力學所基於流體粘彈性效應的生物顆粒微流控分離研究獲進展

2020-12-13 中國生物技術信息網

力學所基於流體粘彈性效應的生物顆粒微流控分離研究獲進展

來源：力學研究所   發布者：張薦轅   日期：2015-08-03   今日/總瀏覽：2/1537


顆粒和細胞的連續操控與分離在生物學、醫藥及工業中具有重要意義。顆粒和細胞能夠應用於與顆粒尺度相關的流體作用力比如慣性效應和粘彈性效應而實現分離。簡單而言，慣性升力與顆粒直徑4次方成比例而粘彈性升力與顆粒直徑3次方成比例。在牛頓流體微流控器件中，慣性效應已經獲得廣泛研究並用於細胞的高通量無標記分離。然而，在高雷諾數下慣性匯聚模式將變得複雜，常常導致不利於分離的多個橫向平衡位置。此外，為了成功匯聚更小尺度顆粒，微通道橫截面將不得不隨之縮小。

　　

中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室的研究人員首次實現了在筆直矩形微通道中不同大小顆粒和細胞的無標記、無鞘流、低成本分離。發現不同於傳統上只有通道中央存在一個平和位置的匯聚模式：即大顆粒將向靠近側壁的橫向位置移動。通過探索此非常規機理，他們成功實現了大範圍內顆粒的完全分離，即大顆粒匯聚在兩側壁面附近而小顆粒匯聚在通道中央。兩類二元混合生物顆粒包括MCF-7 腫瘤細胞/紅細胞以及大腸桿菌/紅細胞均可因其尺度不同而獲得好質量分離。此外，通過調控流體的流變性質，即削弱剪切稀化並使之具有低粘度和高動態彈性模量，能夠將處理通量相比於現有研究提高至少一個數量級。因其特別簡單的直通道構型，通過多通道的並行化可進一步大幅度提高樣品處理通量。所發展的方法具有設計簡單和通量提高的優勢，將拓展粘彈性效應微流控器件在顆粒/細胞等分離上的應用。

　　

上述結果發表在Analytical Chemistry，通訊作者為研究員胡國慶。第一作者為博士研究生劉超。同一課題組前期有關牛頓流體慣性效應的研究已發表於Lab on a Chip、 Biomicrofluidics、Physics of Fluids等期刊。研究工作獲得了科技部「973」計劃和國家自然科學基金支持。

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