綜述：基于磁泳的微流控分離技術(shù)研究進展

近年來，隨著微流控芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，其在生化分析、臨床醫(yī)學和環(huán)境檢測等領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的應用潛力。微?；蚣毎姆蛛x是微流控芯片的一項重要應用。微流控芯片與磁泳結(jié)合的分離技術(shù)以其低成本、高選擇性和高生物相容性等優(yōu)勢為生化分析、臨床醫(yī)學和環(huán)境工程等領(lǐng)域開辟了新的發(fā)展方向。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，大連交通大學聯(lián)合中國科學院于期刊《分析試驗室》發(fā)表綜述文章，該綜述闡釋了基于磁泳的微流控分離技術(shù)原理，分析了影響磁泳分離的主要因素，評述了基于磁泳原理的微流控分離技術(shù)中的間歇式分離方法和連續(xù)流動式分離方法及其應用，并對磁泳微流控分離技術(shù)的發(fā)展方向進行了展望。

基于磁泳的微流控分離技術(shù)原理

微粒在微流控芯片中的磁泳取決于微粒與載液流體介質(zhì)磁化率的差異、微粒尺寸、流體粘度和磁場強度及梯度等參數(shù)。通過調(diào)節(jié)這些參數(shù)，可以實現(xiàn)微粒的分離。

微粒在微流控芯片中的磁泳運動分為正磁泳和負磁泳兩種模式。當微粒的磁化率大于流體介質(zhì)的磁化率時，微粒向磁場梯度高的方向遷移，發(fā)生正磁泳；當微粒的磁化率小于流體介質(zhì)的磁化率時，微粒向磁場梯度低的方向遷移，發(fā)生負磁泳；而微粒本身可以是磁性的或者非磁性的。

在磁泳用于微流控分離的前期研究中，主要用正磁泳分離磁性粒子和磁性標記的微?；蚣毎?。隨著近些年負磁泳微流控分離研究的深入，越來越多的研究表明負磁泳也是微流控技術(shù)中分離非磁性微?；蚣毎挠行Х椒?。負磁泳不需要對非磁性微?；蚣毎M行磁性標記，就可以直接進行分離。正磁泳和負磁泳分離方法互為補充，拓展了磁泳微流控分離的應用范圍。

圖1 微粒或細胞的磁泳模式

根據(jù)微?；蚣毎氖占绞剑庞疚⒘骺胤蛛x可分為間歇式分離和連續(xù)流動式分離兩種分離模式。

間歇式分離

間歇式分離又稱為磁性捕獲分離，利用磁場力將微粒或細胞在通道中的特定位置進行收集。Hoshino等開發(fā)了一種基于微流控芯片的CTC細胞捕獲系統(tǒng)，系統(tǒng)的磁場由三塊并排放置的磁極交替的永磁體提供，且每兩塊磁體交界處的磁場梯度最強。CTC細胞用Fe?O?磁性納米顆粒進行標記，將磁性標記的CTC細胞以1∶10?比例混合成血液樣本注入微流控系統(tǒng)中。在磁場的作用下，磁性標記CTC細胞被捕獲于微通道底部的載玻片上，且載有捕獲細胞的載玻片可以直接從底部抽出，無需將細胞沖洗出通道便可收集。

圖2 基于微流控芯片的CTC 細胞捕獲系統(tǒng)

連續(xù)流動式分離

連續(xù)流動式分離與間歇式分離相比，可以在載液不間斷流動的情況下實現(xiàn)高通量、高選擇性地分離目標微?；蚣毎＿B續(xù)流動式分離根據(jù)微?；蚣毎c載液的磁化率差異分為正磁泳分離和負磁泳分離。

（1）正磁泳分離

正磁泳分離可以利用永磁體、通電線圈或?qū)Ь€、微型軟磁結(jié)構(gòu)作為磁場源。Wong等開發(fā)了一種利用載流導線作為磁場源的微流控分離裝置，用于去除血液中的CTC細胞，裝置原理圖如圖3a所示。將磁性微粒混合溶液注入通道，當電流通過微導線時產(chǎn)生磁場，磁性標記的CTC細胞受磁場作用被吸引從而實現(xiàn)分離。在1 μL/min流速和1.0 A電流條件下，磁性標記HeLa細胞的分離效率可達79%。

圖3 載流導線作為磁場源的微流控分離裝置

（2）負磁泳分離

當基于負磁泳分離原理進行非磁性微?；蚣毎姆蛛x時，在磁場的作用下，磁性流體中的磁性納米顆粒會向磁場方向遷移，此時處于磁性流體中的非磁性微?；蚣毎銜淮判约{米顆粒擠壓，向磁場梯度低的方向遷移。Zeng等開發(fā)了一種負磁泳高分辨率微流控分離系統(tǒng)，如圖4a所示。利用永磁體產(chǎn)生的磁場，通過高磁導率的坡莫合金層施加到由Fe?O?粉末填充而成的三角形微磁陣列，在分離通道附近產(chǎn)生大于10? T/m的超高磁場梯度。非磁性微粒在進入磁極陣列區(qū)域后開始發(fā)生負磁泳偏轉(zhuǎn)，當非磁性微粒運動到兩個微磁陣列中間區(qū)域時，磁場力達到最大，兩種微粒發(fā)生明顯偏轉(zhuǎn)，并在通道末端實現(xiàn)分離。

圖4 高分辨率負磁泳微流控分離系統(tǒng)

綜上所述，磁泳微流控分離技術(shù)以其非接觸、高通量和高選擇性的特點在臨床醫(yī)學、細胞分離和環(huán)境檢測等領(lǐng)域迅速發(fā)展。該技術(shù)采用電磁場作為磁場源，可通過改變通電線圈或?qū)Ь€中電流的大小調(diào)節(jié)磁場強弱，使分離過程易于控制，但通電線圈或?qū)Ь€在分離過程中會產(chǎn)生熱量，制約其在生物樣品分離上的應用。因此，開發(fā)散熱效果良好、可控性高的電磁場源，是磁泳微流控分離未來重要的研究方向。另外，應該加快磁泳微流控分離儀器研制，推動磁泳微流控技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，給分離分析領(lǐng)域帶來新氣象。

審核編輯：湯梓紅