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| 內容簡介： |
《细胞特性表征与高通量筛选技术》内容涵盖了细胞培养技术，光学、测序和质谱等细胞性能表征技术，单细胞高通量筛选技术，微孔板培养高通量筛选技术，微流控培养高通量筛选技术，实验室适应性进化技术，平行发酵与平行细胞培养技术等，全面介绍这些技术的操作规程与过程、应用过程常遇到的问题、解决思路及应用实例。
本书实用性和对实际工作的指导性较强，可供从事合成生物学、工程生物学、生物制造等领域的学生、教师、科研工作者、产业技术人员等阅读参考。
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| 關於作者： |
张翀，清华大学化学工程系教授。课题组提出高通量并行DBTL策略，实现千量级基因型的低成本测试和数据学习；发明了基于微流控的菌种培养过程数据高通量测试技术与装备，显著提升菌种工业表型数据获取效率；在基因型功能和表型特征数据使能平台的基础上，提出了全基因组规模基因型-表型关联数据驱动的下一代细胞工厂系统创制新策略，成功构建一系列具有自主产权的高性能菌种并实现产业应用。
在Nature Chemical Biology，Science Advances，Nature Communications，Nucleic Acid Research， Metabolic Engineering和Biotechnology Bioengineering等期刊发表论文60余篇；申请中国发明专利19项，授权12项，其中8项实现成果转化；牵头制定5项国家标准；微生物育种装备成功实现商业化销售并出口海外，系列自主知识产权菌株实现在传统发酵和生物医药行业应用，并创造显著经济和社会效益。
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| 目錄：
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1 绪论 001
1.1 细胞的发现及微生物细胞的应用历史 002
1.1.1 细胞的发现 002
1.1.2 微生物细胞的应用历史 003
1.2 微生物细胞改造技术发展历程 004
1.2.1 随机诱变 004
1.2.2 基因工程改造 006
1.3 细胞高通量表征与筛选技术 009
参考文献 012
2 细胞培养技术 013
2.1 细胞培养技术的原理和原则 014
2.1.1 微生物细胞的培养原理与基本原则 014
2.1.2 植物细胞的培养原理与基本原则 017
2.1.3 动物细胞的培养原理与基本原则 020
2.2 细胞培养技术的方法介绍 025
2.2.1 微生物细胞的培养方法与常用培养基介绍 025
2.2.2 植物细胞的培养方法与常用培养基介绍 029
2.2.3 动物细胞的培养方法与常用培养基介绍 030
2.3 细胞培养过程中的常见问题及应对措施 033
2.3.1 微生物细胞培养过程中的常见问题及应对措施 033
2.3.2 植物细胞培养过程中的常见问题及应对措施 036
2.3.3 动物细胞培养过程中的常见问题及应对措施 038
2.4 细胞培养技术在特性表征与高通量筛选中的应用 040
2.4.1 微生物培养技术在特性表征与高通量筛选中的应用 040
2.4.2 植物细胞培养技术在特性表征与高通量筛选中的应用 041
2.4.3 动物细胞培养技术在特性表征与高通量筛选中的应用 042
参考文献 044
3 细胞特性表征——光学技术 047
3.1 光学技术的基本原理 048
3.1.1 流式细胞荧光分选技术 048
3.1.2 紫外光谱技术 049
3.1.3 圆二色谱技术 051
3.1.4 拉曼光谱技术 052
3.1.5 红外光谱技术 054
3.2 细胞特性的光谱表征方法——样品处理及数据分析 056
3.2.1 流式细胞仪的使用 056
3.2.2 紫外光谱仪的使用 058
3.2.3 圆二色谱仪的使用 059
3.2.4 拉曼光谱仪的使用 062
3.2.5 红外光谱仪的使用 064
3.3 光学技术在细胞性能表征方面的应用 066
3.3.1 在细胞分选中的应用 066
3.3.2 在细胞DNA及蛋白质表征中的应用 071
3.3.3 在细胞代谢产物表征中的应用 075
参考文献 079
4 细胞特性表征——测序技术 081
4.1 基因组测序技术的发展历程 082
4.2 基因组测序技术原理 083
4.2.1 第一代DNA测序技术原理 083
4.2.2 第二代测序技术原理 084
4.2.3 第三代测序技术原理 086
4.3 测序技术操作流程 088
4.3.1 第一代DNA测序技术操作流程 088
4.3.2 第二代测序技术操作流程和注意事项 090
4.3.3 第三代测序技术操作流程和注意事项 093
4.4 测序技术在细胞性能表征上的应用 094
4.4.1 测序技术在全基因组测序中的应用 095
4.4.2 测序技术在功能基因/元件挖掘中的应用 099
4.4.3 测序技术在微生物群落解析中的应用 103
4.4.4 测序技术在DNA甲基化检测中的应用 105
4.4.5 测序技术在疾病细胞检测中的应用 106
参考文献 107
5 细胞特性表征——质谱技术 109
5.1 质谱发展史及原理概述 110
5.2 质谱仪的离子源 111
5.2.1 电子轰击离子源 112
5.2.2 化学电离源 113
5.2.3 大气压化学电离源 114
5.2.4 电喷雾电离源 115
5.2.5 基质辅助激光解吸电离源 116
5.2.6 其他离子源 117
5.3 质量分析器 119
5.3.1 磁质谱 119
5.3.2 四极杆质谱 120
5.3.3 离子阱质谱 121
5.3.4 飞行时间质谱 122
5.3.5 傅里叶变换离子回旋共振质谱 123
5.3.6 离子淌度质谱 124
5.4 质谱技术在细胞性能表征中的应用 125
5.4.1 气相色谱-质谱联用技术在细胞分析中的应用 126
5.4.2 液相色谱-质谱联用技术在细胞分析中的应用 131
5.4.3 毛细管电泳-质谱联用技术在细胞分析中的应用 139
5.4.4 微流控芯片-质谱联用技术在细胞分析中的应用 147
参考文献 156
6 单细胞高通量筛选技术 159
6.1 单细胞高通量筛选技术基本原理 160
6.1.1 高通量荧光流式单细胞表型筛选技术基本原理 160
6.1.2 高通量荧光液滴单细胞表型筛选技术基本原理 161
6.1.3 高通量拉曼流式单细胞表型筛选技术基本原理 162
6.1.4 高通量质谱流式单细胞表型筛选技术基本原理 167
6.2 单细胞高通量筛选技术体系构建及数据分析 169
6.2.1 荧光流式单细胞表型体系构建及数据分析 169
6.2.2 荧光液滴体系构建及数据分析 174
6.2.3 拉曼单细胞表型识别及数据分析 180
6.2.4 质谱单细胞表型识别及数据分析 184
6.3 单细胞高通量筛选技术在细胞性能表征上的应用 187
6.3.1 荧光流式单细胞表型筛选实例 187
6.3.2 荧光液滴单细胞表型筛选实例 189
6.3.3 拉曼流式单细胞表型筛选实例 192
6.3.4 质谱流式单细胞表型筛选实例 195
参考文献 198
7 微孔板培养高通量筛选技术 205
7.1 微孔板培养高通量筛选技术背景 206
7.1.1 微孔板的发展历史 206
7.1.2 微孔板培养高通量筛选技术简介和发展趋势 207
7.2 微孔板培养高通量筛选技术原理 208
7.2.1 微孔板的类型和适用范围 208
7.2.2 微孔板培养技术原理 211
7.2.3 微孔板高通量筛选技术原理 211
7.2.4 微孔板培养高通量筛选的统计学分析 215
7.2.5 微孔板培养和高通量筛选的设备 216
7.3 微孔板培养高通量筛选技术方案设计 221
7.3.1 微孔板培养操作流程 221
7.3.2 微孔板筛选操作流程 223
7.4 微孔板培养高通量筛选常见问题和解决方案 224
7.4.1 微孔板培养常见问题和解决方案 224
7.4.2 微孔板筛选常见问题和解决方案 228
7.5 微孔板培养高通量筛选技术的应用 230
7.5.1 基于pH变化的微孔板高通量筛选 230
7.5.2 基于辅酶NAD(P)H的微孔板高通量筛选 232
7.5.3 基于化合物荧光的微孔板高通量筛选 234
7.5.4 基于生物传感器的微孔板高通量筛选 235
参考文献 237
8 微流控培养高通量筛选技术 239
8.1 微流控培养高通量筛选技术概述 240
8.1.1 微流控培养高通量筛选技术的需求 240
8.1.2 微流控培养高通量筛选技术的基本概念 240
8.1.3 微流控培养高通量筛选技术的发展历史和发展方向 241
8.2 微流控培养高通量筛选技术原理 242
8.2.1 微流控技术体系分类 242
8.2.2 微流控芯片内的流体控制原理 245
8.3 微流控培养高通量筛选技术方案设计 249
8.3.1 基于DREM cell的细胞培养和高通量筛选技术 249
8.3.2 基于MISS cell的细胞培养和高通量筛选技术 253
8.3.3 常见问题及解决方案 257
8.4 微流控培养高通量筛选技术应用 259
8.4.1 加速生物过程开发 259
8.4.2 高通量细胞筛选 260
8.4.3 药物评价与筛选 260
参考文献 261
9 实验室适应性进化技术 265
9.1 实验室适应性进化原理 266
9.1.1 实验室适应性进化（ALE）概述 266
9.1.2 ALE的开展基础——突变 267
9.1.3 ALE的表征标准——适应度 267
9.1.4 ALE过程中的遗传动态 268
9.2 实验室适应性进化的基本策略 269
9.2.1 经典ALE策略 269
9.2.2 基于代谢网络重编程的ALE策略 272
9.2.3 基于遗传编码生物传感器的ALE策略 274
9.3 高效适应性进化新工具 277
9.3.1 基因型多样性：体内诱变工具 277
9.3.2 表型选择：多重自动化培养平台 280
9.3.3 基因型-表型关联：多组学分析和多重基因工程 289
9.4 实验室适应性进化技术在菌种选育中的应用 290
9.4.1 经典ALE策略 290
9.4.2 基于代谢网络重编程的ALE策略 292
9.4.3 基于遗传编码生物传感器的ALE策略 295
参考文献 296
10 平行发酵与平行细胞培养技术 299
10.1 平行发酵（细胞培养）技术的工作原理与设计思想 300
10.1.1 平行发酵（细胞培养）技术出现的背景 300
10.1.2 平行发酵（细胞培养）的设计思想 301
10.1.3 微型生物反应器高通量菌种筛选培养的“工业相似性” 308
10.1.4 商业化的平行发酵装置 310
10.2 平行发酵的实验设计（DoE）与数据处理软件 314
10.2.1 DoE的方法学 316
10.2.2 DoE在平行发酵实验中的应用 318
10.2.3 DoE软件与应用 318
10.2.4 DoE的实验数据分析 318
10.3 菌种保存、基础培养工艺和高通量分析检测技术 320
10.3.1 平行发酵实验中的海量菌种保存与设备 320
10.3.2 平行发酵基础培养工艺库的建立 321
10.3.3 高通量蛋白质和合成代谢产品的离线、在线检测 322
10.4 平行培养的通量、培养体积与过程数据采集的平衡 329
10.4.1 平行培养筛选的目标与培养通量/体积的平衡 329
10.4.2 培养通量/体积与过程控制和过程数据获取矛盾的解决方法 330
10.4.3 平行发酵（细胞培养）过程多变元批次模型的建立 332
10.5 平行发酵技术在菌种“工业相似”筛选中的应用 333
10.5.1 候选菌种根据目标产物产量的排序筛选 334
10.5.2 候选菌种以“过程驱动”为目的的高通量筛选 335
10.5.3 候选菌种以建立过程缩小模型为目的的筛选 336
参考文献 337
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| 內容試閱：
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细胞是由膜包围着含有核（或拟核）的原生质所构成的单位，是生物体结构和功能的基本单位，也是生命活动的基本单位。细胞亦是生物技术产品生产的关键执行单元，其高效选育不仅可以提高目的产物的产量、降低生产成本、提高经济效益，还可以减少副产物、提高产品质量。合成生物学技术的快速发展使得细胞基因型的理性构建性显著增加，但是，如何从海量候选细胞库中高通量筛选到能够应用于规模生产的细胞及快速获得新菌种的高质量生产工艺仍是一个技术挑战。随着科学技术的迅速发展，细胞的表征和高通量筛选技术不断革新。目前，单细胞筛选、液滴微流控、自动化移液工作站、平行微型生物反应器等高通量筛选技术的进步，同时结合光学、测序和质谱等细胞特性表征技术，为细胞筛选在通量和效率两个重要指标方面的提升奠定了基础。
本书内容涵盖了细胞培养技术，光学、测序和质谱等细胞特性表征技术，单细胞高通量筛选技术，微孔板培养高通量筛选技术，微流控培养高通量筛选技术，实验室适应性进化技术，平行发酵与平行细胞培养技术等九个细胞性能表征与高通量筛选技术，全面介绍其操作规程与过程、应用过程中常遇到的问题、解决思路及应用实例，旨在为合成生物学领域的研究人员和学生提供一部有针对性的实用工具书。
由于写作时间有限，加之各领域技术更新很快，书中可能存在不妥之处，请读者批评指正。
主编 张翀
2025年6月
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