单细胞分选主要基于不同的物理和生物学特性来分离单个细胞，以下是一些常见的单细胞分选原理：
一、荧光激活细胞分选（FACS）原理
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标记细胞
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首先，利用能够特异性结合细胞表面或内部成分的荧光染料来标记细胞。这些荧光染料可以是直接标记细胞表面抗原的抗体 - 荧光染料复合物，也可以是能够进入细胞并结合到特定细胞器或核酸上的染料。例如，用一种荧光标记的抗体来标记淋巴细胞表面的 CD4 蛋白，这样 CD4 + 淋巴细胞就会带有荧光信号。
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激光检测
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标记后的细胞被制成单细胞悬液，然后通过一个高速流动的液流系统，使细胞逐个通过激光检测区域。当细胞经过激光照射时，会产生不同的光学信号。
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其中，前向散射光（FSC）与细胞的大小有关，细胞越大，前向散射光越强；侧向散射光（SSC）与细胞内部的复杂性（如颗粒度、细胞器的数量等）有关，细胞内部结构越复杂，侧向散射光越强。同时，结合在细胞上的荧光染料被激光激发后会发出特定波长的荧光，荧光信号的强度与细胞上标记的荧光染料的数量有关，也就是和细胞表面或内部被标记成分的量有关。
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信号识别与分选
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仪器中的光学检测系统会收集这些光学信号（FSC、SSC 和荧光信号），并将其转换为电信号。计算机根据预设的参数（如特定的荧光强度范围、细胞大小范围等）来识别目标细胞。
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当识别到目标细胞时，分选系统会给细胞带上电荷。带电荷的细胞在通过一个高压电场时，会根据所带电荷的性质（正电荷或负电荷）和电场的方向，偏转到不同的收集容器中，从而实现单细胞分选。
二、微流控单细胞分选原理
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微流控芯片结构与流体控制
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微流控芯片是一种微小的通道系统，通常在微米级别。其通道结构可以精确地控制细胞悬液和其他液体的流动。通过外部的压力控制系统或者电动泵，可以使细胞在微通道中以单细胞的形式流动。
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单细胞捕获
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利用微流控芯片中的微阱或微阀结构来捕获单个细胞。例如，在一些基于微阱的单细胞捕获系统中，微阱的大小刚好可以容纳一个细胞。当细胞在流体的推动下流经微阱时，会因为物理障碍或者流体动力学原理而被捕获在微阱中。
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还有一些基于微阀的系统，通过控制微阀的开闭，可以将单个细胞隔离在特定的区域。
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单细胞释放与收集
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一旦细胞被捕获，就可以对其进行进一步的操作，如观察、分析或者标记。之后，通过改变流体的压力或者方向，将捕获的单细胞从微阱或微阀中释放出来，并引导到收集区域，完成单细胞分选。
三、基于液滴微流控的单细胞分选原理
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液滴生成
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将细胞悬液和反应试剂（如用于细胞裂解或核酸扩增的试剂）分别通过不同的通道引入到微流控芯片中。在芯片的特定区域，利用油相和水相不相溶的原理，将细胞包裹在微小的液滴（通常是纳升级别）中。每个液滴中理论上可以包含一个细胞。
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细胞识别与分选
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可以在液滴生成过程中或者生成后，对液滴中的细胞进行识别。例如，通过检测液滴中的荧光信号来判断细胞是否带有特定的标记。对于符合要求的含有单细胞的液滴，可以通过电场、磁场或者机械力等方式进行分选。
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比如，带有电荷的液滴在电场中会发生偏转，从而将目标单细胞所在的液滴收集到特定的容器中。
