并培养功能性的微生物。大连菌种资源液滴培养组学系统
液滴培养组学正迅速演进为一个强大的多组学数据生成与整合平台。其优势在于能够将细胞的直接功能表型与其深层的分子genotype精确关联。例如，在完成基于荧光报告或特定代谢活性的液滴分选后，可以直接对分选出的目标细胞进行单细胞RNA测序、全基因组测序或表观基因组分析，从而精确解读特定表型背后的转录调控、基因突变或染色质状态。此外，与质谱技术的联用也允许对液滴内细胞的完整代谢物谱进行无标记、高灵敏度分析。这种“表型-基因型-代谢型”的多维数据整合，极大地深化了我们对细胞功能调控网络的理解，推动了从关联分析到机制阐释的生物学研究范式转变。大连菌种资源液滴培养组学系统
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