2009
往期回顾：
概述
微流控技术，是一种在微纳米尺度空间中对流体进行精确操控的科学技术。它通过将生物、化学等实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米的芯片上，实现了样品制备、反应、分离和检测等过程的集成。微流控技术在生物医学研究中具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景，这篇文章主要介绍微流控在细胞分选领域的相关应用。
细胞分选技术是根据细胞的特性将特定的细胞亚群从混合的细胞样品中分离出来的技术。常见的细胞分选场景有循环肿瘤细胞（CTC）捕获、干细胞研究、免疫细胞分选、稀有细胞类型的研究、细胞富集、血细胞去红/去白等等。
细胞流式与微流控
细胞分选技术是根据细胞的特性将特定的细胞亚群从混合的细胞样品中分离出来的技术。传统的细胞分选代表设备是流式细胞仪。
随着生物医学研究的不断深入、应用场景的多元化和体外诊断（IVD）技术的发展，微流控技术在细胞分析领域的应用越来越广泛。相比于传统流式技术微流控具有高集成度、低成本、小型化等优势。具体说来，相比于传统细胞分析设备，微流控在以下场景下有应用优势：
微量样本：流式对于uL级别微量样本的实用性不高，适用于有一定体积量的样本对象
稀有细胞富集：流式可以实现高通量，但是带来的代价就是漏筛率，对于稀有细胞场景不适用
POCT等便民化医疗应用：传统流式成本高昂，设备操作复杂，不适用于便民式场景。
细胞分选的主要思路
细胞有很多物理特性，对应不同的细胞级别的分析方法，同样我们也可以利用这些分析方法实现细胞的分选。细胞分选技术的主要依据可以分为两大类：基于细胞免疫特性和基于细胞物理特征。
细胞的特性与分析方法
基于免疫识别特性的方法：利用细胞表面的特异性抗原和抗体的结合，包括免疫磁珠捕获、荧光染色、抗原抗体捕获等。。基于细胞物理性质的方法：如基于细胞大小、干重、密度、形状、弹性度等等进行分选。
基于微流控的细胞分选
相比传统细胞分选技术，基于微流控的细胞分选在IVD、POCT等领域，稀有细胞和微量样本等场景具有较大的优势。从是否引入外场来划分可以分为主动分选和被动分选。主动分选方法，主动分选方法通常涉及到对细胞施加外场（力、热、光、电、磁、声），使其按照特定的方式移动或被分选。被动分选主要借助微流道的结构设计和流速控制实现流场力的调控，借助流动力学实现分选，该方法主要依赖的分选凭据是细胞的几何特征或物理特性。，比如大小、密度、干重等。
主动分选方法
电泳介电泳（DEP）：利用非均匀电场对细胞施加介电泳力，根据细胞的介电性质差异进行分选。
声表面波（SAW）：通过在芯片表面产生高频声波，利用声波的能量对细胞进行聚焦和分选。
压电控制：利用压电材料在电场作用下产生形变产生的侧向流推力来操控微流体中的细胞，实现精确的细胞分选。
光镊控制：使用高能激光束形成的三维势阱捕获和操控单个细胞，适用于精细操作。
气泡推动：在微流控芯片中通过电阻加热，激光加热等原理产生微气泡，利用气泡的机械力推动或捕获细胞，实现分选。
被动分选方法
被动分选方法则是通过设计微流控芯片的特定结构，利用流体动力学原理实现细胞的自然分离。
惯性聚焦：当流体在微流道中流动时，由于流体的惯性作用，会在微流道中形成特定的流动模式，如Dean流，这种流动模式会对微流道中的颗粒产生横向的力，导致颗粒在流道横截面上发生迁移并聚焦在特定的位置。后面的鞘流聚焦和迪安流聚焦都属于惯性聚焦，惯性聚焦原理除了实现细胞聚焦排列，也可用于细胞分选。
鞘流聚焦：属于惯性力聚焦，通过鞘流层的包裹和聚焦作用，使得目标细胞集中在特定的流线上，便于分选。
迪安流聚焦：属于惯性力聚焦，利用迪安涡旋产生的侧向力对细胞进行聚焦，使其集中在流道中心线附近。
确定性侧向位移（DLD）：通过精确设计的微结构阵列，利用流体的侧向位移力将不同大小的细胞分离。
过滤原理：通过微流控芯片中的微孔或滤网结构，根据细胞的大小或形状进行筛选。
组合分选方式：结合被动分选和主动分选中两个或更多方式实现精确分选。
这些方法各有优势和适用场景，可以根据实验需求和细胞的特性选择合适的分选技术。主动分选方法通常提供更高的灵活性和精确度，常常结合荧光成像等细胞分析技术用于精确分选场景，而被动分选方法则在处理大量样本时更为高效，也更加低成本和简单，常常用于样品预处理和富集场景。
参考文献
[1] https://link.springer.com/referenceworkentry/10.1007/978-981-10-8953-4_6
[2]https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0734975020301506
[3]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abb7438
[4]https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/microfluidics-for-cell-biology/label-free-microfluidic-cell-separation-and-sorting-techniques-a-review/
[5]https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2023/lc/d2lc00904h
[6]https://link.springer.com/article/10.1007/s00441-020-03397-1
[7]https://link.springer.com/article/10.1007/s10544-009-9341-5
[8]https://www.photonics.com/Articles/Optical_Tweezer_System_Conducts_High-Accuracy/a68637
[9]https://www.researchgate.net/figure/Schematic-of-the-cell-sorting-procedure-integrated-with-optical-tweezers-and-microfluidic_fig5_337407069
[10]https://www.cytofluidix.com/imec-on-chip-single-cell-sorter/
[11]https://www.fluigent.com/resources-support/expertise/application-notes/microfluidic-platform-for-cell-and-particle-sorting-application/
[12]https://www.elveflow.com/microfluidic-reviews/microfluidics-for-cell-biology/label-free-microfluidic-cell-separation-and-sorting-techniques-a-review/
[13]https://link.springer.com/article/10.1007/s13534-019-00144-6
[14]https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ra/c9ra03871j
[15]https://www.nature.com/articles/s41467-019-09439-9
[16]https://www.researchgate.net/figure/Microfluidics-for-cell-sorting-A-Hydrodynamic-based-cell-sorting-using-microchannel_fig4_259201716
