芯耀
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往期回顧：
概述
微流控技術，是一種在微納米尺度空間中對流體進行精確操控的科學技術。它通過將生物、化學等實驗室的基本功能微縮到一個幾平方厘米的芯片上，實現了樣品制備、反應、分離和檢測等過程的集成。微流控技術在生物醫(yī)學研究中具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應用前景，這篇文章主要介紹微流控在細胞分選領域的相關應用。
細胞分選技術是根據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。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
細胞分選技術是根據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。傳統的細胞分選代表設備是流式細胞儀。
隨著生物醫(yī)學研究的不斷深入、應用場景的多元化和體外診斷（IVD）技術的發(fā)展，微流控技術在細胞分析領域的應用越來越廣泛。相比于傳統流式技術微流控具有高集成度、低成本、小型化等優(yōu)勢。具體說來，相比于傳統細胞分析設備，微流控在以下場景下有應用優(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)療應用：傳統流式成本高昂，設備操作復雜，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細胞的分選。細胞分選技術的主要依據可以分為兩大類：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|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
相比傳統細胞分選技術，基于微流控的細胞分選在IVD、POCT等領域，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構設計和流速控制實現流場力的調控，借助流動力學實現分選，該方法主要依賴的分選憑據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，根據細胞的介電性質差異進行分選。
聲表面波（SAW）：通過在芯片表面產生高頻聲波，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生形變產生的側向流推力來操控微流體中的細胞，實現精確的細胞分選。
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，激光加熱等原理產生微氣泡，利用氣泡的機械力推動或捕獲細胞，實現分選。
被動分選方法
被動分選方法則是通過設計微流控芯片的特定結構，利用流體動力學原理實現細胞的自然分離。
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生橫向的力，導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，利用迪安渦旋產生的側向力對細胞進行聚焦，使其集中在流道中心線附近。
確定性側向位移（DLD）：通過精確設計的微結構陣列，利用流體的側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結構，根據細胞的大小或形狀進行篩選。
組合分選方式：結合被動分選和主動分選中兩個或更多方式實現精確分選。
這些方法各有優(yōu)勢和適用場景，可以根據實驗需求和細胞的特性選擇合適的分選技術。主動分選方法通常提供更高的靈活性和精確度，常常結合熒光成像等細胞分析技術用于精確分選場景，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，常常用于樣品預處理和富集場景。
參考文獻
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