• 高通量测量 ：FluidFM OMNIUM系统能够在 每小时测量多达50个哺乳动物细胞的粘附力 ，显著提升了单细胞力谱的通量。

• 广泛的力学范围 ：先进的FluidFM技术能够测量 高达3 µN的粘附力 ，远超传统的力学范围。

• 全自动化流程 ：从细胞抓取、力-距离曲线测量到细胞释放和清洗， 整个过程完全自动化 ，确保数据的一致性和可重复性。

• 高效数据分析 ：系统自动生成每个细胞的力-距离曲线，便于快速比较不同细胞群体的粘附力，助力细胞粘附机制的研究。

细胞粘附在组织形成、维持和功能中扮演着至关重要的角色。细胞间的相互作用通过跨膜蛋白复合物（如钙粘蛋白和整合素）介导，这些复合物不仅维持着细胞的连接，还在癌症生物学中影响肿瘤的发生和转移，并将促进新型靶向疗法的开发。因此，量化活细胞粘附力对于理解细胞黏附的生理机制至关重要。

传统的单细胞力谱（SCFS）技术依赖于原子力显微镜（AFM），虽然能够精确测量活细胞粘附强度，但其通量低、操作复杂、且需要繁琐的细胞固定步骤。FluidFM®技术的引入彻底改变了这一局面，它不仅消除了对细胞涂层和功能化的需求，还大幅提高了测量通量和力学范围（可高达3 µN）。

传统SCFS通过将细胞固定在AFM悬臂上，测量细胞与基底之间的粘附力。尽管该方法能够提供准确力-距离曲线，但其通量极低，每天仅能测量几个细胞。此外，细胞固定过程非常耗时且需要丰富的经验，限制了其在高通量研究中的应用。

FluidFM技术通过微流体探针实现了对贴壁细胞的自动化抓取和释放，无需复杂的细胞固定步骤。 微吸管通过施加负压即可轻松拾取贴壁细胞，并在测量后自动释放细胞 ，整个过程完全自动化[1-8]。这一创新不仅显著提高了通量，还扩展了可检测的力学范围，最高可达 3 µN 。

FluidFM OMNIUM系统将单细胞力谱提升到了全新的水平。整个抓取贴壁细胞、使其与表面分离、测量力-距离曲线、释放细胞以及清洗步骤的过程在FluidFM OMNIUM仪器上完全自动化。系统允许在6-24孔板格式中每小时测量多达50个细胞，整个过程无需人工干预。下文案例我们将展示使用新型自动化SCFS工作流程对100个哺乳动物细胞（CHO和HeLa）进行的粘附力测量。

FluidFM是一项成熟的技术，拥有100多篇同行评审的出版物 ，已被广泛用于多种应用领域，如植入式生物材料 ^[9] 、防污表面 ^[10] 或癌症研究 ^[4] 。现在，SCFS已在FluidFM OMNIUM系统上实现 自动化，以更高的通量执行单细胞力谱 。现在可以在仅一个实验日内处理具有统计意义的细胞数量，从而为每个单个细胞生成力-距离曲线。 每次运行最多可处理50个细胞，不到2小时即可完成 ，确保了自动化拾取在允许自然细胞迁移的细胞培养条件下的细胞。与传统的SCFS相比，这提高了数量级的通量。使用FluidFM，可检测力范围也得到了显著提高。

本研究展示了群体中单个细胞的分布，并证明了在具有统计意义的规模上执行SCFS的必要性。通过这种新的自动化SCFS工作流程，可比较数百个细胞/条件下直接测量力的群体分布。此外，采样更多数量的细胞内群体可提高粘附力分布的分辨率，进而可以支持细胞亚群的数据分层或简单达到统计意义。在本研究中，我们展示了如何在半天内的工作时间内，以统计显著性比较CHO细胞与HeLa细胞的粘附力。

FluidFM是一项创新性的技术，它具有集成力学反馈的微流体探针（图3），可非常 温和地自动化操纵单个细胞 。该技术结合了原子力显微镜和纳米流体学，为单细胞应用等提供了一个通用的液体输送系统。

图3. 图中红色激光对施加力的提供反馈数据。

FluidFM探针具有不同的顶端形状和尺寸（图4），解锁了多种创新研究可能性。

Nanosyringe以其金字塔形的尖端和极为锋利的顶点设计而成，能够温和地穿透任何类型的细胞。它可用于将任何种类的可溶性化合物（如DNA、蛋白质、药物等）递送到细胞内，或者从单个细胞中提取胞质溶胶或核内容物，同时保持细胞的高存活率。

Micropipettes带有扁平尖端的微量移液管特别适合拾取和放置物体，包括细胞。其孔径大小从2微米到8微米不等，特别适合用于拾取哺乳动物细胞。

Nanopipettes在金字塔形尖端的顶点处设有一个300纳米的孔径，旨在实现精确的液体分配，从而能够在亚微米级别绘制图案，或者精确刺激细胞培养中的单个细胞。

图4. FluidFM探针配备有各种形状和大小的尖端，每个尖端都解锁了独特的研究可能性。

FluidFM OMNIUM是一个高度集成且直观的系统，具有简单的制备步骤以及广泛的自动化和观察功能。该系统简单易用，配备了全封闭细胞培养箱，实现了从简单制备到广泛自动化和观察功能的全面整合。

1. Niedermann, P., ... & Zambelli, T. (2009). FluidFM: combining atomic force microscopy and nanofluidics in a universal liquid delivery system for single cell applications and beyond. Nano letters, 9(6), 2501-2507.

2. Sader, J. E., Chon, J. W., & Mulvaney, P. (1999). Calibration of rectangular atomic force microscope cantilevers. Review of scientific instruments, 70(10), 3967-3969.

3. Sztilkovics, M., Gerecsei, T., Peter, B., Saftics, A., Kurunczi, S., Szekacs, I., ... & Horvath, R. (2020). Single-cell adhesion force kinetics of cell populations from combined label-free optical microscopy. Scientific reports, 10(1), 1-13.

4. A.G. Nagy, N. Kanyó, A. Vörös, I. Székács, A. Bonyár & R. Horvath. Population distributions of single-cell adhesion parameters during the cell cycle from high-throughput robotic fluidic force microscopy. (2022). Scientific Reports. doi: 10.1038/s41598-022-11770-z

5. Simona, B. R., Hirt, L., Demkó, L., Zambelli, T., Vörös, J., Ehrbar, M., & Milleret, V. (2015). Density gradients at hydrogel interfaces for enhanced cell penetration. Biomaterials science, 3(4), 586-591.

6. Sancho, A., Taskin, M. B., Wistlich, L., Stahlhut, P., Wittmann, K., Rossi, A., & Groll, J. (2022). Cell Adhesion Assessment Reveals a Higher Force per Contact Area on Fibrous Structures Compared to Flat Substrates. ACS Biomaterials Science & Engineering, 8(2), 649-658.

7. Li, W., Sancho, A., Chung, W. L., Vinik, Y., Groll, J., Zick, Y., ... & Geiger, B. (2021). Differential cellular responses to adhesive interactions with galectin-8-and fibronectin-coated substrates. Journal of cell science, 134(8).

8. Chala, N., Moimas, S., Giampietro, C., Zhang, X., Zambelli, T., Exarchos, V., ... & Ferrari, A. (2021). Mechanical Fingerprint of Senescence in Endothelial Cells. Nano Letters, 21(12), 49114920.

9. Potthoff, E., Franco, D., D’Alessandro, V., Starck, C., Falk, V., Zambelli, T., ... & Ferrari, A. (2014). Toward a rational design of surface textures promoting endothelialization. Nano letters, 14(2), 1069-1079.

10. Rahim, M. I., Doll, K., Stumpp, N. S., Eisenburger, M., & Stiesch, M. (2021). Multilayered adsorption of commensal microflora on implant surfaces: An unconventional and innovative method to prevent bacterial infections associated with biomaterials. Advanced Materials Interfaces, 8(23), 2101410.

11. Yang Y, Wen D, Lin F, Song X, Pang R, Sun W, Yu D, Zhang Z, Yu T, Kong J, Zhang L, Cao X, Liao W, Wang D, Yang Q, Liang J, Zhang N, Li K, Xiong C, Liu Y. (2024) Suppression of non-muscle myosin II boosts T cell cytotoxicity against tumors. Science Advances.

12. Huang Y, Celik U, Xu Z, Speer D, Ossola D, Faller R, Parikh AN, Liu G-Y. (2024) Controlled Assembly of Lipid Molecules via Regulating Transient Spatial Confinement. Chemistry.

Liu X, Min Q, Cheng X, Zhang W, Wu Q, Chen X, Lv M, Liu S, Zhao H, Yang D, Tai Y, Lei X, Wang Y, Zhan Q. (2024) Quiescent cancer cells induced by high-density cultivation reveals cholesterol-mediated survival and lung metastatic traits. British Journal of Cancer.

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