美国化学会旗下期刊《Analytical Chemistry》上的一项研究中，研究人员开发了一个基于微滴的微流控平台，以每秒数千个的速度，在单细胞水平上筛选肿瘤抗原特异性T细胞。

该平台的核心之一是使用PFPE-PEG表面活性剂稳定的微滴，这些微滴作为独立的微型反应器，将单个T细胞与抗原呈递细胞封装在一起。

这种基于PFPE-PEG的表面活性剂不仅能稳定微滴，还因其优异的生物相容性，确保了对细胞活性的最小干扰，而这正是精准的免疫功能筛选所必需的。

01 技术背景：微滴技术的基石与行业变革

微滴微流控技术通过将反应体系分割为成千上万个皮升至纳升级别的微小液滴，实现了高通量、高精度的单细胞分析与分子检测。

这些液滴作为隔离的“微反应器”，能够独立进行生化反应，防止交叉污染，并显著减少试剂消耗。而要使这一技术从理论走向实用，稳定且生物相容的液滴是关键。

传统上，以3M公司Novec™ HFE7500为代表的氟化油因其惰性和不混溶性，常被用作微滴的连续相。然而，随着3M宣布将在2025年底前停止生产所有Novec™产品线，整个行业面临着寻找可靠替代方案的紧迫需求。

这一市场空缺催生了新一代氟化油和配套表面活性剂的研发，其中基于全氟聚醚-聚乙二醇的聚合物展现出了巨大潜力。

PFPE-PEG-PFPE（全氟聚醚-聚乙二醇-全氟聚醚）作为一种三嵌段共聚物，成功地将全氟聚醚（PFPE）优异的化学惰性、高热稳定性和低表面张力，与聚乙二醇（PEG）的水溶性和卓越的生物相容性结合在一起。

这种独特的分子结构使其能够自发吸附在氟碳油相与水相的界面上，形成一层稳定的单分子膜，有效防止微滴在流动、孵育甚至热循环过程中发生融合或破裂。

02 核心应用：PFPE-PEG表面活性剂驱动的三大前沿领域

应用一：单细胞水平的TCR-T细胞功能筛选

近年来，基于T细胞受体（TCR）的免疫疗法为实体瘤治疗带来了新的希望，但如何从数以百万计的T细胞中精准筛选出针对特定肿瘤抗原的TCR，是核心挑战。

单细胞微滴微流控技术为这一难题提供了高通量解决方案。例如，一项发表于《Analytical Chemistry》的研究将TCR文库转导的细胞与抗原呈递细胞共同封装在由PFPE-PEG表面活性剂稳定的微滴中。

当T细胞识别抗原并被激活时，其下游的报告基因（如荧光蛋白）会表达。研究人员通过检测微滴的荧光信号，并结合介电泳等技术，实现了高速率和高效率的目标细胞分选。

研究表明，PFPE-PEG表面活性剂在该系统中起到了多重关键作用：它不仅维持了液滴在高速分选过程中的机械稳定性，其生物正交性也确保了封装的细胞信号通路不受干扰，使得基于荧光的激活判定更为准确。

对分选出的细胞进行单细胞RNA测序，进一步验证了其功能特异性，彰显了该平台筛选与组学分析的无缝兼容性。

应用二：基于微滴的高通量单细胞测序

单细胞测序能够揭示细胞群体的异质性，但在常规流程中，细胞分离、裂解和文库构建的步骤复杂且通量受限。基于微滴的系统，将每个细胞与一个携带独特条形码（Barcode）的微珠共同封装在单个微滴内，在液滴内完成细胞的裂解、反转录和标签连接，实现了对数以万计细胞的并行处理。

在这一过程中，PFPE-PEG表面活性剂的性能至关重要。它必须确保在长时间反应（数小时甚至更久）中，液滴保持绝对隔离，防止不同细胞的核酸物质发生“串扰”。

一项研究特别指出，由HFE-7500和PFPE-PEG-PFPE表面活性剂形成的微滴，虽然整体稳定，但存在气体分子跨液滴交换的现象。这一发现提示，在设计单细胞测序实验时，需要对表面活性剂的浓度和液滴的孵育条件进行优化。

对于单细胞测序，这种极低的分子交换率是可接受的，甚至在某些动态代谢研究中可以被利用。

应用三：用于体内应用的高生物相容性水包氟碳乳液

传统微滴多为“水包油”型，但“氟碳油包水”型乳液在生物医学领域，尤其是在体内直接应用方面，展现出独特价值。

这类乳液可以作为血液替代品、药物递送载体或体内机械力传感器。然而，稳定的水包氟碳乳液的制备更具挑战性，因为需要将高密度的氟碳油分散在水相中，这要求表面活性剂具有极低的油水界面张力。

一篇发表在《Angewandte Chemie》上的研究系统性地设计并合成了一系列PEG-PFPE双嵌段共聚物非离子表面活性剂。通过调整PEG与PFPE链段的比例（即亲水亲油平衡值，HLB），研究人员成功将HFE-7700氟碳油与水的界面张力降至1.4 mN·m⁻¹的超低水平。

这类表面活性剂在水中的溶解度极低，这意味着当注入生物体内时，它们会牢固地锚定在氟碳油滴表面，不易泄露到周围组织中，从而最大程度地降低了潜在的生物毒性。

研究团队将这种优化的水包氟碳油滴注入斑马鱼胚胎，实现了对活体发育过程中细胞和组织尺度机械力的高灵敏度测量。

下面的表格对比了不同类型PFPE-PEG表面活性剂的特性与适用场景：

03 技术优势：为何选择PFPE-PEG作为替代解决方案？

PFPE-PEG共聚物表面活性剂之所以成为替代传统方案（如基于HFE7500的体系）的理想选择，源于其在性能、生物相容性和功能可设计性上的综合优势。

首先是其卓越的生物相容性。PEG是经过美国食品药品监督管理局（FDA）批准的生物材料，具有优异的“隐身”特性，能有效减少蛋白质的非特异性吸附。

非离子型的PEG-PFPE表面活性剂避免了离子型表面活性剂可能引起的生物膜电位干扰或与生物分子发生电荷相互作用的问题，使其更适合长期的细胞培养和复杂的体内应用。

其次是超强的稳定性能。PFPE链段具有极强的化学惰性和热稳定性。研究表明，由PFPE-PEG-PFPE稳定的微滴能够耐受PCR所需的反复热循环，也能在数天甚至数周的培养中保持完整，这对于长期细胞实验至关重要。

再者是灵活的可设计性。通过现代聚合技术，可以对PFPE和PEG嵌段的长度、比例以及连接方式进行精确调控，从而“定制”出适用于特定油相、特定应用场景的表面活性剂。

例如，通过引入刺激响应性单体，可以开发出对温度、pH值或特定酶敏感的“智能”表面活性剂，实现微滴的按需生成或可控释放。

04 未来展望：迈向更智能与可持续的微滴技术

随着单细胞组学、合成生物学和精准医疗的快速发展，对微滴技术的要求将越来越高。PFPE-PEG表面活性剂的未来发展将聚焦于几个关键方向。

功能将进一步拓展。未来的表面活性剂可能不仅仅是界面稳定剂，还将集成传感、催化或靶向功能。例如，在表面活性剂中引入可与特定细胞表面标志物结合的配体，可以使微滴具备主动识别和捕获目标细胞的能力。

系统集成度将提升。未来的趋势是将微滴生成、孵育、检测、分选乃至下游的组学分析集成在一个自动化的“芯片实验室”平台中。这对表面活性剂的兼容性提出了更高要求，它需要与芯片材料、检测光学系统和生化试剂都完美匹配。

环境友好型替代品将受到重视。虽然PFPE被认为比短链全氟烷基物质的环境持久性风险更低，但开发环境足迹更小的新型绿色氟碳溶剂和可再生来源的生物表面活性剂，仍是长期的研究重点。

以RAN Biotechnologies为代表的企业已经推出了旨在替代HFE/FC油的 “FO”系列新型油品，这正是市场响应可持续需求的一个例证。

人工智能与计算设计将被广泛应用。利用分子动力学模拟和机器学习，研究人员可以在合成前预测表面活性剂的分子结构、界面排列行为及最终性能，从而极大地加速新材料的研发进程，实现从“试错”到“理性设计”的跨越。