无标记、无护套的铁磁流体动力微流控芯片，用于基于尺寸的分选

《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》：Label-Free, Sheathless Ferrohydrodynamic Microfluidic Chip for Size-Dependent Sorting

微流控分选技术中，通过集成蛇形通道的Dean流预聚焦与非对称结构，结合Halbach磁体阵列产生的梯度磁场，开发出无需鞘流的环境。实验显示在0.5mm距离内维持有效磁场，实现微米级颗粒（20μm和15μm）5μ resolution分选，纯度达82.6%，处理速度6×10^4颗粒/分钟，为循环肿瘤细胞等稀有颗粒的无标记分选提供新方案。

　　

摘要：

目的：为了解决传统微流控分选系统中由于鞘流依赖性导致的样品稀释问题，开发了一种利用铁流体力学效应的无鞘分选芯片。方法：通过在非对称蛇形通道中集成迪恩流预聚焦技术和梯度磁场调制，实现了对大小相似颗粒的精确分离，而无需依赖鞘流。采用哈尔巴赫磁阵列（Halbach magnet arrays）在距离通道最远0.5毫米的位置维持有效的磁场梯度，从而克服了在短距离内构建磁场的挑战。结论：实验结果表明，该分选系统的尺寸分辨率为5 μm，处理速率为6 × 10^4颗粒/分钟；对于20 μm和15 μm的微球，分选纯度分别达到了82.6%和82.2%。意义：这项技术为无标记、无鞘流的稀有生物颗粒（如循环肿瘤细胞）的分选提供了一种新方法，具有重要的科学和实际应用价值。

引言

微流控技术因其卓越的流体控制能力、高通量处理能力和极低的试剂消耗量，在生物医学研究中已成为一个关键平台[1]、[2]、[3]。在这一领域中，精确的细胞分选是一个重要的技术瓶颈，尤其是对于具有重叠生物物理特性的亚群[4]。传统的基于生物标志物标记（例如抗体偶联磁珠）或流体力学聚焦的技术存在一些主要局限性：(1) 需要依赖生物标志物，这会损害细胞的生存能力并可能干扰细胞代谢功能[5]；此外，某些新兴的细胞类型可能缺乏可识别的生物标志物，进一步限制了这些方法的应用[6]；(2) 鞘流会导致样品稀释，并且精密流控子系统的复杂性会增加设备的体积和操作的不稳定性[7]、[8]。