精准识别并获得参与新污染物降解的活性微生物，是认识污染物生物转化过程、发展生物修复技术的重要基础。稳定同位素示踪与单细胞拉曼技术的结合，使研究者能够从复杂环境群落中识别同化污染物来源碳的微生物。然而，目标细胞在拉曼检测与激光弹射后能否继续生长，仍是制约功能菌获取的关键。传统开放式分选过程中，细胞直接暴露于空气，容易受到脱水及激光操作等因素影响，导致分选后培养成功率偏低，限制了后续功能验证与代谢研究。

 针对这一技术瓶颈，中国科学院广州地球化学研究所罗春玲、李继兵团队与长春光机所李备团队合作，研发了基于液滴保护微孔芯片的拉曼激活单细胞分选技术，并建立了配套的功能微生物识别与培养流程。该技术利用单层微孔阵列芯片构建皮升级水相微环境，使目标细胞在拉曼识别和激光弹射过程中获得液滴保护，显著提高分选后的培养成功率。研究以轮胎源6PPD-醌这一典型新污染物为验证对象，整合稳定同位素示踪、单细胞基因组分析与培养实验，成功获得具有目标污染物降解能力的土壤本土菌株，验证了该技术及配套流程在功能微生物精准识别、定向分选与活体获取中的应用潜力。

 该技术的核心是在微孔阵列中为单个细胞保留液滴微环境。研究人员通过调控芯片表面润湿性，在直径8微米、深度15微米的微孔中形成皮升级液滴，完成单细胞定位、拉曼光谱检测和目标细胞弹射收集。在所测试的流程条件下，大肠杆菌分选后的培养成功率由传统开放式流程的13.9%提高至95%以上；对于同化¹³C标记新污染物来源碳的土壤微生物细胞，分选后培养成功率由6.67%提高至36.7%，达到原流程的约5.5倍。这一改进提高了拉曼识别后功能细胞的培养获取能力，为将单细胞功能线索转化为可研究的活体菌株提供了支撑。

 在环境样品验证中，研究人员利用¹³C标记底物追踪新污染物来源碳的同化，通过单细胞拉曼光谱特征峰的同位素红移，识别具有同化活性的目标细胞。液滴保护条件下，同位素光谱特征仍可清晰检出，表明该流程在提高分选后培养成功率的同时，保留了对细胞同位素标记的识别能力。研究人员进一步结合单细胞基因组中的营养代谢信息优化培养基，从分选的目标细胞中成功培养获得了隶属于Brucella和Bordetella的土壤本土菌株，实现了从单细胞功能识别到活体菌株获取的衔接。纯培养实验表明，培养8天后，两类菌株对应的6PPD-醌母体化合物去除率分别为62.5%和53.8%，高于无菌对照的9.40%，支持其参与该污染物的生物去除。单细胞基因组分析还检出了细胞色素P450及芳香化合物代谢相关基因，为进一步研究其潜在转化过程提供了遗传线索。

 该研究通过环境微生物学与光学技术的交叉融合，针对功能微生物“识别后难以培养”的瓶颈，开发液滴保护单细胞分选技术，将同化活性检测、目标细胞分选、基因组分析与培养验证有效衔接。以典型新污染物为案例的验证结果表明，该技术及配套流程能够提高复杂土壤体系中目标功能微生物的活体获取能力，为深入研究其生理特征与污染物转化机制提供菌株资源，也为其他新污染物相关功能微生物的定向挖掘提供了方法参考。

 该研究获得国家自然科学基金青年科学基金项目（A类）、广东省杰出青年科学基金项目、中国科学院青年创新促进会项目和中国科学院战略性先导科技专项（B类）等资助。论文第一作者为李继兵，通讯作者为罗春玲和李备。

论文信息：Jibing Li, Xixi Cai, Ying Xue, Jiarui Liu, Weiping Mei, Qiqian Li, Longfei Jiang, Dayi Zhang, Bei Li,* Chunling Luo*. Droplet-shielded micropore Raman-activated cell sorting improves recovery of emerging-contaminant-degrading microorganisms. Environmental Science & Technology, (2026).

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.6c11891

图1. 液滴保护微孔拉曼激活细胞分选技术示意图，展示单层微孔阵列结构及单细胞液滴包封方式。

图2. 传统开放式流程与液滴保护微孔流程的分选后培养成功率比较。

图3. 基于单细胞拉曼识别、激光弹射与微孔板收集的功能微生物分选培养流程。

图4. ¹³C-6PPDQ来源碳同化引起的单细胞拉曼光谱变化及特征峰分析。