近年來，隨著微流控芯片技術的不斷發展，其在生化分析、臨床醫學和環境檢測等領域展現出了巨大的應用潛力。微粒或細胞的分離是微流控芯片的一項重要應用。微流控芯片與磁泳結合的分離技術以其低成本、高選擇性和高生物相容性等優勢為生化分析、臨床醫學和環境工程等領域開辟了新的發展方向。

據麥姆斯咨詢報道，近期，大連交通大學聯合中國科學院于期刊《分析試驗室》發表綜述文章，該綜述闡釋了基于磁泳的微流控分離技術原理，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中的間歇式分離方法和連續流動式分離方法及其應用，并對磁泳微流控分離技術的發展方向進行了展望。

基于磁泳的微流控分離技術原理

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。通過調節這些參數，可以實現微粒的分離。

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的磁化率時，微粒向磁場梯度高的方向遷移，發生正磁泳；當微粒的磁化率小于流體介質的磁化率時，微粒向磁場梯度低的方向遷移，發生負磁泳；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粒或細胞。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中分離非磁性微粒或細胞的有效方法。負磁泳不需要對非磁性微粒或細胞進行磁性標記，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

根據微粒或細胞的收集方式，磁泳微流控分離可分為間歇式分離和連續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等開發了一種基于微流控芯片的CTC細胞捕獲系統，系統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

連續流動式分離

連續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高通量、高選擇性地分離目標微粒或細胞。連續流動式分離根據微粒或細胞與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、通電線圈或導線、微型軟磁結構作為磁場源。Wong等開發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生磁場，磁性標記的CTC細胞受磁場作用被吸引從而實現分離。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粒或細胞的分離時，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粒或細胞便會被磁性納米顆粒擠壓，向磁場梯度低的方向遷移。Zeng等開發了一種負磁泳高分辨率微流控分離系統，如圖4a所示。利用永磁體產生的磁場，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域后開始發生負磁泳偏轉，當非磁性微粒運動到兩個微磁陣列中間區域時，磁場力達到最大，兩種微粒發生明顯偏轉，并在通道末端實現分離。

圖4 高分辨率負磁泳微流控分離系統

綜上所述，磁泳微流控分離技術以其非接觸、高通量和高選擇性的特點在臨床醫學、細胞分離和環境檢測等領域迅速發展。該技術采用電磁場作為磁場源，可通過改變通電線圈或導線中電流的大小調節磁場強弱，使分離過程易于控制，但通電線圈或導線在分離過程中會產生熱量，制約其在生物樣品分離上的應用。因此，開發散熱效果良好、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產業化發展，給分離分析領域帶來新氣象。

審核編輯：湯梓紅