由洛杉矶加州大学制作
左图:纤细裸藻在微微贝壳中生长了两天
右图:通过明视野和脂质染色成像拍摄的微微贝壳和藻类的特写镜头
信用:马克·范·泽/加州大学洛杉矶分校 微藻生产高能量脂肪可能提供一种可持续的可再生能源，有助于应对气候变化
然而，被设计成快速产生脂质的微藻通常自身生长缓慢，使得难以提高总产量
加州大学洛杉矶分校的生物工程学家创造了一种新型的培养皿，这种培养皿是以微观的、可渗透的颗粒形式存在的，可以极大地加快生物产品的研发(R&D)进度，例如用于生物燃料的脂肪酸
被称为皮壳的皮升(万亿分之一升)多孔水凝胶颗粒可以将100多万个单个细胞分隔开来，在与生产相关的环境中培养，并使用标准细胞处理设备根据生长和生物量积累特征进行选择
《美国国家科学院院刊》最近发表了一项研究，详细介绍了皮壳的工作原理及其潜在应用
皮壳由一个中空的内腔和一个多孔的外壳组成，在内腔中细胞被包裹，外壳允许与外部环境进行连续的溶液交换，这样营养物质、细胞通讯分子和细胞毒性细胞副产物可以自由进出内腔
外壳还将生长细胞的小群体封闭起来，让研究人员能够研究和比较它们的行为——它们做什么、生长速度有多快、产生什么——与不同皮壳中其他群体的行为
这种新型实验室工具允许研究人员在相同的工业生产条件下，例如在充满废水的生物反应器或室外养殖池中，培养活的单细胞微生物，包括藻类、真菌和细菌
皮壳就像非常小的网状气球
加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院工程和医学教授迪诺·迪·卡尔洛、加州大学洛杉矶分校阿蒙德和埃琳娜·海拉普田说
“有了这个新工具，我们现在可以研究相关环境中数百万个活细胞的个体行为
这可能会将生物产品从R&D到商业化生产的时间表从几年缩短到几个月
微微贝壳也可能是基础生物学研究的一个有价值的工具
" 显示皮壳如何使用的流程图
信用:马克·范·泽/加州大学洛杉矶分校 皮壳的渗透性可以将实验室带入工业环境，允许在工作设施的隔离区域进行测试
生长可以更快地发生，并且可以鉴定和选择表现良好的细胞株用于进一步筛选
根据研究人员的说法，这种新工具的另一个优点是数百万皮壳的分析是自动化的，因为它们也与用于大容量细胞处理的标准实验室设备兼容
大量的细胞群，一天多达1000万个，可以根据某些特征进行分类和组织
持续的分析可能会在几天内产生理想的细胞集，这些细胞集已经在具有合适温度、营养成分和其他可用于大规模生产的特性的环境中表现良好，而不是使用现有技术需要几个月的时间
当里面的细胞分裂并生长到超过它们的最大体积时，壳可以被设计成破裂
这些游离细胞仍然是有活力的，并且可以被回收用于继续研究或进一步选择
研究人员还可以制造带有化学基团的外壳，当暴露在生物相容的试剂中时，这些化学基团会分解，从而实现多方面释放选定细胞的方法
加州大学洛杉矶分校萨缪利分校的生物工程研究生、第一作者马克·范·泽(Mark van Zee)说:“如果我们想专注于最擅长生产生物燃料的藻类，我们可以使用PicoShells来组织、生长和处理数百万个单个藻类细胞。”
“我们可以在使用荧光标签对它们进行分类的机器上做到这一点，荧光标签会亮起来表示燃料水平
" 目前，培养和比较这种微生物主要是使用传统的实验室工具，如微孔板——装有几十个小试管状体积的纸盒
然而，这些方法很慢，并且很难量化它们的有效性，因为可能需要几周或几个月的时间来培养大量的菌落用于研究
其他方法，如油包水液滴乳液，可用于分析较小体积的细胞，但周围的油阻止了介质自由交换到水滴中
即使是在实验室条件下表现良好的细胞或微生物，一旦被置于工业环境中，如生物反应器或室外培养农场，也可能表现不佳
因此，实验室中开发的细胞株在转移到工业生产中时，通常不会表现出相同的有益特性
动画gif图像显示了皮壳内的眼虫细胞
信用:马克·范·泽/加州大学洛杉矶分校 微孔板在可进行的实验数量上也是有限的，这导致了在寻找对大规模生产足够有效的细胞株方面的大量试验和错误
研究人员通过培养藻类和酵母菌落来展示这种新工具，将它们的生长和生存能力与油包水乳液中培养的其他菌落进行比较
对于藻类，研究小组发现，在油包水乳液中，微微壳菌落快速积累生物量，而藻类根本不生长
在他们的酵母实验中也发现了类似的结果
通过选择微微贝壳中生长最快的藻类，研究人员可以在仅仅一个周期后将叶绿素生物量的产量提高8%
作者表示，皮科贝可以提供一种更快的替代方法来开发新的藻类和酵母菌株，从而改进生物燃料、塑料、碳捕获材料，甚至食品和酒精饮料
这项技术的进一步改进，如在外壳上涂上抗体，也可能导致开发新型蛋白质药物
迪·卡尔洛、范·齐和研究合著者约瑟夫·德·吕特博士
D
20，迪·卡尔洛研究小组的前成员，在加州大学洛杉矶分校技术开发小组提交的专利申请中被命名为发明家
该论文的其他加州大学洛杉矶分校作者是罗斯·鲁米扬、凯登·威廉姆森、特雷弗·伯恩斯、安德鲁·索尼科·尤金尼奥、萨拉·巴迪赫、李东炫和马尼·阿尔尚
来自圣地亚哥合成基因组学的Randor Radakovits也是作者
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