蛍光活性化液滴ソート（FAD）：酵素活性に基づく効率的なマイクロ流体細胞ソーティング

マイクロティトルプレートスクリーニングと従来の蛍光活性化細胞並べ替え（FACS）の多くの利点を組み合わせた、非常に効率的なマイクロ流体蛍光活性化液滴ソーター（FAD）について説明します。単一の細胞はエマルジョン液滴で区画化されており、これは、2000滴（-1）までの速度で蛍光活性化方法（FACSのように）で誘電泳動を使用してソートすることができます。システムを検証するために、レポーター酵素ベータガラクトシダーゼまたは非アクティブバリアントのいずれかを発現する大腸菌細胞の混合物を、蛍光基質と区画化し、約300液滴sの速度でソートしました（-1）。このスループットでのソルターの誤検出誤差誤差率は、10（4）液滴で1未満でした。ソートされた細胞の分析により、濃縮の主要な制限は、ソートエラーではなく、大腸菌細胞の共同カプセル化であることが明らかになりました。ポアソン分布に基づく理論モデルは、開始細胞密度を使用して観測された濃縮値を正確に予測しました（液滴あたりのセル）および活性細胞と不活性細胞の比率。細胞を低密度でカプセル化した場合（50液滴ごとに約1セル）、ソートは非常に効率的であり、回収された細胞はすべて活性株でした。さらに、単一の活性液滴がソートされ、細胞が正常に回収されました。

We describe a highly efficient microfluidic fluorescence-activated droplet sorter (FADS) combining many of the advantages of microtitre-plate screening and traditional fluorescence-activated cell sorting (FACS). Single cells are compartmentalized in emulsion droplets, which can be sorted using dielectrophoresis in a fluorescence-activated manner (as in FACS) at rates up to 2000 droplets s(-1). To validate the system, mixtures of E. coli cells, expressing either the reporter enzyme beta-galactosidase or an inactive variant, were compartmentalized with a fluorogenic substrate and sorted at rates of approximately 300 droplets s(-1). The false positive error rate of the sorter at this throughput was <1 in 10(4) droplets. Analysis of the sorted cells revealed that the primary limit to enrichment was the co-encapsulation of E. coli cells, not sorting errors: a theoretical model based on the Poisson distribution accurately predicted the observed enrichment values using the starting cell density (cells per droplet) and the ratio of active to inactive cells. When the cells were encapsulated at low density ( approximately 1 cell for every 50 droplets), sorting was very efficient and all of the recovered cells were the active strain. In addition, single active droplets were sorted and cells were successfully recovered.