Despite the precise controllability of droplet samples in digital microfluidic (DMF) systems, their capability in isolating single cells for long-time culture is still limited: typically, only a few cells can be captured on an electrode. Although fabricating small-sized hydrophilic micropatches on an electrode aids single-cell capture, the actuation voltage for droplet transportation has to be significantly raised, resulting in a shorter lifetime for the DMF chip and a larger risk of damaging the cells. In this work, a DMF system with 3D microstructures engineered on-chip is proposed to form semi-closed micro-wells for efficient single-cell isolation and long-time culture. Our optimum results showed that approximately 20% of the micro-wells over a 30 × 30 array were occupied by isolated single cells. In addition, low-evaporation-temperature oil and surfactant aided the system in achieving a low droplet actuation voltage of 36V, which was 4 times lower than the typical 150 V, minimizing the potential damage to the cells in the droplets and to the DMF chip. To exemplify the technological advances, drug sensitivity tests were run in our DMF system to investigate the cell response of breast cancer cells (MDA-MB-231) and breast normal cells (MCF-10A) to a widely used chemotherapeutic drug, Cisplatin (Cis). The results on-chip were consistent with those screened in conventional 96-well plates. This novel, simple and robust single-cell trapping method has great potential in biological research at the single cell level.

尽管数字微流体 (DMF) 系统中液滴样品的精确可控性，但它们分离单个细胞进行长期培养的能力仍然有限：通常，只能在电极上捕获少数细胞。虽然在电极上制造小尺寸的亲水性微贴片有助于单细胞捕获，但必须显着提高液滴传输的驱动电压，导致 DMF 芯片的寿命缩短，损坏细胞的风险更大。在这项工作中，提出了一种具有芯片上设计的 3D 微结构的 DMF 系统，以形成半封闭微孔，用于有效的单细胞分离和长时间培养。我们的最佳结果表明，30 × 30 阵列上大约 20% 的微孔被分离的单细胞占据。此外，低蒸发温度油和表面活性剂帮助系统实现了 36V 的低液滴驱动电压，比典型的 150 V 低 4 倍，最大限度地减少了对液滴中细胞和 DMF 芯片的潜在损害。为了证明技术进步，我们在 DMF 系统中进行了药物敏感性测试，以研究乳腺癌细胞 (MDA-MB-231) 和乳腺正常细胞 (MCF-10A) 对广泛使用的化疗药物顺铂 (Cis ）。芯片上的结果与在常规 96 孔板中筛选的结果一致。这种新颖、简单且稳健的单细胞捕获方法在单细胞水平的生物学研究中具有巨大潜力。最大限度地减少对液滴中细胞和 DMF 芯片的潜在损害。为了证明技术进步，我们在 DMF 系统中进行了药物敏感性测试，以研究乳腺癌细胞 (MDA-MB-231) 和乳腺正常细胞 (MCF-10A) 对广泛使用的化疗药物顺铂 (Cis ）。芯片上的结果与在常规 96 孔板中筛选的结果一致。这种新颖、简单且稳健的单细胞捕获方法在单细胞水平的生物学研究中具有巨大潜力。最大限度地减少对液滴中细胞和 DMF 芯片的潜在损害。为了举例说明技术进步，我们在 DMF 系统中进行了药物敏感性测试，以研究乳腺癌细胞 (MDA-MB-231) 和乳腺正常细胞 (MCF-10A) 对广泛使用的化疗药物顺铂 (Cis ）。芯片上的结果与在常规 96 孔板中筛选的结果一致。这种新颖、简单且稳健的单细胞捕获方法在单细胞水平的生物学研究中具有巨大潜力。顺铂 (Cis)。芯片上的结果与在常规 96 孔板中筛选的结果一致。这种新颖、简单且稳健的单细胞捕获方法在单细胞水平的生物学研究中具有巨大潜力。顺铂 (Cis)。芯片上的结果与在常规 96 孔板中筛选的结果一致。这种新颖、简单且稳健的单细胞捕获方法在单细胞水平的生物学研究中具有巨大潜力。