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往期回顧：

概述

微流控技術(shù)，是一種在微納米尺度空間中對流體進行精確操控的科學(xué)技術(shù)。它通過將生物、化學(xué)等實驗室的基本功能微縮到一個幾平方厘米的芯片上，實現(xiàn)了樣品制備、反應(yīng)、分離和檢測等過程的集成。微流控技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究中具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景，這篇文章主要介紹微流控在細胞分選領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用。

細胞分選技術(shù)是根據(jù)細胞的特性將特定的細胞亞群從混合的細胞樣品中分離出來的技術(shù)。常見的細胞分選場景有循環(huán)腫瘤細胞（CTC）捕獲、干細胞研究、免疫細胞分選、稀有細胞類型的研究、細胞富集、血細胞去紅/去白等等。

細胞流式與微流控

細胞分選技術(shù)是根據(jù)細胞的特性將特定的細胞亞群從混合的細胞樣品中分離出來的技術(shù)。傳統(tǒng)的細胞分選代表設(shè)備是流式細胞儀。

隨著生物醫(yī)學(xué)研究的不斷深入、應(yīng)用場景的多元化和體外診斷（IVD）技術(shù)的發(fā)展，微流控技術(shù)在細胞分析領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。相比于傳統(tǒng)流式技術(shù)微流控具有高集成度、低成本、小型化等優(yōu)勢。具體說來，相比于傳統(tǒng)細胞分析設(shè)備，微流控在以下場景下有應(yīng)用優(yōu)勢：

微量樣本：流式對于uL級別微量樣本的實用性不高，適用于有一定體積量的樣本對象

稀有細胞富集：流式可以實現(xiàn)高通量，但是帶來的代價就是漏篩率，對于稀有細胞場景不適用

POCT等便民化醫(yī)療應(yīng)用：傳統(tǒng)流式成本高昂，設(shè)備操作復(fù)雜，不適用于便民式場景。

細胞分選的主要思路

細胞有很多物理特性，對應(yīng)不同的細胞級別的分析方法，同樣我們也可以利用這些分析方法實現(xiàn)細胞的分選。細胞分選技術(shù)的主要依據(jù)可以分為兩大類：基于細胞免疫特性和基于細胞物理特征。

細胞的特性與分析方法

基于免疫識別特性的方法：利用細胞表面的特異性抗原和抗體的結(jié)合，包括免疫磁珠捕獲、熒光染色、抗原抗體捕獲等。?；诩毎锢硇再|(zhì)的方法：如基于細胞大小、干重、密度、形狀、彈性度等等進行分選。

基于微流控的細胞分選

相比傳統(tǒng)細胞分選技術(shù)，基于微流控的細胞分選在IVD、POCT等領(lǐng)域，稀有細胞和微量樣本等場景具有較大的優(yōu)勢。從是否引入外場來劃分可以分為主動分選和被動分選。主動分選方法，主動分選方法通常涉及到對細胞施加外場（力、熱、光、電、磁、聲），使其按照特定的方式移動或被分選。被動分選主要借助微流道的結(jié)構(gòu)設(shè)計和流速控制實現(xiàn)流場力的調(diào)控，借助流動力學(xué)實現(xiàn)分選，該方法主要依賴的分選憑據(jù)是細胞的幾何特征或物理特性。，比如大小、密度、干重等。

主動分選方法

電泳介電泳（DEP）：利用非均勻電場對細胞施加介電泳力，根據(jù)細胞的介電性質(zhì)差異進行分選。

聲表面波（SAW）：通過在芯片表面產(chǎn)生高頻聲波，利用聲波的能量對細胞進行聚焦和分選。

壓電控制：利用壓電材料在電場作用下產(chǎn)生形變產(chǎn)生的側(cè)向流推力來操控微流體中的細胞，實現(xiàn)精確的細胞分選。

光鑷控制：使用高能激光束形成的三維勢阱捕獲和操控單個細胞，適用于精細操作。

氣泡推動：在微流控芯片中通過電阻加熱，激光加熱等原理產(chǎn)生微氣泡，利用氣泡的機械力推動或捕獲細胞，實現(xiàn)分選。

被動分選方法

被動分選方法則是通過設(shè)計微流控芯片的特定結(jié)構(gòu)，利用流體動力學(xué)原理實現(xiàn)細胞的自然分離。

慣性聚焦：當流體在微流道中流動時，由于流體的慣性作用，會在微流道中形成特定的流動模式，如Dean流，這種流動模式會對微流道中的顆粒產(chǎn)生橫向的力，導(dǎo)致顆粒在流道橫截面上發(fā)生遷移并聚焦在特定的位置。后面的鞘流聚焦和迪安流聚焦都屬于慣性聚焦，慣性聚焦原理除了實現(xiàn)細胞聚焦排列，也可用于細胞分選。

鞘流聚焦：屬于慣性力聚焦，通過鞘流層的包裹和聚焦作用，使得目標細胞集中在特定的流線上，便于分選。

迪安流聚焦：屬于慣性力聚焦，利用迪安渦旋產(chǎn)生的側(cè)向力對細胞進行聚焦，使其集中在流道中心線附近。

確定性側(cè)向位移（DLD）：通過精確設(shè)計的微結(jié)構(gòu)陣列，利用流體的側(cè)向位移力將不同大小的細胞分離。

過濾原理：通過微流控芯片中的微孔或濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)細胞的大小或形狀進行篩選。

組合分選方式：結(jié)合被動分選和主動分選中兩個或更多方式實現(xiàn)精確分選。

這些方法各有優(yōu)勢和適用場景，可以根據(jù)實驗需求和細胞的特性選擇合適的分選技術(shù)。主動分選方法通常提供更高的靈活性和精確度，常常結(jié)合熒光成像等細胞分析技術(shù)用于精確分選場景，而被動分選方法則在處理大量樣本時更為高效，也更加低成本和簡單，常常用于樣品預(yù)處理和富集場景。

參考文獻

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