微流體是一種在微米尺度上操縱流體的技術(shù)。它已在生命科學(xué)和生物學(xué)應(yīng)用中得到廣泛 應(yīng)用，通常被稱為芯片實(shí)驗(yàn)室LOC 技術(shù)。細(xì)胞制劑被加載到微芯片上并受到外力，外力可以根據(jù)特定的物理和生化特性對(duì)不同的細(xì)胞群進(jìn)行細(xì)胞篩 -選。微型制造的通道、腔室和閥門構(gòu)成了這些微流控細(xì)胞分選系統(tǒng)的核心“機(jī)械 ”。與 熒光激活細(xì)胞分選（FACS) 和磁激活細(xì)胞分選 (MACS)  等傳統(tǒng)細(xì)胞分選工具相比，微流控細(xì)胞分選的主要區(qū)別在于：

· 具有快的分揀率和較高的產(chǎn)量

· 較簡(jiǎn)單的操作程序、便攜性和較低的成本

· 降低生物危害風(fēng)險(xiǎn)

· 提高分選樣品的純度

微流體技術(shù)的小尺寸使其容易操作細(xì)胞并實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)，從而使其適合原位測(cè)試。微流體或 LOC 設(shè)備能夠集成以及小型化多個(gè)實(shí)驗(yàn)室程序，這在不斷發(fā)展的生物醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)轉(zhuǎn)化研究中是非常理想的。微流控分選在分離用于生物醫(yī)學(xué)和臨床應(yīng)用的高純度細(xì)胞方面具有巨大潛力。目前，與 FACS 集成的微流控裝置用于分離干細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和循環(huán)腫瘤細(xì)胞 (CTC)。微流體分選可以分為兩種方式。

· 主動(dòng)或被動(dòng)——主動(dòng)分選使用某種外力場(chǎng)（如電場(chǎng)或磁場(chǎng)）來分離細(xì)胞。另一方面，被動(dòng)分選依賴于細(xì)胞質(zhì)量或密度，需要重力或一些機(jī)械力來分選不同的細(xì)胞。

圖 1.主要微流體原理的示意圖 - a) 流體動(dòng)力學(xué)，b) 聲學(xué)，c) 電泳，d) 光學(xué)，e) 磁泳，f) 過濾 。

     標(biāo)記或未標(biāo)記——細(xì)胞可以根據(jù)其固有特性進(jìn)行分類，例如紅細(xì)胞的血紅蛋白含量使其具有固有的順磁性，可用于在合適的磁場(chǎng)中將紅細(xì)胞與其他細(xì)胞類型分開。另一種方法是使用帶有針對(duì)特定細(xì)胞抗原的合適標(biāo)簽的抗體——這種方法通常是 FACS 和 MACS 技術(shù)的微型版本。

表 1。細(xì)胞分離的微流體方法總結(jié) 。

水動(dòng)力分選

流體動(dòng)力——由移動(dòng)流體產(chǎn)生的力——被用于幾個(gè)微流體設(shè)備中，以被動(dòng)地根據(jù)細(xì)胞大小對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類。這些裝置由直的、螺旋的或彎曲的微通道組成，細(xì)胞懸浮液被注入其中，然后由于流體運(yùn)動(dòng)施加的慣性和阻力而分餾。當(dāng)流體流過細(xì)胞表面（以及通道壁）時(shí)，它會(huì)對(duì)細(xì)胞施加慣性升力；這通過阻力或流體摩擦來抵消，阻力或流體摩擦作用與物體相對(duì)于周圍流體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)相反。通過順序收縮和擴(kuò)大通道直徑來產(chǎn)生和控制升力和阻力。細(xì)胞的尺寸越大，移動(dòng)細(xì)胞所需的升力越大；。

聲學(xué)分選

聲泳是指物體在超聲波產(chǎn)生的聲壓梯度中的運(yùn)動(dòng)。聲學(xué)微流體裝置已被開發(fā)用于基于細(xì)胞的不同特性（如大小、密度、熒光等）通過以下類型的聲波之一對(duì)細(xì)胞進(jìn)行時(shí)空操作：

· 體聲駐波：當(dāng)微流體通道被超聲激發(fā)到共振時(shí)，會(huì)發(fā)生體聲駐波，在該共振處，應(yīng)用的波長與微流體通道的空間尺寸相匹配。該聲力的大小與細(xì)胞體積成正比，而該力的方向取決于細(xì)胞和流體密度。

· 表面聲駐波：根據(jù) SSAW 原理運(yùn)行的設(shè)備使用安裝在通道兩壁上的叉指換能器沿通道底部形成駐波。

· 行進(jìn)聲波：這些是在流體表面發(fā)出并在換能器的幫助下傳播到微流體腔的非駐表面聲波。

電泳分選

這些技術(shù)涉及電場(chǎng)的應(yīng)用，該電場(chǎng)導(dǎo)致細(xì)胞基于其表面電荷遷移；這種方法在原理上與 FACS 相似，因?yàn)樗鼘?duì)氣溶膠液滴充電以進(jìn)行靜電分選。電動(dòng)機(jī)制有 3 種類型：

· 電泳：在均勻電場(chǎng)中，在直流電 (DC) 的影響下，粒子或細(xì)胞向帶相反電荷的電極移動(dòng)構(gòu)成了電泳的基礎(chǔ)。大多數(shù)電池都帶有輕微的負(fù)電荷，因此會(huì)遷移到正極。此外，用于標(biāo)記細(xì)胞的熒光或磁性探針也對(duì)電場(chǎng)有反應(yīng)，因此可用于通過表面電荷分離細(xì)胞。

· Di-electrophoresis (DEP) – DEP， DEPArray 技術(shù)，是指細(xì)胞在非均勻電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗鼈儗?duì)交流電 (AC) 具有極-化性。不是表面電荷，而是細(xì)胞相對(duì)于液體的電滲透性決定了對(duì) AC 的響應(yīng)。細(xì)胞的相對(duì)滲透性取決于細(xì)胞的大小和其他特性在微流體規(guī)模上，通過將電極定位在分揀通道的位置來施加電泳力。

· 電滲：電滲流是指由于流體中溶劑化離子的電誘導(dǎo)遷移而引起的流體運(yùn)動(dòng)。這種方法減輕了施加連續(xù)電流的潛在不利影響，例如產(chǎn)生氣溶膠或 H ₂ O ₂等細(xì)胞毒性副產(chǎn)物。

磁泳分選

細(xì)胞可以在磁場(chǎng)中通過其電磁特性進(jìn)行分類。無論是在富含鐵的紅細(xì)胞的情況下固有的還是通過磁性納米珠包被的特異性抗體。通過前者的磁性特征將一種細(xì)胞類型與異質(zhì)群體分離需要簡(jiǎn)單的芯片設(shè)計(jì)，其中使用鐵磁鎳線設(shè)置磁梯度。幾個(gè)種群的高通量分類需要更復(fù)雜的微流體裝置；它們都具有中央流動(dòng)通道的典型設(shè)計(jì)，該通道分為幾個(gè)垂直的梳狀側(cè)通道，配有不同（場(chǎng)）強(qiáng)度的磁鐵。細(xì)胞與磁珠包被的抗體一起孵育。不同的目標(biāo)群體分別用不同大小的珠子標(biāo)記。磁性顆粒的尺寸越大，偏轉(zhuǎn)它們所需的磁場(chǎng)越強(qiáng)。所以，根據(jù)它們攜帶的顆粒大小和通道磁場(chǎng)強(qiáng)度，可以將這些多個(gè)種群分類到不同的側(cè)通道中。

光學(xué)分選

細(xì)胞的光學(xué)操作和分選需要聚焦的激光束，由于細(xì)胞與其周圍流體的折射率之間存在差異，該激光束可以捕獲細(xì)胞。折射率的差異導(dǎo)致光散射，將細(xì)胞推離光源；同時(shí)，輻射壓力的梯度將細(xì)胞吸引到高強(qiáng)度或大聚焦點(diǎn)。當(dāng)梯度克服光散射時(shí)，細(xì)胞向MAX值移動(dòng)并被困在“光鑷”中。光學(xué)分選原理已被用于在小型化規(guī)模上調(diào)整 FACS。微流控光鑷裝置也被設(shè)計(jì)用于高精度單細(xì)胞分離。不同的光鑷可以根據(jù)細(xì)胞大小、熒光強(qiáng)度和激光功率來分離細(xì)胞。

微濾

微濾是一種全被動(dòng)的分選程序，它利用細(xì)胞大小及其通過或不通過微孔的能力。小于孔的細(xì)胞可以過濾并收集在微孔中，而較大的細(xì)胞則被捕獲在“篩子”中，例如，40μm 細(xì)胞過濾器或細(xì)胞篩 。微過濾裝置被設(shè)計(jì)成通過使用不同目標(biāo)尺寸的微孔陣列一次對(duì)多個(gè)種群進(jìn)行分類。此外，可以通過用帶有密度珠標(biāo)記的特定抗體標(biāo)記不同的細(xì)胞群來提高此過程的準(zhǔn)確度。

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