细胞印迹技术在生物医学领域的应用进展

doi:10.3724/SP.J.1123.2025.04007

色谱 ›› 2026, Vol. 44 ›› Issue (1): 17-29.DOI: 10.3724/SP.J.1123.2025.04007

细胞印迹技术在生物医学领域的应用进展

赵鑫淼¹^,², 张志远²^,³, 孙文静²^,³^,^*(), 卿光焱²^,^*()

^1.辽宁师范大学化学化工学院，辽宁大连 116029
^2.中国科学院大连化学物理研究所，辽宁大连 116023
^3.江南大学生命科学与健康工程学院，江苏无锡 214122

收稿日期:2025-04-07 出版日期:2026-01-08 发布日期:2026-01-14
通讯作者: * Tel：0411-84379050，E-mail：sunwj@dicp.ac.cn（孙文静）；Tel：0411-84379050，E-mail：qinggy@dicp.ac.cn（卿光焱）.
基金资助:
国家重点研发计划(2022YFC3400800);国家自然科学基金(21922411);国家自然科学基金(22174138);中国科学院大连化学物理研究所创新基金(I202243);中国科学院大连化学物理研究所创新基金(I202229);大连市杰出青年科技人才项目(2020RJ01)

Advances in application of cell imprinting technology in biomedical field

ZHAO Xinmiao¹^,², ZHANG Zhiyuan²^,³, SUN Wenjing²^,³^,^*(), QING Guangyan²^,^*()

^1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Liaoning Normal University，Dalian 116029，China
^2.Dalian Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences，Dalian 116023，China
^3.School of Life Science and Health Engineering，Jiangnan University，Wuxi 214122，China

Received:2025-04-07 Online:2026-01-08 Published:2026-01-14
Supported by:
National Key Research and Development Program of China(2022YFC3400800);National Natural Science Foundation of China(21922411);National Natural Science Foundation of China(22174138);DICP Innovation Funding(I202243);DICP Innovation Funding(I202229);Dalian Outstanding Young Scientific Talent(2020RJ01)

摘要/Abstract

摘要：

细胞印迹技术作为实现细胞特异性识别领域的关键技术，依靠其对细胞表面抗原、受体等生物标志物的精准识别能力，已成为现代生物医学研究的重要基石。该技术不仅广泛应用于疾病标志物检测、细胞功能与行为机制研究等基础领域，更在稀有细胞分离、靶向药物开发等前沿应用中发挥着关键作用，持续推动着生命科学研究的创新发展。虽然该技术已取得显著进展，但仍面临着若干亟待解决的问题，具体包括：印迹工艺的优化（提升抗干扰性和保真性）及适配复杂生物环境新方法的开发。针对这些问题，研究人员通过创新材料设计与工艺优化，近期在多个领域取得了突破性进展：首先，在稀有细胞捕获方面，该技术显著提升了复杂样本中关键稀有细胞的分离效率，为癌症早期诊断和血液病研究提供了高效的解决方案；其次，在细胞培养领域，其独特的印迹表面可精确调控细胞黏附蛋白表达，优化体外培养微环境；最后，在生物传感领域，基于该技术开发的传感器展现出卓越的灵敏度和特异性，为疾病监测开辟了新途径。本文系统梳理了细胞印迹技术的研究现状与发展动态，深入剖析了其技术瓶颈与突破方向，旨在为相关研究提供全面的理论参考，进一步促进该技术在生物医学领域的创新应用与跨越式发展。

关键词: 细胞印迹, 细胞捕获, 细胞识别与分选, 细胞培养, 生物传感器

Abstract:

Cell imprinting technology， as a key technique in the field of cell-specific recognition， has become an important cornerstone of modern biomedical research. It relies on its precise recognition capability for biomarkers such as cell surface antigens and receptors. This technology is not only widely applied in basic fields， including disease marker detection and research on cell function and behavioral mechanisms， but also plays a crucial role in frontier applications like rare cell isolation and targeted drug development. It continuously promotes the innovative development of life science research. Although significant progress has been made in this technology， it still faces several urgent challenges. These specifically include optimization of the imprinting process （to enhance anti-interference ability and fidelity） and development of new methods adapted to complex biological environments. In response to these issues， researchers have achieved breakthrough progress in multiple fields through innovative material design and process optimization recently. First， in rare cell capture， this technology has significantly improved the separation efficiency of key rare cells in complex samples， providing an efficient solution for early cancer diagnosis and blood disease research. Second， in the field of cell culture， its unique imprinted surface can precisely regulate the expression of cell adhesion proteins to optimize the in vitro culture microenvironment. Finally， in biosensing， sensors developed based on this technology have demonstrated excellent sensitivity and specificity， opening up new avenues for disease monitoring. This paper systematically reviews the research status and development trends of cell imprinting technology， deeply analyzes its technical bottlenecks and breakthrough directions. The aim is to provide a comprehensive theoretical reference for related research and further promote the innovative application and leapfrog development of this technology in the biomedical field.

Key words: cell imprinting, cell capture, cell recognition and sorting, cell culture, biosensor

中图分类号:

O658

赵鑫淼, 张志远, 孙文静, 卿光焱. 细胞印迹技术在生物医学领域的应用进展[J]. 色谱, 2026, 44(1): 17-29.

ZHAO Xinmiao, ZHANG Zhiyuan, SUN Wenjing, QING Guangyan. Advances in application of cell imprinting technology in biomedical field[J]. Chinese Journal of Chromatography, 2026, 44(1): 17-29.

图/表 11

图1 SMMC-7721细胞的捕获与释放流程图［30-32］

Fig. 1 Flow chart of capture and release of SMMC-7721 cells［30-32］a. cell-imprinted substrate with aptamer functionalization （APT-CIS）； b. cell-imprinted hydrogel with site-directed modification of aptamers （APT-CIH）； c. cell-imprinted hydrogel with 3-acrylamido phenylboronic acid （PBA-CIH）.SMMC-7721： human hepatocellular carcinoma cell line.

图2 近红外光响应性水凝胶捕获与释放CTC流程图［33］

Fig. 2 Flow chart of CTC capture and release of near-infrared light-responsive hydrogels［33］a， b. FESEM images of the cell-imprinted template showing （a） a large number of michigan cancer foundation-7 （MCF-7） cells and （b） an individual MCF-7 cell； c-e. （c， d） AFM images and （e） the profile showing a single imprint （length： 15 μm； height： 5.2 μm）； f. schematic diagram showing the NIR-responsive cell-imprinted gelatin for capture and photothermal selective release of single CTC from peripheral blood.CTC： circulating tumor cell； FESEM： field emission scanning electron microscopy； AFM： atomic force microscope； NIR： near infrared.

图3 CIS连接的一氧化石墨烯用于细胞测定的机制［38］

Fig. 3 Mechanism of whole CISlinked allochroic-graphene oxide for cell assay［38］CIS： cell imprinted substrate； HCC： hepatocellular carcinoma.

图4 基于CIS的干细胞分化集成微流控装置图［39］

Fig. 4 Diagram of a microfluidic device for integrated stem cell differentiation based on whole CIS［39］a. make a CMD； b. cultivation， differentiation， and transplantation of ADSCs.CMD： complete microfluidic device； ADSCs： adipose-derived mesenchymal stem cells

图5 用于检测恶性疟原虫感染红细胞的全细胞热传感器示意图［44］

Fig. 5 Schematic of a whole-cell thermal sensor for detecting plasmodium falciparum-infected erythrocytes［44］PDMS： polydimethylsiloxane.

图6 制备双网络水凝胶实现细胞的精确结构复制与捕获示意图［50］

Fig. 6 Schematic diagram of the preparation of dual-network hydrogels to achieve precise structural replication and capture of cells［50］CIDH： a dual network hydrogel with cyclic multi-DNA modifications has been created using fixed cells as templates； PD-L1： programmed cell death ligand 1.

图7 在平坦基质上培养哺乳动物细胞的硅化示意图［51］

Fig. 7 Schematic diagrams of silicification of mammalian cells cultured on a flat substrate［51］a. schematic describing the process of cell silicification； b. image field of AsPC-1 cells throughout the steps of silicification； images in （Ⅰ） and （Ⅱ） show hydrated cells， and （Ⅲ） and （Ⅳ） show dehydrated composites and silica replicas. Insets show representative energy dispersive spectroscopy spectra of cells at the various stages.AsPC-1 cells： human pancreatic adenocarcinoma cell line.

图8 PBACIP的制造路线及选择性捕获癌症患者的CTC示意图［53］

Fig. 8 Schematic diagram of PBACIP’s manufacturing route and selective capture of CTCin cancer patients［53］SiO2@BA： boronic acid modified SiO2 nanoparticles； PBACIP： PEGylated boronate affinity cell imprinted polydimethylsiloxane.ER/PR-positive： estrogen receptor/progesterone receptor-positive； HER2-positive： human epidermal growth factor receptor 2-positive.

图9 全细胞印迹海藻酸盐水凝胶用于异质性CTC的一体化诊断示意图［54］

Fig. 9 Schematic diagram of the integrated diagnosis of whole cell-imprinted alginate hydrogels for heterogeneous CTC［54］

图10 PDMS和GelMA水凝胶的全细胞印迹技术示意图［56］

Fig. 10 Schematic of whole cell imprinting technique for PDMS and GelMA hydrogel［56］GelMA： gelatin methacryloyl.

表1 全细胞印迹技术在生物医学领域的应用

Table 1 The application of whole cell imprinting technology in the field of biomedicine

Application	Method	Samples	Advantages	Ref.
Rare cell capture	artificial antibody replica imprinting	SMMC-7721	high efficiency， low cost	［17］
	stamp imprinting	MCF-7	fixed-point release， high efficiency	［33］
	artificial antibody replica imprinting	MCF-7	real-time fluorescence detection	［50］
	artificial antibody replica imprinting	SKBR-3	high specificity， efficiency	［53］
	artificial antibody replica imprinting	MCF-7	capture， analyze， respond to drugs all in one	［54］
	artificial antibody replica imprinting	SMMC-7721	high efficiency， selectivity	［30］
	artificial antibody replica imprinting	SMMC-7721	high efficiency， selectivity	［31］
	artificial antibody replica imprinting	SMMC-7721	antibody-free hydrogel	［32］
Single-cell sorting	artificial template imprinting	HL60	high selectivity	［19］
	sacrificial layer imprint method	AsPC-1， 4T1， RBL-2H3， erythrocyte	stable function， low cost， simple operation	［51］
	artificial antibody replica imprinting	HLE	high specificity， low cost， easy to operate	［38］
Cell culture	artificial template imprinting	rat cardiomyocytes H9C2	precise， rapid.	［18］
	stamp imprinting	rabbit ADSCs， chondrocytes	highly operable， high efficiency	［39］
	sacrificial layer imprint method	human chondrocytes	high efficiency	［40］
Biosensing	stamp imprinting	macrophages， MCF-7	low cost， fast， reusable	［42］
Biosensing	film imprinting	erythrocytes	real-time monitoring， high precision	［44］
SKBR-3： human breast adenocarcinoma cell line； HL60： human promyelocytic leukemia cell line； AsPC-1： human pancreatic adenocarcinoma cell line； 4T1： murine mammary carcinoma cell line； RBL-2H3： rat basophilic leukemia cell line； HLE： human hepatocellular carcinoma cells； H9C2： rat cardiomyoblast cell line.

表1 全细胞印迹技术在生物医学领域的应用

Table 1 The application of whole cell imprinting technology in the field of biomedicine

Application	Method	Samples	Advantages	Ref.
Rare cell capture	artificial antibody replica imprinting	SMMC-7721	high efficiency， low cost	［17］
	stamp imprinting	MCF-7	fixed-point release， high efficiency	［33］
	artificial antibody replica imprinting	MCF-7	real-time fluorescence detection	［50］
	artificial antibody replica imprinting	SKBR-3	high specificity， efficiency	［53］
	artificial antibody replica imprinting	MCF-7	capture， analyze， respond to drugs all in one	［54］
	artificial antibody replica imprinting	SMMC-7721	high efficiency， selectivity	［30］
	artificial antibody replica imprinting	SMMC-7721	high efficiency， selectivity	［31］
	artificial antibody replica imprinting	SMMC-7721	antibody-free hydrogel	［32］
Single-cell sorting	artificial template imprinting	HL60	high selectivity	［19］
	sacrificial layer imprint method	AsPC-1， 4T1， RBL-2H3， erythrocyte	stable function， low cost， simple operation	［51］
	artificial antibody replica imprinting	HLE	high specificity， low cost， easy to operate	［38］
Cell culture	artificial template imprinting	rat cardiomyocytes H9C2	precise， rapid.	［18］
	stamp imprinting	rabbit ADSCs， chondrocytes	highly operable， high efficiency	［39］
	sacrificial layer imprint method	human chondrocytes	high efficiency	［40］
Biosensing	stamp imprinting	macrophages， MCF-7	low cost， fast， reusable	［42］
Biosensing	film imprinting	erythrocytes	real-time monitoring， high precision	［44］
SKBR-3： human breast adenocarcinoma cell line； HL60： human promyelocytic leukemia cell line； AsPC-1： human pancreatic adenocarcinoma cell line； 4T1： murine mammary carcinoma cell line； RBL-2H3： rat basophilic leukemia cell line； HLE： human hepatocellular carcinoma cells； H9C2： rat cardiomyoblast cell line.

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