微纳尺度颗粒微流动操控研究取得系列进展

细胞、细菌、外泌体、病毒和生物大分子等与生命相关的微小物体，以及人工合成的微纳粒子可广义地统称为颗粒，其大小从几十微米至几十纳米。微纳颗粒的分离与富集在生物学研究、医学诊断、材料合成等领域起着关键作用。相比宏观尺度手段，微流控技术能够实现微纳尺度层面上的精确操控，大幅降低样品和昂贵试剂的消耗，因而具有广泛的应用前景。

　　近期，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室研究员胡国庆等在外泌体（exsomes）的微流控分离研究方面取得重要进展。外泌体是细胞经过“内吞-融合-外排”等一系列调控过程而形成的细胞外纳米级小囊泡，可携带蛋白质，运送RNA，在细胞间物质和信息转导中起重要作用。然而，由于外泌体的微小尺度（30~200纳米），将其从含有不同尺度胞外囊泡的复杂介质中分离出来面临着巨大挑战。研究团队设计了基于流体黏弹性效应的微流控芯片，通过向介质中添加少量生物兼容的高分子材料从而改变作用于囊泡的流体力，实现了从细胞培养液或者血清中直接分离外泌体。整个分离过程无需施加外场作用和事先进行标记，分离效率相比于现有方法获得了显著提高。该研究成果发表于ACS Nano（Liu et al., 2017, 11, 6968-6976）。

　　近年来，该研究团队与国家纳米科学中心研究员蒋兴宇、孙佳姝、聂广军等开展交叉合作，在微纳颗粒的微尺度流体力操控研究上取得了一系列进展。深入研究了微尺度惯性效应和黏弹性效应的流动机理，实现了循环肿瘤细胞与微纳生物颗粒的高通量分离与富集、纳米粒子的高质量合成等应用，研究成果相继发表在Lab on a Chip (2012, 2014, 2015, 2016，2017)、Analytical Chemistry (2015, 2016a, 2016b)、Biomicrofluidics (2013, 2015)、Physics of Fluids (2014)等期刊，其中有3篇入选ESI高引用论文，获得了同行的广泛关注，并撰写了相关综述(Micromachines 2017，Journal of Colloid and Interface Science 2017)。

上述研究得到了国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究项目、中科院B类战略性先导科技专项、科技部973计划的资助。

微流控芯片的结构示意图及不同尺度纳米颗粒分离的实验观测与数值模拟对比

外泌体分离前后的表征

（文章来源作者：中国科学院力学研究所转载仅供参考学习及传递有用信息，版权归原作者所有，如侵犯权益，请联系删除）